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• Anita Chuya

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DOCENTE: CONTAMINACION DE AIRE I

M.S. Ing. Jerves Cobo

ESTUDIO DEL IMPACTO ATMOSFERICO PRODUCIDO POR UNA FUENTE AMBIENTAL

Universidad Politécnica Salesiana, Facultad de Ciencias Agropecuarias y Ambientales, Ingeniería Ambiental, Cuenca – Ecuador. Daysi Patiño, Carlos Zagal

El dióxido de azufre (SO2) es un gas contaminante incoloro y con un olor desagradable que se origina en la combustión del carbón y el petróleo. El aire contaminado que flota en la superficie de la tierra es arrastrado por el viento y la lluvia hacia otras zonas. Las nubes y las altas temperaturas también contribuyen a que la contaminación se disperse y llegue a grandes distancias, alejado del punto de origen. La utilización de combustibles fósiles favorece la emisión de varias sustancias contaminantes. Entre ellas, diversos compuestos gaseosos con base de azufre. Algunos daños medioambientales provocados por estos son la lluvia ácida, el calentamiento global y a la salud humana problemas de inhalación aumentando problemas respiratorios y cardiovasculares. Se deben analizar los datos relacionados con las variaciones en las cantidades y la composición de las materias primas e insumos utilizados en el proceso, puesto que dichas variaciones alteran la concentración de las emisiones como la composición específica de las mismas. Adicionalmente, las materias primas e insumos pueden variar en el mismo proceso unitario.

Planteamiento del problema Una empresa ha decidido instalar una planta de producción de pigmentos inorgánicos en una propiedad de un municipio en un entorno rural. En el proceso se utiliza azufre que por calentamiento a alta temperatura produce emisiones de SO2 a la atmosfera. La carga contaminante del SO2 a la atmosfera. Propuesta: - La carga contaminate del SO2 es de 53 Kg/h. 14.72 gr/s - Construccion de la chimenea con una altura de 25 m - Caudal de gases: 35.000 m3/h; 9.72 m3/s. - Diámetro de salida: 1.5 m - Temperatura media del aire: 20 C; 293 K

-

Temperatura de los afluentes: 40 C; 313 K. Fuente está situada a 550m del municipio.

1. Discutir y evaluar: a) El impacto horario producido por la fuente, teniendo en cuenta que el ayuntamiento del municipio tiene como un objeto respetar: las zonas habitadas, un valor máximo de inmisión horaria de 250 ug/m3. b) Si el impacto sobrepasa el valor máximo admisible simular las siguientes especificaciones de la fuente:  

h = 40 m, diámetro = 1 m h = 40 m, diámetro = 1 m y un lavador de gases con un rendimiento del 75% que emite los efluentes a una temperatura de 29oC. h = 25 m, diámetro = 1,5 m y el lavador



2. Calcular para el caso más recomendado las concentraciones que se den siguiendo las condiciones meteorológicas adjuntas: -

Categoría de dispersión= f y velocidad del viento= 2m/s Categoría de dispersión= d y velocidad del viento= 7m/s

Considerar: - La concentración máxima - La concentración al municipio - El radio de impacto máximo - Y el radio impacto máximo se reduce a la mitad.

RESOLUCION  Simulación diseño 1 Datos: Área: 𝐴 =

𝜋𝐷 2 4

Velocidad:

𝑄 𝐴

=

=

𝜋(1.5)2 4

= 1.76 𝑚2

9.72 𝑚3/𝑠 1.76 𝑚2

=5.52 m/s

Condiciones Normales: (T: 273 K, P: 1 atm) Caudal corregido

𝑄𝑁 = 𝑄 (

273 ) 𝑇𝑔𝑎𝑠 + 273

𝑄𝑁 = 9.72

𝑚3 273 ( ) 𝑠 40 + 273

𝑄𝑁 = 8.48

𝑚3 𝑠

Velocidad del gas con caudal corregido 𝑉𝑁 =

8.48 𝑚3 /𝑠 1.76 𝑚2

= 4.81 m/s

 RESULTADOS Discretizacion de distancias de la fuente al municipio Distancia Valor 100 192.2 𝜇g/m3 550 646.1 𝜇g/m3 1000 505.2 𝜇g/m3 2000 365.8 𝜇g/m3 No se cumple el límite de inmisión puesto que la concentración esta sobre la carga admisible de 250 𝜇g/m3.

Grafico 1: Curva de concentración de SO2) Fuente: Screen View

Para determinar el impacto máximo que se reduce a la mitad se realiza con la ecuación de la recta: 𝒀 − 𝒀𝟏 = 𝒎 (𝑿 − 𝑿𝟏) 𝒙=𝒚−

𝟓𝟐𝟓. 𝟕 𝟏. 𝟎𝟏

X= 234.2 m Siendo x la distancia de concentración de 323.05 𝜇g/m3 siendo el valor medio de la concentración máxima de SO2. Parámetro Valor Concentración máxima 646.1 𝜇g/m3 Concentración al municipio 646.1 𝜇g/m3 Radio de impacto máximo 550 m Radio (impacto máximo se reduce) Tabla 1: Valores obtenidos del estudio de impacto  Simulación 2 Especificaciones de las condiciones meteorológicas Categoría de dispersión = f y velocidad del viento: 2 m/s

Discretizacion de distancias Distancia Valor 100 0 𝜇g/m3 550 1.204 𝜇g/m3

1000 2000

35.27 𝜇g/m3 136.3 𝜇g/m3

Parámetro Concentración máxima Concentración al municipio Radio de impacto máximo Radio (impacto máximo se reduce a la mitad)

Valor 136.3 𝜇g/m3 1.204 𝜇g/m3 2000 m 1310.17 𝜇g/m3

 Simulación 3 Categoría de dispersión = d y velocidad del viento: 7 m/s Discretizacion de distancias Distancia Valor 100 0.1178 E-1 𝜇g/m3 550 310.5 𝜇g/m3 1000 190.8 𝜇g/m3 2000 79.23 𝜇g/m3 No se cumple el límite de inmisión puesto que la concentración esta sobre la carga admisible de 250 𝜇g/m3.

