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INTRODUCCION AL MEDIO AMBIENTE CONTAMINACIÓN ATMÓSFERICA
Docente: Josef Díaz
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LA ATMÓSFERA
Es una mezcla compleja de
gases y de partículas sólidas
y líquidas en suspensión
atraídas por la gravedad. En
ella se producen todos los
fenómenos climáticos y
meteorológicos que afectan
al planeta, regula la entrada
y salida de energía a la
tierra y es el principal medio
de transferencia de calor.
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Dispone de mecanismos para difundir, dispersar o eliminar los contaminantes, pero su capacidad es limitada.
Cuando se superan estos límites aparecen situaciones preocupantes como:
Calentamiento global
Efecto invernadero
Destrucción de la capa de ozono
Lluvias ácidas
LA ATMÓSFERA
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COMPOSICIÓN
Gas Composición química
Porcentaje (por volumen
de aire seco)
Nitrógeno N2 78.08
Oxigeno O2 20.95
Argón Ar 0.93
Neón Ne 0.0018
Helio He 0.0005
Hidrogeno H2 0.00005
Xenón Xe 0.000009
Ha venido cambiando de manera gradual a lo largo del tiempo, debido a proceso naturales y a procesos antropogénicos.
Tabla 1. Gases permanentes cerca de la superficie de la tierra (~80 Km)
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Sustancia
Composición química
Porcentaje (por volumen
de aire seco)
ppm (partes por
millón)
Vapor de agua H2O 0 - 4 ---
CO2 CO2 0.035 350
Metano CH4 0.00017 1.7
Oxido nitroso NO2 0.00003 0.3
Ozono O3 0.000004 0.04
Materia
particulada --- 0.000001 0.01 Clorofluorocar
bonos (CFC's) --- 0.00000001 0.0001
COMPOSICIÓN
Tabla 2. Sustancias variables cerca de la superficie de la tierra
Mas del 99% de su masatotal se encuentra dentrode aproximadamentelos primeros 50 km dealtitud.
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IMPORTANCIA DE LA ATMÓSFERA
Capa protectora
Fuente de dióxido de carbono y oxígeno
Fuente de nitrógeno
Transporta agua
Filtra, absorbe y re- absorbe la radiación electromagnética del sol
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ESTRATOS DE LA ATMOSFERA
La atmosfera se estratifica de acuerdo con la relacióntemperatura-densidad, como resultado de las interaccionesentre los procesos físicos y fotoquímicos en el aire .
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TROPOSFERA
Capa mas baja (10-16 km).
La composición de los gases permanentes es generalmente homogenea.
Temperatura decrece con altitud (-56 °C)
Existe una mezcla constantede las masas de aire
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ESTRATOSFERA
Se extiende hasta unos 50 km a partir de la tropopausa.
La temperatura aumenta con la altura debido a los proceso de absorción de radiación UV por la rica capa de ozono (20-50 km).
La temperatura llega a unvalor máximo (-2 °C)comparable a la temperaturaterrestre.
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MESOSFERA
A partir de la estratopausa, la temperatura desciende (-90°C, 80 km) debido a la usencia de especies absorbentes de radiación.
La velocidad del viento alcanza valores de hasta 150 m/s.
Regiones mas altas predominaniones y moléculas.
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TERMOSFERA
Se extiende hasta los límites exteriores lejanos (500 km).
La temperatura se
incrementa (1,200 °C).
Ocurre la disociación e ionización de las moléculas constituyentes del aire.
El O2 se encuentra en formaatómica (200 km) y es elprincipal constituyente.
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Fuentes de Contaminación
Los contaminantes presentes en la atmósfera proceden de dostipos de fuentes emisoras bien diferenciadas: las naturales y lasantropogénicas. En el primer caso la presencia de contaminantesse debe a causas naturales, mientras que en el segundo tiene suorigen en las actividades humanas.
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Fuentes de Contaminación Natural
Se deben a procesos geológicos, biológicos, de la hidrosfera o atmosféricos.
Geológicos:
Erupciones volcánicas (SO2, CO2, H2S y cenizas)
Emisiones de gases del suelo CH4, NO, etc.
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Biológicos:
Respiración seres vivos Fermentaciones Incendios forestales Polinización vegetal
Fuentes de Contaminación Natural
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Atmosféricas:
Descargas eléctricas en las tormentas que liberan
óxidos de nitrógeno
Hidrosfera:
Liberación de gases en los océanos CO, CO2, CH4
Fuentes de Contaminación Natural
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Contaminantes Naturales del Aire
Fuente Contaminantes
Volcanes Óxidos de azufre, partículas
Fuegos forestales Monóxido de carbono, dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, partículas
Vendavales Polvo
Plantas (vivas) Hidrocarburos, polen Plantas (en descomposición) Metano, sulfuro de hidrógeno
Suelo Virus, polvo
Mar Partículas de sal
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Fuentes Artificiales o Antropogénicas
Proceden de las distintas actividades humanas.
