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MANUAL DE INVENTARIO DE FUENTES PUNTUALES

Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial Consultor: K2 Ingeniería Ltda.

CONSULTOR K-2 INGENIERIA LIBERTAD Y ORDEN

MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL República de Colombia

EQUIPO TECNICO

ÁLVARO URIBE VÉLEZ Presidente de la República

Manuel I. Amaya (Gerente)

JUAN LOZANO Ministro de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial

Carlos Echeverry (Director del Proyecto)

CLAUDIA MORA Viceministra de Ambiente

Amilcar Rizzo (Asesor)

CESAR BUITRAGO Director de Desarrollo Sectorial Sostenible

Francisco Andrés Leal Isabel Cristina Rey Johanna Marcela Bastos (Ing. Consultores)

HELVER REYES Interventor Contrato FONADE 2070389

Anderson Carrillo Montero Darinel Gónzalez Valle (Ing. Auxiliares)

DISEÑO Y DIAGRAMACIÓN K2 INGENIERIA. IMPRESIÓN ISBN DISTRIBUCIÓN GRATUITA Todos los derechos reservados. Apartes de los textos pueden reproducirse citando la fuente. Su reproducción total debe ser autorizada por el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial Calle 37 No. 8-40 Bogotá D.C., Colombia www.minambiente.gov.co

DOCUMENTO DESARROLLADO EN EL MARCO DEL CONTRATO FONADE 2070389 Préstamo BIRFNo.7335-con el Banco Internacional de Reconstrucción y Fomento para financiar la implementación del Programa de Inversión Para el Desarrollo Sostenible IDS

TABLA DE CONTENIDO

1

DEFINICIÓN .................................................................................................................................................................... 11

2

NIVEL DE DETALLE ..................................................................................................................................................... 12

3

METODOLOGÍAS BÁSICAS DE ESTIMACIÓN DE EMISIONES ......................................................................... 14 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.4

4

MUESTREO EN LA FUENTE ................................................................................................................................. 14 FACTORES DE EMISIÓN ....................................................................................................................................... 17 Cálculo de emisiones por combustión................................................................................................................... 19 Cálculo de emisiones por proceso ........................................................................................................................ 20 BALANCES DE MASA............................................................................................................................................ 21 MODELOS DE EMISIÓN ........................................................................................................................................ 27

METODOLOGÍAS DE CÁLCULO POR ACTIVIDAD ECONOMICA.................................................................... 32 4.1 CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA INDUSTRIA LADRILLERA................................................................... 33 4.2 CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA CADENA PRODUCTIVA DEL VIDRIO................................................ 36 4.2.1 Producción De Vidrio ........................................................................................................................................... 36 4.2.2 Producción De Fibra De Vidrio ........................................................................................................................... 39 4.3 CÁLCULO DE EMISIONES PARA EMPRESAS DE GENERACIÓN ELECTRICA ............................................ 40 4.3.1 Cálculo de emisiones en turbinas a gas................................................................................................................ 41 4.4 CÁLCULO DE EMISIONES EN LA EXPLORACIÓN, PERFORACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE HIDROCARBUROS ............................................................................................................................................................... 43 4.5 CÁLCULO DE EMISIONES PARA PRODUCCION DE PANELA........................................................................ 43 4.5.1 Proceso de Beneficio............................................................................................................................................. 43 4.5.2 Variables asignadas.............................................................................................................................................. 44 4.6 CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA PRODUCCIÓN DE CAL ......................................................................... 46 4.7 CÁLCULO DE EMISIONES PARA PRODUCCIÓN DE MEZCLA ASFALTICA ................................................ 48 4.8 CÁLCULO DE EMISIONES PARA CALDERAS ................................................................................................... 50 4.8.1 Carbón Bituminoso ............................................................................................................................................... 50 4.8.2 Crudo de Castilla o Fuel Oil No. 6....................................................................................................................... 51 4.8.3 ACPM, Diesel, Fuel Oil y Kerosene ..................................................................................................................... 52 4.8.4 Gas Natural........................................................................................................................................................... 52 4.8.5 Madera.................................................................................................................................................................. 52 4.9 CÁLCULO DE EMISIONES PARA PRODUCCIÓN DE COQUE.......................................................................... 53 4.9.1 Emisiones .............................................................................................................................................................. 54 4.10 CÁLCULO DE EMISIONES PARA INCINERACIÓN DE RESIDUOS ................................................................. 56 4.11 CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA PRODUCCIÓN DE CEMENTO .............................................................. 57 4.12 CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA PRODUCCIÓN DE CONCRETO............................................................ 59 4.13 CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA FUNDICIÓN DE METALES ................................................................... 61 4.13.1 Cálculos De Emisiones Para Fundición De Hierro Gris................................................................................. 61 4.13.2 Cálculos De Emisiones Para Fundición Secundaria De Cobre Y Aleaciones ................................................. 64 4.13.3 Fundición De Acero ......................................................................................................................................... 67 4.13.4 Fundición De Plomo ........................................................................................................................................ 68 4.13.5 Fundición De Aluminio .................................................................................................................................... 69 4.13.6 Fundición de Zinc ............................................................................................................................................ 70 4.14 CÁLCULO DE EMISIONES PARA EL TOSTADO DE CAFÉ Y CACAO ............................................................ 71 4.15 CÁLCULO DE EMISIONES EN REFINERIAS DE PETRÓLEO ........................................................................... 73 4.16 CÁLCULO DE EMISIONES EN LA PRODUCCIÓN DE ÁCIDO NÍTRICO ......................................................... 75

4.16.1 Proceso de Ácido Débil.................................................................................................................................... 76 4.16.2 Procesos de Ácido Concentrado ...................................................................................................................... 76 4.16.3 Proceso Directo ............................................................................................................................................... 76 4.16.4 Proceso Indirecto ............................................................................................................................................. 77 4.17 CÁLCULO DE EMISIONES EN LA PRODUCCIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO ................................................... 79 4.18 CÁLCULO DE EMISIONES EN LA PRODUCCIÓN DE FERTILIZANTES......................................................... 79 4.18.1 Producción de Sulfato de Amonio .................................................................................................................... 79 4.18.2 Producción De Roca Fosfórica........................................................................................................................ 81 5

FACTORES DE EMISIÓN NACIONALES .................................................................................................................. 83 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6

6

CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARA EL INVENTARIO DE DIOXINAS Y FURANOS ............................... 90 6.1 6.2 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.4

7

GENERALIDADES .................................................................................................................................................. 90 FUENTES DE EMISION DE DIOXINAS Y FURANOS HACIA LA ATMÓSFERA............................................. 91 CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARA LA ESTIMACIÓN DEL INVENTARIO ............................................. 91 Objeto y Criterios de Estimación.......................................................................................................................... 91 Categorías de Fuente de Emisión para Dioxinas y Furanos ................................................................................ 92 PRESENTACIÓN DEL DOCUMENTO INVENTARIO DE EMISIONES DE DIOXINAS Y FURANOS ............. 94 FACTORES DE EMISIÓN POR DEFECTO ............................................................................................................ 94

CONSIDERACIONES QUE AFECTAN LAS EMISIONES........................................................................................ 95 7.1 7.2

8

SECTOR PULPA, PAPEL Y CARTÓN.................................................................................................................... 84 SECTOR FABRICACIÓN DE AZÚCAR ................................................................................................................. 85 SECTOR SIDERÚRGICO ........................................................................................................................................ 86 SECTOR CEMENTOS.............................................................................................................................................. 87 SECTOR LADRILLERAS Y PRODUCTOS DE ARCILLA EN GENERAL .......................................................... 88 SECTOR CUEROS ................................................................................................................................................... 89

FACTORES DE DISEÑO Y DE PROCESO............................................................................................................. 95 PROCESOS QUE POR LO GENERAL SE OMITEN .............................................................................................. 96

EQUIPOS DE CONTROL DE CONTAMINACIÓN DEL AIRE................................................................................ 98 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.8.1 8.8.2 8.9

CICLONES................................................................................................................................................................ 98 FILTROS ................................................................................................................................................................... 99 INCINERACIÓN .................................................................................................................................................... 100 ABSORCIÓN .......................................................................................................................................................... 101 CONDENSACIÓN.................................................................................................................................................. 102 PRECIPITADOR ELECTROSTÁTICO ................................................................................................................. 102 ADSORCIÓN.......................................................................................................................................................... 103 REDUCCIÓN SELECTIVA ................................................................................................................................... 103 Reducción Selectiva Catalítica ........................................................................................................................... 103 Reducción Selectiva No Catalítica...................................................................................................................... 104 LAVADOR.............................................................................................................................................................. 105

9

PROCEDIMIENTO DE CODIFICACIÓN DE DATOS............................................................................................. 106

10

BIBLIOGRAFÍA............................................................................................................................................................. 107

ANEXO FP-1. INDICADORES DE DESEMPEÑO AMBIENTAL RELACIONADOS CON EMISIONES ATMOSFÉRICAS CLASIFICADOS POR TECNOLOGÍA ............................................................................................... 111 ANEXO FP-2. EJEMPLO DE DATOS DE ENTRADA Y SALIDA PARA LIBERACIONES AL AIRE, AGUA, SUELO EN PRODUCTOS Y RESIDUOS PARA LA CATEGORIA 6, PROCESO DE QUEMA A CIELO ABIERTO............ 116

LISTADO DE TABLAS

Tabla 1. Resultados de un CEM para una caldera que quema petróleo ...................................................................................... 16 Tabla 2. Orden de preferencia para los métodos de estimación .................................................................................................. 31 Tabla 3. Factores de emisión en los procesos de trituración, molienda, tamizado en la fabricación de ladrillos y productos cerámicos...................................................................................................................................................................................... 34 Tabla 4. Factores de de emisión en la cocción de ladrillos y productos cerámicos..................................................................... 34 Tabla 5. Identificación de etapas presentes en el caso de estudio............................................................................................... 35 Tabla 6. Resumen de resultados obtenidos para el caso planteado para estudio de la industria ladrillera ................................ 35 Tabla 7. Emisión de PST, NOX y SO2 durante la etapa de cocción del caso de estudio de la empresa ladrillera ....................... 36 Tabla 8. Factores de emisión para la fabricación de vidrio para botellas.................................................................................. 37 Tabla 9. Resultados de emisiones para la Cristalería CRISOR como caso particular de estudio .............................................. 39 Tabla 10. Factores de emisión para la producción de fibra de vidrio. ........................................................................................ 40 Tabla 11. Factores de emisión para turbinas no controladas a gas............................................................................................ 42 Tabla 12. Factores de emisión para turbinas no controladas a gas............................................................................................ 42 Tabla 13. Factores de emisión para turbinas no controladas a gas............................................................................................ 43 Tabla 14. Factores de emisión para combustión de Gas Natural en Teas .................................................................................. 43 Tabla 15. Factores de Emisión para combustión de leña y bagazo ............................................................................................ 45 Tabla 16. Factores de emisión para Horno rotatorio de carbón sin control .............................................................................. 47 Tabla 17. Factores de Emisión para Trituración en producción de cal...................................................................................... 48 Tabla 18. Factores de Emisión para plantas de mezcla caliente de asfalto con tambor............................................................. 49 Tabla 19. Emisiones para la empresa productora de mezcla asfáltica AsphalPlant................................................................... 50 Tabla 20. Factores de Emisión para combustión de Carbón Bituminoso sin control. Caldera para carbón pulverizado......... 51 Tabla 21. Factores de Emisión para Crudo de Castilla o Fuel Oil No.6. Calderas con capacidad100 milones de BTU/h........................................................................................................ 51 Tabla 23. Factores de Emisión para ACPM, Diesel, Fuel Oil y Kerosene.................................................................................. 52 Tabla 24. Factores de Emisión para Gas Natural. Caldera sin control..................................................................................... 52 Tabla 25. Factores de emisión para combustión de madera para calderas sin control.............................................................. 53 Tabla 26. Emisiones calculadas para el caso de estudio seleccionado....................................................................................... 53 Tabla 29. Factores de emisión para Hornos de Coque ............................................................................................................... 55 Tabla 30. Factores de emisión para Hornos de Coque ............................................................................................................... 56 Tabla 31. Clasificación de los incineradores de residuos ........................................................................................................... 56 Tabla 32. Factores de Emisión para incineradores de Residuos Hospitalarios.......................................................................... 57 Tabla 33. Factores de Emisión para industrias de producción de cemento Pórtland (PST y PM10) ........................................... 58 Tabla 34. Factores de Emisión para industrias de producción de cemento Pórtland (SO2. NOX, CO y CO2) ............................ 59 Tabla 35. Factores de emisión para la Producción de Concreto ................................................................................................. 60 Tabla 36. Factores de emisión de partículas para hornos de hierro gris.................................................................................... 64 Tabla 37.Factores de emisión estándar para emisiones de gases y plomo .................................................................................. 64 Tabla 38. Factores de emisión de partículas para hornos utilizados en la fundición secundaria de cobre y procesos de aleación (PST y PM10) .................................................................................................................................................................. 65 Tabla 39. Factores de emisión de partículas para hornos utilizados en la fundición secundaria de cobre y procesos de aleación (SOX, NOX y VOCs) ........................................................................................................................................................ 66 Tabla 40. Factores de emisión para los diferentes hornos empleados en las acerías.................................................................. 67 Tabla 41. Factores de emisión para la fundición de plomo ........................................................................................................ 69 Tabla 42. Factores de emisión para el proceso de fundición de aluminio a partir de alúmina reducida en celdas electrolíticas. ................................................................................................................................................................................ 70 Tabla 43. Factor de emisión para PST en los procesos de fundición de zinc.............................................................................. 71 Tabla 44. Factores de emisión para el proceso de tostado de café ............................................................................................. 72 Tabla 45. Factores de emisión para refinerías de petróleo.......................................................................................................... 75 Tabla 46. Factores de emisión de NOX para plantas de ácido nítrico......................................................................................... 78 Tabla 47. Factores de emisión de SO2 para las industrias de producción de ácido sulfúrico. ................................................... 79

Tabla 48. Factores de emisión para el proceso de producción de sulfato de amonio................................................................. 80 Tabla 49. Factores de emisión para la producción de roca fosfórica ......................................................................................... 81 Tabla 50. Factores de emisión de PST y PM10 en la producción de roca fosfórica. ................................................................... 82 Tabla 51. Factores de emisiones de SO2 del proceso de pulpeo Kraft. ........................................................................................ 84 Tabla 52. Factores de emisión de óxidos de nitrógeno (NOX)...................................................................................................... 84 Tabla 53. Factores de emisión de PST del sistema de recuperación en el pulpeo de Kraft. ........................................................ 85 Tabla 54. Factores de emisión de VOCs en el proceso de pulpeo Kraft ...................................................................................... 85 Tabla 55. Factores de emisión sin control.................................................................................................................................... 85 Tabla 56. Factores de emisión para la producción de azúcar por inhibición, clarificación por centrífuga, evaporación multiefecto y cristalización discontinua........................................................................................................................................ 85 Tabla 57. Consumo de bagazo por tipo de azúcar. ...................................................................................................................... 86 Tabla 58. Factores de emisión para la producción de productos de arrabio por reducción de mineral de hierro con coquización y alto horno. ............................................................................................................................................................. 86 Tabla 59. Factores de emisión para la producción de aceros por procesos semi-integral u horno eléctrico, con separación manual de chatarra....................................................................................................................................................................... 86 Tabla 60. Factores de emisión para la producción de artículos de acería laminado en caliente, con cizallamiento, proceso integral. ........................................................................................................................................................................................ 86 Tabla 61. Factores de emisión para la producción de artículos de acería laminado en caliente, con cizallamiento, horno eléctrico y proceso semi-integral.................................................................................................................................................. 87 Tabla 62. Factores de emisión para la producción de artículos de acería laminado en frío, decapado químico, recocido discontinuo por inmersión. ........................................................................................................................................................... 87 Tabla 63. Factores de emisión para la producción de cemento por vía seca con horno largo, combustible carbón. ................. 87 Tabla 64. Factores de emisión para la producción de cemento por vía húmeda con decantación, combustible gas natural...... 87 Tabla 65. Factores de emisión para la producción de ladrillos refractarios por molienda discontinua, moldeo por prensado y cocción en continuo ...................................................................................................................................................................... 88 Tabla 66. Factores de emisión para la producción de artículos de arcilla con molienda discontinua, moldeo por extrusión, y cocción en continuo con carbón y secado artificial (aquí se deben incluir los chircales) ........................................................... 88 Tabla 67. Factores de emisión para la producción de artículos de arcilla de gres por molienda discontinua, moldeo por extrusión, secado artificial y cocción discontinua........................................................................................................................ 88 Tabla 68. Factores de emisión para la producción de cuero. ...................................................................................................... 89 Tabla 69. Matriz de selección para las categorías mayores de fuentes de emisión de Dioxinas y Furanos. Cada categoría contiene subcategorías. ................................................................................................................................................................ 93 Tabla 70. Eficiencias de control típicas de un incinerador térmico para diferentes fuentes..................................................... 100

LISTADO DE FIGURAS Figura 1. Diferentes niveles de un inventario de fuentes puntuales ............................................................................................. 12 Figura 3. Ejemplos de factores de emisión................................................................................................................................... 18 Figura 4. Algoritmo para el cálculo de emisiones por combustión.............................................................................................. 19 Figura 5. Algoritmo de cálculo de emisiones por proceso ........................................................................................................... 20 Figura 6. Ejemplos de balance de materiales............................................................................................................................... 21 Figura 7. Esquema Balance de masa ........................................................................................................................................... 23 Figura 8. Análisis másico del material particulado en la operación de recubrimiento ............................................................... 24 Figura 9. Interfase de TANKS-Información del Tanque............................................................................................................... 27 Figura 10. Interfase de TANKS-Información del sitio.................................................................................................................. 28 Figura 11. Interfase de TANKS-Información del líquido ............................................................................................................. 28 Figura 12. Ejemplo de visualización en pantalla del WATER9.................................................................................................... 29 Figura 13. Interfase Landfill ........................................................................................................................................................ 30 Figura 14. Interfase PM Calculator ............................................................................................................................................. 31 Figura 15. Diagrama de flujo de la elaboración del ladrillo ....................................................................................................... 33 Figura 16. Etapas básicas del proceso de fabricación del vidrio ................................................................................................ 37 Figura 17. Proceso de producción de energía eléctrica.............................................................................................................. 41 Figura 18. Ciclo de una turbina a gas.......................................................................................................................................... 41 Figura 19. Diagrama de flujo Proceso de Producción cal viva ................................................................................................... 47 Figura 20. Diagrama de flujo de Producción de Mezcla Asfáltica .............................................................................................. 49 Figura 22. Diagrama de flujo de procesos para la producción de coque ................................................................................... 55 Figura 23. Proceso de producción de cemento ........................................................................................................................... 58 Figura 25. Reacciones involucradas en el proceso de fundición del hierro................................................................................. 61 Figura 26. Procesos en una planta de fundición de hierro con planta de coquización................................................................ 62 Figura 27. Diagrama de flujo del proceso de Fundición de hierro.............................................................................................. 63 Figura 29. Esquema de la fundición primaria de plomo. ............................................................................................................. 69 Figura 30. Estructura física básica de una refinería de petróleo................................................................................................. 74 Figura 31. Diagrama de flujo con las diferentes etapas posibles para la obtención de ácido nítrico ......................................... 78 Figura 32. Diagrama de bloques esquemático de las dos vías principales de obtención del sulfato de amonio. ....................... 80 Figura 33. Esquema del proceso de producción de roca fosfórica .............................................................................................. 81 Figura 34. Diagrama de un ciclón ............................................................................................................................................... 99 Figura 35. Diagrama de un filtro ............................................................................................................................................... 100 Figura 36. Diagrama de un precipitador electroestático .......................................................................................................... 103 Figura 37. Bosquejo de operación para la reducción catalítica ................................................................................................ 104 Figura 38. Lavador Venturi........................................................................................................................................................ 105

LISTADO DE ABREVIATURAS

a A Al2O3 AP-42

Año (365 días) Nivel de actividad Alúmina Compilation of air pollutant emission factors (compendio de los factores de emisión de contaminantes del aire BHP Boiler horse power Btu/h Unidad de flujo volumétrico, British thermal unit per hour (unidad térmica británica por hora) C Carbono CaO Oxido de calcio CaCO3 Carbonato de calcio CCE Comisión para la Cooperación Económica CDD Combustible Derivado de Desechos CEM Continuos Emission Monitoring (monitoreo continuo de emisiones) CEN Comité Europeo de Normalización CH4 Metano C8H18 Octano CIIU Código de Clasificación de Actividades Industriales cm Unidad de longitud, centímetro CNP Éter de 2,4,6 – triclorofenil – 4’ - nitrofenilo CO Monóxido de carbono COP Contaminantes Orgánicos Persistentes CO2 Dióxido de carbono CORANTIOQUIA Corporación Autónoma Regional del Centro de Antioquia CORPOICA Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria CORINAIR Corine: Coordination of Information on the Environment in Europe - Community Programme (Inventario Central de Emisiones Atmosféricas) Cprom Concentración promedio CS Concentración de partículas en el gas de escape DANE Departamento Administrativo Nacional de Estadística DCB Diclorobenceno DCE 1,2 – dicloroetano DP Desechos Peligrosos E Estimado de emisión para la fuente EMEP Cooperative Program for Monitoring and Evaluation of the long-range transmission of air pollutants in Europe (Programa Concertado para la Vigilancia Continua (Monitoreo) y Evaluación del Transporte a Larga Distancia de Contaminantes Atmosféricos en Europa) EPA Environmental Protection Agency (Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos) EPM10 Emisión de PM10 EPST Emisión de PST EQT Equivalente de Toxicidad EQT-I Equivalente de Toxicidad Internacional ESP Precipitadores electrostáticos ER Eficiencia general en la reducción de emisiones totales F Factor de emisiones controladas FAO Food and Agriculture Organization (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación)

FET g g/g-mol GLP h HARP-HAZ HCl HCT HNO3 H2O H2SO4 IDEAM IPCS IPPC in ISO K Kcal/Kg Kg Kg/h Kg/Kmol KPa l Lo Lb LD LRTAP m m3 Mf mg MJ /Ton mm Mph Mr MWprom MSW N2 NH3 (NH4)2SO4 Nm3 Nm3/h NO N2O NOX O2 OCDE OMS ONUDI

Factor de Equivalencia de Toxicidad aceleración de la gravedad, 9.8 m/s2 Unidades de peso molecular, gramos por gramo-mol Gas Licuado de Petróleo Unidad de tiempo, horas Harmonized Quantification and Reporting Procedures for Hazardous Substances (Procedimientos Armonizados de Información y Cuantificación para Sustancias Peligrosas) Ácido clorhídrico Hidrocarburos totales Ácido nítrico Agua Ácido sulfúrico Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia International Programme on Chemical Safety (Programa Internacional de Seguridad para Sustancias Químicas) Integrated Pollution Prevention and Control of the European Union (Prevención y Control Integrados de la Contaminación en la Unión Europea) Unidad de longitud, pulgadas Organización Internacional de Estandarización Constante de generación de metano Unidad de consumo energético, kilocalorías por kilogramo Unidad de masa, kilogramo Unidad de flujo másico, Kilogramo por hora Unidades de peso molecular, kilogramo por kilogramo-mol Unidad de presión, kilopascal (equivale a 1000 Pa) Unidad de volumen, litro Potencial de generación de metano de la basura Unidad de masa, libra Límite de Detección Long Range Transboundary Air Pollutants (Contaminantes del Aire Transfronterizos de Largo Alcance) Unidad de longitud, metro Unidad de volumen, metro cúbico Masa de partículas recolectadas en la muestra del filtro Unidad de masa, miligramos Unidad de consumo de energía, 1*10*6 Julios por tonelada Unidad de longitud, milímetro Unidad de velocidad, millas por hora Masa de partículas recolectadas en la muestra de enjuague Peso molecular promedio del contaminante Municipal Solids Wastes (Desechos Sólidos Municipales) Nitrógeno Amoníaco Sulfato de amonio Unidad de volumen, metros cúbicos normales Unidad de flujo volumétrico, metro cúbico normal por hora Oxido de nitrógeno Óxido nitroso Óxidos de nitrógeno Oxigeno Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico Organización Mundial de la Salud Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial

