2. Generalidades sobre la contaminación del
aire
Objetivos:
Establecer los aspectos relacionados con la
contaminación atmosférica y la calidad del
aire.
Identificar los elementos y factores
relacionados con el estudio de la calidad del
aire y los factores que lo determinan.
3. Qué se entiende por Contaminación?
Materias o formas de energía que implican riesgo,
daño o molestia grave para las personas y bienes
de cualquier naturaleza, causada por fuentes
naturales o antropogénicas.
Aire limpio Aire Sucio
4. Los contaminantes son de origen
Natural
Se originan en los procesos
biológicos y geológicos.
Antropogénico
Derivados de la actividad del
hombre: industriales,
comerciales, rurales,
transporte, domésticos y
generación de energía.
5. Generalidades sobre la contaminación del
aire
ELEMENTOS DE LA PROBLEMÁTICA DE LA CONTAMINACIÓN
ATMOSFÉRICA
6. SECUENCIA CAUSAL DE LA
CONTAMINACION DEL AIRE
Emisiones de
Contaminantes
Concentraciones
Ambientales
Exposición
Efectos en
salud
ING. GABRIEL HERRERA TORRES.
7. Generalidades sobre la contaminación del
aire
Consideraciones de escala
Tiempo
Espacial
Factores ambientales.
Meteorología
Geograficos.
Factores Económicos
Tipos de actividad económica (CIIU)
Tamaño y tecnología
Materia primas
8. Generalidades sobre la contaminación del
aire
Factores políticos y jurídicos
Legislación
Plantenamientos y orientaciones políticas de
la instancias gubernamentales.
Grupos de presión
Aspectos sociales.
Salud
Ingresos y calidad de vida
9. Generalidades sobre la contaminación del
aire
ELEMENTOS DE LA GESTION DE LA CALIDAD DEL AIRE
10. Generalidades de la contaminación del
aire
Tipo de contaminantes por su origen.
Primarios: PST, SO2, CO, NO, HCs, HAPs,
COVs.
Secundarios: PM10, PM2.5, SO3, NO2, O3, PAN,
SO3, H2SO4.
Contaminantes criterio:
PST, SO2, CO, Pb, NO2, O3.
11. Generalidades de la contaminación del
aire
Tipo de emisiones por forma de la fuente:
Puntual: Chimeneas y ductos.
Lineales: calles y carretera.
Área: quemas, explotaciones mineras.
Volumen: procesos de pintura.
Tipo de emisiones por movilidad:
Fija: Fábricas.
Móvil: vehículos.
12. Generalidades de la contaminación del aire
Factores meteorológicos
Condiciones de inversión: Temperatura, viento. Eventos
matutinos.
Advención: condiciones sinóptica y de mesoescala, en
épocas de invierno.
Factores climático y de variabilidad climática: Ejmplo, El
Niño-Oscilación del sur, ENOS.
Factores geográficos (de relieve, de localización y
astronómicos)
El relieve: valles.
Zonas climáticas: zonas de altas presiones.
Estacionalidad.
13. Generalidades de la contaminación del aire
Efectos a la salud humana
Partículas suspendidas:
Óxidos de azufre.
Monóxido de carbono,
Óxidos de nitrógeno
Ozono.
Dioxinas
14. Generalidades de la contaminación del
aire
Algo de Historia
Siglos XIII-XIV: Uso de carbón
Siglo XVI: Uso de carbón
Inicios siglo XX: Uso de combustibles, procesos
industriales. Niebla fotoquímica.
1950-1970: niebla fotoquímica, lluvia ácida.
Contaminación transfronteriza.
1970-ahora: lo anterior + Gases efecto invernadero
Cambio Climático
15. Generalidades de la contaminación
del aire
Tipo de contaminantes por su origen.
Primarios: PST, SO2, CO, NO, HCs, HAPs,
COVs.
Secundarios: PM10, PM2.5, SO3, NO2, O3,
PAN, SO3, H2SO4.
