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Unidad 3: Fase 3 - Contaminación del Aire

Estudiantes ALVARO JAVIER MERA LOPEZ CÓDIGO:1.087.026.782 DIANA CECILIA BRAVO REBOLLEDO CODIGO: 1.088.974.383 MAYERLIN ADRIANA LASSO DIAZ CODIGO: 1.082.748.340 MARY YOLANDA PANCHALO MELO CÓDIGO: 1.086.360.138 YEFERSON RODRIGO BOLAÑOS MUÑOZ CODIGO: 1.083.812.069

Grupo del curso 22

Presentado a Marcela Andres Zambrano

FECHA 05 de Mayo de 2019

1

IDENTIFICACIÓN DE CARACTERÍSTICAS DE CONTAMINACIÓN Y EFECTOS QUÍMICOS EN EL AIRE

PASO 1. IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA APORTE INDIVIDUAL a. El estudiante presenta una lista de lo que conoce de la problemática, donde identifica las características asociadas a la contaminación del aire. Nombre del estudiante

Características Departamento

Nariño

Sector industrial

Minas y Canteras

Industria

Estudiante 1 Alvaro Javier Mera

Explotación de Yacimientos de oro y proceso de beneficio minero.

La minería en la actualidad y según sus modalidades se ha convertido en una actividad que genera contaminación en muchos sentidos, respecto a la explotación de yacimientos de oro y proceso de beneficio, existen los siguientes focos de contaminación los cuales han sido identificados por las diferentes entidades ambientales. - Las partículas “Polvo” producto de la actividad propia de la minería, tanto al momento de arranque y al de explotación del material minero, genera Emisiones sólidas complejas. - Para los procesos de explotacion y perforacion, es necesaria la utilización de maquinaria y debido a su combustión, genera Co2 y Co los cuales se disipan y expanden sobre el medio. - También la emisión en procesos netamente explosivos dentro de los yacimientos de oro, generan una serie de mezclas explosivas contaminadas, con gran demanda de metano, COx, NOx, SOx, nocivas para la salud y la atmósfera. - La generación de ruido, producto de la utilización de maquinaria, explotacion, transporte de material minero y proceso de beneficio, genera ondas de presión que se 2

transportan por el aire y llegan a transformarse en vibraciones continuas y dispersas.

Departamento

Valle del Cauca

Sector industrial

Agro-industria

Industria

Estudiante 2 Diana Cecilia Bravo Rebolledo

Producción de azúcar

La contaminación del aire se presenta en diferentes formas visibles como: humo, partículas en Suspensión y pavesas. Los contaminantes del aire originados en esta labor son partículas, monóxido de carbono y compuesto volátiles (COV). La composición química del tallo de la caña de azúcar es de más del 98% ya que el tallo de la caña de azúcar es carbono, hidrógeno y oxígeno; el primero es tomado del aire, mientras que los otros dos son los componentes del agua, indicando la importancia de este elemento en este cultivo. La pobre mezcla entre el material combustible y el aire y el arrastre de los gases de combustión por el aire circundante contribuyen a la emisión de humos, compuestos orgánicos gaseosos y monóxido de carbono, todos los cuales son productos de la combustión incompleta. Los problemas de calidad del aire están asociados con la emisión de partículas por parte de las industrias y teniendo en cuenta las características anteriores es crítica las industrias de producción de azúcar, ocasionando diversas enfermedades perjudicando la calidad de vida de las personas. Departamento

Estudiante 3 Mayerlin Adriana Lasso Diaz

Nariño

Sector industrial

Agricultura, ganadería y acuicultura

Industria

Producción especializada de café

3

Deforestación: La degradación ambiental se interpretó como una crisis de la civilización moderna, marcada por la destrucción de la naturaleza y el deterioro de la calidad de vida. Los bosques de montaña han venido siendo cortados a un ritmo alarmante y reemplazados por plantaciones de monocultivos de cafe. Dichos bosques juegan un importante papel ecológico al proteger la dinámica atmosférica, la calidad del agua y las especies silvestres, aspectos relacionados con la calidad de vida fundamentalmente de los pobladores de estas zonas montañosas. Contaminación agroquímica: comparado con los sistemas tradicionales de cultivo de café bajo sombra con exposición solar depende de una creciente utilización de insecticidas, fungicidas tóxicos y productos químicos en general, los cuales tienen prolongada persistencia en el medio ambiente y la utilización de agroquímicos afectan directamente la salud de los agricultores y los pobladores rurales, así como la calidad del aire y de sus pobladores. Departamento cauca