OSPAR p P Po Pa PCB PCDD PCDF PCP pH PM PM2.5 PM10 PNA PNUMA ppm psia PST PVC Q Qcomb Qprom Q VOC´S R SCR SI SNAP SNCR SO2 SO3 SO4-2 SOX T t TCB TEM TEMa TOC UIS UV V VOCs Z ZnO ZnS ºC ºF Σ Cp µg ρ ∆V

Comission for the Protection of the Marine Environment (Comisión para la Protección del Ambiente Marino del Atlántico Norte-Este) Para (especificando la nomenclatura de compuestos aromáticos) Presión atmosférica (Pa) Presión atmosférica al nivel del mar Unidad de presión del Sistema Internacional de Unidades (Pa) Bifenilos Policlorados Dibenzo – p – dioxinas policloradas Dibenzo – furanos policlorados Penta – clorofenol Potencial de hidrogeno, puede considerarse medida del grado de acidez Material particulado Material particulado menor a 2.5 micrómetros Material particulado menor a 10 micrómetros Plan Nacional de Aplicación (según el Convenio de Estocolmo sobre COP; NIP: Nacional Implementation Plan) Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente Unidad de concentración, partes por millón Presión medida con respecto al vacío total Partículas suspendidas totales Policloruro de Vinilo Tasa de flujo volumétrico del gas de escape en condiciones estándar Consumo de combustible Tasa promedio de flujo de gas en la chimenea Emisión de Compuestos orgánicos volátiles Tasa de consumo de calor Selective Catalytic Reduction (Reducción Selectiva Catalítica) Sistema Internacional de Unidades Selected Nomenclatura for Air Pollution Selective Non-Catalytic Reduction (Reducción Selectiva No Catalítica) Dióxido de azufre Trióxido de azufre Ión sulfato Óxidos de sulfuro Temperatura Unidad de masa, tonelada métrica (1000 Kg) Triclorobenceno Tasa de emisión en masa Tasa de emisión en masa de la actividad Compuestos orgánicos totales Universidad Industrial de Santander Ultravioleta Volumen molar a presión y temperatura estándar Compuestos orgánicos volátiles Altura sobre el nivel del mar Oxido de zinc Sulfuro de zinc Grados Celsius o centígrados Grados Fahrenheit Sumatoria de las concentraciones de todos los contaminantes Unidad de masa, microgramos Densidad Volumen de la muestra de gas

1

DEFINICIÓN

De acuerdo con el Decreto 948 de 1995 una fuente de emisión es toda actividad, proceso u operación, realizada por los seres humanos, o con su intervención, susceptible de emitir contaminantes al aire. Las denominadas fuentes fijas son todas aquellas situadas en un lugar determinado e inamovible, aún cuando la descarga de contaminantes se produzca en forma dispersa. Dichas fuentes fijas pueden ser puntuales (aquella que emite contaminantes al aire por ductos o chimeneas) o dispersas (cuando los focos de emisión de una fuente fija se dispersan en un área, por razón del desplazamiento de la acción causante de la emisión, como en el caso de las quemas abiertas controladas en zonas rurales o las emisiones fugitivas o dispersas de contaminantes por actividades de explotación minera a cielo abierto). Las fuentes puntuales incluyen entre otros a los siguientes sectores industriales: químico, petrolero y petroquímico, de pinturas y tintas, de automóviles, de la celulosa y papel, del hierro y el acero, del vidrio, de la generación de electricidad, del asbesto, del cemento y la cal así como del tratamiento de residuos peligrosos. Además de las plantas localizadas en zonas industriales y las fuentes que afecten el equilibrio ecológico de una zona o país. Para el control de dichas emisiones atmosféricas se promulgo el Decreto 02 de 1982 en el cual se establecen en el capítulo IV normas especiales de emisión de partículas para algunas fuentes fijas artificiales: calderas a base de carbón, fábricas de cemento, industrias metalúrgicas, plantas productoras de asfalto y mezclas asfálticas, y otras industrias, y el decreto 948 de 1995 que en su artículo 73 reglamenta los casos que requieren del permiso de emisión atmosférica como un instrumento para que las autoridades ambientales realicen la verificación del cumplimiento de las normas de emisión vigentes.

11

2

NIVEL DE DETALLE Las fuentes puntuales se pueden inventariar a tres niveles de detalle:1 • Nivel de planta: se refiere a una planta o instalación que puede contener varias actividades emisoras de contaminantes. • Nivel puntual o de chimenea: es el lugar exacto en donde ocurren las emisiones al aire libre. • Nivel de proceso o de segmento: representa las operaciones o procesos que integran la planta.

Figura 1. Diferentes niveles de un inventario de fuentes puntuales

Por lo general la información sobre fuentes puntuales se recopila por medio de encuestas o visitas a los establecimientos, así que se debe revisar que cuenten con los siguientes elementos de información: A nivel de planta: • Nombre de la planta • Identificación de la planta • Ubicación geográfica • Contacto en la planta (nombre, teléfono, fax) • Número de identificación de la actividad industrial (Código de Clasificación de Actividades Industriales (CIIU)) • Producción (frecuencia, materias primas, subproductos) A nivel puntual/chimenea: • Horario de operación normal • Emisiones medidas/estimadas • Eficiencia de control por contaminante • Datos de chimenea (altura, diámetro)

1

Adaptado del Manual Del Programa De Inventarios De Emisiones De México. Volumen IV-Fuentes puntuales

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A nivel de proceso/segmento: • Datos a nivel de proceso (materias primas, corrientes de proceso) • Datos de operación (real, máxima y de diseño) • Parámetros del combustible • Equipo de control y eficiencias • Emisiones por segmento • Unidades de emisión Los datos de emisiones inventariadas a nivel de proceso o de planta, pueden ser extrapolados a fuentes o plantas similares. Este tipo de extrapolación es el que se usa para hacer estimaciones de emisiones de fuentes puntuales similares a aquellas que ya fueron caracterizadas plenamente y en donde se tienen estimaciones confiables de emisiones. Esta es una de la ventajas que ofrece inventariar las emisiones a nivel de proceso, además que se logran datos más específicos y precisos con los cuales es posible verificar las estimaciones de las emisiones en toda la planta y se facilita el desarrollo de regulaciones, el cumplimiento, rastreo y otorgamientos de permisos ambientales. No obstante las limitaciones en los recursos hacen que las emisiones generalmente se inventaríen a nivel de planta o de chimenea.

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3

METODOLOGÍAS BÁSICAS DE ESTIMACIÓN DE EMISIONES

A nivel mundial existen diversas entidades que se encargan de determinar los métodos de medición de emisiones contaminantes en fuentes fijas, entre los que sobresalen la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), el Comité Europeo de Normalización (CEN) y la Organización Internacional de Estandarización (ISO). Sin embargo, la mayor parte de los países que cuentan con reglamentación para fuentes fijas (incluida Colombia) utilizan los siguientes métodos propuestos por la EPA para determinar las emisiones contaminantes: • Muestreo en la fuente • Factores de emisión • Balance de masa • Modelos de emisión

3.1

MUESTREO EN LA FUENTE2

El propósito del muestreo en la fuente es determinar la concentración del contaminante en una corriente de gas o la tasa de emisión del contaminante de una chimenea o del escape de un proceso. Midiendo la concentración del contaminante en un volumen conocido de gas y determinando la tasa de flujo del gas en una chimenea es posible calcular la tasa de emisión en masa del contaminante Debido a la complejidad técnica del muestreo en la fuente, se requiere de tiempo y equipos especializados para obtener datos de emisiones con altos grados de exactitud y válidos para numerosos contaminantes de una fuente. Por esto el costo de realizar un muestreo de este tipo en una planta puede ser muy alto; sin embargo, si se aplica correctamente este método, puede proporcionar una mejor estimación de las emisiones de una fuente que los factores de emisión o el balance de masa. El uso de datos de muestreo en la fuente reduce el numero de suposiciones relacionadas con la aplicabilidad de factores de emisión, las eficiencias del equipo de control de contaminación atmosférica, las variaciones del equipo o las características del combustible que son aplicadas a tipos similares de fuentes de emisión. Los datos de un muestreo en la fuente deben usarse para estimar emisiones, solo si los datos se obtuvieron en condiciones representativas de la operación normal de proceso; además estos datos de emisión pueden extrapolarse para estimar las emisiones anuales de una fuente si la operación del proceso no varia de forma significativa. En general, después de que se ha concluido un muestreo, los datos, incluyendo las concentraciones del contaminante y la tasa de flujo volumétrico del gas de escape, son presentados en un informe. La mayor parte de los reportes de muestreo en la fuente resumen las emisiones de cada contaminante expresándolas en cualquiera de los siguientes términos: 2

Adaptado y complementado de Guía De Elaboración Y Usos De Inventarios De Emisiones. Instituto Nacional de Ecología de México.

14

• •

Una tasa de carga de masa o una tasa de emisión (masa de contaminante emitida por unidad de tiempo). Un factor de emisión (masa de contaminante emitida por unidad de actividad del proceso).

Ejemplo: Calcular la tasa de emisión en masa, TEM, en kilogramos por hora (Kg/h) y la tasa de emisión en masa de la actividad TEMa de partículas de una caldera con una tasa de consumo de calor R de 110 MMkJ/h, teniendo en cuenta la siguiente información: Volumen de la muestra de gas: ∆V = 0.57 metros cúbicos normales (Nm3) Masa de partículas recolectadas en la muestra de enjuague: Mr = 5.0 miligramos (mg) Masa de partículas recolectadas en la muestra del filtro: Mf = 8.4 mg Tasa de flujo volumétrico del gas de escape en condiciones estándar: Q = 26.270 metros cúbicos normales por hora (Nm3/h); El cálculo de las emisiones comienza con la determinación de la concentración de partículas en el gas de escape, CS: Cs = (Mr + Mf) / ∆V = (5.0 mg + 8.4 mg) / 0.57 Nm3 = 23.5 mg/Nm3 Ahora se establece la tasa de emisión en masa, TEM, en kilogramos por hora (Kg/h): TEM = Cs x Q/(106) = 23.5 mg/Nm3x 26.270 Nm3/h/(106mg/Kg) = 0.62 Kg/h Este dato de emisión se puede expresar también por unidad de actividad como un factor de emisión para así obtener la tasa de emisión en masa de la actividad (TEMa): TEMa = TEM / R = 0.62 Kg/h / (110 MMkJ/h) = 0.0056 Kg/MMkJ Una alternativa para el muestreo manual en la fuente es el monitoreo continuo de emisiones (conocido como CEM por su sigla en ingles), que permite evaluar la variación del proceso con el tiempo. Un sistema CEM consiste de una bomba para extraer la muestra gaseosa de la fuente, de una serie de instrumentos o de analizadores para analizar un contaminante específico en el gas y de un sistema de adquisición de datos para registrar la información con el tiempo.

Mediante este sistema se utilizan instrumentos o monitores continuos de emisiones (CEMs), que permiten determinar en tiempo real, las concentraciones de óxidos de nitrógeno (NOX), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), dióxido de azufre (SO2) e hidrocarburos totales (HCT), opacidad, ácido clorhídrico (HCl) y amoniaco (NH3). Los CEMs pueden instalarse en la fuente de forma permanente para generar datos las 24 horas del día, o pueden usarse para el monitoreo de las emisiones durante un periodo determinado de muestreo en la fuente (de 1 a 4 horas).

15

Figura 2. Sistema de monitoreo continuo de emisiones

Ejemplo: Tabla 1. Resultados de un CEM para una caldera que quema petróleo

Período

O2 (%V)

SO2 (ppmv)

NOX (ppmv)

CO (ppmv)

Tasa de Flujo de Gas en la Chimenea (Nm3/h)

11:00 11:15 11:30 11:45 12:00 Promedio:

2.1 2.0 2.1 1.9 1.9 2.0

1004.0 1100.0 1050.0 1070.0 1070.0 1058.8

216.2 200.6 216.7 220.5 213.8 213.6

31.5 25.5 25.1 20.8 19.4 24.5

33.9640 34.3610 32.8910 34.8900 34.7490 34.1710

Calcular la tasa promedio de emisión, TEMprom de CO para todo el período de muestreo y la tasa de emisión de actividad, TEMa de CO suponiendo que el consumo de calor de la caldera, R es de 118 MMkJ/h Para el cálculo de la tasa de emisiones de CO se necesitan la concentración de CO promedio Cprom , la tasa promedio de flujo de gas en la chimenea Qprom,, el peso molecular promedio del contaminante, MWprom y el volumen molar a presión y temperatura estándar, V: TEMprom = Cprom x MWprom x Qprom (1000 x V x 106 ) = 24.5 ppmv x 28 g/g-mol x 34.171 Nm3 /h (1000 g/Kg x 0.024 m3 /g-mol x 106) = 97.7 Kg/h TEMa = TEMprom / R = 97.7 Kg/h / (118 MMkJ/h) = 0.828 Kg/MMkJ

16

3.2

FACTORES DE EMISIÓN3

Un factor de emisión es una relación entre la cantidad de contaminante emitido a la atmósfera con una unidad de actividad asociada a dicha emisión, como por ejemplo la cantidad de material procesado o la cantidad de combustible usado. En este caso la emisión se obtiene multiplicando el factor de emisión dado por la cantidad de material o combustible procesado: E=AXF Donde: E = Estimado de emisión para la fuente (a nivel de proceso) A = Nivel de actividad (por ejemplo material producido) F = Factor de emisiones controladas (por ejemplo, Kg de contaminantes emitidos/t de material procesado) Si el factor de emisión fue desarrollado sin considerar la operación de un equipo de control, entonces se incorpora el término de efectividad del sistema de control (1-ER/100); por lo tanto, la ecuación queda así: E = A x F x (1 - ER/100) Donde: E = Estimado de emisión para la fuente (a nivel de proceso) A = Nivel de actividad (por ejemplo, material producido) F = Factor de emisiones no controladas (por ejemplo lb de contaminantes emitidas/t de material procesado) ER = Eficiencia general en la reducción de emisiones totales, expresada en porcentaje, que es igual a la eficiencia del equipo de captura, multiplicada por la eficiencia del equipo de control. Si no hay un equipo de control, entonces, ER =0. La EPA realizó una recopilación de factores de emisión para contaminantes criterio denominada AP-42. En Colombia también se han realizado estudios que suministran algunos factores de emisión. Los factores de emisión de la EPA están clasificados en A, B, C, D, E – “A” se considera el más confiable para un tipo dado de fuente - probablemente se basa en mediciones en la fuente; y “E” es considerado el de más baja precisión y esta dado por la falta de análisis a un número significativo de fuentes con esas características. No obstante cabe aclarar que con frecuencia, los factores de emisión se basan en información limitada y es posible que no representen a las emisiones reales con fidelidad.

3

Adaptado y complementado del Manual Del Programa De Inventarios De Emisiones De México. Volumen IV-Fuentes puntuales

17

Figura 3. Ejemplos de factores de emisión

Ejemplo: Calcular las emisiones anuales de NOX de una caldera sin sistema de control en una planta termoeléctrica (consumo de calor>100 millones de Btu/h) que quema gas natural. El consumo anual de gas natural es de 40 millones de metros cúbicos. Desarrollo:

FNOX = 8800 Kg/106 m3 (Tomado del AP-42. Tabla 1.4-2) Qcomb. = 40* 106m3/año ENOX = FNOX x Qcomb. = 8800 x 40 = 352000 Kg/año

Información necesaria para evaluar factores de emisión • Identificación de las fuentes de emisión: Es necesario realizar una descripción de las fuentes de emisión teniendo en cuenta las variables que afectan la emisión. •

Nivel de actividad: Es una medida del nivel real del tamaño o nivel real del establecimiento industrial, que se utiliza para afectar el factor de emisión para fuentes que no están controladas. Para fuentes de emisión de procesos industriales, corresponde a la tasa de producción (por ejemplo: masa de producto por unidad de tiempo). En fuentes de área que involucran procesos continuos o por lotes o cochadas, es la cantidad de material transferido. Para otras categorías puede ser el área superficial que se puede alterar por fuerzas mecánicas o el viento. Si se tiene un sistema de control de emisión, el factor de emisión debe afectarse por el término adicional que refleja la fracción de control.

•

Estimación de las emisiones: Se debe realizar una breve descripción del factor de emisión utilizado, la fuente, y los requerimientos del mismo para su utilización.

Los cálculos por factores de emisión se dividen en dos tipos: por combustión y por proceso:

18

3.2.1

Cálculo de emisiones por combustión4

La información para estimar las emisiones por combustión de una industria en particular consiste en determinar la capacidad del equipo de combustión, el consumo y tipo de combustible utilizado, sistema de control de emisiones y horarios de operación. Para los equipos de control, se analiza lo siguiente: si el equipo se encuentra relacionado al punto de generación del contaminante, el tipo de equipo, contaminante que controla y eficiencia del equipo. El siguiente algoritmo resume la metodología a seguir:

Figura 4. Algoritmo para el cálculo de emisiones por combustión

4

Adaptado de Inventario De Emisiones Atmosféricas De La Zona Metropolitana Del Valle De México 2002

19

3.2.2

Cálculo de emisiones por proceso5

Se debe analizar cada equipo u operación para cada etapa del proceso e identificar los factores de emisión adecuados por medio de una revisión de la información proporcionada por la empresa y el tipo de actividad de la misma También si cuenta con equipos de control, y en este caso tener información de su grado de eficiencia. La figura 5 nos ilustra la metodología a seguir. Para un mejor entendimiento de los cálculos que se deben realizar, más adelante se presentan algunos ejemplos representativos de diferentes procesos.

Figura 5. Algoritmo de cálculo de emisiones por proceso

5

Adaptado de Inventario De Emisiones Atmosféricas De La Zona Metropolitana Del Valle De México 2002

20

3.3

BALANCES DE MASA

Los balances de masa involucran la cuantificación de un flujo de un material que entra y sale de un proceso donde las diferencias entre las entradas y salidas son asumidas como descargas al ambiente. Los balances de masa pueden ser usados solamente cuando los flujos de entrada y salida pueden ser claramente identificados, por lo que no deben ser utilizados en procesos en los que el material reacciona para elaborar los productos, o en los que sufre cualquier otro cambio químico significativo, a menos que dichos procesos estén bien caracterizados. En general, el uso del balance de materiales o de masa para determinar las emisiones totales de un proceso es sencillo y poco costoso; sin embargo, pequeños errores en los datos en los parámetros de cálculo (presión, temperatura, concentración del flujo, caudal, eficiencias en los controles, etc.) pueden resultar en grandes errores en las emisiones estimadas.

Figura 6. Ejemplos de balance de materiales

Para estimar la emisión de sustancias contaminantes a la atmósfera por medio de balance de masas, se deben tener en consideración diferentes actividades, las cuales se presentan a continuación:6

6

•

Información general de la actividad industrial: Es necesario describir las actividades que se realizan y obtener la información necesaria para identificar y clasificar la actividad industrial.

•

Descripción de las instalaciones: Es necesario realizar una descripción del proceso productivo, incluyendo una breve explicación de las actividades realizadas (lo cual se puede realizar a través de un plano de las instalaciones del establecimiento industrial), de los parámetros de emisión y de las chimeneas (si aplica).

Protocolo Para El Control Y Vigilancia De Las Emisiones Atmosféricas Generadas Por Fuentes Fijas. Ministerio de Salud-Colombia.

21

•

Información del proceso o procesos que generan emisiones: Para obtener la información sobre los procesos que generan emisiones, se puede utilizar un diagrama de flujo y la descripción de los procesos que se están analizando. Es importante incluir los componentes más representativos y los equipos de control de emisiones al aire que se utilizan. Adicionalmente, es necesario incluir la máxima tasa de operación de los equipos, las tasas normal y promedio de operación, los tipos de combustibles que utiliza (si aplica), la tasa de alimentación del combustible (si aplica) y las horas de operación. Si el proceso se realiza por lotes o cochadas (tipo batch), es necesario suministrar información sobre la duración y el número de lotes por día.

•

Organización del procedimiento para la estimación de emisiones: La evaluación de emisiones por balance de masas se debe desarrollar con la misma rigurosidad que demanda una medición directa. El balance de masas es aplicable tanto a un proceso como a cada una de las operaciones unitarias, por lo tanto se deben tener en cuenta la siguiente información: - Identificar las operaciones unitarias, que son fenómenos en los cuales los cambios o transformaciones se realizan por medio o a través de fuerzas físicas - Identificar los procesos unitarios, que son fenómenos en los cuales los cambios o transformaciones se realizan por medio o a través de reacciones químicas - Identificar las entradas y salidas, lo cual se puede realizar a través de un diagrama de flujo. En sistemas de producción complejos, donde existan varios procesos independientes, se puede preparar un diagrama de flujo general, mostrando todos los procesos, cada uno representado por un bloque y preparar diagramas de flujo para cada proceso individual, indicando en detalle sus operaciones unitarias y procesos unitarios. - Cuantificar las entradas o insumos, teniendo en cuenta que todos los insumos que entran a un proceso u operación, salen como productos y como residuos. Los insumos de entrada a un proceso u operación unitaria pueden incluir, además de materias primas, materiales reciclados, productos químicos, agua, aire y otros posibles insumos. - Cuantificar las salidas como residuos o productos. - Realizar el balance de masa, teniendo en cuenta que la suma de todas las masas que entran en un proceso u operación, debe ser igual a la suma de todas las masas que salen de dicho proceso u operación (es decir, la suma de masas de los productos, residuos y de todos los materiales de salida no identificados). Los materiales de salida no identificados, generalmente se atribuyen a pérdidas de insumos y productos por derrames, fugas y otras causas similares, cuyo origen no puede ser detectado y, por ende, sus masas no pueden ser cuantificadas. Se recomienda indicar los puntos de entrada y salida del sistema donde se realice el balance, como se muestra en el siguiente esquema:

22

Figura 7. Esquema Balance de masa

Donde: ME = MI1 + MI2 + MI3 + … + MIN MS = M P + M R + M N ME = M S M = Masa E = Entrada S = Salida I = Insumo P = Producto R = Residuo/Emisiones N = No identificado Teniendo cuantificadas y definidas las entradas y las salidas del proceso, se define si lo que se desea realizar es un balance de masa para algún componente en específico presente en el proceso u operación, para de esta forma determinar el tipo de balance de masa a emplear. La ecuación característica de un balance de masa general es la siguiente:

Masa que entra

Masa que sale

Masa Acumulada

Cuando se desea realizar un balance másico específicamente para alguno de los componentes presentes en el proceso y que este intervenga en alguna reacción química, entonces el balance másico se expresa de la siguiente forma: Componente A que entra

Componente A que sale

Componente A generado

Componente A consumido

Componente A Acumulado

Solo se emplean si existe una reacción química

En ambos balances, el termino relacionado con la acumulación, es decir el que se encuentra a la derecha de la igualdad, se hace igual a cero, debido a que los análisis que se realizan en estos casos es bajo el supuesto que la operación de la planta ya se encuentra dentro de las condiciones estables del proceso, lo que equivale a decir que no habrá cambios significativos en la cantidad de materia presente dentro del sistema seleccionado en la unidad de tiempo establecida. •

Muestreos y análisis: Durante la elaboración del balance de masas puede ser necesario recolectar información de los procesos, para los cuales se debe identificar los objetivos del programa de muestreo y análisis, incluyendo como mínimo información relacionada con los sistemas de muestreo y análisis, instrumentos de laboratorio utilizados y duración de la campaña de muestreo (fecha de inicio y terminación). 23

•

Descripción de los equipos y otros elementos: En esta sección se hace referencia a los equipos del establecimiento industrial asociados a las emisiones contaminantes. Se deben incluir cuando menos la información relacionada con las condiciones de operación de los equipos o procesos durante la realización del estudio, así como las condiciones de operación de los dispositivos de control de emisiones durante el análisis, incluyendo el rango de operación (porcentaje de la capacidad de diseño) a la cual los equipos operan durante el estudio.