Contaminantes criterio:
PST, SO2, CO, Pb, NO2, O3.
16. Generalidades de la contaminación
del aire
Tipo de emisiones por forma de la fuente:
Puntual: Chimeneas y ductos.
Lineales: calles y carretera.
Área: quemas, explotaciones mineras.
Volumen: procesos de pintura.
Tipo de emisiones por movilidad:
Fija: Fábricas.
Móvil: vehículos.
17. Generalidades de la contaminación del
aire
Factores meteorológicos
Condiciones de inversión: Temperatura, viento. Eventos
matutinos.
Advención: condiciones sinóptica y de mesoescala, en épocas
de invierno.
Factores climático y de variabilidad climática: Ejemplo, El Niño-
Oscilación del sur, ENOS.
Factores geográficos (de relieve, de localización y astronómicos)
El relieve: valles.
Zonas climáticas: zonas de altas presiones.
Estacionalidad.
18. Generalidades de la contaminación del
aire
Efectos a la salud humana
Partículas suspendidas:
Óxidos de azufre.
Monóxido de carbono,
Óxidos de nitrógeno
Ozono.
Dioxinas
19. Algunos conceptos
•Fuentes: Lugares de donde surge la contaminación
Naturales
Antropogénicas
•Sumideros: Lugares donde se elimina, suelos, vegetación, estructuras, aguas
•Receptores:
Alguien o algo afectado adversamente por la contaminación
•Transporte y difusión:
Mecanismo mediante el cual se mueve la contaminación
desde el lugar de emisión al de recepción.
20. •Valores de emisión:
Representan la cantidad de masa de un determinado
contaminante contenida en la unidad de volumen de los fluidos (en nuestro
caso gases) eliminados por el conducto de evacuación al exterior,
expresados con referencia a unas condiciones termodinámicas estándar.
La determinación de estos valores habrán de hacerse sobre muestras
representativas, de forma isocinética, dentro del propio conducto de
evacuación.
21. Inventario de Emisiones:
El inventario de emisiones consiste de una lista lo
más completa posible de todas las fuentes emisoras
(puntuales, lineales, zonales..), junto con la cantidad
y tipo de emisiones, que tienen lugar en una
determinada región (local, regional, global)
Objetivos
•Información para los poderes públicos y la ciudadanía
•Definir prioridades ambientales e identificar las actividades y los
actores responsables de los problemas.
•Establecer objetivo concretos y restricciones
•Valorar los potenciales impactos ambientales e implicaciones de
diferentes estrategias y planes.
•Monitorizar el estado del medio ambiente para evaluar si se
alcanzan los objetivos
•Asegurar que aquellos responsables de la implementación de las
políticas medioambientales cumplen con su obligación
22. •Valores de inmisión:
La medida de un cierto contaminante lejos de la fuente de
emisión en lo que podemos denominar atmósfera libre. Nos da idea de la
cantidad de contaminante que existe en la atmósfera en un cierto lugar y
en un cierto instante. Son los valores que usualmente se miden en las
estaciones de captación y sobre los que se ha fijado los niveles de calidad
del aire. El seguimiento continuo de las cifras de inmisión permite un
conocimiento perfecto de la calidad del aire respirable.
El análisis de la evolución temporal de la inmisión permite evaluar
las estrategias de reducción que se utilicen en cada momento y la
modificación adecuada de los limites de emisión legales
23. Concepto de: tiempo de vida media, Sea [A] la concentración de una substancia,
cuya velocidad de reacción viene dada por la ley
24. Concepto de tiempo de residencia:
Suponed que la cantidad de una substancia química en la
atmósfera es M y que la velocidad a la que esta substancia se pierde es F,
(que supondremos constante) se define el tiempo de residencia como
t = M/F
Modelo de tanque: Tanque de masa M donde
entra un fluido (agua limpia) a una velocidad
F, y sale (agua sucia) a la misma velocidad .
