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Ejercicios 

Tratamiento de la contaminación ambiental   

2011‐2012 

TEMA 9. DISPERSIÓN DE LOS CONTAMINANTES EN LA ATMOSFERA 1. Una chimenea de 100 m de altura emite un gas a 20 ºC. El gradiente de temperatura vertical hasta 200 m de altitud es de -0.5 ºC/100m, mientras que para altitudes superiores a 200 m es de 4 ºC/100m. La temperatura del suelo es de 18 ºC. ¿Hasta qué altura ascenderán los gases emitidos? ¿Cuál será el aspecto del penacho? Solución: 240 m; Penacho tipo fumigación. 2.

Representar el perfil de temperatura vertical y determina la estabilidad

atmosférica en base a la tasa de cambio de temperatura potencial. Datos: Temperatura (ºC)

18

16.7

17.4

16.7

Altura (m)

0

100

200

300

Solución: z=0-100 m Inestable; z=100-200 m Estable; z=200-300 m Inestable. 3. Una industria emite 20 g/s de SO2 a una altura H. La velocidad del viento es de 3 m/s y los valores de los parámetros σy y σz a una distancia de 1 km en la dirección del viento son 30 m y 20 m respectivamente. Determina sin tener en cuenta la reflexión a) la concentración de SO2 en la línea central del penacho; b) la concentración de SO2 a 60 m de distancia de la línea central del penacho (hacía un lado) y a 20 m por debajo de la línea central del penacho. Solución: 1770 y 145 µg/m3 SO2. 4. Determina los valores de σy y σz a 0.5 km de distancia de una fuente de emisión en la dirección del viento. Es un día soleado de verano y la velocidad del viento es mayor que 6 m/s. Solución: 50 m y 30 m. 5. Se emite dióxido de azufre a una tasa de 160 g/s desde una chimenea con una altura efectiva de 60 m. La velocidad del viento a la altura de la chimenea es de 6 m/s, y la clase de estabilidad atmosférica es D para un día nublado. Determínese la concentración a nivel del suelo a lo largo de la línea central a una distancia de 500 m desde la chimenea, en µg/m3 (teniendo en cuenta la reflexión). Dato: PM(SO2)= 64.07 g/mol Solución: 54 µg/m3 6. Determínese, para los datos del ejercicio 5, la concentración a 50 m de la línea central (hacia un lado) y a una distancia de 500 m en la dirección del viento (teniendo en cuenta la reflexión). Solución: 18 µg/m3 7. Determínese, para los valores del ejercicio 5, suficientes valores de concentración como una función de x en la línea central a nivel de suelo, de manera que se establezca la variación a ambos lados del valor máximo. ¿Cuál es la concentración

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máxima? ¿A qué distancia se obtiene el valor de la concentración máxima? Tener en cuenta el efecto de reflexión. Solución: 700 µg/m3 y x = 1.5 km 8. Repite el ejercicio 7 utilizando los métodos simplificados: el método gráfico de Turner y el método que considera la relación σy/σz constante. Solución: Turner: 480 µg/m3 y x = 2 km; σy/σz constante: 700 µg/m3 y x = 1.55 km; 9. Las velocidades del viento y del gas de la chimenea son de 3 y 6 m/s, respectivamente, y el diámetro de la chimenea es de 2 m. La condición de estabilidad atmosférica es neutral con una temperatura de 300 K, y la temperatura del gas en la chimenea es de 440 K. Estímese la elevación de la pluma en metros, por medio de la ecuación de Briggs y por medio del modelo TVA. Solución: 181 m y 174 m. 10. Se emite dióxido de azufre a una tasa de 160 g/s en una atmósfera donde se supone que la velocidad del viento es aproximadamente de 6 m/s a la altura de la chimenea. Se desea que la concentración a nivel del suelo y en la línea central no exceda de 200 µg/m3 a una distancia de 800 m. ¿Cuál será la altura efectiva requerida de la chimenea en metros? Solución: 160 m 11. En una central térmica se queman 5.5 toneladas de carbón por hora y se descargan los productos de combustión a través de la chimenea con una altura efectiva de 75 m. El carbón contiene un 4.2% de azufre y la velocidad del viento en la boca de la chimenea es de 6 m/s. Las condiciones meteorológicas son ligeramente inestables (C). Determina: a) la concentración máxima de SO2 a nivel de suelo; b) distancia a la que tiene lugar la concentración máxima. Solución: 524 µg/m3 y 800 m. 12. Una central térmica quema 199 toneladas de carbón por hora (1% de azufre). La altura efectiva de la chimenea es 350 m (altura de la chimenea 200 m) y el diámetro en la parte superior de 7 m. Prevalecen las condiciones atmosféricas neutrales (D). La velocidad del viento a 10 m es de 4 m/s y la temperatura atmosférica de 20 ºC. La temperatura de los gases a la salida de la chimenea es de 150 ºC y su velocidad de 15 m/s. Determina la concentración máxima de SO2 a nivel del suelo a 1 km de la planta (teniendo en cuenta la reflexión). Solución: 8.1 10-21 µg/m3; 13. Una central térmica de carbón quema 35 t/h de carbón con la siguiente composición: 83.46 % C; 6.88 % O; 4.73 % H; 0.58 % N; 1.55 % S, 2.8 % cenizas. La concentración límite de partículas es de 2000 mg/m3N y la de SO2 es de 2400 mg SO2/m3N. Los gases de combustión salen a 50 ºC y el consumo de aire en la combustión es el estequiométrico. Determinar a) el caudal y la concentración de los gases a la salida b) el nivel de depuración necesario para ajustar las concentraciones a la normativa vigente. Solución: Qtotal=101.8 m3/s (50 ºC,1atm);CCO2=292 103 mg/m3, CH2O=40.6 103 mg/m3, CNO2=1819 mg/m3, CSO2=2950 mg/m3, CN2=805 103 mg/m3; Cpart=2672 mg/m3 (50ºC, 1atm); ηSO2=31 %; ηpart=36.8 %