•

Identificación de los sitios de muestreo: Se debe identificar la ubicación de los equipos asociados a las emisiones y los sitios en donde se realizó el muestreo, lo cual se puede realizar mediante un plano a escala de las líneas de producción.

•

Validación de datos: Es necesario indicar el procedimiento de validación de datos y las fuentes de información utilizadas para realizar la validación.

Ejemplo:7 Calcular las emisiones anuales de partículas (PST) de una operación de recubrimiento de una superficie, utilizando 1800 L/año de recubrimiento. La densidad promedio del recubrimiento es de 1.2 Kg/L, y el promedio de sólidos de 35% en masa. La eficiencia de transferencia del revestimiento es de 40%, y la eficiencia del equipo de control es 95%.

Figura 8. Análisis másico del material particulado en la operación de recubrimiento

Como lo que se desea es un balance de masa específico para el material sólido particulado (PM) entonces se emplea el balance de masa por componentes y se le aplica al material particulado.

7

Adaptado de Guía De Elaboración Y Usos De Inventarios De Emisiones. Instituto Nacional de Ecología-México.

24

Inicialmente el sistema será solamente la operación de recubrimiento, de esa forma: Componente A que entra

Componente A que sale

Componente A generado

Componente A consumido

Componente A Acumulado

Solo se emplean si existe una reacción química

El término a la derecha de la igualdad es cero (0), debido a la continuidad del sistema analizado, en la operación de recubrimiento no existe alguna reacción química, luego los dos términos relacionados con este aspecto también son eliminados de la ecuación y el balance queda reducido a la siguiente expresión: Componente A que entra

Componente A que sale

0

Donde el Componente A que entra será el material particulado que ingresa a la operación de recubrimiento, el cual se calcula de la siguiente forma: PM (entra) = (1800 litros/año) x (1.2 Kg/litro) x (35/100 sólidos)= 756 Kg sólidos/año El material particulado PST que sale del proceso es la suma de los sólidos que salen adheridos al producto final (teniendo en cuenta que la eficiencia en la transferencia del recubrimiento es del 40%) más los sólidos que son dirigidos hacia el sistema de control (emisión gaseosa no controlada). PM (producto)= 756 Kg/año x (40/100)= 302 Kg sólidos/año PM (emitido antes del control)= 756 – 302 = 454 Kg PST/año Ahora bien, para determinar la emisión total de PST a la atmósfera después de haber sido tratados los gases con algún sistema de control cuya eficiencia es del 95% se tendría: PM (emitido antes del control)= 454 Kg PST/año PM (recolectado por el sistema de control)= 454 x (95 /100)= 431Kg PST/año PM (emitido después del control)= 454 – 431 = 23Kg PST/año Finalmente se puede concluir que la emisión de PST anual que tiene la operación de recubrimiento indicada, aún después de aplicar su sistema de control de emisiones es igual a 23Kg PST/año. En este ejemplo el balance de materiales se simplifica porque se supone que todo el material que se está balanceando es emitido a la atmósfera. Sin embargo, existen situaciones en las que esta suposición no siempre es razonable. Por ejemplo, si se usa un dispositivo de control destructivo, como un incinerador o una unidad de oxidación catalítica en el escape, una parte de los VOCs presentes en la corriente serán oxidados de modo que no es razonable suponer que las pérdidas de VOCs en el proceso son equivalentes a las emisiones ya que una parte de ellas está siendo controlada por dispositivos de control de emisiones. En este caso, las características y cantidades de las emisiones de VOCs deberán determinarse con base en otras técnicas de estimación de emisiones como factores de emisión o modelos. Hay otras situaciones que pueden complicar el balance de materiales. En primer lugar, no todas las pérdidas de solventes de ciertas operaciones como el lavado en seco o el desengrasado, se dan en el sitio de la planta. En general, se puede suponer que gran parte del solvente enviado a sitios de disposición se evaporará, sin embargo, se debe determinar si una parte del solvente asociado con 25

varias operaciones se evapora en el punto de disposición, más que en el punto de uso, ya que estas pérdidas pueden presentarse fuera del área cubierta por el inventario. De la misma manera, en algunos procesos de evaporación no es posible emplear balances de materiales, debido a que la cantidad de material perdido es demasiado pequeña para ser determinada con exactitud usando los procedimientos de medición convencionales. Por ejemplo, la aplicación de balances de materiales a los tanques de almacenamiento de productos del petróleo por lo general no es factible, debido a que las pérdidas por operación son demasiado pequeñas con respecto a la capacidad total promedio del tanque. En estos casos, es preferible aplicar otras técnicas de estimación de emisiones como factores de emisión o modelos. Otro caso particular que se presenta en el análisis de los procesos industriales, es cuando hay presente reacción química. Para estos casos, el planteamiento del balance debe realizarse estrictamente por componentes (o elementos químicos presentes) y para cada uno de ellos se debe aplicar la siguiente ecuación: Componente A que entra

Componente A que sale

Componente A generado

Componente A consumido

Componente A Acumulado

Cabe resaltar que es necesario conocer o establecer previamente la reacción química que se desarrolla en la etapa estudiada del proceso. Ejemplo: En cierto equipo de combustión (caldera u horno) se “quema” octano (C8H18), con aire en exceso del 200% respecto al teórico; determine la composición en moles de la mezcla gaseosa que se obtiene como producto de dicha combustión8. Desarrollo: La reacción de combustión con aire típica es la siguiente: C8H18+ 13 O2 + N2 → 8 CO2 + 9 H2O + ½ O2 + N2 Al aplicar el 200% de exceso de aire (el doble de aire teórico para la combustión) y teniendo en cuenta que éste está compuesto por 21% oxígeno y 79% de nitrógeno (aproximadamente), entonces la reacción de combustión se pude reescribirse de la siguiente forma: C8H18+ 2*(13) O2 + [2*(13)*(79/21)] N2 → 8 CO2 + 9 H2O + 2*(13)* ½ O2 + [2*(13)*(79/21)] N2 C8H18+ 26 O2 + 97.8 N2 → 8 CO2 + 9 H2O + 13O2 + 97.8 N2 La cantidad de las moles totales del gas obtenido como producto es: Moles totales = mol (CO2)+ mol (H2O) + mol (O2)+ mol (N2) = 8 + 9 + 13 + 97.8 = 127.8 Moles de producto Ahora bien el análisis de la composición del gas de combustión producido es: CO2: 8 mol CO2/127.8 moles totales * 100 = 6.26% H2O: 9 mol H2O /127.8 moles totales * 100 = 7.04% O2: 13 mol O2/127.8 moles totales * 100 = 10.17% N2: 97.8 mol N2/127.8 moles totales * 100 = 76.53%

8

VAN WYLEN, Gordon; et al. Fundamentos de Termodinámica, 2da edición. México: LIMUSA. 2000.

26

3.4

MODELOS DE EMISIÓN

Los modelos de emisión están basados en ecuaciones empíricas desarrolladas para ciertos procesos y tipos de fuentes. Generalmente estas ecuaciones son desarrolladas por computadoras, de manera tal que un gran número de ecuaciones e interacciones pueden ser ejecutadas con facilidad. Los requerimientos de datos para los modelos son variables, pero en la mayoría de los casos, se necesita cuando menos un parámetro físico de la fuente en la cual el modelo será aplicado para estimar las emisiones. Si bien los modelos están diseñados para producir estimaciones más exactas que las obtenidas con factores de emisión, la exactitud de la estimación siempre dependerá de la calidad de los datos con que se alimente el modelo y de los supuestos en que se base. Por lo tanto, antes de decidir utilizar un modelo como la alternativa para un tipo específico de fuente es importante comparar las necesidades del modelo de emisión con los datos disponibles. Algunos de los modelos de emisión usados para fuentes puntuales son: •

TANKS:9 software que calcula emisiones al aire a partir de líquidos orgánicos en tanques de almacenamiento. Este programa requiere los siguientes datos para calcular las emisiones: Información del tanque: tipo de tanque (tanque vertical de techo fijo, tanque horizontal de techo fijo, tanque de techo flotante externo, tanque de techo flotante interno o tanque de techo flotante externo en forma de cúpula), diámetro y largo (en pies), volumen de trabajo, frecuencia de llenado, color y estado de la pintura del tanque y características del techo (para tanques flotantes hay una pantalla de entrada de datos aparte).

Figura 9. Interfase de TANKS-Información del Tanque

Información del sitio: la ciudad o municipio mas cercanos al tanque para el cual debe estar disponible información como su temperatura ambiente, presión atmosférica y velocidad del viento. 9

Adaptado de USER’S GUIDE TO TANKS. Versión 4.0. EPA

27

Figura 10. Interfase de TANKS-Información del sitio

Información del líquido: identificación de los componentes químicos y propiedades del líquido almacenado (categoría química), con el fin de determinar la presión de vapor del líquido.

Figura 11. Interfase de TANKS-Información del líquido

Después de recoger esta información el programa TANKS genera reportes de emisión en libras de materia volátil, mensuales o anuales en un documento para impresión o en un archivo tipo EXCEL.

28

•

WATER910: calcula emisiones de plantas de tratamiento de aguas residuales. Este programa consiste básicamente en recrear por medio de un esquema la planta de tratamiento de agua, usando simbología establecida en el software. Las emisiones son determinadas en base a las propiedades del componente que nos interesa, y su concentración en el residuo.

Figura 12. Ejemplo de visualización en pantalla del WATER9

Las rutinas del WATER9 tienen las siguientes características: - Expresiones analíticas para estimar las emisiones al aire en plantas de tratamiento de agua. - Interfase gráfica que consiste en diagramas de flujo. - Base de datos con los componentes orgánicos más comunes y sus propiedades - Métodos para estimar propiedades de componentes orgánicos faltantes - Métodos para traer información de hojas de cálculo - Una larga lista de opciones para ver e imprimir reportes

•

LANDFILL11: estima una diversidad de emisiones provenientes de rellenos sanitarios, como metano, dióxido de carbono, materia orgánica volátil y contaminantes peligrosos del aire. Necesita como datos de entrada básicamente: la capacidad diseñada del relleno sanitario, la rata de generación de metano, la capacidad potencial de generación de metano y los años en que el relleno sanitario ha estado en operación. El método de estimación usado por el modelo es una ecuación simple de decaimiento de primer orden.

10 11

Adaptado de USER’S GUIDE FOR WATER9 SOFTWARE. Version 2.0. EPA Adaptado de USER’S GUIDE TO LANDFILL GAS EMISSION MODEL. Version 3.02. EPA

29

Figura 13. Interfase Landfill

Una sesión típica de LANDFILL consiste en 7 pasos: - Abrir un estudio de rellenos sanitarios - Seleccionar los parámetros del modelo para calcular las emisiones. - Definir los parámetros de operación del relleno sanitario - Usar las funciones de utilidad - Adaptar el modelo para un escenario específico - Reportar emisiones - Guardar el estudio de rellenos sanitarios

•

PM Calculador12: estima emisiones de material particulado de fuentes puntuales. Este software usa información del AP-42 para determinar emisiones de PM10 (material particulado con un diámetro menor de 10 micrones) y PM2.5 en procesos en los que se usan equipos de control. Su desventaja es que maneja como datos de entrada los códigos de clasificación de la fuente y de los dispositivos de control, los cuales en Colombia no son usados, ya que aquí se usa generalmente la Clasificación Internacional Industrial Uniforme de todas las actividades económicas adaptada para Colombia (CIIU Rev. 3 A.C.).

12

Adaptado de PM CALCULATOR USER’S MANUAL. EPA

30

Figura 14. Interfase PM Calculator

Cada uno de los métodos mencionados tiene ventajas y desventajas técnicas y económicas que se deberán considerar para su aplicación. Además se debe tener en cuenta la actividad de la empresa y la información reportada por la misma pero, en términos generales, se sugiere el siguiente orden de preferencia (ver tabla 2). Tabla 2. Orden de preferencia para los métodos de estimación

ORDEN 1 2 3 4 5 6

MÉTODO DE ESTIMACIÓN Medición directa o monitoreo Factores de emisión Estimación mediante datos históricos Balance de materiales Cálculos de ingeniería Modelos matemáticos de emisión

31

4

METODOLOGÍAS DE CÁLCULO POR ACTIVIDAD ECONOMICA

La industria manufacturera es el mayor componente causante de emisiones dentro de las fuentes fijas. Según la Encuesta Anual Manufacturera del año 2004 elaborada por el DANE, en el país existen 7249 grandes industrias, de las cuales 21% corresponde a industrias relacionadas con la fabricación de productos alimenticios, que participan con 31% de la producción bruta nacional. La fabricación de productos químicos cuenta con 8% de las grandes industrias del país y participa con 14% de la producción bruta nacional. De igual manera, la fabricación de coque y de productos de la refinación del petróleo contribuye con 10% de la producción bruta nacional, a pesar que sólo cuenta con menos de 1% de las industrias del país. Por otro lado, actividades como fabricación de prendas de vestir y teñido de pieles, así como fabricación de productos de caucho y de plástico, tienen una participación de 11% y 7% en el número de empresas, respectivamente, a pesar que sólo contribuyen con el 4% y 5% de la producción bruta nacional. Por esta razón, de estas y otras actividades características del país se presentan de forma mas explicita sus metodologías para estimar emisiones del siguiente tipo de actividades industriales: • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Ladrilleras y otros productos cerámicos no refractarios Producción de vidrio Producción de fibra de vidrio Calderas Generación de energía eléctrica Exploración, perforación y explotación de Hidrocarburos Refinación de petróleo Tanques de Almacenamiento de líquidos orgánicos. Producción de Panela Tostado de café y cacao Producción de alimentos concentrados para animales Producción de cal Producción de mezclas asfálticas Producción de coque Producción de cemento Producción de concreto Incineración de residuos Fundición de metales (fundición de hierro gris, fundición secundaria de cobre y otras aleaciones y fundición de hierro y aceros, fundición de zinc, plomo y aluminio). Producción de fertilizantes (roca fosfórica, sulfato de amonio) Producción de ácido sulfúrico Producción de ácido nítrico

En este manual se han incluido los diferentes procesos generadores de emisiones al ambiente de las industrias mencionadas anteriormente a pesar de que no todas se clasifiquen como emisiones generadas por chimenea para efectos prácticos

32

4.1

CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA INDUSTRIA LADRILLERA

En la producción de ladrillo y otros productos cerámicos hay diferentes procesos donde se generan emisiones atmosféricas, como lo son la extracción, molienda, tamizado, mezcla, moldeo, secado y cocción. La figura 15 esquematiza las diferentes etapas del proceso de fabricación de ladrillo.

Figura 15. Diagrama de flujo de la elaboración del ladrillo

Los factores de emisión y sus respectivas calidades, dados por el AP42 para PST, PM10 y PM2.5 para las actividades de procesamiento y manejo en general de la industria ladrillera se muestran en la tabla 3.

33

Tabla 3. Factores de emisión en los procesos de trituración, molienda, tamizado en la fabricación de ladrillos y productos cerámicos

FE PST

FE NOX

CALIDAD DEL FACTOR DE EMISION

FE PM10

TIPO DE FUENTE Kg/t arcilla

Kg/t arcilla

Almacenamiento (Intemperie)

7.718

No aplica

Molienda y tamizado en base húmeda

0.01135

No aplica

Molienda y tamizado en base seca

3.859

No aplica

Molienda y tamizado en base seca con filtro

0.0028148

No aplica

FE PST

FE NOX

FE PM10

Kg/t ladrillos producidos

Kg/t ladrillos producidos

Kg/t ladrillos producidos

TIPO DE FUENTE

Trituración inicial con filtro ND Conformado con filtro (contenido de humedad del material entre 5 - 9%, ND solamente) Secado artificial 0.077000 Secado artificial con quemador adicional

ND

FE PST FE NOX

FE PM10

ND

No aplica

0.0010442

E

E

0.24062

E

E

0.0014528

E

E

CALIDAD DEL FACTOR DE EMISION FE PST

FE NOX

FE PM10

No aplica

0.000590

No aplica

E

No aplica

0.003600

No aplica

E

ND

E

No aplica

ND

No aplica

No aplica 0.044492

E

No aplica

Fuente: Tabla 11.3-1 y Tabla 11.3-3 AP-42 Capitulo 11.3 “Brick and structural Clay product manufacturing”

Para el cálculo de emisiones en el proceso de cocción usamos el factor de emisión correspondiente al tipo de horno usado (en este caso Hoffman). Los factores de emisión propuestos para las diferentes tecnologías de hornos empleados en esta industria se registran en la tabla 4. Tabla 4. Factores de de emisión en la cocción de ladrillos y productos cerámicos

TECNOLOGÌAS

Horno Pampa Horno Colmena Horno Hoffman Horno Túnel Horno Vagón

FNOx FSO2 (Kg/t de (Kg/t de carbón) carbón) Hornos Periódicos 8.387 14.68 2.07 3.63 Hornos continuos 1.03 1.8 0.26 0.46 No hay No hay

FPST (Kg/t de carbón) 32.04 7.92 3.938 0.99 1.51*

Fuente: Cálculos del Grupo IDEAM-UIS. Alternativas Ambientales en los Procesos de la Industria Ladrillera *Estrategias de concentración para mejorar la calidad del aire en la zona Guayabal-Itaguí en el Sector de la industria ladrillera. Ubaldo Hincapié. Maestría en Ingeniería Ambiental. Universidad de Antioquia, 2004.

Ejemplo: En la ladrillera “Arcillas&Arcillas” el proceso de fabricación comienza con la extracción de la materia prima (arcilla) la cual es apilada a la intemperie dentro de la planta y mensualmente se apilan aproximadamente 3300 toneladas. Esta arcilla es llevada por medio de maquinaria pesada a la tolva dosificadora a fin de iniciar la etapa de molienda en seco. Una vez lograda la granulometría requerida se inicia con la etapa de conformado del ladrillo, para luego ser 34

almacenados bajo techo, a fin de iniciar con el secado, en el cual se retira el exceso de humedad por medio de la temperatura ambiente. Por último se realiza el proceso de cocción en un horno tipo Hoffman, cuyo principio de operación es el desplazamiento de fuego a lo largo de su trayectoria. Se usa como combustible carbón mineral pulverizado (2 t/día). La producción mensual en la Ladrillera Arcillas&Arcillas es de 2800 toneladas, lo que equivale a una producción promedio de 330000 ladrillos. Calcular las emisiones de PST, NOX y SO2 generadas en los diferentes procesos de la planta. Desarrollo: Primero se identifican las emisiones durante cada etapa del proceso. Tabla 5. Identificación de etapas presentes en el caso de estudio

ETAPA Almacenamiento Molienda Conformado Secado Cocción

PST x x x x x

SO2 x x

NOX X X

Para las etapas de almacenamiento, molienda y conformado (fuentes dispersas del proceso de fabricación) se determinan las emisiones de material particulado teniendo en cuenta los factores de emisión que presenta la EPA para dichos procesos: Teniendo en cuenta la información de la producción de la ladrillera, de la materia prima apilada (para la etapa de almacenamiento) y los factores de emisión, se aplica la siguiente ecuación (no hay equipos de control): E=AxF Donde: E = Estimado de emisión para la fuente (a nivel de proceso) A = Nivel de actividad (material producido) F = Factor de emisión EPST (Molienda) = 4.25 Kg/t * 2800 t/mes * 12 meses/año = 142800 Kg/año = 142.8 t/año De manera similar se calculan las otras emisiones; la tabla 6 registra los resultados obtenidos para los procesos de almacenamiento, molienda y conformado. Tabla 6. Resumen de resultados obtenidos para el caso planteado para estudio de la industria ladrillera

ETAPA Almacenamiento Molienda Conformado

PRODUCCION (t/mes) 3300 2800 2800

EPST (t/año) 673.2 142.8 1.176

El secado como es natural se considera que no produce ningún tipo de emisiones. Para el cálculo de las emisiones producidas durante la cocción en un horno Hoffman (ver tabla 4) y teniendo en cuenta que la cantidad de combustible usado fue 2 t/día de carbón se aplica la siguiente ecuación: E=AxF 35

Donde: E = Estimado de emisión para la fuente (a nivel de proceso) A = Nivel de actividad (cantidad de combustible) F = Factor de emisión Por ultimo se obtienen los siguientes resultados: Tabla 7. Emisión de PST, NOX y SO2 durante la etapa de cocción del caso de estudio de la empresa ladrillera

ETAPA Cocción

4.2

EPST (Kg/día) 7.87

ENOX (Kg/día) 2.06

ESO2 (Kg/día) 3.6

CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA CADENA PRODUCTIVA DEL VIDRIO

Los productos de la cadena del vidrio hacen parte del sector productor de minerales no metálicos, al igual que los productos de cerámica y cemento, y se encuentran agrupados en el sector CIIU361. La cadena de vidrio, productos de vidrio y fibra de vidrio está altamente integrada por componentes nacionales, desde las materias primas básicas hasta el producto final. El componente importado en la fabricación de vidrio y objetos de vidrio no supera el 16%, y específicamente en la producción de espejos y fibra de vidrio no pasa de 19%. Sólo algunas materias primas provenientes de la industria química son importadas13. En Colombia, la cadena de producción de vidrio esta conformada por los siguientes productos: • Vidrio plano grabado • Vidrio plano liso (empleado en construcción, empresa automotriz, alimentos y farmacéuticos). • Envases (48% de la producción total del sector de vidrio) • Cristalería • Vidrio para alumbrado • Vidrio de seguridad templado • Fibra de vidrio

4.2.1

Producción De Vidrio

La fabricación de vidrio y de productos de vidrio consta básicamente de cuatro etapas: Mezclado de materias primas y vidrio reciclado, fusión, moldeo y recocido. La materia prima utilizada consiste básicamente en: arena silícea, ceniza de soda, caliza, feldespato y bórax.