Destaca especialmente la combustión de combustibles fósiles y sus derivados, las actividades agrícolas y ganaderas, la quema de bosques para aumentar el suelo agrícola, la emisión de gases por los fertilizantes (N2), por el ganado (CH4 producido en el tubo digestivo).
Una fuente de emisión que está creciendo esla incineración de residuos sólidos, cuyapráctica produce emisiones de CO, CO2,NOx, SO3, dioxinas, etc.
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Procesos industriales Focos fijos
Industriales
Instalaciones fijas de combustión Domésticos Instalaciones de calefacción
Focos móviles
Vehículos automóviles
Aeronaves
Buques
Focos compuestos Aglomeraciones industriales Áreas urbanas
Fuentes de Emisiones Antropogénicas
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Focos de Emisión
Contaminante Antropogénicos
%
Naturales
%
Aerosoles 25.1 74.9
SOx 42.9 57.1
CO 9.4 90.6
NO 11.3 88.7
HC 15.5 84.5
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Composicion del Aire según Condición
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Día limpio Día moderadamente contaminado
MUESTRA DE CONTAMINACION DEL
AIRE
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Normalmente, el aire de las capas bajas es más caliente que el de las superiores, lo cual le lleva a ascender hasta enfriarse. Ello permite una continua circulación atmosférica en sentido vertical que renueva el aire de las diferentes capas.
La inversión térmica es un fenómeno meteorológico que se da en las capas bajas de la atmósfera terrestre. Consiste en el aumento de la temperatura con respecto a la altitud en una capa de la atmósfera.
INVERSIÓN TÉRMICA
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Comúnmente se da el fenómeno de elevación de la temperatura en zonas urbanas densamente pobladas, causado por una combinación de factores tales como la edificación, la falta de espacios verdes, los gases contaminantes o la generación de calor.
Se ha observado que el fenómeno de la isla de calor aumenta con el tamaño de la ciudad y que es directamente proporcional al tamaño de la población urbana.
LA ISLA DE CALOR
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Tipos de Contaminantes
Se pueden hacer distintas clasificaciones:
Radiaciones ionizadas Radiaciones no ionizadas
Contaminación sonora
Gases Partículas
Olores Sustancias
químicas Formas de
energía Según la
naturaleza del contaminante
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Inocuos Nocivos Según la Toxicidad del contaminante
Son los contaminantes primarios más la radiación
solar o el vapor de agua Secundarios
Primarios Según la Procedencia
del contaminante
Tipos de Contaminantes
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Contaminantes Primarios
Proceden directamente de la fuente de emisión y se encuentran tal y como fueron emitidos.
Sus fuentes son perfectamente identificables y en conjuntosupone un alto porcentaje de los contaminantes del aire.
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Dada su presencia natural en la atmósfera y su falta de toxicidad, no deberíamos considerarlo una sustancia que contamina, pero se dan dos circunstancias que lo hacen un contaminante de gran importancia en la actualidad:
Es un gas que retiene rayos UV y produce el efecto invernadero; y
Su concentración está aumentando en los últimos decenios, por la quema de los combustibles fósiles y de grandes extensiones de bosques.
CO
2
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Alrededor del 90% del CO que existe en la atmósfera se forma de manera natural, en la oxidación de metano (CH4) por reacciones fotoquímicas. Se va eliminando por su oxidación a CO2.
La actividad humana lo genera en grandes cantidades siendo después del CO2, el contaminante emitido en mayor cantidad a la atmósfera por causas no naturales.
Procede, principalmente, de la combustión incompleta de la gasolina y el gasoil en los motores de los vehículos.
CO
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SO
x
SO
2
Incluyen el dióxido de azufre (SO2) y el trióxido de azufre (SO3).
Su vida media en la atmósfera es corta, deunos 2 a 4 días. Casi la mitad vuelve adepositarse en la superficie húmedo o secoy el resto se convierte en iones sulfato(SO42-).
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NOx (conjunto de NO y NO2)
Muy importante en la formación del smog fotoquímico e influye en las reacciones de formación y destrucción del ozono, tanto troposférico como estratosférico, así como en el fenómeno de la lluvia ácida.