Si no se mezclan cuanto tiempo tarda el fluido
externo (agua limpia) en ocupar todo el
tanque ?
tren = M/F = t
25. Supongase que el agua limpia y sucia se mezclan perfectamente, de tal
forma que poco a poco se va obteniendo un agua cada vez más limpia,
pero que siempre tiene agua sucia. Suponiendo que la velocidad a la que
se pierde el agua sucia sea proporcional a la cantidad de agua sucia que
queda,
dW
kW
dt
Esta ecuación tiene un aspecto igual a la que teníamos cuando analizamos el
tiempo de vida media de una especie química , y por tanto el tiempo de vida
media será el mismo que entonces,
0.693
t1/ 2
k
26. Mientras que el tiempo de residencia vale
W W 1
t
(dW / dt) kW k
y por tanto,
t1/ 2 0.693t
El tiempode renovación (tren) es infinito, pues siempre quedará algo de agua
sucia en el depósito, pero podemos hacernos una idea del tiempo de
renovación calculando el tiempo necesario para que el agua sucia se reduzca
a, p. eje., (1/2)^6 del valor inicial, esto es a un valor 6 veces el tiempo medio,
así pues
t ren 6t1 / 2 4t
27. Generalidades de la contaminación del aire
Escala
temporal y
espacial de los
cambios de la
atmósfera y de
la
contaminación
atmosférica
30. EFECTO DE LA
CONTAMINACIÓN ATMÓSFERICA
SOBRE LOS MATERIALES
Los contaminantes atmosféricos pueden afectar los materiales,
ensuciandolos o deteriorando su composición química.
Elevadas concentraciones de partículas y humos están asociadas
con el ensuciamiento de la ropa, de las estructuras y monumentos.
Partículas ácidas o alcalinas, en particular las que contienen azufre,
corroen materiales tales como la pintura, contactos eléctricos y
tejidos.
El ozono deteriora el caucho.
LO ANTERIOR OCASIONA UN AUMENTO DE LOS COSTOS DE
MANTENIMIENTO Y RESTAURACIÓN
31. EFECTO DE LA
CONTAMINACIÓN ATMÓSFERICA
SOBRE LA VEGETACIÓN
•Dióxido de azufre
Contaminantes •Nitrato de perioxiacetilo (PAN)
fitotóxicos •Ozono
•Acido fluorhidrico
•Cloro
Sustancias dañinas •Cloruro de hidrogeno
para la vegetación •Mercurio
Los contaminantes penetran en las hojas de la planta por las estomas
junto con el aire necesario durante el proceso normal de la respiración dela
planta.
Los contaminantes destruyen la clorofila e interrumpen la fotosíntesis.
Los daños varían desde la reducción de la velocidad de crecimiento de la
planta hasta su muerte.
Los síntomas de daño suelen aparecer en las hojas, siendo posible conocer
el contaminante en cuestión por medio de los síntomas específicos, como su
aspecto o coloración.
32. Escalas de la contaminación
Local:
Uno o varios grandes emisores, o muchos emisores pequeños:
factor de proximidad importante
Urbana: Dos tipos diferentes de problemas:
Contaminantes primarios poco reactivos: Contribución de fuentes locales pu
dar lugar a severos problemas de contaminación
Formación de contaminantes secundarios: ejem.: Ozono mediante reacción
fotoquímica de óxidos de nitrógeno e hidrocarburos
33. Escalas de la contaminación
Regional:
Lluvia ácida: SO2 emitido en las ciudades/fabricas durante el transporte
se oxida e hidrata para formar SO 4H 2, que reacciona
con iones amonio para dar partículas higroscópicas (NCN) que s
disuelve en agua para formar la lluvia ácida,
lo mismo sucede con óxidos de N.