13

Tomado de: http://www.dnp.gov.co/archivos/documentos/DDE_Desarrollo_Emp_Industria/Vidrio.pdf

36

Figura 16. Etapas básicas del proceso de fabricación del vidrio

14

Los productos fabricados en este proceso corresponden a vidrio plano, vidrio para envases y objetos de vidrio prensado y/o soplado. Para este tipo de industrias pueden distinguirse dos tipos de emisiones, unas propias del proceso de combustión (con emisión de partículas) y otras debidas al propio proceso de fabricación del vidrio en los hornos. Es durante la operación de fusión de las materias primas es cuando se produce la mayor cantidad de emisiones atmosféricas. Estas consisten tanto en material particulado, como de gases, las cuales están asociadas al funcionamiento de los hornos de fundido. Las emisiones de material particulado son debidas a la volatilización del material contenido en el baño fundido, el cual al combinarse con los gases presentes es emitido en forma de condensado. El material particulado puede contener metales pesados (arsénico, plomo, cadmio, etc.), dependiendo de las materias primas utilizadas. Los gases emitidos consisten principalmente de óxidos de nitrógeno (NOX), los que se forman debido a las altas temperaturas alcanzadas en el horno y a la presencia de nitrógeno tanto en el aire de combustión como en las materias primas en fusión. También son emitidos óxidos de sulfuro (SOX), formado principalmente a partir del azufre contenido en el combustible, y en menor medida en las materias primas. Como regla general se puede suponer que todo el nitrógeno y azufre contenido tanto en las materias primas como en el combustible, es emitido en la forma de NOX y SOX.15 La tabla 8 resume algunos de los factores de emisión para la producción de vidrio para botellas. Tabla 8. Factores de emisión para la fabricación de vidrio para botellas CALIDAD DEL FACTOR DE FE PST FE PM10 FE CO EMISION TIPO DE FUENTE Kg/t prod Kg/t prod Kg/t prod FE PST FE PM10 FE CO Manipulación de la materia prima Formado y finalización fusión sin control fusión control con depurador húmedo de baja energía fusión control con depurador venturi húmedo fusión control con filtro de manga fusión control con ESP

0.00 0.00 0.70

ND ND 0.66

0.00 0.00 0.10

B B B

No aplica No aplica E

B B B

0.40

0.66

0.10

B

E

B

ND

0.66

0.10

N.A.

E

B

0.00 0.00

0.66 0.66

0.10 0.10

B B

E E

B B

14

Adaptado del AP-42 “Glass Manufacturing”. EPA GUIA PARA EL CONTROL Y PREVENCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN INDUSTRIAL-FABRICACIÓN DE VIDRIO Y PRODUCTOS DE VIDRIO. Santiago de Chile. 15

37

FE NOX

FE SO2

CALIDAD DEL FACTOR DE EMISION

FE VOCs

TIPO DE FUENTE Kg/t prod Kg/t prod Kg/t prod

FE NOx

FE SO2

FE VOCs

Manipulación de la materia prima

0.00

0.00

0.00

B

B

B

Formado y finalización

0.00

0.00

4.40

B

B

B

fusión sin control

3.10

1.70

0.10

B

B

B

fusión control con depurador húmedo de baja energía

3.10

0.90

0.10

B

B

B

fusión n control con depurador venturi húmedo

3.10

0.10

0.10

B

B

B

fusión control con filtro de manga

3.10

1.70

0.10

B

B

B

fusión con control con ESP

3.10

1.70

0.10

B

B

B

Fuente: Tabla 11.13-1. Tabla 11.13-3 y Tabla 11.1353 AP-42 Capitulo 11.13 “glass fiber manufacturing”

En Colombia la industria del vidrio tiene básicamente dos grandes sectores: envases de vidrio y vidrio plano. Ejemplo: En la cristalería “CRISOR” se produce vidrio para botellas, con una producción de 7000 t/mes. En la etapa de fundido se utiliza un horno de fusión con depurador Venturi, el cual tiene una eficiencia de remoción del 90%. Se usa como combustible carbón a razón de 10 t/día y la frecuencia de trabajo es de 24 h/día y 7 días a la semana. Desarrollo: Teniendo en cuenta la información de la producción de la cristalería, los factores de emisión y la eficiencia del equipo de control, se aplica la siguiente ecuación: E = A x F x (1 - ER/100) E = Estimado de emisión para la fuente (a nivel de proceso) A = Nivel de actividad (vidrio producido) F = Factor de emisión ER = Eficiencia general en la reducción de emisiones totales, expresada en porcentaje (90%) Entonces se tendría: E = A x F x (1 - ER/100) EPM10 = 7000 t prod/mes * 1mes/30días * 1día/24h * 0.66Kg/t Prod * (1 – 0.9) = 0.642 En la tabla 9 se reportan las emisiones calculadas durante la fusión de vidrio para botellas de la Cristalería “CRISOR”, cuando el sistema de control empleado es a través de un depurador Venturi.

38

Tabla 9. Resultados de emisiones para la Cristalería CRISOR como caso particular de estudio

CONTAMINANTE PST PM10 CO NOX SO2 VOCs

4.2.2

EMISIONES DURANTE LA FUSIÓN DE VIDRIO PARA BOTELLAS (Kg Contaminante/h) No hay disponible factor de emisión (ND) 0.6420 0.0972 3.0138 0.0972 0.0972

Producción De Fibra De Vidrio

El proceso de producción de fibra de vidrio se fundamenta en la transformación de la materia prima (principalmente borosilicatos) en fundiciones homogéneas a altas temperaturas. En Colombia la fibra de vidrio es empleada en preparados químicos, materiales aislantes térmicos (sistemas de refrigeración), productos abrasivos, productos de asbesto, hilados, tejidos, artículos laminados y materiales formados de aluminio y sus aleaciones, cajas fuertes y compartimientos blindados, puertas y sillas metálicas, cocinas, estufas y hornos para uso industrial, doméstico y comercial, básculas y balanzas (excepto las empleadas en laboratorios), conmutadores, dispositivos protectores y equipos de control industrial eléctricos, aparatos telefónicos y telegráficos para líneas eléctricas de comunicaciones, pilas y baterías para pilas, carrocerías y chasises para automotores, instrumentos quirúrgicos (médicos, odontológicos y veterinarios) y también en letreros y elementos publicitarios. Este proceso industrial esta constituido por tres etapas elementales, las cuales al igual que los procesamientos de minerales no metálicos son: la manipulación de las materias primas, la fundición y refinación del vidrio y finalmente la formación y acabado de la lana de fibra de vidrio. El proceso inicia con la descarga de la materia prima (arena, feldespato, sulfato de sodio, bórax, ácido bórico, entre otros) mediante gravedad o vibración, palas de arrastre o incluso sistemas de vacío. Una vez la materia prima tiene su debido proceso de preparación, es ingresada de forma continua por el tope del horno de fundición, los cuales pueden ser recuperadores, regeneradores, unidades de fundición y hornos eléctricos (los tres primeros pueden ser alimentados por gas natural o por aceites combustibles) en esos equipos se alcanzan temperaturas entre los 1500 – 1700ºC; La mezcla de los materiales se realiza lentamente durante esta etapa mediante convección natural por los gases generados por las mismas reacciones desarrollados por la combustión o en algunos casos por la inyección de aire desde el fondo del equipo. Una vez se obtiene la fundición del vidrio se procede a la formación de la fibra (la cual puede ser para producir lana de vidrio que es empleada en materiales de construcción y aislamientos térmicos, o fibra de vidrio “textil” o filamentos de fibra de vidrio), el curado, enfriamiento, corte y empaque. Un aspecto problemático de este tipo de industria es la emisión de polvo de los hornos de fundición generada por las elevadas temperaturas y la evaporación de partes de la mezcla, las cuales por sublimación se convierten en material particulado muy fino; además del PST se encuentran emisiones de NOX, CO y SO2. En la tabla 10 se reportan los factores de emisión dictaminados por la EPA para esta actividad industrial.

39

Tabla 10. Factores de emisión para la producción de fibra de vidrio.

TIPO DE FUENTE Carga y transporte de la materia prima Mezclado y pesado Lana de Vidrio: Horno eléctrico de fundición Lana de Vidrio: Horno regenerador – gas natural Lana de Vidrio: Horno recuperador – gas natural Lana de Vidrio: Unidad de fundición gas natural Filamentos de fibra de vidrio: Horno regenerador – gas natural Filamentos de fibra de vidrio: Horno recuperador – gas natural Filamentos de fibra de vidrio: Unidad de fundición – gas natural Formado de lana de vidrio Formado de los filamentos de fibra de vidrio Curado de la lana de vidrio Curado y enfriamiento de los filamentos de fibra de vidrio

FE PST Kg/t Producto

FE SO2 Kg/t Producto

FE CO Kg/t Producto

FE NOX Kg/t Producto

1.50 0.30 0.25

ND ND 0.02

ND ND 0.025

ND ND 0.14

ND ND ND

11.0

5.00

0.13

2.50

ND

5.00

0.13

0.85

ND

4.50

0.30

0.13

0.15

ND

1.00

1.50

0.25

10.00

ND

8.00

15.00

0.50

10.00

ND

3.00

ND

0.45

10.00

ND

1.00 0.50

NA NA

NA NA

NA NA

0.15 0.00

3.00 0.60

ND NA

1.80 0.75

1.00 1.30

3.50 0.00

14.0

*

FE VOCs Kg/t Producto

Fuente: AP-42. Capítulo 11.13 “Glass Fiber Manufacturing” Tablas 11.13-1. Tablas 11.13-3 y Tablas 11.13-5 Calidad de todos los valores numéricos reportados como factores de emisión: B * Este factor se encuentra en un intervalo entre 13 y 15

4.3

CÁLCULO DE EMISIONES PARA EMPRESAS DE GENERACIÓN ELECTRICA

El principio de la generación de energía eléctrica es el aprovechamiento del calor generado en el proceso de combustión, para la conversión de esta energía en trabajo, por medio de los siguientes procesos: 16 • Generación de vapor y su uso en una turbina de vapor • Utilización directa de los gases calientes de combustión en una turbina de gas o motores reciprocantes. El trabajo producido en los dos casos, es convertido en energía eléctrica, a través de un generador. El siguiente esquema (figura 17) representa las etapas del proceso de producción de energía eléctrica:

16

GUÍA AMBIENTAL PARA TERMOELÉCTRICAS Y PROCESOS DE COGENERACIÓN. PARTE AIRE-Ministerio del Medio Ambiente. Colombia

40

Figura 17. Proceso de producción de energía eléctrica

4.3.1

Cálculo de emisiones en turbinas a gas

Una turbina de gas consta básicamente de tres elementos: compresor, cámara de combustión, y turbina de expansión. El gas natural se inyecta en la cámara de combustión donde entra en contacto con el aire comprimido y se produce la combustión. Los gases calientes se dirigen a una turbina de gas, donde la energía térmica de los gases se transforma en energía mecánica que mueve un generador. Las turbinas de gas se utilizan como parte de diferentes plantas de combustión, tales como unidades de ciclo combinado y plantas de cogeneración. La figura 18 representa gráficamente el ciclo de una turbina de gas.

Figura 18. Ciclo de una turbina a gas

Para determinar la emisión de contaminantes a partir de las Turbinas de gas, operando en ciclo Stig, en ciclo combinado y motores que operan con Gas Natural o Fuel Oil, se encuentran disponibles los factores de emisión para turbinas a gas (Stationary Gas Turbines For Electricity Generation, Chapter 3. AP-42 de la EPA). 41

Los contaminantes sobre los que se encuentran los factores de emisión son: • • • • •

Óxidos de nitrógeno Monóxido de carbono y dióxido de carbono Compuestos orgánicos totales (TOC), como metano Óxidos de azufre, como SO2. Material particulado, considerado todo como PM10.

La emisión de cada uno de estos contaminantes para turbinas a gas natural sin ningún sistema de control se determina multiplicando el factor de emisión dado en la tabla 11. por el nivel de actividad, que puede ser la cantidad de combustible usado. Tabla 11. Factores de emisión para turbinas no controladas a gas

FACTOR DE EMISIÓN (Kg/106 m3)

CONTAMINANTE PST SO2 NOX CO VOCs

ND 55.48 5222 1338.24 34.27

CALIDAD

B A A D

Nota: Los factores de emisión están basados en un poder calorífico promedio del gas de 1020 BTU/scf. Fuente: AP-42 Capítulo 3.1. “Stationary Gas Turbines”

Por otra parte, cuando se utiliza como sistema de control de NOX la inyección de agua, vapor o la reducción catalítica selectiva (con inyección de agua), es posible determinar la emisión de NOX, CO, N2O, TOC y NH3 pues se encuentran disponibles los factores, como se muestra en la tabla 12. Tabla 12. Factores de emisión para turbinas no controladas a gas

FACTORES DE EMISIÓN PARA TURBINAS A GAS CON CONTROL Inyección de agua Relación 0.8 agua/combustible CONTAMINANTE

Factor de

Factor de

Inyección de vapor Relación 1.2 agua/combustible Factor de

Reducción catalítica selectiva (inyección de agua)

Factor de

Factor de emisión F emisión emisión emisión emisión u (lb/MMBtu) (lb/hp-h) (lb/MMBtu) (Lb/hp-h) (lb/MMBtu) e n NOX t 1.10 x103 0.14 9.75 x10-4 0.12 0.0088 Fuente: Guía Ambiental para termoeléctricas y procesos de cogeneración Parte AIRE-Ministerio del Medio Ambiente. Colombia

Ejemplo: La termoeléctrica ENNOR reporta como fuentes fija de emisiones a una turbina a gas que usa de combustible gas natural (2000 m3/día) y que no tiene ningún equipo de control. Desarrollo: Utilizando los factores de emisión que se indican en la tabla 11 para procesos sin control y la ecuación E = A x F para cada uno de los contaminantes obtenemos, los resultados representados en la tabla 13.

42

Tabla 13. Factores de emisión para turbinas no controladas a gas

CONTAMINANTE PST SO2 NOX CO VOCs

4.4

CÁLCULO DE EMISIONES HIDROCARBUROS

EMISIÓN (Kg/día) 0.215 0.110 10.44 2.676 0.06854

EN LA EXPLORACIÓN,

PERFORACIÓN

Y EXPLOTACIÓN DE

Las emisiones en campos de exploración, perforación y explotación de hidrocarburos se generan especialmente por el almacenamiento de crudo en tanques y en los campos productores de gas, además por la combustión del gas natural en teas (ver tabla 14). Tabla 14. Factores de emisión para combustión de Gas Natural en Teas

CONTAMINANTE

FACTOR DE EMISIÓN

PST (hollín) CO

40 µg/L 0.37 lb/106 BTU

NOX

0.068 lb/106 BTU

FACTOR DE EMISIÓN -5

3

Calidad

4x10 Kg/m 6095.85 Kg/106m3

B B

1120.31 Kg/106m3

B

3

Nota: Para obtener los factores de emisión en Kg/m de gas, se convierten teniendo en cuenta que el poder calorífico del gas es 1030 BTU/ft3. según información dada por la empresa. Fuente: AP-42 Capítulo 13.5 “Industrial Flares”

Las emisiones por el almacenamiento de crudo se estiman de acuerdo al procedimiento mostrado más adelante en este manual.

4.5

CÁLCULO DE EMISIONES PARA PRODUCCION DE PANELA

En Colombia existe un área sembrada de 137091.97 hectáreas de caña panelera y se producen aproximadamente 956340.47 toneladas de este tipo de caña al año (año 2005). El rendimiento en la producción de caña panelera es de 6.98 t/h. La panela es el producto obtenido al deshidratar los jugos de la caña mediante la utilización de calor. El manejo y funcionamiento de los trapiches paneleros ha sido un problema de gran impacto para la conservación del medio ambiente y los recursos naturales. El impacto causado a la atmósfera consiste principalmente en la emisión de gases producto de la combustión en los hornos del bagazo de la caña y leña principalmente. Las emisiones de trapiches para efectos de contabilización en un inventario de emisiones pueden asumirse como fuentes fijas puntuales o como fuentes de área en el caso en que se tengan gran cantidad de fuentes dispersas en todo un municipio.

4.5.1

Proceso de Beneficio

El beneficio de la panela incluye el conjunto de operaciones tecnológicas posteriores al corte de la caña que conducen a la producción de panela según el orden siguiente: Apronte, molienda, 43

limpieza, clarificación y encalado, evaporación del agua y concentración de mieles, punteo y batido, moldeo, enfriamiento, empaque y embalaje (Manual de caña de azúcar para producción de panela, 1998). Apronte: Son las acciones de recolección de la caña cortada y su transporte desde el sitio de cultivo hasta el trapiche. Limpieza de los jugos: En esta etapa se retiran todas las impurezas gruesas no nutricionales. Consta de las operaciones de prelimpieza, clarificación y encalado. Prelimpieza: El jugo crudo y sin clarificar se limpia en frío utilizando un sistema de decantación natural por gravedad denominado prelimpiador. Clarificación: Operación realizada en la paila “descachazadora”, se utilizan compuestos naturales como el balso, cadillo y guásimo que tienen acción aglutinante y permiten la formación de la cachaza, la cual queda flotando en el jugo y permite su separación. Encalado: Se adiciona un poco de cal para regular el pH de los jugos. Un valor de 5.8 previene la formación de azúcares reductores y ayuda a la clarificación de los jugos porque hace flotar la materia orgánica. Evaporación y concentración: La evaporación del agua contenida en los jugos por calentamiento a 96 ºC permite alcanzar la concentración de sólidos apropiada para la consolidación y moldeo de la panela a 120 ºC, estas operaciones se llevan a cabo en pailas o fondos dispuestos en líneas. Los jugos se desplazan entre estos recipientes por paleo manual y, al finalizar su tránsito, se denominan “mieles”. Punteo y batido: Esta fase persigue la obtención del “punto”. Mediante paleo manual se incorpora aire a las mieles en presencia de calor, operación que se lleva a cabo en la paila “punteadota” ubicada a continuación de las pailas evaporadoras. Moldeo de la panela: En esta etapa se da la forma a la panela. El cuarto de moldeo costa de mesas para las gaveras o conjuntos de moldes, bateas y el depósito para el lavado y escurrido de las gaveras. Empaque y almacenamiento: En esta etapa se realiza el empaque de la panela de acuerdo con la presentación que el productor le desee dar. En los trapiches de algunas regiones como Antioquia generalmente se empaca en bolsas de papel por 24 Kg (1carga = 4 bolsas = 96 panelas).

4.5.2

Variables asignadas

La siguiente es una guía de qué valores pueden asignarse para el cálculo de algunas variables en el proceso de producción de panela de acuerdo a estudios hechos en algunas regiones de Colombia, sin embargo los estudios de campo particulares pueden ofrecer datos más precisos. •

Rendimiento Panela - Caña Esta relación establece qué tan eficiente es el proceso medido como aprovechamiento de la materia prima contenida en la caña, bajo unas condiciones dadas de sólidos totales, fibra, agua y extracción del jugo del molino, principalmente. Para el estudio “Mejoramiento ambiental de los trapiches paneleros en el municipio de Guadalupe – Antioquia” realizado por CORPOICA, se asumieron condiciones estándar de la caña, y la variación en los niveles de producción se explica únicamente por la eficiencia en la extracción del jugo de caña en los molinos. El rendimiento en peso Panela-Caña para este municipio se sitúa entre un 9% y un 44

10%, es decir que a partir de 1000 Kg de caña se producen entre 90 y 100 Kg de panela. De acuerdo a las respuestas brindadas por los administradores y propietarios de 45 trapiches en las encuestas realizadas en un inventario de emisiones en Antioquia (CORANTIOQUIA, 2005) esta relación se conserva en un rango similar ya que generalmente se reportó que una carga de caña, la cual puede tener un peso promedio de unos 220 Kg produce en el trapiche una bolsa de panela de 24 Kg, lo que equivaldría a un rendimiento Panela – Caña en peso de un 10.91%. Por lo tanto en caso de no tener suficientes datos de campo o no tener la suficiente certeza de estos puede estimarse un rendimiento panela – caña de 10%. •

Combustibles: Relación Bagazo - Caña de Azúcar De acuerdo a estudios de la FAO por cada tonelada de caña molida se extraen 0.35 toneladas de bagazo apto para la combustión (Fuente: www.fao.org), lo cual equivaldría a extraer un 65% del jugo de la caña de azúcar. Sin embargo, específicamente para los trapiches paneleros en el medio colombiano es raro encontrar estos mismos niveles de extracción de jugo de caña y según el estudio “Mejoramiento Ambiental de los Trapiches Paneleros en el Municipio de Guadalupe – Antioquia” realizado por CORPOICA, el porcentaje de extracción de jugo es de 54.5% en promedio. En caso de no tenerse suficientes datos válidos de campo el porcentaje en peso del bagazo, con respecto a la caña, puede asumirse en un 45.5% haciendo la referencia de tal estudio.

•

Combustibles: Relación Leña – Panela La relación leña a panela para los trapiches que consumen leña además del bagazo es de alrededor de 0.416:1 de acuerdo al estudio Mejoramiento ambiental de los trapiches paneleros en el municipio de Cisneros (Antioquia). Este valor sin embargo puede variar de un trapiche a otro y en gran medida depende de si la producción de panela se da en época seca o en época de lluvias. En temporada de lluvias el consumo de leña tiende a aumentar en los trapiches. Un valor de un estudio particular es mucho más válido que asumir una simple extrapolación de dicho valor.

•

Poderes caloríficos del bagazo y la leña De acuerdo al estudio “Sistema de Información para la Evaluación Ambiental de Sectores Productivos” (Convenio UIS-IDEAM, 1999), puede asumirse un poder calorífico para el bagazo en base seca de 17699.70 MJ /t y para la leña un poder calorífico de 18445.03 MJ /t.

•

Índices de emisión para combustión de bagazo y leña Como índices de emisión para la combustión del bagazo y la leña generados como biomasa sobre parrilla fija en los trapiches se pueden asumir los siguientes valores de acuerdo al estudio “Sistema de Información para la Evaluación Ambiental de Sectores Productivos” Convenio UIS-IDEAM, 1999. Tabla 15. Factores de Emisión para combustión de leña y bagazo EMSIONES (Kg/1000 MJ) Combustible

SOX

NOX

PST

Bagazo en base seca

0.000

0.034

0.039

Leña 0.002 0163 Fuente: Sistema de Información para la evaluación ambiental de sectores productivos Convenio UIS-IDEAM, 1999.