Las actividades humanas que los producen son, principalmente, las combustiones realizadas a altas temperaturas.
Óxidos de nitrógeno NO
x
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Es un contaminante primario que se forma de manera natural.
Su vida media en la troposfera es de entre 5 y 10 años. Contribuye al efecto invernadero.
Metano (CH
4
)
Otros hidrocarburos
En la atmósfera están presentes muchos otros hidrocarburos, principalmente procedentes de fenómenos naturales y los relacionados con la extracción, el refino y el uso del petróleo y sus derivados.
Sus efectos sobre la salud son variables. Algunos hidrocarburos afectan al sistema respiratorio y podrían causar cáncer p. ej.
benceno.
Intervienen de forma importante en las reacciones que originan el
"smog" fotoquímico.
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Moléculas orgánicas formadas por átomos de Cl y F unidos a C.
Por ejemplo CCl3F (Freón-11) o CCL2F2 (Freón-12). Se han utilizado mucho en los “Sprays", refrigeradores y aires acondicionados, etc. Son los principales responsables de la destrucción de la capa de ozono.
Clorofluorocarburos CFC’s
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En la atmósfera permanecen suspendidas substancias muy distintas como partículas de polvo, polen, hollín (carbón), metales (plomo, cadmio), etc.
Partículas y Aerosoles
Se suele usar la palabra aerosol para referirse a los materiales muy pequeños, sólidos o líquidos.
Se suele llamar polvo a la materia sólida de tamaño un poco mayor(de 20 micras).
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Son compuestos químicos obtenidos a partir de procesos de combustión que implican al cloro. El término se aplica indistintamente a las policlorodibenzofuranos (PCDF) y las policlorodibenzodioxinas (PCDD).
Las dioxinas y los furanos se producen principalmente de dos maneras:
1. En el proceso de fabricación de algunos pesticidas, conservantes, desinfectantes o componentes del papel;
2. Cuando se queman a bajas temperaturas materiales como algunos productos químicos, gasolina con plomo, plástico, papel o madera.
Dioxinas
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Contaminantes secundarios
Se generan a partir de los primarios al reaccionar entre sí o con la radiación solar o el vapor de agua.
No provienen directamente de los focos emisores y poseen un gran poder oxidante.
Son los responsables de ladenominada contaminaciónfotoquímica.
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El que se encuentra en la zona más cercana a la superficie se forma por reacciones inducidas por la luz solar en las que participan, principalmente el oxigeno molecular, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos presentes en el aire (COV).
Es el componente más dañino del smog fotoquímico y causa daños importantes a la salud, cuando está en concentraciones altas, y frena el crecimiento de las plantas y los árboles.
Ozono troposférico
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En la atmósfera se encuentran una serie de contaminantes que se presentan más raramente, pero que producen efectos negativos sobre la atmósfera.
Otros derivados del azufre.
Halógenos y sus derivados.
Arsénico y sus derivados.
Componentes orgánicos.
Partículas de metales pesados y ligeros, como el plomo, mercurio, cobre, zinc.
Partículas de sustancias minerales, como el amianto y los asbestos.
Sustancias radioactivas.
Otros Contaminantes
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Dispersión de los contaminantes
Hay que distinguir entre:
EMISIÓN: Cantidad de contaminantes que vierte un foco emisor en un periodo de tiempo determinado. Se mide a la salida del foco emisor.
INMISIÓN: Cantidad de contaminantes presentes en una atmosfera determinada, una vez transportados, difundidos, y mezclados en ella.
Emisiones
Inmisiones
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Dispersión de los Contaminantes
1. La mayor parte de los contaminantes se difunden en la parte baja de la troposfera, donde interactúan entre sí y con los demás compuestos presentes, antes de su deposición.
2. Otros ascienden a alturas
considerables y son
transportados hasta lugares muy alejados del foco emisor.
3. Un tercer grupo, más reducido, puede llegar a traspasar la tropopausa e introducirse en la estratosfera.
1 3
2
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Existen muchas formas de medir la contaminación del aire los cuales abarcan métodos químicos simples ó métodos de algunas técnicas electrónicas más sofisticadas.
De manera general podemos distinguir cuatro métodos principales para medir la contaminación del aire.
METODOS DE LA MEDICION DEL AIRE
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MUESTREO PASIVO
Se denomina muestro pasivo porque los equipos de muestreo no tienen sistema de bombeo alguno. En lugar de ello el flujo de aire se controla por un proceso físico, tal como la difusión.
Los tubos tienen una longitud de 71mm con un diámetro interno de 11mm.