Estudiante 4 Mary Yolanda Panchalo Melo

Estudiante 5 Nombre Completo

Sector industrial

Agricultura ganadería y acuicultura

Industria

producción especializada de frutas

En este caso se hablara de plantas de procesamiento de frutas, estas son importantes usuarios de agua y generadores de desechos. Las emisiones gaseosas son menores, pero los olores pueden ser importantes en algunos casos. En recintos muy encerrados y con exceso de personal se pueden producir fallas derivadas de una inadecuada oxigenación del ambiente. Como parte de este punto, es necesario tener en cuenta la eliminación de olores muy contaminantes, no necesariamente tóxicos. Un exceso de ventilación, especialmente en lugares con gran contaminación aérea, fundamentalmente polvo e insectos, externa al recinto de proceso, puede, por otra parte, ser contraproducente para los fines propuestos. Una adecuada ventilación, entonces, debe considerar un sistema eficiente de control de la entrada de materias extrañas desde el exterior. Departamento Sector industrial Industria 4

INDUSTRIA SELECCIONADA

Alvaro Javier Mera

Departamento

Nariño

Sector industrial

Minas y Canteras

Industria

Explotación de Yacimientos de oro y proceso de beneficio minero.

5

PASO 2. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DEL PROBLEMA APORTE INDIVIDUAL b. El estudiante relaciona los cambios químicos que ocurren en la atmósfera, a partir de una lluvia de ideas que asocia las causas y efectos del problema de contaminación industrial seleccionado. Estudiante No. 1: Alvaro Javier Mera Lopez Lluvia de ideas

- Dispersión de gases en la atmósfera. - Presencia de gases primarios y secundarios en la atmósfera. - Granulometría de partículas de polvo, presentes en la atmósfera. - Alta demanda de COx, NOx, SOx, nocivas para la salud y la atmósfera. - Generación Co2 y Co los cuales se disipan y expanden sobre el medio. - Emisiones sólidas complejas en la atmósfera. DIAGRAMA CAUSA-EFECTO

6

Lista de aquello que desconoce

- Hidrometalurgia. - Grisú. - Pirometalurgia. - Eólica

Estudiante No. 2: Diana Cecilia Bravo Rebolledo Lluvia de ideas

- - Aumento de gases de combustión que provocan el efecto invernadero como el CO2, CO, - Erosión eólica de la tierra floja durante la extracción superficial, o cualquier operación que ocurre en la superficie de las minas subterráneas - Disminución de la calidad del aire o raíz de las emisiones (diesel) rutinarias de la operación - Degradación de la calidad del aire debido a las emisiones del proceso - Emisión de gases por maquinaria pesada - Aumento de las partículas atmosféricas que provienen de la voladura, excavacion y movimiento de tierras, transporte, transferencia de materiales - Vertimiento de aguas residuales (Metales pesados, Metano (CH4), Dióxido de Carbono (Co2), entre otros. - Transporte del Carbono (Polvillo del carbón o el polvo que levantan los camiones por los caminos destapados). - Desertificación de los suelos. - Eutrofización. - Pérdida de la fauna y flora nativa de la región. Levantar la cubierta vegetal.

DIAGRAMA CAUSA-EFECTO

7

-

Lista de aquello que desconoce

Estudiante No. 3: Nombre completo del estudiante Lluvia de ideas

DIAGRAMA CAUSA-EFECTO

8

Lista de aquello que desconoce

-

Estudiante No. 4: Mary Yolanda Panchalo Melo Lluvia de ideas

Emisión de gases por maquinaria pesada - Aumento de las partículas atmosféricas que provienen de la voladura, excavación y movimiento de tierras, transporte, transferencia de materiales - Aumento de gases de combustión que provocan el efecto invernadero como el CO2, CO, Erosión eólica de la tierra floja durante la extracción superficial, o cualquier operación que ocurre en la superficie de las minas subterráneas - Disminución de la calidad del aire o raíz de las emisiones (diesel) rutinarias de la operación - Degradación de la calidad del aire debido a las emisiones del proceso Vertimiento de aguas residuales (Metales pesados, Metano (CH4), Dióxido de Carbono (Co2), entre otros. - Transporte del Carbono (Polvillo del carbón o el polvo que levantan los camiones por los caminos destapados). - Desertificación de los suelos. - Eutrofización. - Perdida de la fauna y flora nativa de la región. - Levantar la cubierta vegetal. Contaminación a los recursos naturales. DIAGRAMA CAUSA-EFECTO -