0.954

Ejemplo: Se desea estimar las emisiones por el proceso de combustión de bagazo y leña en el horno del trapiche “Castillo”. Según información suministrada por el administrador de este trapiche se procesan por molienda 85 cargas de caña de azúcar, de lo cual se obtienen 85 bolsas de panela de 45

24 Kg. La frecuencia de producción es de 13 horas al día durante 4 días al mes. El trapiche además de utilizar todo el bagazo de caña como combustible para el horno, utiliza en promedio 7.5 cargas de leña al día. Desarrollo: Peso promedio carga de caña = 220 Kg Peso promedio carga de leña = 150 Kg Cantidad de materia prima (caña de azúcar) consumida por hora 85 cargas x 220 Kg/carga / 13h/día = 1.44 t caña/h Cantidad de panela elaborada por hora 85 bolsas x 24 Kg/bolsa / (13 h/día x 1000 Kg/t) = 0.16 t/h= 2.04 t/día Cantidad de combustibles utilizados Cantidad de bagazo de caña = Cantidad de caña x 0.455 = 1.44 t/h x 0.455 = 0.654 t/h = 654 Kg bagazo/h Cantidad de leña = 7.5 cargas x 150 Kg/carga / 13 h/día = 86.54 Kg/h Ahora se procede a calcular las emisiones debidas a la combustión del bagazo y a la combustión de la leña, calculando previamente la energía consumida por cada uno de estos: Energía consumida por el bagazo Energía consumida por el bagazo (MJ/h) = Consumo de bagazo horario x 17699.70 MJ/t = 0.654 t/h x 17699.7 MJ/t = 11584.45 MJ/h. Emisiones debido a combustión del bagazo Emisión NOX = 0.034 (Kg NOX / 1000 MJ) x Energía consumida (MJ/h) Emisión NOX = 0.034 (Kg NOX / 1000 MJ) x 11584.45 MJ/hora = 0.394 Kg NOX/h Emisión MP = 0.039 (Kg MP / 1000MJ) x Energía consumida (MJ/h) Emisión MP = 0.039 (Kg MP / 1000MJ) x 11584.45 MJ/h = 0.452 Kg MP/h Energía consumida por la leña Energía consumida por la leña (MJ/h) = Consumo de leña horario x 18445.03 MJ/t = 0.08654 t/hora x 18445.03 MJ/t = 1596.20 MJ/h Emisiones debido a combustión de la leña Emisión SOX = 0.002 (Kg SOX/1000 MJ) x Energía consumida (MJ /h) Emisión SOX= 0.002 (Kg SOX/1000 MJ) x 1596.20 MJ /hora = 0.003 Kg SOX/h Emisión NOX= 0.163 (Kg NOX/1000 MJ) x Energía consumida (MJ /h) Emisión NOX= 0.163 (Kg NOX/1000 MJ) x 1596.20 MJ /hora = 0.26 Kg NOX/h Emisión PST = 0.954 (Kg PST/1000 MJ) x Energía consumida (MJ /h) Emisión PST = 0.954 (Kg PST/1000 MJ) x 1596.20 MJ /hora = 1.522 Kg PST/h

4.6

CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA PRODUCCIÓN DE CAL

La producción de cal viva tiene varios puntos de emisión de contaminantes a la atmósfera. Los procesos de trituración, clasificación y calcinación son las actividades principales de éste tipo de empresas. 46

Figura 19. Diagrama de flujo Proceso de Producción cal viva

A continuación en las tablas 16 y 17 se muestran factores de emisión para las etapas de horneado y preparación de las materias primas del proceso en cuestión. Tabla 16. Factores de emisión para Horno rotatorio de carbón sin control

CONTAMINANTE

FACTOR DE EMISIÓN (Kg/t de cal producida)

CALIDAD

PST

181.18

D

PM10

22.00

D

NOX

3.10

C

CO

1.50

D

SO2

5.40

D

Fuente: AP-42 Capítulo 11.17 “Lime Manufacturing” Tabla 11.17-1 y 11.17-5

47

Tabla 17. Factores de Emisión para Trituración en producción de cal

PROCESO Trituración Primaria

FACTOR DE EMISIÓN PARA PST SIN CONTROL (Kg/ t de material procesado) 0.0083

Trituración Secundaria 0.31 Fuente: AP-42 Capítulo 11.17 “Lime Manufacturing” Tabla 11.17-3

CALIDAD E E

Ejemplo: La empresa Cal-mía se dedica a la producción de cal viva. Se utiliza como combustible 8 t/h de carbón y se tiene el resultado de un muestreo isocinético realizado que reporta como emisión de PST 30.04 Kg/h. A la etapa de horneado se alimentan 0.8 t/h de CaCO3. Desarrollo: Como no se tiene información de la cantidad de cal producida en el Horno, esta se puede determinar con la información del muestreo isocinético: Cantidad de cal = emisión PST /Factor de emisión PST = 0.166 t/h Con esta información se puede hallar la emisión de PM10 en el horno: EPM10 = cantidad de cal x Factor de emisión PM10= 3.65 Kg/h Para hallar las emisiones en la etapa de trituración se necesita conocer la cantidad de material procesado CaCO3 y los factores de emisión para trituración primaria y secundaria: Trituración primaria: EPST= cantidad de CaCO3 x FPST= 0.0064 Kg/h Trituración secundaria: EPST= cantidad de CaCO3 x FPST=0.25 Kg/h

4.7

CÁLCULO DE EMISIONES PARA PRODUCCIÓN DE MEZCLA ASFALTICA

La industria de las mezclas asfálticas se caracteriza por las emisiones de material particulado, las cuales se presentan a lo largo de todo el proceso, principalmente en las etapas de extracción, molienda y transporte de material hacia las tolvas de alimentación. Otras fuentes potenciales se presentan en el tambor secador, el transportador de mineral caliente, el clasificador y el equipo de mezcla. El material particulado generado por el procesamiento para la obtención del material mineral es emitido directamente hacia la atmósfera, mientras que las emisiones provenientes del secado y de la zona de cribado, generalmente se ventean hacia un sistema colector de material particulado.

48

Figura 20. Diagrama de flujo de Producción de Mezcla Asfáltica

Los factores de emisión para los secadores con gas natural y con ACPM se muestran en la tabla 18. Tabla 18. Factores de Emisión para plantas de mezcla caliente de asfalto con tambor

CONTAMINANTE

F.E PARA SECADOR CON GAS NATURAL CON FILTRO (lb/t de producto)

F.E PARA SECADOR CON ACPM SIN CONTROL (lb/t de producto)

CALIDAD

CALIDAD

PST PM10

0.033 0.023

A C

28.00 6.50

D D

CO NOX

0.13 0.026

B D

0.13 0.055

B C

SO2

0.0034

D

0.011

E

VOCs

0.032

C

0.032

C

Fuente: AP-42. Capítulo 11.1 “Hot Mix Asphalt Plants” Tablas 11.1-3. 11.1-4. 11.1-7 y 11.1-8.

Los factores de emisión relacionados con el beneficio de rocas, arena y en general minerales empleados para la fabricación de mezcla asfáltica se encuentran reportados en la tabla 18 del Manual Inventario de Fuentes Difusas en la sección 5.6.1. Ejemplo: La empresa AsphaltPlant produce 100 t/h de asfalto y utiliza como equipo de control un filtro. Desarrollo: Para determinar las emisiones se utiliza la siguiente ecuación: E=AXF Donde: A = Nivel de actividad (producción de asfalto) F = Factor de emisión Con los factores de emisión para secador con filtro y haciendo las conversiones necesarias se obtienen los siguientes resultados (ver tabla 19). 49

Tabla 19. Emisiones para la empresa productora de mezcla asfáltica AsphalPlant.

EMISIÓN (Kg/h)

CONTAMINANTE

4.8

PST PM10

1.495 1.042

CO

5.889

NOx SO2

1.178 0.154

VOCs

1.449

CÁLCULO DE EMISIONES PARA CALDERAS

El procedimiento a seguir para determinar las emisiones para calderas depende principalmente: • Del tipo de combustible usado (carbón, combustibles líquidos, gas natural…) • Si se cuenta o no con datos de muestreos isocinéticos. Si no se realizaron muestreos isocinéticos se debe buscar el factor de emisión correspondiente al tipo de combustible usado y a los contaminantes a determinar (en el AP-42 se encuentran gran cantidad de factores de emisión, sin embargo se debe tener cuidado si aplican realmente al proceso a evaluar o también se pueden buscar factores de emisión hallados mediante estudios ambientales en el país). En caso de tener información de muestreos isocinéticos la metodología está en función de los contaminantes de los cuales se poseen datos de emisión. Generalmente se reportan datos de PST, SO2 y NOX por lo que en lo posible se debe calcular la cantidad de combustible partiendo de la emisión de SO2 o en caso de no tenerse se calcula con la emisión de PST. También es importante tener en cuenta si hay algún equipo de control, ya que en este caso se deben utilizar las ecuaciones de factores de emisión que incluyen la eficiencia del equipo de captura. A continuación se presentan los factores de emisión para varios combustibles:

4.8.1

Carbón Bituminoso

Los factores de emisión encontrados en el AP-42 se determinan de acuerdo a ciertas características muy específicas de las calderas (por ejemplo tipo de quemador), información que en su mayoría no reportan las empresas, por tal motivo, se puede tomar un valor promedio de dichos valores. Los factores de emisión que provienen de un valor promedio corresponden a los contaminantes: material particulado filtrable, NOX y PM10. El valor de PST total es la suma del material particulado filtrable y condensable.

50

Tabla 20. Factores de Emisión para combustión de Carbón Bituminoso sin control. Caldera para carbón pulverizado

CONTAMINANTE

FACTOR DE EMISIÓN PROMEDIO (lb/t carbón)

PM condensable PM filtrable SOX NOX CO PM10 VOCs

CALIDAD

0.8 8.5 A* 38S 15.47* 0.5 2.45 A* 0.06

A A

S = % azufre A = % cenizas Fuente: AP-42 Capítulo 1.1”Coal Combustión” Tablas 1.1-3 y 1.1-4 para combustión de carbón bituminoso y FIRE 6.24 * Estos factores de emisión corresponden a promedios tomados de los diferentes factores de emisión que se encuentran por tipo de quemador.

4.8.2

Crudo de Castilla o Fuel Oil No. 6

Los factores de emisión para calderas alimentadas con este tipo de combustible se encuentran definidos en el AP42 capítulo 1.3. Las tablas 21 y 22 respectivamente son una breve compilación de dichos factores para calderas con diversas capacidades. Tabla 21. Factores de Emisión para Crudo de Castilla o Fuel Oil No.6. Calderas con capacidad100 milones de BTU/h

CONTAMINANTE SO2 NOX CO

FACTOR DE EMISIÓN (lb/103 gal) 157 * S 47.00 5.00

CALIDAD A A A

Fuente: Fire 6.24 y Capítulo 1.3 “Fuel Oil Combustión” Tablas 1.3-1. 1.3-2 y 1.3-3 del AP-42 para Fuel Oil No.6.

51

4.8.3

ACPM, Diesel, Fuel Oil y Kerosene Tabla 23. Factores de Emisión para ACPM, Diesel, Fuel Oil y Kerosene

CONTAMINANTE PST SO2 NOX CO PM10 VOCs

CONTAMINANTE SO2 NOX CO

FACTOR DE EMISIÓN (lb/103 gal) Calderas < 100 Millones Btu/h 3.30 142 * S 20.00 5.00 1.00 0.20 FACTOR DE EMISIÓN (lb/103 gal) Calderas > 100 Millones Btu/h 157 * S 24.00 5.00

CALIDAD

A A A A

CALIDAD A D A

Fuente: Fire 6.24 y Capítulo 1.3 “Fuel Oil Combustión” Tablas 1.3-1. 1.3-2 y 1.3-3 para Fuel Oil No.2 del AP42.

4.8.4

Gas Natural Tabla 24. Factores de Emisión para Gas Natural. Caldera sin control

CONTAMINANTE PST SO2 *

NOX ( 100 BTU/h NOX = 280 lb/106 scf

4.8.5

Madera

El AP-42 de la EPA muestra factores de emisión para los diferentes tipos de madera. Como esta información comúnmente no es disponible, se tomó un promedio de los factores para los diferentes tipos de madera.

52

Tabla 25. Factores de emisión para combustión de madera para calderas sin control

CONTAMINANTE PST PM10 NOx SO2 CO VOC

Factor de emisión (lb/ MMBTU) 0.445 0.35 *

0.22 0.025 0.60 0.017

Factor de emisión (Kg/t de madera)

Calidad

3.194 2.512 2.548 0.179 4.306 0.122

C A A A D

Fuente: AP-42 Capítulo 1.6 “Wood Residue Combustión in Boilers” Tablas 1.6-1 y 1.6-2 y Fire 6.24. Nota: Para hacer la conversión de Lb/MMBTU a lb/t, se multiplica por el poder calorífico de la madera (0.0079 MMBTU/lb) y por 2000. *Este valor es para calderas que usan madera húmeda, para madera seca usar 0.49 Lb/ MMBTU

Ejemplo: La empresa “PalmaBien” utiliza una caldera de 250 BHP y 0.0143 t/h de carbón como combustible. No maneja ningún equipo de control y tiene una frecuencia de trabajo de 12 h/día. Desarrollo: Teniendo en cuenta que la cantidad de combustible usado fue de 0.0143 t/h de carbón y con la información del factor de emisión, se aplica la siguiente ecuación: E=AxF Donde: E = Estimado de emisión para la fuente (a nivel de proceso) A = Nivel de actividad (cantidad de combustible) F = Factor de emisión Para obtener las emisiones en Kg/día se tiene en cuenta que 1lb es 0.454 Kg y la frecuencia de trabajo es de 12 h/día. Los resultados son los siguientes: Tabla 26. Emisiones calculadas para el caso de estudio seleccionado

CONTAMINANTE

4.9

PST

EMISIÓN (Kg/día) 5.28

PM10

1.504

SO2 NOX

1.905 1.202

CO VOCs

0.038 0.0046

CÁLCULO DE EMISIONES PARA PRODUCCIÓN DE COQUE

El coque metalúrgico es producido por la destilación destructiva o pirólisis en los hornos de coque de determinados carbones minerales, como hullas o carbones bituminosos que poseen propiedades coquizantes (capacidad de transformarse en coque después de haber pasado por una fase plástica). El carbón previamente preparado, es coquizado o calentado (entre 1000 y 1200 ºC) en una atmósfera libre de oxígeno hasta que todos los compuestos volátiles presentes en el carbón se evaporan. 53

La mayoría del coque metalúrgico se usa en los altos hornos de la industria siderúrgica para la producción del acero (coque siderúrgico). Dado el gran consumo de coque que es necesario para el funcionamiento de los altos hornos, los hornos de coquización suelen ser una instalación anexa a las industrias siderúrgicas. El coque metalúrgico también se utiliza en la industria de la fundición del hierro (coque de fundición). La destilación destructiva (coquización) del carbón ocurre en hornos de coque sin contacto con el aire. Estos hornos deben mantenerse herméticos bajo el estrés cíclico de expansión y contracción. Cada horno consta de tres partes principales: cámaras de coquización, cámaras de calentamiento y cámaras regenerativas. Todas estas cámaras están revestidas con ladrillo refractario (sílica). Una batería de hornos es una serie de 10 a 100 hornos de coque operados conjuntamente. El proceso de calentamiento se origina en la combustión de los gases en las cámaras de coque. Los hornos de coque individualmente operan de manera intermitente con periodos de tiempo coordinados para asegurar un flujo consistente de gas. Aproximadamente un 40% de gas limpio del horno (después de la remoción de sus subproductos) es usado para calentar los hornos de coque y el resto es usado en otros procesos relacionados con la producción de hierro o es vendido. El gas de hornos de coque es el combustible más común producido en los hornos de coque. Los procesos típicos para la producción de coque consisten en la preparación, carga y calentamiento del carbón, remoción y enfriamiento del coque y enfriamiento, limpieza y recirculación del gas del horno. El carbón es preparado para la coquización siendo pulverizado hasta que el 80-90% pase a través del tamiz 3.2 mm (1/8 in). Diferentes tipos de carbón deben ser mezclados para producir las propiedades deseadas o para controlar la expansión del carbón mezclado en el horno. Agua o aceite puede ser adicionado para ajustar la densidad del carbón para controlar la expansión y prevenir daños en el horno. El carbón puede ser alimentado al horno húmedo o seco. Si se alimenta húmedo, el carbón debe ser triturado finamente antes de ser cargado al horno. Para producir coque metalúrgico de calidad, el proceso de carbonización debe realizarse a altas temperaturas, las cuales corresponden a valores por encima de 900ºC produciendo una conversión química del carbón en productos gaseosos principalmente. Estos productos gaseosos consisten en hidrógeno, metano, etileno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, amonio y nitrógeno. Los productos líquidos incluyen agua, alquitrán y aceites ligeros. Durante el ciclo de coquización, el material volátil proveniente del carbón es colectado. Este “gas sucio” contiene vapor de agua, alquitrán, aceites livianos y material particulado, hidrocarburos pesados y compuestos de carbono complejos. Este material condensable es removido del gas de combustión para obtener gas de horno de coque purificado.

4.9.1

Emisiones

Las emisiones de material particulado y VOCs por el manejo de los materiales involucrados, son consideradas fuentes dispersas, por lo cual su correspondiente análisis se encuentra en la sección 5.6.5 “Explotación de Carbón” del Manual Inventario de Fuentes Difusas (MIFD), tablas 24 y 26. Las emisiones gaseosas colectadas de los hornos durante el proceso de coquización son sujetas a varias operaciones para la separación del amonio, gas del horno de coque, alquitrán, fenol, aceites livianos (benceno, tolueno) y piridina. Estas unidades de operación son fuentes potenciales de emisiones de Compuestos Orgánicos Volátiles (VOCs).

54

MP MP

AGUA

MEZCLADO MEZCLADO MOLIENDA MOLIENDA TAMIZADO TAMIZADO

ALMACENAMIENTO ALMACENAMIENTO MATERIA PRIMA MATERIA PRIMA

MP

SOx

COVs

MP

ACEITE

MP

COVs

TOLVA TOLVA MEZLCADORA MEZLCADORA DE CARBÓN DE CARBÓN

MP

ALQUITRÁN

SOLUCION SOLUCION DE AMONIO EN DE AMONIO EN SPRAY SPRAY

NAFTALENO

CONDENSADOR CONDENSADOR

MP

MOLIENDA Y MOLIENDA Y TAMIZADO TAMIZADO DEL COQUE DEL COQUE

ENFRIAMIENTO ENFRIAMIENTO

ALQUITRÁN Y AMONIO GAS GAS SUCIO SUCIO

VAGÓN DE VAGÓN DE TRANSPORTE TRANSPORTE

COVs

MP

REMOCIÓN DE REMOCIÓN DE COQUE COQUE

HORNO DE COQUE HORNO DE COQUE

MP

SULFATO DE AMONIO

EXTRACCIÓN EXTRACCIÓN ALQUITRAN ALQUITRAN

CONDENSADOR CONDENSADOR

ACEITES LIGEROS

ALMACENAMIENTO ALMACENAMIENTO DE COQUE DE COQUE

SATURADOR SATURADOR

SULFURO DE HIDRÒGENO

TORRE DE ABSORCION TORRE DE ABSORCION

GAS DE HORNO DE GAS DE HORNO DE COQUE LIMPIO COQUE LIMPIO

TORRE LAVADORA TORRE LAVADORA

Figura 22. Diagrama de flujo de procesos para la producción de coque

Los factores de emisión utilizados por la EPA para la estimación de emisiones se muestran en la siguiente tabla (tabla 29) adaptada del AP-42 2004. Capítulo 12.2 para el proceso de combustión en el horno de coque con diferentes tipos de equipos de control de emisiones. Tabla 29. Factores de emisión para Hornos de Coque

EQUIPO DE CONTROL Sin control Con ESP Con filtro de mangas

PST

SO2

CO

VOCs

NOX

0.234 0.046

2.00 ND

ND ND

ND ND

ND ND

0.055

ND

ND

ND

ND

Unidades: Kg/t de carbón cargado Fuente: AP-42 Capítulo 12.2 Tabla 12.2-1

Ejemplo: Cierta empresa carbonera utiliza una batería de 20 hornos colmena, ningún equipo de control, usa 5 t/día de combustible y una frecuencia de trabajo de 24 h/día. Desarrollo: Hay que tener en cuenta que para hallar el nivel de actividad es necesario mirar la cantidad de combustible usado, la frecuencia de trabajo y repartir este valor en los 20 hornos colmena. Con este dato y la información del factor de emisión se aplica la siguiente ecuación: E=AxF Donde: E = Estimado de emisión A = Nivel de actividad (cantidad de carbón) F = Factor de emisión 55

Por ultimo se obtienen los siguientes resultados, representados en la tabla 30. Tabla 30. Factores de emisión para Hornos de Coque

CONTAMINANTE PST SO2

4.10

EMISIÓN (Kg/día) 0.002 0.02

CÁLCULO DE EMISIONES PARA INCINERACIÓN DE RESIDUOS

En el proceso de incineración de residuos, el horno tiene como función:

17

Vaporizar, gasificar, pirolizar el residuo. En lo posible realizar la combustión del residuo. Garantizar un nivel térmico, mínimo de 850 ºC, para ello la cantidad de aire ha de ser limitada. Proporcionar un tiempo de residencia de sólidos suficiente para evitar que no se quemen en su totalidad los residuos.

• • • •

De acuerdo con el “Incinerator Institute of America”, los incineradores se clasifican en 5 tipos, en función de: la caracterización del residuo, densidad y poder calorífico. Tabla 31. Clasificación de los incineradores de residuos

TIPO 1 2 3 4 5

Kg/m3

CARACTERIZACION Basura, papel, madera, virutas, plástico (hasta 10%) Papel, madera, virutas, hasta 20% fermentables y sin plásticos. Mezcla (aprox. RSU) Patológicos, restos humanos y animales Gases, líquidos y/o fangos

150 150 300 500 750

PCI (Kcal/Kg) 3850 3000 2000 1150 500

Existen diferentes tipos de hornos incineradores entre los cuales se encuentran: • • • •

Hornos de parrilla Horno rotatorio Horno de lecho fluidizado Hornos crematorios

Los incineradores de residuos peligrosos pueden emitir cantidades significativas de contaminantes a la atmósfera entre los cuales se encuentran: material particulado, metales, gases ácidos, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono y otros compuestos variados presentes en los residuos hospitalarios como patógenos, citotoxinas y materiales radioactivos. Las emisiones de material particulado son emitidas a causa de una combustión incompleta de material orgánico y por el arrastre de ceniza no combustible debido al movimiento turbulento de los gases de combustión. El material particulado puede salir como sólido o como aerosol, y puede contener metales pesados, ácidos y trazas de compuestos orgánicos. Las concentraciones de gases ácidos como ácido clorhídrico (HCl) y dióxido de azufre (SO2) en la incineración de residuos peligrosos, están directamente relacionados con el contenido de cloro y azufre en el residuo. Los óxidos de nitrógeno (NOX) representan una mezcla de NO y NO2 17

Memorias Seminario “Elementos de diseño y operación de sistemas de incineración de residuos” profesor Xavier Elías Castells-España. Medellín 25 y 26 de julio de 2002

56

principalmente. Estos compuestos son formados durante la combustión de la oxidación del nitrógeno químicamente unido al residuo y la reacción entre las moléculas de nitrógeno y oxígeno en el aire de combustión. Entre otros compuestos emitidos por esta actividad, se encuentran los metales pesados como son mercurio, cadmio, plomo, etc. y las Dioxinas y Furanos que son compuestos orgánicos persistentes y tóxicos. Los factores de emisión para este tipo de actividad industrial se registran en la tabla 32. Tabla 32. Factores de Emisión para incineradores de Residuos Hospitalarios

CONTAMINANTE PST SO2 NOX CO

FACTOR DE EMISIÓN (Kg/Ton) 2.333 1.09 1.78 1.48

CALIDAD B B A A

Fuente: AP-42 Tabla 2.3.1. Medical waste incinerators

4.11

CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA PRODUCCIÓN DE CEMENTO

Los principales procesos realizados en la producción de cemento son: Explotación y manipulación de la materia prima, preparación de la materia prima para alimentar el horno, producción del clincker y molienda final del cemento. El paso inicial en la producción de cemento es la explotación de la materia prima. El calcio, el elemento de mayor concentración en el cemento, se obtiene a partir de una variedad de materias primas calcáreas, incluyendo cal, arcillas margosas, dragonita y un tipo de cal impura llamada “roca de cemento natural”. El segundo paso corresponde a la preparación de la mezcla de la materia prima para la alimentación del horno para la producción del clinker; esta preparación incluye procesos de trituración, mezcla y molienda diseñadas para proporcionar un material con las propiedades físicas y químicas apropiadas para el proceso de calcinación. El proceso primordial en la producción de cemento es la calcinación. Este proceso transforma la materia prima en clinker (material de color gris, de diámetro de 0.32 a 5.1 cm.). Las reacciones químicas y los procesos físicos que constituyen la transformación se resumen a continuación: • • • • • • •

Evaporación de agua Calcinación del carbonato de calcio (CaCO3) a óxido de calcio (CaO) Reacción de CaO con sílica para formar silicato dicálcico. Reacción de CaO con componentes de aluminio y hierro para formar la fase líquida. Formación de nódulos de clinker. Evaporación de compuestos volátiles (por ejemplo sodio, potasio, cloro y sulfatos) Reacción de exceso de CaO con dicalcio para formar silicio de tricalcio.