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MUESTREO ACTIVO
En estos métodos se bombea un volumen conocido de aire a través de un colector (un filtro a una solución química) por un periodo de tiempo conocido, El colector se remueve del sistema de bombeo y es mas tarde analizado en el laboratorio.
Equipo básico para el muestreo de partículas: 1.- Sostenedor del filtro, 2.
Medidor del flujo, 3. Bomba, 4.- Batería
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MÉTODOS AUTOMÁTICOS
Estos métodos son los mejores en términos de la alta resolución de sus mediciones, permitiéndonos la realización de un monitoreo continuo para concentraciones muy bajas.
El espectro de contaminantes que sepueden determinar van desde loscontaminantes criterio (CO, SO2, NO2,O3) hasta tóxicos en el aire como elplomo y los compuestos orgánicovolátiles.
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MÉTODOS ÓPTICOS DE PERCEPCIÓN REMOTA
Estos métodos se basan entécnicas espectroscópicas. Conellos es posible hacermediciones en tiempo real dela concentración de un buennúmero de contaminantesentre los que se incluyen NO2 ySO2
.
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APLICACIONES CLAVE
Análisis de la tendencia de la calidad del aire ambiente.
Validación de modelos de dispersión.
Evaluación de las acciones implementadas para reducir las emisiones.
Evaluación de los riesgos a la salud.
Evaluaciones de impacto ambiental.
Identificación de fuentes de contaminación del aire y suelo.
Impacto de las emisiones provenientes de procesos y zonas industrials.
Mantenimiento de los objetivos decalidad del aire.
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El control de los contaminantes en la fuente se puede lograr de varias formas:
Cambios en las materias primas.
Cambios operacionales.
Modificación o remplazamiento de equipos de producción, y/o por medio de una operación mas efectiva de los equipos existentes.
MÉTODOS DE CORRECCIÓN EN LA FUENTE
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Cuando los métodos de corrección en la fuente no pueden ser aplicados entonces el control de los contaminantes se hace en los gases efluentes usando técnicas de limpieza de gases.
Estas incluyen muchas de las técnicas ingenieriles que en el presente forman la parte principal de la tecnología del control de la contaminación del aire.
LIMPIEZA DE EMISIONES GASEOSAS
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ABSORCIÓN: Basados en el principio de la absorción, transfieren el contaminante de la fase gaseosa a liquida. Esto es un proceso de transferencia de masa en el cual el gas se disuelve en el líquido. El contaminante gaseoso se mueve de puntos de alta concentración a puntos de baja, y la remoción del gas contaminante se lleva a cabo en tres fases:
Difusión del gas hacia la superficie del líquido
Disolución: transferencia de la interface gas- líquido
Difusión del gas disuelto de la interface hacia el liquido.
Los equipos utilizados son cámaras y torres o columnas de rocio.
CONTROL DE GASES Y OLORES
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ADSORCIÓN
Este es también un proceso de transferencia de masa, en el cual el gas se pega a un sólido por medio de fuerzas electrostáticas.
Los adsorbentes mascomúnmente usados son: silicagel, alúmina activada, carbonoactivado, sedasos moleculares.
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COMBUSTIÓN
Es un método de control cuando el contaminante es oxidable a un gas inerte. De manera general el CO y los hidrocarburos caen en esta categoría.
Las aplicaciones mascomerciales son combustióndirecta y combustióncatalítica
.
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CONTROL DE PARTÍCULAS
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CONTROL FUENTES MOVILES
La modificación de las máquinas por si solas no es suficiente para el control de contaminantes. Para alcanzar los estándares de emisión, se coloca un reactor catalítico externo a los vehículos. La función de este es promover reacciones que conviertan NOx a NO2, CO a CO2, hidrocarburos a CO2 y H2O.
Otro de los alcances implementado paradisminuir la contaminación del aire incluyela modificación de combustibles, y lareduccion de la presión del vapor de lagasolina a fin de reducir la emision dehidrocarburos.
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La bondad de estos implementos es significativa, sin embargo al igual que otros aspectos de la conducción de un automóvil, estos equipos se desgastan y fallan.
Debido a que la falla no limita la operación del automóvil, no son reparados por los propietarios, por lo que los programas de control de la calidad del aire deben de contemplar programas de inspección para asegurar que estos dispositivos funcionan.
CONTROL FUENTES MOVILES
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RESUMEN DE LA CONTAMINACION ATMOSFERICA
Capa protectora
Estratos de la Atmosfera
Fuentes de Contaminación Naturales y Artificiales
Tipos de Contaminantes Primarios y Secundarios
Mediciones de Aire
Limpieza de Emisiones