Visibilidad: Problemas de degradación de la visibilidad a cuenta de la form
ción NCN (brumas)
Global:
Problema del agujero de ozono
Aumento de la nubosidad
Incremento del CO2
34. Unidades de medida
Fracción molar (razón de mezcla en volumen):
ni Ni / NA Ni i
xi
n Ni / NA Ni i
ni : Numero de moles componente i
Ni : Numero de moléculas componente i
i : Numero de moléculas por unidad de volumen
35. Ley de Dalton
piV Ni kT p p
i k R NA
p V N kT
i i pV NkT
piV N i kT pi N i
xi
pV NkT p N
Vi
piV px iV pVi N i kT x i
V
pV N kT
i i pV NkT V V
i
36. Unidades de medida
La fracción molar se expresa en:
- partes por millón en volumen 1 en 10^6
- partes por billón en volumen 1 en 10^9
- partes por trillón en volumen 1 en 10^12
* Resulta invariante con la temperatura y la presión
37. Unidades de medida
Cantidades específicas:
mi ni Mi x i Mi Mi
qi xi
mi ni Mi x i Mi M
M xi Mi
Se expresa en: Kg/Kg ó en gr/Kg
Para el aire M = 28.97 gr/mol
38. Unidades de medida
Densidades
mi mi mi Mi
i qi xi
V m/ m M
mi mi mi Mi
i (stp) (stp) (stp)x i
V(stp) m/ (stp) m M
(stp) = 1.293 kg/m3
Se expresan en g/ m3 ó en mg/ m3
39. Ejemplo:
Calcular la densidad del CO2 (mg/m3) , suponiendo
que la fracción molar vale 330 ppm.
330 44
(stp) 1.293(kg/ m ) 6 3
6.48 10 5 ( mg/ m3 )
10 28.97
A otra temperatura y presión ambos valores se relacionan
por la expresión:
p T(stp)
(std)
p(stp) T
40.
pV nR T
m R
pV R T pV mRT; R
M M
m p1 1T1
p RT
V p2 2T2
p T(stp)
(std)
p(stp) T
41. Ley de Dalton (otra vez)
mi R
piV n i R T R T mi RiT; Ri
Mi Mi
p V m R T
i i i pV mR T
mR mi Ri
p R T
42. Relación entre i y xi (forma alternativa):
piV mi RiT
mi RiT RiT
px iV mi RiT x i i
pV p
p
i (T, p) x i
RiT
p T0
i (T, p) i (T0, p0 )
p0 T
p0
i (T0, p0 ) x i
RiT0
43. La atmósfera natural
Concepto:
Atmósfera que existiría actualmente sin la presencia
contaminante del hombre.
Real:
Atmósfera en lugares lo suficientemente alejados de la
acción directa del hombre como para representar una
atmósfera no contaminada.
44. Composición de la Atmósfera(I)
Gases Mayoritarios/Minoritarios
Constituyente Fórmula pct. Volumen Peso molecular Vida Media
Nitrógeno N2 780840 (ppmv) 28.01 16 000 000 a
Oxígeno O2 209460 (ppmv) 32.00 3000 años
Argon Ar 9340 (ppmv) 39.95
Vapor de agua H20 0 -40000 ppmv 18 10 dias
Dióxido de Carbono CO2 355 (ppmv) 44 4 años
45. Composición de la Atmósfera (II)
Gases Traza
Constituyente Fórmula Pct. Volumen Peso molecular Vida Media
Especies Oxigeno
Ozono O3 0-100 ppb 48. 100 días
3
Oxígeno atómico O(3P) 0-10 cm -3 16.
2
Oxígeno atómico O(1D) 0-10 cm -3 16.
Especies hidrógeno
Hidrógeno H2 560 (ppbv) 2.
8 -3
Peroxído de Hidrógeno H2O2 0-10 cm 20.
6 -3
Radical Hidroxilo HO 0-10 cm 17.
8
Radical hidroperoxilo HO2 0-10 cm -3 33.
Hidrógeno atómico H 0-1 cm-3 1.