El último paso en la producción de cemento involucra una secuencia de procesos de mezcla y molienda que transforma el clinker en cemento como producto terminado. Una cantidad por encima del 5% de yeso (o anhidrita natural) es adicionado al clinker durante la molienda para controlar el tiempo de formación del cemento. Los principales contaminantes emitidos en la producción de cemento son: material particulado (PST y PM10), óxidos de nitrógeno (NOX), dióxido de azufre (SO2), monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2). También son emitidas pequeñas cantidades de Compuestos Orgánicos Volátiles (VOCs), amoniaco (NH3), cloro y ácido clorhídrico (HCl). En la figura se muestran las fuentes de emisión en la producción de cemento. La mayor cantidad de material particulado es 57

emitido en el proceso de calcinación donde se incluyen los procesos realizados en el horno y en el enfriador del clinker. Durante la quema del combustible se originan óxidos de nitrógeno debido a la oxidación del nitrógeno contenido en el combustible y por fijación térmica de nitrógeno en el gas de combustión. El dióxido de azufre puede ser generado por compuestos de sulfuro presentes en la materia prima y por sulfuros presentes en el combustible. Las emisiones de CO2 son generadas principalmente por la calcinación de cal u otros materiales calcáreos. Este proceso térmicamente decompone CaCO3 a CaO y CO2. Adicionalmente, la quema de combustible puede emitir una amplia variedad de contaminantes en cantidades más pequeñas. Si la combustión es incompleta, se puede producir monóxido de carbono y compuestos orgánicos volátiles. En la figura 23 se encuentra un diagrama de flujo que esquematiza el proceso de producción de cemento.

Figura 23. Proceso de producción de cemento (Fuente: AP42 Capítulo 11.6 y página web Cemex)

Los cálculos de emisiones se hicieron principalmente para el horno rotatorio ya que es allí donde se generan la mayor parte de las emisiones (ver tabla 33 y tabla 34). Tabla 33. Factores de Emisión para industrias de producción de cemento Pórtland (PST y PM10)

PROCESO Horno Horno Horno tela) Horno Horno

proceso húmedo (sin control) proceso húmedo (ESP) proceso húmedo (filtro de proceso seco (EPS) proceso seco (filtro de tela)

FE PST (Kg/t clinker) 65.00 0.38

D C

FE PM10 (Kg/t clinker) 16.00 0.33

0.23

E

ND

0.50 0.10

D D

ND 0.084

CALIDAD

CALIDAD D D

D

Fuente: AP-42. Capítulo 11.6 “Portland Cement Manufacturing” Tablas 11.6-1

58

Tabla 34. Factores de Emisión para industrias de producción de cemento Pórtland (SO2. NOX, CO y CO2)

CONTAMINANTE FE (Kg/t clinker) SO2 NOX CO CO2

HORNO PROCESO HÚMEDO 4.1 3.7 0.060 1100

CALIDAD C D D D

HORNO LARGO PROCESO SECO 4.9 3.0 0.11 900

CALIDAD D D E D

Fuente: AP-42. Capítulo 11.6 “Portland Cement Manufacturing” Tablas 11.6-7

Ejemplo: CEMPRO S.A. productora de cemento, reporta que produce 260 t/día de clinker. Uno de sus procesos se lleva a cabo en un horno seco que utiliza como equipo de control un filtro de mangas. Desarrollo: Para calcular la emisión de PM10 se aplica la siguiente ecuación: E=AxF E = Estimado de emisión A = Nivel de actividad (cantidad de clinker producido) F = Factor de emisión Por ultimo se obtiene que la razón de emisión de PM10 en la empresa de cementos CEMPRO S.A. es de 21.84 Kg/día.

4.12

CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA PRODUCCIÓN DE CONCRETO

El concreto es simplemente una mezcla compuesta por agregados finos (arena), agregados grueso (grava), cemento y agua; El dispositivo para preparar concreto es un mezclador en donde las materias primas se cargan por medio de silos de alimentación lo cual hace de este un proceso muy sencillo en la industria. Este proceso industrial se caracteriza básicamente por emitir material particulado al aire, por lo tanto no se consideran los otros criterios contaminantes para la estimación de los factores de emisión. También se presentan emisiones de algunos metales que están relacionadas directamente con el material particulado producido. Las principales emisiones de partículas se originan en el tratamiento, preparación y mezcla de las materias primas. En la figura 24 se observa un diagrama de bloques general para el proceso de producción de concreto, especificando las posibles emisiones generadas en cada etapa de operación.

59

Figura 24. Diagrama de flujo de los procesos para la producción de concreto

Tabla 35. Factores de emisión para la Producción de Concreto

SIN CONTROL FUENTE

Carga total al mezclador

PST (Kg/t material cargado) 0.11

CON CONTROL PST (Kg/t material cargado)

PM10 (Kg/t material cargado) 0.039

0.0056

PM10 (Kg/t material cargado) 0.0019

Fuente: AP-42. Capítulo 11.12 “Concrete Batching” Tablas 11.12-1 El material cargado incluye agregados gruesos, arena, cemento, suplementos de cemento y agua

Ejemplo: Cierta empresa utiliza 300 t/día de agregados, 30 t/día de cemento y 5 t/día de agua en el mezclador. Tiene como dispositivo de control un filtro de mangas y la frecuencia de trabajo es de 13 h/día. Desarrollo: Para calcular la emisión de PM10 y PST se aplica la siguiente ecuación: E=AxF Donde: E = Estimado de emisión A = Nivel de actividad (cantidad de carga total) F = Factor de emisión Se obtiene que la razón de emisión de PM10, por parte del proceso de producción de concreto desarrollado en la empresa seleccionada para el estudio, es de 0.6365 Kg/día.

60

4.13 4.13.1

CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA FUNDICIÓN DE METALES

Cálculos De Emisiones Para Fundición De Hierro Gris

La fundición de hierro gris produce piezas de fundición de alta resistencia utilizadas en maquinaria industrial y fabricación de equipos para transporte pesado. La fundición de hierro produce 3 tipos importantes: Hierro gris, hierro dúctil, y hierro maleable. El hierro fundido es una aleación de hierro-carbono-silicio la cual contiene de 2 a 4% de carbono y de 0.25 a 3% de silicio, junto con diversos porcentajes de manganeso, azufre y fósforo. Los elementos de aleación tales como níquel, cromo, molibdeno, cobre, vanadio y titanio se agregan algunas veces para mejorar las propiedades del hierro. Las operaciones principales de la producción en fundición de hierro son: Manejo y preparación de la materia prima, fusión del metal, producción del molde y del núcleo, acabado de la pieza fundida. Las materias primas metálicas son mineral de hierro, chatarra de hierro y acero, fundentes como carbonatos (piedra caliza, dolomita), fluoruro (fluorospar), y compuestos de carburo (carburo de calcio). Los combustibles utilizados incluyen carbón, aceite, gas natural, y coque. El aceite y el carbón se utilizan generalmente en los hornos reverberos y el coque es utilizado en el horno cubilote. Las materias primas, metales, y fundentes se agregan directamente a los hornos de fundición. Sin embargo en los hornos de inducción eléctrica la chatarra de metal debe ser tratada antes de cargarla al horno para quitar la grasa y el aceite. Las reacciones que se presentan en el proceso de fundición del hierro se muestran a continuación en la figura 25. CARBONO (COQUE) 2C

+

ÓXIDO DE HIERRO FE2 O3

OXÍGENO (AIRE) O2

+

IMPUREZAS EN EL MINERAL DERRETIDO

CALOR

MONÓXIDO DE CARBONO 3CO

+

+

HIERRO FUNDIDO 2Fe HIERRO

MONÓXIDO DE CARBONO 2CO

+

PIEDRA CALIZA

DIÓXIDO DE CARBONO 3CO2

ESCORIA

Figura 25. Reacciones involucradas en el proceso de fundición del hierro.

Las operaciones básicas de proceso de los hornos de fundición incluyen la carga, proceso de fusión, retiro de la escoria, descarga, refinado y moldeo. Los hornos más utilizados en la industria de fundición de hierro son cubilote, arco eléctrico e inducción eléctrica. La refinación es el proceso en el cual el magnesio y otros elementos son agregados al hierro fundido para producir hierro dúctil. Los hierros dúctiles tienen alta resistencia y son plateados en apariencia. La remoción de la escoria en los hornos se realiza a través de un agujero golpeándolo ligeramente; posteriormente el hierro fundido se vierte en moldes generalmente hechos de arena para formar la 61

parte exterior de las piezas y se hacen núcleos (formas de arena y otros compuestos orgánicos cocidos) los cuales hacen vacíos internos en las piezas y les proporcionan su forma interior. Las emisiones de contaminantes lanzadas por los hornos de fundición incluyen el material particulado, monóxido de carbono, compuestos orgánicos, dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y cantidades pequeñas de compuestos de cloro y flúor. Las partículas, los cloruros, y los fluoruros se generan de la combustión incompleta del carbono, fundentes adicionados, incrustaciones e impurezas de la chatarra cargada. Generalmente se instalan dispositivos de post-combustión a la salida de los gases de los hornos de fundición para controlar las emisiones de monóxido de carbono los cuales alcanzan eficiencias de hasta 95%. Las principales emisiones de contaminantes en una fundición típica de hierro se muestran en la figura 26.

MINA

TRITURACIÓN PRIMARIA

TRITURACIÓN SECUNDARIA FÁBRICA DE PELETIZADO MINERAL DE HIERRO

PRETRITURACIÓN

PELLETS 80-90%

AIRE

OTROS CALIZA

OXÌGENO ACEITE

HORNO DE IGNICIÒN

CARBÒN PLANTA DE PREPARACIÒN DE SINTER

PLANTA DE COQUIZACIÓN

TRITURADOR DE ESCORIA

TRITURADOR DE SINTER CALIENTE TRITURADOR DE SINTER FRIO TRITURACIÓN PRIMARIA

TRITURACIÓN SECUNDARIA

TAMIZ PESAJE

ALTO HORNO HIERRO

Figura 26. Procesos en una planta de fundición de hierro con planta de coquización (Fuente: http://www.aubema.de)

62

Figura 27. Diagrama de flujo del proceso de Fundición de hierro

63

Tabla 36. Factores de emisión de partículas para hornos de hierro gris

PROCESO

Cubilote

Horno de arco eléctrico Horno de inducción eléctrica Reverbero

DISPOSITIVO DE CONTROL Sin Control Scrubber Depurador venturi Precipitador electrostático Sistema de filtros de manga Capa húmeda Scrubber impacto Lavador de alta energía Sin control Sistema de filtros de manga

6.90 1.60 1.50 0.70 0.30 4.00 2.50 0.40 6.30 0.20

PST

Calidad E C C E E E E E C C

Sin control Sistema de filtros de manga

0.50 0.10

E E

Sin control Sistema de filtros de manga

1.10 0.10

E E

Fuente: AP-42. Capítulo 12.10 “Gray Iron foundries” Tabla 12.10-2 Los factores están expresados como Kg Contaminante/t hierro gris producido Scrubber: Incluye promedio para capa húmeda y otros tipos de lavadores no listados. Tabla 37.Factores de emisión estándar para emisiones de gases y plomo

TIPO DE HORNO Cubilote sin control Cubilote con lavador de alta energía Arco Eléctrico Inducción eléctrica Reverbero

CO

SO2

NOX

VOCs

Plomo

73

0.6*S

ND

0.09+

0.05 – 0.6

73

0.3*S

ND

ND

ND

0.5 ND

ND Neg

0.02 – 0.3 ND

0.3 – 0.15 ND

ND 0.005 – 0.05

ND

ND

ND

ND

0.006 – 0.07

Fuente: AP-42. Capítulo 12.10 “Gray Iron foundries” Tablas 12.10-4 + Fuente: Corinair. Manual para Inventario de Emisiones atmosféricas, España. Neg: Insignificante. ND: No Disponible S: porcentaje de azufre en el coque. Se asume que 30% azufre es convertido a SO2. Los factores están expresados como Kg Contaminante/t hierro gris producido La calidad de estos factores de emisión esta calificada como E, con excepción de los del Plomo que son B

4.13.2

Cálculos De Emisiones Para Fundición Secundaria De Cobre Y Aleaciones

La recuperación secundaria de cobre se divide en 4 operaciones separadas: pre tratamiento de la chatarra, fundición, aleación y piezas de fundición. El tratamiento previo incluye la limpieza y afianzamiento de la chatarra. La fundición consiste en calentar y procesar la chatarra para la separación y la purificación de metales específicos. La aleación implica la adición de 1 o más metales al cobre para obtener las propiedades y características deseadas. Las operaciones de fundición secundaria de cobre de alto grado y aleaciones como bronce y latón se muestran en la figura 29.

64

Figura 28. Diagrama de flujo del proceso de Fundición secundaria de cobre y aleaciones

Tabla 38. Factores de emisión de partículas para hornos utilizados en la fundición secundaria de cobre y procesos de aleación (PST y PM10)

HORNO Y TIPO DE CARGA

DISPOSITIVO DE CONTROL

PST

PM10

Cubilote Chatarra de hierro Alambre de cobre aislado

Ninguno Ninguno ESP (d)

0.02 120 5

ND 105.6 ND

Chatarra de bronce y latón

Ninguno ESP (d)

35 1.2

32.1 ND

Emisiones fugitivas (b)

Ninguno

ND

1.1

Horno reverbero Alta aleación de plomo (58%) Rojo/amarillo latón Otras aleaciones (7%) Cobre

Ninguno Ninguno Ninguno Ninguno Filtros de tela

Latón y bronce

Ninguno Filtros de tela

Emisiones fugitivas

Ninguno

ND ND ND ND 2.6 0.2 18 1.3 ND

ND ND ND 2.5 ND 10.8 ND 1.5

65

DISPOSITIVO DE CONTROL

HORNO Y TIPO DE CARGA Horno rotatorio Latón y bronce Emisiones fugitivas Crisol Bronce y latón

PST

PM10

Ninguno ESP

150 7

88.3 ND

Ninguno

ND

1.3

Ninguno ESP

11 0.5

6.2 ND

Emisiones fugitivas Horno de arco eléctrico Cobre

Ninguno

ND

14

Ninguno Filtros de tela Ninguno

2.5 0.5 5.5

2.5 ND 3.2

Bronce y latón Horno de inducción eléctrica Cobre

Filtros de tela

3

ND

Ninguno Filtros de tela

3.5 0.25

3.5 ND

Bronce y latón

Ninguno Filtros de tela

10 0.35

10 ND

Emisiones fugitivas

Ninguno

ND

0.04

Fuente: AP-42. Capítulo 12.9 Secondary Copper smelting and alloying” Tablas 12.9-1 Unidades: Kg/t de mineral procesado.

Tabla 39. Factores de emisión de partículas para hornos utilizados en la fundición secundaria de cobre y procesos de aleación (SOX, NOX y VOCs)

HORNO Y TIPO DE CARGA Horno de inducción eléctrica Bronce y latón Horno Crisol Bronce y latón Horno reverbero Bronce y latón Horno rotatorio Bronce y latón Horno Cúpula Chatarra cobre y latón

SOX (Kg/t carga)

NOX (Kg/t carga)

VOCs (Kg/t carga)

0.015

ND

ND

0.25

ND

ND

ND

0.04

ND

ND

0.3

ND

ND

ND

0.09

Fuente: EPA 1990. Factores de emisión fundición secundaria de cobre y aleaciones.

66

Ejemplo: La empresa Cuprimil Ltda. utiliza un horno de inducción eléctrica y 1 t de latón/día. El equipo de control es un ciclón y la frecuencia de trabajo 10.5 h/día. Desarrollo: Para calcular la emisión de SO2 se aplica la siguiente ecuación: E=AxF Donde: E = Estimado de emisión A = Nivel de actividad (cantidad de latón usada) F = Factor de emisión Se obtiene de los cálculos que la emisión de SO2 de la empresa referenciada es de 0.015 Kg/día. 4.13.3

Fundición De Acero

El producto obtenido en las acerías o industrias de fundición de acero puede clasificarse en tres: acero al carbono, acero de baja aleación y acero de alta aleación; cada uno de estos productos son empleados en otras industrias para suministros de partes mecánicas principalmente. El proceso básicamente consta de cuatro etapas: la fundición de la chatarra y/o material puro, aleación, moldeo y acabado. La fundición del metal tiene etapas previas de preparación de la chatarra y carga del horno, etapas simultáneas como la recarga del horno (dependiendo del tipo de acero que se vaya a producir) y etapas posteriores como la refinación, el moldeo y en algunos casos desulfurización. Para la fundición se emplean comúnmente dos tipos de hornos: Alto horno y horno de arco eléctrico. Dependiendo del tipo de horno empleado se tienen diferentes factores de emisión, así como también de los diferentes equipos de control. En la tabla 40 se registran algunos de los factores de emisión de este proceso tomados del AP42. Tabla 40. Factores de emisión para los diferentes hornos empleados en las acerías.

ETAPAS DE LA FUNDICIÓN Y REFINACIÓN

FE PST

FE PM10

Kg/t metal caliente

Kg/t metal caliente

CALIDAD DEL FACTOR DE EMISION

FE CO

FE PST

FE PM10

FE CO

Alto horno - sin control

0.65000

0.15000

ND

B

C

No aplica

Desulfurización del metal caliente - sin control

0.55000

0.10000

ND

D

E

No aplica

Desulfurización del metal caliente - control 0.00450 con filtros de manga

0.00330

ND

D

D

No aplica

Carga del horno de fundición y refinación 0.07100 (soplado de oxígeno por el tope) – sin control

0.14000

ND

B

E

No aplica

Carga del horno de fundición y refinación (soplado de oxígeno por el tope) - control por 0.00030 filtros de mangas

0.00010

ND

B

D

No aplica

67

TIPO DE HORNO PARA FUNDICIÓN Y REFINACIÓN

FE PST

FE PM10

FE CO

Kg/t acero

Kg/t acero

Kg/t acero

CALIDAD DEL FACTOR DE EMISION FE PST

FE PM10

FE CO

Horno de soplado de oxígeno por el tope - sin 14.25000 control

ND

69.00

B

No aplica

C

Horno de soplado de oxígeno por el tope 0.06500 control por la cámara abierta con ESP

ND

69.00

A

No aplica

C

Horno de soplado de oxígeno por el tope 0.04500 control por la cámara abierta con depurador

ND

69.00

B

No aplica

C

Horno de soplado de oxígeno por el tope 0.00340 control por la cámara cerrada con depurador

0.00230

69.00

A

C

C

Horno de inyección de oxígeno por el fondo 0.02800 control con depurador

0.01900

ND

B

D

No aplica

Horno de arco eléctrico (Producción de Acero 5.65000 de aleación)- sin control

5.20000

9.00

A

E

C

Horno de arco eléctrico (Producción de Acero 25.00000 al carbono)- sin control

11.02000

9.00

C

D

C

9.00

A

No aplica

C C

Horno de arco eléctrico (Producción de Acero 0.15000 de aleación)- control con filtros de manga

ND

Horno de arco eléctrico (Producción de Acero 0.02150 al carbono)- control con filtros de manga

0.01630

9.00

E

E

Horno de cámara abierta - sin control

10.55000

8.60000

ND

D

E

Horno de cámara abierta - control con ESP

0.14000

0.07000

ND

D

E

No aplica No aplica

Fuente: AP-42. Capítulo 12.13 “Steel Foundries” Tablas 12.13-1

4.13.4

Fundición De Plomo

El proceso de fundición de plomo esta conformado principalmente por tres etapas: sinterización, reducción y refinación. El objetivo de la sinterización es la reducción de azufre en el material alimentado el cual esta constituido por: • Mineral concentrado de plomo • Piedra caliza y sílice (para mantener la concentración de azufre deseada) • Recirculación de lodos del proceso con alto contenido de plomo • Sínter recirculado. El diagrama de flujo esta bosquejado en la figura 29 donde se identifican las principales etapas del proceso industrial.

68

Figura 29. Esquema de la fundición primaria de plomo.

Las principales emisiones de este proceso son material particulado, plomo y SO2 gaseoso. En la tabla 41 se reportan los valores de factores de emisión propuestos por la EPA en el AP42. Tabla 41. Factores de emisión para la fundición de plomo

PROCESO

FE PST

FE PM10

SO2

UNIDADES

Trituración del mineral 0.023 0.018 No aplica Kg/t mineral Cribado 0.004 0.005 No aplica Kg/t mineral Máquina de sinterización 0.051 0.052 275* Kg/t sinter producido + Emisiones fugitivas de la 0.118 0.058 Kg/t sinter producido No aplica sinterización Horno de fundición 0.21 0.43 23* Kg/t de lingote prod. Fuente: AP-42. Capítulo 12.6 “Primary Lead Smelting” Tablas 12.6-1 Todos los factores de emisión reportados corresponden a equipos y procesos con control de emisiones con filtros de manga. La calidad de los factores es E. + El factor de emisión de SO2 en la máquina de sinterización aplica para equipos sin control.

4.13.5

Fundición De Aluminio

Este proceso comienza desde la extracción del mineral de la tierra hasta la refinación del metal. La alúmina (Al2O3) es usada para la producción de metal de aluminio mediante diversas técnicas dentro de las cuales se tiene la reducción en celdas rectangulares electrolíticas. La reducción de la alúmina a través de los recubrimientos de carbono se explica mediante la siguiente reacción: 2Al2O3 + 3C → 4Al + 3CO2

69

El aluminio es depositado en el cátodo donde permanece como metal fundido, los ánodos de carbono son continuamente desgastados por la reacción. El aluminio producido es removido de los cátodos cada 24 a 48 horas empleando un sifón de vacío y de allí es transferido al horno reverbero donde es aleado y desgasificado para remover trazas de impurezas. Finalmente de los hornos de fundición el metal es transportado a las diferentes empresas que lo requieran como materia prima. Los factores de emisión (procesos controlados y no controlados) para PST y fluoruros están en la tabla 42. En la electrólisis de la alúmina, se desprenden emisiones de SO2 y VOCs pero aún no hay definidos factores de emisión para este tipo de contaminantes debido a la falta de información. Tabla 42. Factores de emisión para el proceso de fundición de aluminio a partir de alúmina reducida en celdas electrolíticas.

OPERACIÓN

FE PST

FE FLUORURO GASEOSO

FE CO2

Molienda sin control 2.72 0.00 No aplica Molienda control con dispersores 0.82 0.00 No aplica Horneada del ánodo sin control 1.36 0.41 ND Horneada del ánodo con dispersores 0.34 0.018 ND Horneada del ánodo con ESP 0.34 0.018 ND Electrólisis en las celdas precocidas – sin control 42.676 10.896 1398.32 Emisiones Fugitivas - Electrólisis en las celdas precocidas 2.27 0.545 1398.32 Electrólisis en las celdas precocidas control con múltiples ciclones 8.898 10.351 1398.32 Electrólisis en las celdas precocidas control con ESP en seco y torres 2.043 0.636 1398.32 dispersoras Electrólisis en celdas verticales tipo Soderberg 35.412 14.982 1666.18 sin control Electrólisis en celdas verticales tipo Soderberg, control con 7.491 0.136 1666.18 dispersores Electrólisis en celdas verticales tipo Soderberg control con múltiples 14.982 12.757 1666.18 ciclones Electrólisis en celdas horizontales tipo Soderberg 44.492 9.988 1666.18 sin control Electrólisis en celdas horizontales tipo Soderberg 9.988 3.405 1666.18 Control con dispersores Electrólisis en celdas horizontales tipo Soderberg 0.817 0.454 1666.18 Control con ESP húmedo Fuente: AP-42. Capítulo 12.1 “Primary Lead Smelting” Tablas 12.6-1 y 12.6-3 Las unidades de los factores de emisión esta en Kg/t Al producido. La calidad de todos los factores es A, excepto en los relacionados con CO2. ya que la calidad de estos es C. Las emisiones de CO2 serán el doble si no solo se considera el carbón como combustible, sino como materia prima del proceso de fundición de aluminio.