Grafico 4: Concentración máxima de SO2 de 310.5 𝜇g/m3

Parámetro Concentración máxima Concentración al municipio Radio de impacto máximo Radio (impacto máximo se reduce a la mitad)  Simulación 4 H: 40 m, diámetro: 1 m.

Área: 𝐴 = 𝑉𝑁 =

𝜋𝐷 2 4

8.48 𝑚3 /𝑠 0.79 𝑚2

=

𝜋(1.5)2 4

= 0.79m2.

= 10.8 m/s

Discretizacion de distancias Distancia 100 550 1000 2000

Valor 8.559𝜇g/m3 393.7 𝜇g/m3 346.9 𝜇g/m3 249.1 𝜇g/m3

Valor 310.5 𝜇g/m3 310.5 𝜇g/m3 550 m 307.8 𝜇g/m3

Parámetro Valor Concentración máxima 393.7 𝜇g/m3 Concentración al municipio 393.7 𝜇g/m3 Radio de impacto máximo 550 m Radio (impacto máximo se reduce a la mitad) 3329.4 𝜇g/m3  Simulación 5 H: 40 m, diámetro 1m y una lavador de gases con un rendimiento de 75% que emiten efluentes a una temperatura de 29 C. Flujo másico

𝑔𝑟 ∗ (1 − 0.75) 𝑠 𝑚̇𝑆𝑂2= 3.68 gr/s

𝑚̇𝑆𝑂2 = 53

Área: 𝐴 =

𝜋𝐷 2 4

=

𝜋(1)2 4

= 0.79m2.

Caudal corregido

𝑄𝑁 = 9.72

𝑚3 273 ( ) 𝑠 29 + 273

𝑄𝑁 = 8.79 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎: 𝑉𝑁 =

𝑚3 𝑠

8.79 𝑚3 /𝑠 0.79 𝑚2

= 11.19 m/s

Discretizacion de distancias

Distancia 100 550 1000 2000

Valor 1.993 𝜇g/m3 96.25 𝜇g/m3 85.15 𝜇g/m3 60.79 𝜇g/m3

Parámetro Concentración máxima Concentración al municipio Radio de impacto máximo Radio (impacto máximo se reduce a la mitad)

 Simulación 6 H: 25, diámetro: 1.5 m y el lavador Flujo másico

𝑔𝑟 ∗ (1 − 0.75) 𝑠 𝑚̇𝑆𝑂2= 3.68 gr/s

𝑚̇𝑆𝑂2 = 53

Área: 𝐴 =

𝜋𝐷 2 4

=

𝜋(1.5)2 4

= 1.77 m2.

Valor 96.25 𝜇g/m3 96.25 𝜇g/m3 550 m 312.55 m

Caudal corregido

𝑄𝑁 = 9.72

𝑚3 273 ( ) 𝑠 29 + 273

𝑄𝑁 = 8.79 Velocidad corregida 𝑉𝑁 =

8.79 𝑚3 /𝑠 1.77𝑚2

𝑚3 𝑠

= 4.97 m/s

Discretizacion de distancias Distancia 100 550 1000 2000

Valor 75.03 𝜇g/m3 222.8 𝜇g/m3 180.6 𝜇g/m3 107.1 𝜇g/m3

Parámetro Valor Concentración máxima 222.8 𝜇g/m3 Concentración al municipio 222.8 𝜇g/m3 Radio de impacto máximo 550 m Radio (impacto máximo se reduce a la mitad) 234.7 𝜇g/m3

 Propuesta a realizar

Discretizacion de distancias vs la concentración de SO2 Distancia 100 550 1000 2000

Valor 75.03 𝜇g/m3 222.8 𝜇g/m3 180.6 𝜇g/m3 107.1 𝜇g/m3

Parámetro

Valor

Concentración máxima Concentración al municipio Radio de impacto máximo Radio (impacto máximo se reduce a la mitad)

163.3 𝜇g/m3 163.3 𝜇g/m3 550 m 158.2 𝜇g/m3

 Análisis de Resultados -

Simulación 1: 646.1 𝜇g/m3 Simulación 2: 136.3 𝜇g/m3 Simulación 3: 310.5 𝜇g/m3 Simulación 4: 393.7 𝜇g/m3 Simulación 5:96.25 𝜇g/m3 Simulación 6:222.8 𝜇g/m3

El objetivo de la práctica tiene como finalidad la aplicación del Screen View para estudio del impacto atmosférico producido por fuentes fijas. En este caso se analiza la instalación de una planta de producción de pigmentos inorgánicos en un área rural del municipio. Los contaminantes resultantes de esta implantación son las emisiones e SO2 cuya carga contaminante no debe superior al límite permisible según norma de 250 𝜇g/m3, como inmisión horaria. Se realizan seis simulaciones con variaciones de parámetros de altura de la chimenea, diámetro.

La propuesta empleada es una construcción de la chimenea de 28 m de altura y 1.3 m de diámetro, se observa a través de la gráfica que cumple la condición de inmisión. A su vez se observa una concentracion máxima de contamínate de 163.3 𝜇/m3 con diferencia es de 86.7 𝜇g/m3 que ante la construcción, gastos de material y costos operativos representan un gran beneficio. El diseño simulado inicialmente propone una altura de 25 m de altura con 1.5 metros de diámetro, al aumentar dicha altura contribuye un aporte importante en el la dispersión de los contaminantes.