9

Lista de aquello que desconoce

-

Estudiante No. 5: Nombre completo del estudiante Lluvia de ideas

DIAGRAMA CAUSA-EFECTO

10

Lista de aquello que desconoce

-

11

PASO 3. DISEÑO DE UNA POSIBLE ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN AL PROBLEMA APORTE INDIVIDUAL Identificación de tratamientos de control y evaluación del problema desde los efectos de la contaminación atmosférica. Estudiante No. 1: Alvaro Javier Mera Lopez MAPA JUICIOS DE VALOR

Estudiante No. 2: Nombre completo del estudiante MAPA JUICIOS DE VALOR

Estudiante No. 3: Nombre completo del estudiante MAPA JUICIOS DE VALOR

12

Estudiante No. 4: Nombre completo del estudiante MAPA JUICIOS DE VALOR

Estudiante No. 5: Nombre completo del estudiante MAPA JUICIOS DE VALOR

13

PASO 3. DISEÑO DE UNA POSIBLE ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN AL PROBLEMA APORTE INDIVIDUAL Aplicación de conceptos relacionados con parámetros de evaluación de la calidad del aire para resolver problemas Estudiante No. 1: Alvaro Javier Mera Lopez 1a

Asuma que el aire está conformado por 78% de N2, 21% de O2 y 1% de Helio (He), calcule las moléculas de cada tipo de gas que están presentes en 1.4 L de aire a condiciones de temperatura y presión estándar (condiciones ideales).

1b

A partir de la formación de los ácidos nítrico y sulfúrico, explique la participación de las fases sólida y líquida de la atmósfera en las diferentes reacciones. Escriba y explique las reacciones implicadas. Realice un cuadro comparativo y cite un ejemplo (a partir del sector industrial que identificó como problemática en la Fase 1), para las siguientes características: fuente de emisión, fuente fija, fuente fija puntual, fuente fija dispersa, fuente natural y fuente móvil.

1c

Una muestra gaseosa contiene 1.1 moles de Helio (He) a una temperatura de 23 °C y a una presión de 137 atm. Si se caliente la muestra a 31 °C y se aumenta la presión a 201.6 Bar, determine el cambio de volumen que experimenta la muestra.

1d

Calcule la longitud de onda (λ) y la frecuencia (ν) que necesita un fotón para disociar el enlace SO-O del dióxido de azufre (SO2) e indique la zona del espectro electromagnético en la que se ubicaría. 14

Estudiante No. 2: Nombre completo del estudiante 2a

Asuma que el aire está conformado por 78% de N2, 21% de O2 y 1% de Xenón (Xe), calcule las moléculas de cada tipo de gas que están presentes en 2.01 L de aire a condiciones de temperatura y presión estándar (condiciones ideales).

2b

Relacione en un cuadro las capas de la atmósfera en razón a su altura, temperatura y fenómenos más relevantes. Establezca la diferencia entre las concentraciones deseables del ozono en las capas donde éste se encuentra presente. Realice un cuadro comparativo y cite un ejemplo (a partir del sector industrial que identificó como problemática en la Fase 1), para las siguientes características: fuente de emisión, fuente fija, fuente fija puntual, fuente fija dispersa, fuente natural y fuente móvil.

2c

Una muestra gaseosa contiene 0.99 moles de Xenón (Xe) a una temperatura de 32 °C y a una presión de 14 atm. Si se caliente la muestra a 316 K y se aumenta la presión a 31.4 Bar, determine el cambio de volumen que experimenta la muestra.

2d

Calcule la longitud de onda (λ) y la frecuencia (ν) que necesita un fotón para disociar el enlace CO-O del dióxido de carbono (CO2) e indique la zona del espectro electromagnético en la que se ubicaría.

Estudiante No. 3: Nombre completo del estudiante

15

3a

Asuma que el aire está conformado por 78% de N2, 21% de O2 y 1% de Neón (Ne), calcule las moléculas de cada tipo de gas que están presentes en 1.1 L de aire a condiciones de temperatura y presión estándar (condiciones ideales).

3b

Relacione en un cuadro las capas de la atmósfera en razón a su altura, temperatura y fenómenos más relevantes. Indique la capa en donde ocurren los procesos de oxidación y relacione la especie química clave en ese proceso y los productos tras la combinación con CO, óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre y metano. Realice un cuadro comparativo y cite un ejemplo (a partir del sector industrial que identificó como problemática en la Fase 1), para las siguientes características: fuente de emisión, fuente fija, fuente fija puntual, fuente fija dispersa, fuente natural y fuente móvil.