4.13.6

Fundición de Zinc

El proceso de fundición de zinc inicia con la extracción del mineral ZnS (sulfuro de zinc); la importancia de este material es que es fuertemente empleado en industrias relacionadas con la galvanización de los productos de acero, elaboración de conductores eléctricos, vulcanización del caucho, etc., este material tiene gran demanda debido a su resistencia a la corrosión y al no ser un metal pesado. Los minerales de zinc contienen entre un 3 – 11% de zinc y el material restante esta compuesto por otros elementos como cadmio, plomo, plata y hierro. La extracción y concentración del zinc es llevado a cabo in situ o en los alrededores de la mina de donde fue extraído el mineral a través de procesos de trituración, molienda y flotación.

70

La reducción del mineral de zinc a zinc metálico se lleva a cabo mediante reducción electrolítica a partir de una solución de iones SO4-2 o también mediante separadores u hornos; en ambos procesos ocurre la eliminación de azufre en forma de SO2. Este proceso de eliminación de azufre se realiza mediante la calcinación del mineral a altas temperaturas, convirtiéndolo entonces a óxidos de zinc. La reacción que tiene lugar en este proceso es: 2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + SO2 2 SO2 + O2 → 2 SO3 La etapa de calcinación en las fundiciones de zinc es la responsable de aproximadamente el 90% de las emisiones de SO2 que tienen lugar. Del azufre total alimentado al proceso proveniente de los minerales de zinc, aproximadamente el 93 – 97% es emitido como dióxido de azufre. Otro contaminante crítico emitido en este tipo de actividad es el material particulado (PST y PM10). Los factores de emisión establecidos hasta el momento por la Environmental Protection Agency de los Estados Unidos- EPA se limitan por el momento a PST y PM10 en el caso de los dióxidos de azufre, se recomienda establecer este tipo de emisión mediante balances de masa. En la tabla 43 se registran los factores de emisión de PST para las diferentes etapas en el proceso de beneficio y concentración de zinc. Tabla 43. Factor de emisión para PST en los procesos de fundición de zinc.

TIPO DE FUENTE

SIN CONTROL

CALIDAD

CON CONTROL

Calcinación en múltiples cámaras 113 E ND Calcinación con material en 1000 E 4 suspensión Calcinación en lecho fluidizado 1083 E ND Planta de sinterización sin control 62.5 E No aplica Planta de sinterización con ciclones No aplica No aplica 24.1 Planta de sinterización con ciclones y No aplica No aplica 8.25 ESP Separadores Verticales 7.15 D ND Separadores Eléctricos 10.0 E ND Procesos Electrolíticos 3.30 E ND Fuente: AP-42. Capítulo 12.7 “Zinc Smelting” Tablas 12.7-1 Los factores están expresados en Kg contaminante/t mineral de Zinc procesado

CALIDAD No aplica E No aplica No aplica E E No aplica No aplica No aplica

Para establecer las emisiones de SO2 es necesario realizar un balance de masa y conocer la cantidad de azufre total alimentado al proceso.

4.14

CÁLCULO DE EMISIONES PARA EL TOSTADO DE CAFÉ Y CACAO

Las industrias dedicadas a esta actividad cuentan en general con cuatro etapas básicas las cuales son: recepción y limpieza del grano, cocción del grano o tostado, purificación (retirar posibles impurezas aún existentes) y finalmente el embalaje. La primera actividad tanto en el proceso productivo del chocolate como la de los productos provenientes del café es la separación de impurezas como piedras, material vegetal y otros materiales extraños; esta actividad puede realizarse mediante tamizado (mallas y cribas), separadores neumáticos y en casos más avanzados, detectores y separadores metálicos. El tostado o cocción es la etapa más importante de este proceso. Su principal objetivo es el de retirar humedad del fruto y además fomentar la reacción causante del agradable y característico 71

aroma de estos granos. Los equipos empleados comúnmente para esta tarea son hornos rotatorios horizontales y la diferencia entre el tratamiento del café, del cacao, es la temperatura final alcanzada y el tiempo de cocción; sin embargo, para ambos casos la metodología puede ser de dos formas: a través de aire o gases calientes que están en contacto con los granos ó por la aplicación de calor a la cámara donde se disponen los granos dentro del horno. Esta etapa es la principal generadora de las emisiones de material particulado y también de CO, CO2 y NOX productos propios de la combustión. Particularmente para el café (no aplica para el proceso llevado a cabo con el cacao), después de la cocción se realiza un proceso de enfriamiento que bien puede ser por convección natural con el ambiente o por la adición de agua (esta última no es muy recomendable, ya que facilita la oxidación del café, bloquea aromas y altera el pesaje del producto en el empaque). La etapa previa al empacado y almacenamiento del producto es la segunda separación de impurezas, normalmente se realiza con equipos neumáticos y el objetivo es retirar aquellos materiales indeseados, aún remanentes en el grano. A pesar de que ambos procesos poseen bastantes similitudes, no se encontraron factores de emisión propios para la cocción de cacao ya que para este tipo de proceso vienen referenciados con relación a la cantidad de granos verdes de café recibidos, luego entonces, debido a la diferencia en el tamaño, masa y composición entre los granos de café y de cacao no fue posible establecer alguna relación entre ambos tipos de materia prima. En el documento de la EPA se encuentran los factores de emisión para PST, CO, NOX, SO2 y VOCs para la actividad industrial en cuestión. En la tabla 44 se reportan los valores para dichos factores de emisión. Tabla 44. Factores de emisión para el proceso de tostado de café FE PST

FE NOX

FE PM10

FE CO

Kg/t grano recibido

Kg/t grano Recibido

Kg/t grano Recibido

Kg/t grano recibido

Tamizado, manipulación y almacenamiento 0.02679 de los granos - control con filtros

NA

ND

NA

D

Cocción o tostado por cochadas (o lotes) - sin ND control.

ND

ND

ND

NA

NA

NA

D

Cocción o tostado por cochadas (o lotes) 0.05448 control con oxidantes térmicos.

ND

ND

0.24970

D

NA

NA

D

Cocción o tostado en continuo - sin control.

ND

ND

0.68100

D

NA

NA

D

ND

ND

0.04449

D

NA

NA

D

NA

ND

NA

D

NA

NA

ND

NA

NA

NA

TIPO DE FUENTE

0.29964

Cocción o tostado en continuo - control con 0.08717 oxidantes térmicos. Enfriamiento en continuo - control con 0.01271 ciclones Separadores Neumáticos

ND

CALIDAD DEL FACTOR DE EMISION FE PST

FE NOX

FE PM10

FE CO

NA

72

TIPO DE FUENTE

FE SO2

FE VOCs

FE CH4

Kg/t grano recibido

Kg/t grano recibido

Kg/t grano recibido

CALIDAD DEL FACTOR DE EMISION

FE SO2

FE VOCs

FE CH4

Tamizado, manipulación y almacenamiento de los granos NA control con filtros

NA

NA

Cocción o tostado por cochadas (o lotes) - sin control.

ND

0.39044

ND

NA

D

D

Cocción o tostado por cochadas (o lotes) - control con ND oxidantes térmicos.

0.02134

ND

NA

D

D

Cocción o tostado en continuo - sin control.

D

ND

0.63560

0.11804

NA

D

E

Cocción o tostado en continuo - control con oxidantes ND térmicos.

0.07264

0.06810

NA

D

D

Enfriamiento en continuo - control con ciclones

NA

ND

NA

D

Separadores Neumáticos

NA

NA

NA

D

ND: No disponible NA: No aplica

Fuente: AP-42. Capítulo 9.13.2 “Coffee Roasting” Tablas 9.13.2-1 y 9.13.2-2

4.15

CÁLCULO DE EMISIONES EN REFINERIAS DE PETRÓLEO

Las refinerías son las encargadas de transformar el petróleo crudo en diversos productos refinados dentro de los cuales se cuentan la gasolina, el keroseno, combustible para transporte aéreo, diesel, aceites lubricantes, aceites combustibles, etc. Las actividades de una refinería empiezan con la recepción y almacenamiento del crudo (ver emisiones por almacenamiento de líquidos orgánicos, Sección 5.3.2 del manual de inventario de fuentes difusas) e incluyen la manipulación del mismo, las operaciones de refinación y la manipulación y almacenamiento de los productos intermedios y finales. Cada proceso que conforma una refinería tiene sus características y equipos para producir determinado número de productos. La refinería puede contar con un seleccionado número de procesos para satisfacer la variedad de productos requeridos. De cada planta salen productos terminados o productos semielaborados que para impartirles sus características y calidad finales son procesados en otras plantas. En general las refinerías poseen una estructura física básica, la cual es representada en la figura 30.

73

Figura 30. Estructura física básica de una refinería de petróleo. Fuente: Internet

El proceso que se lleva a cabo en una refinería es demasiado complejo y posee demasiados componentes para ser tratados en este documento de forma particular. Los análisis y estudios que se desarrollen en este campo deben iniciar por la selección de algunos de sus procesos. De forma general los procesos de refinería cuentan con cinco categorías, dentro de las cuales se encuentran una serie de operaciones relacionadas; esta clasificación es la siguiente: •

Procesos de Separación: Destilación atmosférica (torres Topping), destilación al vacío y evaporadores flash.

•

Procesos petroquímicos de conversión: craqueo (térmico o catalítico), reformado, alquilación, polimerización, isomerización, coquización y viscoreducción. Procesos de tratamiento del petróleo: hidrodesulfurización, remoción de gases ácidos, remoción de asfáltenos, etc. Manipulación de materia prima y productos: almacenamiento, mezclado, carga y descarga. Procesos Auxiliares: Calderas, tratamientos de aguas residuales, torres de enfriamiento, compresores, purgas, producción de hidrógeno y planta de recuperación de sulfuros.

• • •

En la tabla 45 se encuentran los factores de emisión para algunas de las etapas de refinación de petróleo. Para la estimación de las emisiones de SO2 es recomendable emplear datos directos de muestreos o emplear la técnica de balance de masa para cada etapa que se quiera analizar, ya que provee valores más confiables y certeros.

74

Tabla 45. Factores de emisión para refinerías de petróleo. FE PST 3

TIPO DE FUENTE

Kg/m alimento fresco

Unidades de Craqueo Catalítico (FCC o Riser) - sin control Unidades de Craqueo Catalítico (FCC o Riser) - control con quemador adicional y ESP Unidades de Craqueo Catalítico (Lecho Móvil) sin control Unidades de Coquización (fluidizado) - sin control Unidades de Coquización (fluidizado) - control con quemador adicional y ESP TIPO DE FUENTE

FE SO2 3

Kg/m alimento fresco

FE CO

CALIDAD DEL FACTOR DE EMISION

3

Kg/m alimento fresco

FE PST

FE NOX

FE SO2

FE CO

0.204

1.413

39.2

B

B

B

B

0.128

0.204

1.413

0

B

B

B

B

0.049

0.14

0.171

10.8

B

B

B

B

C

No aplica

No aplica

No aplica

C

No aplica

No aplica

No aplica

1.5

0.0196

0

FE PST

FE NOX

3

3

FE SO2

3

Kg/m Crudo

FE PST

Compresores - motores reciprocantes

3

Kg/m alimento fresco

0.695

Sistemas de purgas - sin 0.000 control Sistemas de purgas control con sistemas de 0.000 recuperación de vapor TIPO DE FUENTE

FE NOX

FE CO

3

Kg/m Crudo

3

Kg/m crudo

Kg/m crudo

CALIDAD DEL FACTOR DE EMISION FE PST

FE NOX

FE SO2

FE CO

0

0

0

C

C

C

C

0.054

0.077

0.012

C

C

C

C

FE NOX 3

Kg/m gas quemado

Kg/m gas quemado

0.000

0.0554

FE SO2 3

Kg/m gas quemado

2*S/1000

FE CO

CALIDAD DEL FACTOR DE EMISION

3

Kg/m gas quemado

0.00702

FE PST B

Compresores - turbinas 0.000 0.0047 2*S/1000 0.00194 B a gas Fuente: AP-42. Capítulo 5.1 “Petroleum Refining” Tablas 5.1-1

FE NOX

FE SO2

FE CO

B

B

B

B

B

B

Las fuentes de emisiones fugitivas incluyen principalmente escapes de equipos de proceso, evaporación de hidrocarburos en espacios abiertos, válvulas de todos los tipos, uniones de tuberías, sellos de bombas y compresores, purgas, torres de enfriamiento y separadores aceite/agua (clarificadores). En Protocol For Equipment Leak Emission Estimates, EPA-453/R-93026. June 1993. y sus posteriores actualizaciones se encuentran reportados los correspondientes factores de emisión para este tipo de fuentes.

4.16

CÁLCULO DE EMISIONES EN LA PRODUCCIÓN DE ÁCIDO NÍTRICO

El ácido nítrico es un ácido fuerte y corrosivo (incluso frente a metales nobles, como cobre y plata), generalmente se encuentra en la naturaleza en forma de sales ya que como ácido posee una gran reactividad y esto lo hace bastante inestable. 75

El amoníaco es la materia prima de este proceso, el cual implica tres reacciones químicas: •

Oxidación catalítica de amoníaco en aire: 4NH3 + 5 O2 → 4NO + 6H2O

•

Oxidación del monóxido de nitrógeno (NO) a dióxido de nitrógeno o tetraóxido de di-nitrógeno: 2NO + O2 → 2 NO2 ↔ N20.

•

Absorción de dióxido de nitrógeno para generar el ácido: 3NO2 + H2O → 2HNO3 NO-

Existen diferentes tecnologías para la producción de ácido nítrico y varían en la forma en que se llevan a cabo estas reacciones; estas tecnologías pueden ser aplicadas de forma conjunta para obtener ácido nítrico con altas concentraciones (cercanas al 98%) o simplemente ir adaptando los correspondientes equipos de cada proceso para complementarlos entre si; el proceso básico y más sencillo en sí es el de ácido débil (produce HNO3 al 50% de concentración aproximadamente). 4.16.1

Proceso de Ácido Débil

La producción de ácido nítrico a través de esta vía incluye la oxidación del amoniaco, previamente tratado para eliminar agua e impurezas, con aire atmosférico, también acondicionado. En este primer paso se genera una corriente que contiene óxidos de Nitrógeno, vapor de agua y material sin reaccionar. Luego de un acondicionamiento de esta corriente, que puede consistir en variaciones de temperatura o presión o los dos, la corriente gaseosa alimenta a una torre de absorción con agua o a un sistema de varias torres en las cuales se bombea ácido, cada vez más concentrado de la torre anterior, produciéndose en los fondos el ácido nítrico, cuya concentración está en el orden de 50% y en la cima una corriente gaseosa llamada gas de cola que por lo general contiene hasta unas 200 ppm de óxidos de nitrógeno. La eficiencia de generación de ácido y de aprovechamiento de la energía de los diferentes tipos de procesos empleados se encuentra relacionada de una manera muy fuerte con la presión a la que se lleve a cabo la combustión del amoniaco con el aire y de la presión en la que se efectúe el proceso de absorción de los óxidos de nitrógeno en el agua. Las presiones de operación empleadas en cada tipo de tecnología dividen los procesos de producción de ácido nítrico débil en procesos de presión baja, media, alta, y procesos de presión dual18.

4.16.2

Procesos de Ácido Concentrado

En los procesos que usan torres de absorción con agua o soluciones alcalinas (generalmente suspensión de cal en disolución de nitrato de calcio), la solución reacciona con los óxidos de nitrógeno formando nitritos, los cuales se pueden recuperar en una torre de inversión por inyección de aire; este método permite la producción de ácido nítrico con concentraciones cercanas al 60%. Para generar ácido de concentraciones mayores se puede seguir una de dos metodologías, la directa o la indirecta.

4.16.3

Proceso Directo

Emplea amoníaco y aire atmosférico como materias primas. El amoníaco se oxida con aire primero en una combustión y luego pasa a un lecho catalítico. La corriente gaseosa generada contiene 18

Elvers B, Hawkins S y otros; Ullmans Encyclopedia of Industrial Chemistry; Volumen 17; Quinta edición. completamente revisada; Editorial VCH; New York, U.S.A.; 1989.

76

vapor de agua, óxidos de nitrógeno y material no reactivo. Se induce la eliminación del vapor de agua por medio de un enfriamiento rápido. Los óxidos de nitrógeno totalmente oxidados pueden seguir dos vías para producir ácido nítrico concentrado: la primera es absorber los óxidos en ácido nítrico concentrado que luego reacciona con ácido débil para generar más ácido concentrado; la segunda metodología implica el enriquecimiento de ácido nítrico azeotrópico con los óxidos de nitrógeno, hasta producir un ácido de mayor concentración que la azeotrópica para luego por medio de una destilación obtener ácido nítrico concentrado y ácido nítrico azeotrópico.

4.16.4

Proceso Indirecto

El proceso indirecto opera con una tecnología conocida como destilación extractiva. Existen dos posibles vías en las que se puede obtener ácido nítrico concentrado por medio de esta tecnología; proceso de ácido sulfúrico y proceso de nitrato de magnesio. La idea fundamental en este tipo de tecnologías es aprovechar la mayor afinidad existente entre el agua y otro material que entre el agua y el ácido nítrico. Así pues, se usa el ácido sulfúrico con una concentración mínima de 80% o soluciones de nitrato de magnesio de concentración del 72% para deshidratar ácido nítrico azeotrópico. La deshidratación se realiza en una torre donde se alimenta en la parte superior una de las dos sustancias deshidratantes y en algún punto lateral el ácido nítrico diluido en forma de vapor. Las soluciones deshidratantes se reconcentran y se alimentan de nuevo al proceso y la corriente de ácido nítrico concentrado (concentración mayor del 97% en peso) se pasa por un condensador y un desaireador para su acondicionamiento final19. En la figura 31 se encuentra el diagrama de flujo de la producción de ácido nítrico con las diferentes etapas o procesos hasta lograr obtener ácido nítrico al 98%.20

19 20

Tomado de: http://www.dadma.gov.co/paginas/guias%20ambientales/documentos/Guia3.pdf Adaptado del documento “Producción de ácido nítrico” presentado en la página http://www.procesosvirtuales.com, 2003.

77

Figura 31. Diagrama de flujo con las diferentes etapas posibles para la obtención de ácido nítrico

Las principales emisiones de este proceso consisten en NOX. En la tabla 46 se registran los factores de emisión referenciados por la EPA para el proceso de ácido débil y el reporte de emisión total para procesos de ácido concentrado. Tabla 46. Factores de emisión de NOX para plantas de ácido nítrico FUENTE EFICIENCIA DEL FE NOX CONTROL (%) (Kg /t HNO3 producido) Gas de cola, sin control 0.00 25.878 Reducción catalítica con gas natural Reducción catalítica con hidrógeno Reducción catalítica con gas natural/hidrógeno (25% / 75%) Separador en una sola etapa Separador en doble etapa Absorción en frío y depurador cáustico Procesos de ácido concentrado (emisión total).

99.10 97 – 98.5 97 – 98.5

0.182 0.363 0.409

95.80

0.863 0.953 0.999 4.54

ND ND

Fuente: AP-42. Capítulo 8.8 “Nitric Acid” Tablas 8.8-1 Calidad de los factores mencionados: E El factor esta basado en una producción de ácido nítrico al 100% en peso; es decir, si una planta produce 500t/día de ácido nítrico al 55% en peso, correspondería a una producción de 275 t/día de ácido nítrico al 100% (500*0.55 = 275).

78

4.17

CÁLCULO DE EMISIONES EN LA PRODUCCIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO

El ácido sulfúrico (H2SO4) es un producto multipropósito, y encuentra su aplicación como agente deshidratante, catalizador, reactivo activo en procesos químicos, solvente, sorbente, entre otros. En los procesos industriales puede emplearse en concentraciones muy diluidas (i.e. para control de pH en soluciones salinas) o como ácido fumante concentrado para explosivos, industria farmacéutica, químicos pesados e industrias de súper fosfatos, entre otros. Debe ser almacenado en lugares ventilados, frescos y lejos de fuentes de calor. Las plantas productoras de este compuesto químico son clasificadas dependiendo de la materia prima requerida y reciben los siguientes nombres: • • •

Quemado de azufre Ácido sulfúrico recirculado y ácido sulfhídrico quemado Fusión de minerales metálicos sulfonados.

Las reacciones involucradas en este proceso son: • • •

S + O2 → SO2
Oxidación Primaria 2SO2 + O2 → 2SO3
Oxidación Catalítica SO3 + H2O → H2SO4
Absorción del trióxido de azufre en una solución ácida

Es obvio deducir que la principal emisión de este tipo de actividad industrial es la de SO2. sin embargo, esta emisión depende de la eficiencia de la oxidación catalítica del SO2 en SO3. la cual sucede en el convertidor. Tabla 47. Factores de emisión de SO2 para las industrias de producción de ácido sulfúrico.

EFICIENCIA EN EL CONVERTIDOR (%) 93 94 95 96 97 98 99 99.5 99.7 100

FE SO2 (Kg/t H2SO4 producido) 48.0 41.0 35.0 27.5 20.0 13.0 7.0 3.5 2.0 0.0

Fuente: AP-42. Capítulo 8.10 “Sulfuric Acid” Tablas 8.10-1 Calidad de los factores de emisión relacionados: E.

4.18 4.18.1

CÁLCULO DE EMISIONES EN LA PRODUCCIÓN DE FERTILIZANTES

Producción de Sulfato de Amonio

El sulfato de amonio (NH4)2SO4 es usado comúnmente como fertilizante. Se puede obtener mediante dos vías: principalmente en manufactura sintética y como subproducto de los hornos de coque; aunque también como producto secundario en la manufactura de níquel y del lavado de los gases de cola emitidos de la producción de amoníaco con H2SO4. 79

El sulfato de amonio sintético es producido por la combinación de amoníaco anhidro con ácido sulfúrico (H2SO4) en un reactor. Por otra parte por la vía de los hornos de coque, el sulfato de amonio puede ser producido por la reacción del amoníaco recuperado de los gases del horno de carbón con el ácido sulfúrico. Después de la formación de la solución de sulfato de amonio, ambos procesos son similares. La figura 32 muestra un diagrama de bloques para la producción de (NH4)2SO4 por las dos posibles vías principales donde se puede observar que a partir de la separación por centrifugación los dos procesos toman el mismo rumbo.

Figura 32. Diagrama de bloques esquemático de las dos vías principales de obtención del sulfato de amonio.

El material particulado es la principal emisión de este tipo de actividad industrial y la principal fuente de emisión es el secador; otras fuentes como la evaporación, tamizado o manipulación de los materiales no son significativas. En la tabla 48 se encuentran los factores de emisión para PST y VOCs reportados por la EPA para este tipo de industria. Tabla 48. Factores de emisión para el proceso de producción de sulfato de amonio.

TIPO DE FUENTE Secadores rotatorios sin control Secadores rotatorios control con depuradores en vía húmeda Secadores en lecho fluidizado, sin control Secadores en lecho fluidizado, control con depuradores en vía húmeda

FE PST Kg/t prod 23.00 0.02

C A

FE VOCs Kg/t prod 0.74 0.11

C C

109.00

C

0.7

C

0.14

C

0.11

C

CALIDAD

CALIDAD

Fuente: AP-42. Capítulo 8.4 “Ammonium Sulfate” Tablas 8.4-1

Los sistemas de control comúnmente empleados son los filtros de mangas o los depuradores de gases por vía húmeda.

80

4.18.2

Producción De Roca Fosfórica

La separación de la roca fosfórica de materiales no fosfatados y de impurezas para emplearla luego como fertilizante, incluye procesos de beneficio (extracción de la tierra), secado y/o calcinación en algunas aplicaciones y finalmente molienda. La roca fosfórica además de ser empleada directamente como fertilizante, también se emplea como materia prima en las industrias de producción de fertilizantes azufrados. El proceso de beneficio esta seguido por la separación de la arena e impurezas del material deseado (los equipos y procesos llevados a cabo en esta etapa dependen del tipo de roca); cuando para lograr la separación requerida del material es necesario usar hidrociclones, entonces también se hace necesario introducir en el proceso las etapas de secado o calcinación dependiendo del contenido orgánico presente. El diagrama de flujo del proceso por vía húmeda y vía seca se ve muestra en la figura 33.