3c

Una muestra gaseosa contiene 0.68 moles de Neón (Ne) a una temperatura de 311 K y a una presión de 287 Torr. Si se caliente la muestra a 379 K y se aumenta la presión a 432 Torr, determine el cambio de volumen que experimenta la muestra.

3d

Calcule la longitud de onda (λ) y la frecuencia (ν) que necesita un fotón para disociar el enlace NO-O del dióxido de nitrógeno (NO2) e indique la zona del espectro electromagnético en la que se ubicaría.

Estudiante No. 4: Mary Yolanda Panchalo Melo 4a

Asuma que el aire está conformado por 78% de N2, 21% de O2 y 1% de Helio en 2.1 L de aire a condiciones de temperatura y presión estándar (condiciones ideales). 16

Datos: 78% N₂ 21% O₂ 1 % Xe P= 1 atm (condiciones normales) T= 273 K (condiciones normales) V= 2.01 L Para la solución del enunciado, se aplica la ley de los gases ideales, la cual esPV= nRT, , donde P= Presión V= volumen n= moles,n= masa/ peso molecular R= constante de los gases,0.082 l* atm/ mol*K T= temperatura PV= nRT 1* 2.01= n*0.082*273 n=0.09 moles de aire para el oxígeno 0.09 →100% x→ 21%

→ x=0.0189 moles O₂

0.0189 moles O₂ *(6.023*10²³ moléculas O₂ / 1 mol O₂ )=1.14*10²² moléculas O₂ para el nitrógeno 0.09 →100% x→ 78%

→ x=0.0702 moles N₂ 17

0.0702 moles N₂ *(6.023*10²³ moléculas N₂ / 1 mol N₂ )=4.23*10²² moléculas N₂ para el Eenon 0.09 →100% x→ 1% → x=9*10⁻ ⁴ moles Xe 9*10⁻ ⁴ moles Xe *(6.023*10²³ moléculas Xe/ 1 mol Xe)=5.42*10²⁰ moléculas Xe

4b

Relacione en un cuadro las capas de la atmósfera en razón a su altura, temperatura y fenómenos más relevantes. Incluya representaciones gráficas y asocie los cambios y reacciones químicas que se encuentran en cada una. Explique las similitudes y diferencias entre el efecto invernadero y el efecto invernadero intensificado. Realice un cuadro comparativo y cite un ejemplo (a partir del sector industrial que identificó como problemática en la Fase 1), para las siguientes características: fuente de emisión, fuente fija, fuente fija puntual, fuente fija dispersa, fuente natural y fuente móvil.

4c

Una muestra gaseosa contiene 0.98 moles de Helio (He) a una temperatura de 301 K y a una presión de 390 Torr. Si se caliente la muestra a 49 °C y se aumenta la presión a 1.2 Barr, determine el cambio de volumen que experimenta la muestra. 𝑝0 ∗ 𝑝0/𝑝0 = 𝑝1 ∗ 𝑝1/𝑝1 la temperatura obligatoriamente debe ponerse en K 49 °C + 273.15 = 322.15 K Para calcular el volumen que ocupan los 0.98 moles de He en condiciones normales podemos volver a aplicar la ecuación PV=nRT. o la siguiente proporción: (1 mol de He en c.n.)/(ocupa 22.4 L)=(0.98 mol de He)/X 18

X=21.952 L de He (1 Torr )/(0.00131579 atm)=(390 Torr )/x x=0.513158 atm (1 Bar )/(0.987 atm)=(1.2 Bar )/x x=1.18 atm (0.513 atm .21.95 L )/(301 K)=(1.18 atm .x )/(322.15 K) x=10.21 L

4d

Calcule la longitud de onda (λ) y la frecuencia (ν) que necesita un fotón para disociar el enlace O-O del oxígeno molecular (O2) e indique la zona del espectro electromagnético en la que se ubicaría. 1 mol equivale a 6.022X1023 moléculas E= hv. Donde E =energía. Solución Datos extraídos del anexo 1: El nitrógeno (O2) (cuya reacción se representa a continuación) tiene una energía de 495 kJ/mol, capaz de disociar la molécula de O2: O2 2O 1 mol de un foton=6,022*10^23 moleculas 495 KJ=495*10^3 J Calculamos la energía para una 1 molécula. 6,022*10^23 moleculas---→495*10^3 J 1 molecula---------→x x=(1 molecula*495*10^3 J)/(6,022*10^23 moleculas)=82.20*10^(-20) J 19

E=hv,h=constante de planck,v=frecuencia v(frecuencia )=(c(velocidad de la luz))/(λ(longitud de onda)), Despejando la longitud de onda(λ) λ=c/v; v=E/h→λ=(h*c)/E= v=E/h → (82.20*10^(-20))/(6.626*10^34 ) v=1.24*10^(15 ) s^(-1) λ=c/v λ=((3.00*10^(8 ) m/s)/(1.24*10^(15 ) s^(-1) ))x((10^(9 ) nm)/(1 m)) λ=242 nm → Zona del Espectro (Rayos Ultravioleta – UVC) Definición Se entiende por radiación ultravioleta la radiación cuya longitud de onda es menor que la de la luz visible pero mayor que la de los rayos x, es decir, varía entre los 400 y 100 nm. La fuente más habitual de radiación ultravioleta es el sol, aunque también se puede conseguir artificialmente mediante lámparas UV. La radiación ultravioleta se divide en tres rangos: UVA, UVB y UVC. Todos ellos están considerados como probables cancerígenos para el hombre. UVA – Radiaciones de longitud de onda larga comprendida entre los 315 y 400 nm. Apenas retenidos por la atmósfera. Al menos el 90% de las radiaciones que llegan a la superficie terrestre son UVA. UVA se subdivide en UVA-I (340 nm - 400 nm) y UVA-II (315 nm - 340 nm). UVB – Radiaciones de longitud de onda media comprendida entre los 280 y los 315 nm. Representan como máximo un 10% de las radiaciones que llegan a la superficie terrestre. 20

UVC – Radiaciones de longitud de onda corta comprendida entre los 100 y los 280 nm. Las radiaciones UVC son absorbidas en su totalidad por la capa de ozono. Estudiante No. 5: Nombre completo del estudiante 5a

Asuma que el aire está conformado por 78% de N2, 21% de O2 y 1% de Argón (Ar), calcule las moléculas de cada tipo de gas que están presentes en 1.8 L de aire a condiciones de temperatura y presión estándar (condiciones ideales).

5b

A partir del ciclo del oxígeno atmosférico, explique la participación de esta especie química en intercambios entre las esferas ambientales. Realice un cuadro comparativo y cite un ejemplo (a partir del sector industrial que identificó como problemática en la Fase 1), para las siguientes características: fuente de emisión, fuente fija, fuente fija puntual, fuente fija dispersa, fuente natural y fuente móvil.

5c

Una muestra gaseosa contiene 0.73 moles de Argón (Ar) a una temperatura de 290 K y a una presión de 66605 Pa. Si se caliente la muestra a 59 °C y se aumenta la presión a 838 Torr, determine el cambio de volumen que experimenta la muestra.

5d

Calcule la longitud de onda (λ) y la frecuencia (ν) que necesita un fotón para disociar el enlace N-N del nitrógeno molecular (N2) e indique la zona del espectro electromagnético en la que se ubicaría.

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PASO 2. ANÁLISIS Y DISCUSION DEL PROBLEMA APORTE COLABORATIVO Relación de la acción antrópica y natural en problemas de contaminación atmosférica. El grupo presenta un diagrama Ishikawa, donde relaciona las causas y efectos de la contaminación atmosférica generada por la industria, y considera los procesos y cambios químicos que ocurren.

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PASO 3. DISEÑO DE UNA POSIBLE ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN AL PROBLEMA APORTE COLABORATIVO Revisión de tratamientos de control y evaluación en el aire. El grupo presenta un mapa conceptual, donde identifica los tratamientos de control y evaluación asociados al problema de contaminación industrial seleccionado en el grupo, y los articula a través de juicios de valor.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS - Cabildo, M., Cornago, R., & Escolástico, L. (2013). Tema 9. Química de la atmósfera. En Bases químicas del medioambiente (pp. 32-39). Madrid, España. UNED - Universidad Nacional de Educación a Distancia. Recuperado dehttp://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2460/lib/unadsp/reader.action?ppg=338&d ocID=3218017&tm=1529957601208 - Triana, M. (2010). Química y componente atmosférico. En Química Ambiental(pp. 297-302; 304-310; 323-327; 331-332; 359-361; 366-370). Bogotá, Colombia. UNAD - Universidad Nacional Abierta y a Distancia. Recuperado dehttp://hdl.handle.net/10596/7618

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