Figura 33. Esquema del proceso de producción de roca fosfórica

En la tabla 49 se reportan los valores de los factores de emisión para el procesamiento de roca fosfórica. Tabla 49. Factores de emisión para la producción de roca fosfórica

TIPO DE FUENTE Secador Calcinador con depurador

FE SO2 Kg/t Alimento Total ND 0.0034

FE CO2 Kg/t Alimento Total 43.00 115.00

FE CO Kg/t Alimento Total 0.1700 ND

Fuente: AP-42. Capítulo 11.21 “Phosphate Rock Processing” Tablas 11.21-2 Calidad de los factores de emisión: D

En cuánto a las emisiones de PST y PM10 en la operación y manipulación de la materia prima de la producción de roca fosfórica, los factores de emisión se reportan en la tabla 50.

81

Tabla 50. Factores de emisión de PST y PM10 en la producción de roca fosfórica.

TIPO DE FUENTE

Secador - sin control Secador control con depurador Secador control con ESP Molino - sin control Molino control con filtro industrial Calcinador - sin control Calcinador con depurador

FE PST

FE PM10

Kg/t alimento total 2.900 0.050 0.020 0.8 0.0033 7.700 0.152

Kg/t alimento total 2.400 ND ND ND ND 7.400 ND

CALIDAD DEL FACTOR DE EMISION FE PST D D D C D D C

FE PM10 E No No No No E No

aplica aplica aplica aplica aplica

Fuente: AP-42. Capítulo 11.21 “Phosphate Rock Processing” Tablas 11.21-3

82

5

FACTORES DE EMISIÓN NACIONALES

Los factores de emisión presentados en los manuales de inventario de fuentes puntuales y fuentes difusas pertenecen en su mayoría al documento presentado por la Environmental Protection Agency (EPA) debido a que estos son los aceptados a nivel internacional y brindan buenas aproximaciones a los cálculos realizados, aún en diferentes zonas geográficas. Sin embargo, la EPA recomienda que de ser posible y si las autoridades locales ambientales poseen los recursos económicos, operativos y de personal suficientes, para cada fuente específica se podrían emplear otros métodos más exactos para la estimación de emisiones bajo condiciones locales y características del proceso y la región estudiada. Los pasos a seguir en el proceso de definición o actualización de factores de emisión son los siguientes: • • • • • •

Recolección de datos de proceso (muestreo y recolección de muestras en cada fuente) Procesamiento de datos Pruebas de aseguramiento de calidad del manejo estadístico de datos Cálculo de la incertidumbre y calidad de los datos Verificación de datos (auditorías por parte de la autoridad ambiental) Publicación de los resultados

Las actividades de recolección y procesamiento de datos son actividades conjuntas que requieren de la colaboración tanto de las entidades ambientales en la verificación de los datos reportados por las industrias, como de las entidades nacionales, brindando la información requerida para el procesamiento de la información. Estos datos generalmente están relacionados con estadísticas poblacionales o de existencia de industrias en cada región. En Colombia se ha adelantado bastante en cuanto a la recolección de información de emisiones de las industrias a través del uso del Módulo de Uso de Recursos (MUR) del Sistema de Información Nacional Ambiental, implementado por el IDEAM. La recolección de información a través del MUR esta soportada por varios decretos y resoluciones planteadas para calidad de aguas (control de descarga de residuos y calidad de agua potable, etc.), calidad de aire (emisión de contaminantes y ruido), manejo de residuos sólidos (planes de gestión integral de residuos sólidos, regímenes tributarios y manejo de residuos especiales), legislación referente a flora y fauna (manejo sostenible de especies, reglamentación del Código Nacional de los Recursos Naturales Renovables y Protección del Medio Ambiente y permisos de caza, movilización y aprovechamiento de ciertas especies) y ordenamiento territorial y uso del suelo. En este estudio se hizo notoria la necesidad de poseer factores de emisión para algunos sectores manufactureros colombianos, como la extracción de aceites vegetales a través del prensado (aceite de palma y de palmiste), uso de solventes en el recubrimiento de superficies metálicas, uso de solventes en artes gráficas, tratamiento de aguas residuales, fabricación de azúcar, fabricación de bebidas alcohólicas, productos relacionados con el asfalto, producción de artículos de aluminio, curtidos y terminados de artículos de cuero. Es recomendable que se inicien procesos de estudio para la determinación y/o actualización de los factores de emisión aplicables a este tipo de industrias, ya que aunque algunas de ellas se encuentran estipuladas en el AP-42 la implementación de dichos factores generaría un alto grado de incertidumbre en los resultados por 83

no poseer similares condiciones de operación de los equipos en algunos casos y en otros, por diferencias en sí del proceso productivo (inclusión o falta de algunas etapas, o manejo conceptual y de diseño totalmente diferente entre las plantas americanas y las colombianas). El Sistema de Información para la Evaluación Ambiental de Sectores Productivos (IDEAM – UIS (CEIAM), mayo de 1999) reporta algunos valores de factores de emisión los cuales podrían llegar a emplearse en el inventario para los procesos en los cuales no sea recomendable la aplicación de los estipulados por la EPA o no se encuentren en dicho documento. A continuación se presentará un listado resumido de los factores de emisión de contaminantes atmosféricos referidos por el documento colombiano mencionado anteriormente.

5.1

SECTOR PULPA, PAPEL Y CARTÓN Tabla 51. Factores de emisiones de SO2 del proceso de pulpeo Kraft.

ETAPA Blanqueado Caldera de recuperación Evaporación (indirecta) Evaporador de contacto directo Evaporador de contacto no directo Tanque de disolución de la fusión Clarificador de licor verde Horno calcinador

Factor Emisión SO2 (Kg/t pulpa seca**) 0.1 – 1 3.5* 0.1* 0.15*

Fuente: ONUDI, pulp and paper sector profile, 1997. * Compilation of Air Pollution Emission Factors, AP-42 EPA 4th Edition. ** Base: 1 tonelada de pulpa seca al aire (10% de humedad)

Tabla 52. Factores de emisión de óxidos de nitrógeno (NOX)

FUENTE Horno de recuperación Horno calcinador

[1] 0.2 0.2

[3] 1 0.5

[3] 0.4 - 1.7 0.1 - 1.9

Tomado de: [1] Environmental Management in the Pulp and Paper Industry, UNEP industry and Environment Manual Series, Number 1. Moscow, 1981. [2] Compilation of Air Pollution Emission Factors, AP-42 EPA 4th Edition. [3] Wood Processing Industry. Air Pollution Engineering Manual. A.J. Buonicore & W.T. Davis. Neww York: Van Nostrand Reinhold, 1992. Los factores están reportados en Kg/tonelada de pulpa seca

84

Tabla 53. Factores de emisión de PST del sistema de recuperación en el pulpeo de Kraft.

FUENTE Descarga del digestor y tanque de purga Lavador del stock marrón Evaporador de múltiple efecto

Tipo de control Sin tratamiento Sin tratamiento Sin tratamiento Sin tratamiento Caldera de recuperación y evaporador directo Lavador vénturi ESP Caldera de recuperación de no contacto sin Sin tratamiento evaporador de contacto directo ESP Sin tratamiento Tanque Disolución de fusión Filtro de mangas Lavador vénturi Sin tratamiento Horno calcinador Lavador vénturi

Rango 70 - 160 58 - 7 0.1 - 6 100 - 375 0.3 - 2.2 0.1 - 12 0 - 1.2 0 - 0.2 21 - 36 0.1 - 0.5

Promedio 103 24 1 225 0.3 3.5 0.5 0.1 28 0.3

EPA* ND ND ND 90 24 1 115 1 3.5 0.5 0.1 28 0.25

FUENTE: Wood Processing Industry. Air Pollution Engineering Manual. A.J. Buonicore & W.T. Davis. New York: Van Nostrand Reinhold, 1992. *Compilation of Air Pollution Emission Factors, AP-42 EPA 5th Edition. ND: No disponible Los factores están reportados en Kg/tonelada de pulpa seca al aire

Tabla 54. Factores de emisión de VOCs en el proceso de pulpeo Kraft

ETAPA Digestión Blanqueo instalaciones de tratamiento de aguas residuales

DESCRIPCION DE VOCs Terpenos, alcoholes, fenoles, metanol, acetona, cloroformo, metil-etil-cetona Acetona, cloruro de metileno, cloroformo, metil-etil-cetona, bisulfuro de carbono, clorometano, tricloroetano Terpenos, alcoholes, fenoles, metanol, acetona, cloroformo, metil-etil-cetona

FUENTE: EPA, Sector Notebook Project, Pulp and Paper industry, septiembre 1995.

5.2

SECTOR FABRICACIÓN DE AZÚCAR Tabla 55. Factores de emisión sin control

HUMEDAD % Bagazo 50% Bagazo 35%

Consumo de bagazo (t/t azúcar) 2.5 1.73

Factores de Emisión (Kg/t de azúcar) NOX SOX CO2 PST 0.874 0 2456 0.991 0.623 0 1751 0.706

FUENTE: Grupo IDEAM-UIS

Tabla 56. Factores de emisión para la producción de azúcar por inhibición, clarificación por centrífuga, evaporación multiefecto y cristalización discontinua.

EMISIÓN NOX CO2 PST

FE (Kg/t azúcar) 0.874 2456 0.991

FUENTE: Grupo IDEAM-UIS

85

Tabla 57. Consumo de bagazo por tipo de azúcar.

PRODUCTOS Azúcar cristalizado Azúcar líquido

FACTORES DE EMISIÓN (Kg/t de azúcar) CONSUMO DE BAGAZO (t/t azúcar) NOX SOX CO2 PST 2.50 0.874 0 2456 0.991 2.08 0.724 0 2034 0.82

FUENTE: Grupo IDEAM-UIS

5.3

SECTOR SIDERÚRGICO

Tabla 58. Factores de emisión para la producción de productos de arrabio por reducción de mineral de hierro con coquización y alto horno.

Emisión NOX SOX CO2 PST VOCs

FE (Kg/t producto) ND 5.5 680 ND ND

FUENTE: Convenio UIS-IDEAM. ND: No disponible

Tabla 59. Factores de emisión para la producción de aceros por procesos semi-integral u horno eléctrico, con separación manual de chatarra.

EMISIÓN NOX SOX CO2 PST VOCs

FE (Kg/t acero) ND ND 20 4 ND

FUENTE: Convenio UIS-IDEAM. ND: No disponible

Tabla 60. Factores de emisión para la producción de artículos de acería laminado en caliente, con cizallamiento, proceso integral.

EMISIÓN NOX SOX CO2 PST VOCs

FE (Kg/t producto) ND 0.9 366 ND 0

FUENTE: Convenio UIS-IDEAM. ND: No disponible

86

Tabla 61. Factores de emisión para la producción de artículos de acería laminado en caliente, con cizallamiento, horno eléctrico y proceso semi-integral.

EMISIÓN NOX SOX CO2 PST VOCs

FE (Kg/t producto) ND 1.4 123.3 ND 0

FUENTE: Convenio UIS-IDEAM. ND: No disponible

Tabla 62. Factores de emisión para la producción de artículos de acería laminado en frío, decapado químico, recocido discontinuo por inmersión.

EMISIÓN NOX SOX CO2 PST VOCs

FE (Kg/t producto) ND 0 81 ND 0

FUENTE: Convenio UIS-IDEAM. ND: No disponible

5.4

SECTOR CEMENTOS

Tabla 63. Factores de emisión para la producción de cemento por vía seca con horno largo, combustible carbón.

EMISIÓN NOX SOX CO2 PST VOCs

FE (Kg/t cemento) 3 6.8 1005.7 130.6 0

FUENTE: Convenio UIS-IDEAM.

Tabla 64. Factores de emisión para la producción de cemento por vía húmeda con decantación, combustible gas natural.

EMISIÓN NOX SOX CO2 PST VOCs

FE (Kg/t cemento) 3.7 0 1093.7 84 0

FUENTE: Convenio UIS-IDEAM.

87

5.5

SECTOR LADRILLERAS Y PRODUCTOS DE ARCILLA EN GENERAL

Tabla 65. Factores de emisión para la producción de ladrillos refractarios por molienda discontinua, moldeo por prensado y cocción en continuo

EMISIÓN NOX SOX CO2 PST VOCs

FE (Kg/t ladrillos refractario) 1.57 11.36 597.43 0.748 ND

FUENTE: Convenio UIS-IDEAM. ND: No disponible

Tabla 66. Factores de emisión para la producción de artículos de arcilla con molienda discontinua, moldeo por extrusión, y cocción en continuo con carbón y secado artificial (aquí se deben incluir los chircales)

EMISIÓN NOX SOX CO2 PST VOCs

FE (Kg/t ladrillo no refractario) 0.882 1.545 201.37 3.371 ND

FUENTE: Convenio UIS-IDEAM. ND: No disponible

Tabla 67. Factores de emisión para la producción de artículos de arcilla de gres por molienda discontinua, moldeo por extrusión, secado artificial y cocción discontinua

EMISIÓN NOX SOX CO2 PST VOCs

FE (Kg/t producto) 2.07 3.63 473 7.92 ND

FUENTE: Convenio UIS-IDEAM. ND: No disponible

88

5.6

SECTOR CUEROS

Para este sector en particular se recomienda el estudio ambiental para la determinación del factor de emisión de VOCs ya que ésta representa la principal emisión de dicha actividad industrial. Tabla 68. Factores de emisión para la producción de cuero. TECNOLOGÍA Producción de cuero curtido al mineral, con depilado químico, secado al vacío y pintado mecánico Producción cuero repujado por troquelado térmico Producción de Cuero charolado por barnizado plastificado mecánico

FE NOX Kg/t Kg/t min máx

FE SOX Kg/t min

Kg/t máx

FE CO2 Kg/t Kg/t min máx

FE PST Kg/t Kg/t min máx

0

0

5.00E-05

0.27984

10.08

14.72

0.00063

0.01844

0

0

1.20E-05

0.069324

2.5

3.65

0.00016

0.00457

0

0

1.20E-05

0.069324

2.5

3.65

0.00016

0.00457

FUENTE: Convenio UIS-IDEAM.

Adicional a la información reportada en este capítulo, en el Anexo FP–1 se reportan los indicadores de desempeño ambiental por tecnología relacionados con emisiones atmosféricas, los cuales fueron el resultado del estudio Sistema de Información para la Evaluación Ambiental de Sectores Productivos, realizado en el convenio UIS-IDEAM en el año 1999.

89

6

CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARA EL INVENTARIO DE DIOXINAS Y FURANOS

6.1

GENERALIDADES

El Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) a través de la Decisión 18/32 del Consejo de Administración adoptó en mayo de 1995 la necesidad de implementar acciones para reducir y/o eliminar las liberaciones de Compuestos Orgánicos Persistentes en los países adscritos a tales convenios. Las dioxinas y furanos pertenecen al grupo de sustancias orgánicas tricíclicas poli-cloradas (PCDD/PCDF) que conjuntamente con los compuestos bifenil-policlorados (PCB) y el hexaclorobenceno (HCB) hacen parte de los denominados Compuestos Orgánicos Persistentes (COP) relacionados dentro del Anexo C del Convenio de Estocolmo21, sobre el tema. Por su configuración atómica, las dioxinas y furanos hacen posible la existencia de un total de 210 miembros de la familia entre isómeros y homólogos, identificados comúnmente como Dioxinas e incluyen las dibenzo-p-dioxinas policloradas (PCDD) y dibenzofuranos policlorados (PCDF) siendo el 2,3,7,8 tetra-cloro-dibenzo-p-dioxina, mas conocido como la Seveso Dioxina, la de mayor interés sanitario y ambiental por su alta toxicidad. Las Dioxinas y Furanos son cristales incoloros altamente solubles en las grasas y de baja volatilidad. Se forman como productos colaterales no deseados en procesos de combustión principalmente en las zonas de combustión y post combustión de los equipos térmicos cuyas temperaturas de chimenea oscila entre los 200oC y los 600oC. Sin embargo, se ha detectado un máximo en el rango comprendido entre los 200oC y 400oC bajo la presencia de carbono, hidrógeno, oxígeno y cloro. Su ruta de formación se hace a través de reacción química en procesos térmicos o mediante síntesis de procesos químicos industriales y en particular durante la manufactura de productos químicos que emplean cloro como insumo o aditivo. Las dioxinas y los furanos son de interés dados su alta toxicidad y permanencia en el medio en donde se encuentran. También pueden transferirse de un medio a otro medio, como por ejemplo del ambiente atmosférico hacia los cuerpos de agua o suelos o a través de las cadenas tróficas, y bio acumularse en los tejidos grasos de animales o en vegetales. El tipo de exposición y el tiempo de permanencia influyen sobre su toxicidad. En peces y aves se ha observado deterioro en hígado, problemas endocrinos y carcinogénesis, entre otras alteraciones. En humanos las dioxinas se acumulan principalmente en los tejidos grasos cuyo tiempo de permanencia puede ser por décadas debido a que metabolizan muy lento. Niveles típicos de dioxinas en tejidos adiposos humanos son del orden de 10 a 50 ng I-TEQ/kg. (nanogramos de Toxicidad Internacional Equivalente por kilogramo de grasa).

21

EPA’s Agency-wide Multimedia Persistent Bioaccumulative, and Toxic Pollutants Initiative: 1999. Accomplishments Report on the Internet at:www.epa.gov/pbt/accomp99.htm.

90

6.2

FUENTES DE EMISION DE DIOXINAS Y FURANOS HACIA LA ATMÓSFERA

Las Dioxinas y Furanos que emiten las diferentes categorías de fuentes han afectado al ambiente atmosférico y a cuerpos de agua dulce, océanos, estuarios, suelos, residuos y productos. Tanto las emisiones de fuentes fijas como las difusas aportan Dioxinas y Furanos al ambiente. Como es conocido, las fuentes fijas se asocian fundamentalmente a procesos o actividades industriales y las difusas se asocian al uso y aplicación de insumos y productos que contienen tales sustancias. Es de anotar que dado su alto grado de persistencia pueden ser transportadas a grandes distancias y ser detectados en sitios muy distantes de donde fueron emitidos. Entre los procesos industriales generadores de Dioxinas y Furanos cuyas emisiones al aire son significativas, se encuentran los siguientes: • Procesos de Combustión. • Procesos de sinterización y fundiciones metálicas. • Operaciones de deshollinado de Hornos, Calderas y Asaderos. • Procesos Químicos y Petroquímicos de Pirólisis, Ruptura Térmica y Ruptura Catalítica.

6.3 6.3.1

CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARA LA ESTIMACIÓN DEL INVENTARIO

Objeto y Criterios de Estimación

El objetivo del presente protocolo consiste en fijar las directrices para estimar a nivel nacional las emisiones medias anuales mediante aplicación del Instrumental Normalizado (Tool Kit) para la Identificación y Cuantificación de Emisiones de Dioxinas y Furanos para los procesos que hayan sido considerados dentro del inventario. Una manera típica de estimación podría ser a través de la siguiente ecuación que incorpora los diferentes vectores o medios de difusión de las sustancias (aire, agua, suelo, producto y residuo): IE (PCDD)/(PCDF)fuente = Σ FEAire x Tasa Act. + Σ FEAgua x Tasa Act. + Σ FESuelo x Tasa Act. + Σ FEproducto x Tasa Act. + Σ FEResiduo x Tasa Act. Donde: IE (PCDD)/(PCDF): Intensidad anual de la fuente de emisión de dioxinas y/o furanos. Se calcula multiplicando la emisión de tales sustancias expresadas en microgramos de Toxicidad Internacional Equivalente por unidad de carga o de producto dados en toneladas o litros. FE: Factor de Emisión para cada vector o medio de difusión Tasa Act.: Volumen o masa de material de carga o producto en toneladas o litros por año. Para la estimación de emisiones de Dioxinas y Furanos es recomendable tener presentes los siguientes aspectos: • Para el cálculo de la intensidad de emisión por cada fuente se deben realizar cinco cálculos. • La emisión de PCDD/PCDF se expresa en gramos de EQT al año (para dicha ecuación). • Cada Factor de Emisión es la cantidad de PCDD/PCDF (en µg de EQT–I) que se libera a cualquiera de los cinco medios o vectores (aire, agua, suelo, producto, o residuo) por unidad de material de entrada procesado o de producto obtenido por ejemplo: toneladas o litros. En algunos casos donde sea poco práctico utilizar un factor de emisión por defecto para una liberación específica, se recomienda aplicar una concentración de emisiones considerada típica de una determinada matriz, es el caso de las descargas de dioxinas a los cuerpos de agua que están dadas pg EQT/l o con emisiones en residuos dados en ng de EQT.Kg de residuo. 91

•

•

•

Cada concentración de dioxina o furano efluente, es multiplicada por el factor de equivalencia (ver Tabla 4, Resolución 0058) como factor de riesgo. Cada uno de los valores modificados por el factor de equivalencia se suma y este representa la concentración neta de emisión por muestra. El mismo criterio podría aplicarse si se dispone de datos sobre concentraciones de emisión, medidos para una determinada fuente y que se usen en lugar de los factores de emisión por defecto. Facilitados por el instrumental allí, la intensidad de la fuente se calcula multiplicando las emisiones medidas o las que se mencionan en el instrumental como base de cálculo para el factor de emisión, por ejemplo: en ng de EQT-I/m3 multiplicado por el flujo. Los incineradores de proceso no podrán descargar al aire dioxinas y furanos en concentraciones promedio, formadas en un rango de tiempo de 6 - 8 horas de toma de muestra, superiores a las establecidas en la Tabla 2 de la Resolución 0058 de Enero 21 de 2002 MAVDT.

De lo anterior se deduce que, por cada fuente de emisión a inventariar, deben realizarse los cálculos que permitan estimar el grado de emisión según vector o medio de difusión. El Instrumental Normalizado o Tool Kit consiste en un documento que consta de cinco etapas para desarrollar inventario de fuentes que sean consistentes y puedan ser comparados con procesos similares adelantados en otras localidades o países. De otro lado, reúne los datos de actividad necesarios y suministra las herramientas para clasificar los procesos y sus respectivas actividades por clase, a fin de proveer el factor de emisión adecuado. • La primera etapa del documento emplea una matriz de selección para identificar las principales categorías de fuentes de PCDD y PCDF instaladas en una región o país. (Ver Tabla 69 Matriz de selección para las categorías mayores de fuentes de emisión) • La etapa segunda establece un ranking de las principales categorías de fuente de emisión y las divide en sub categorías. • La tercera etapa incorpora aspectos del proceso productivo a caracterizar, cuantificar y clasificar por fuente, para el país en mención. • La cuarta etapa del Tool Kit estima las emisiones, aplicando la ecuación presentada inicialmente. • La quinta y última etapa provee un formato normalizado, para presentar los resultados del inventario, identificados y clasificados, a fin de que puedan ser comparables con otros similares. En resumen, la metodología propuesta a través del Instrumental Normalizado, consta de los siguientes pasos: • Aplicar la Matriz de selección e identificar las categorías de fuente. • Revisar las subcategorías e identificar las actividades y fuentes existentes en el país. • Recopilar información sobre los procesos y clasificarlos por grupo, aplicando el Cuestionario Normalizado. • Cuantificar las fuentes, empleando los factores de emisión disponibles. • Elaborar documento de inventario y notificar los resultados tomando en consideración las recomendaciones dadas en el formato normalizado.

6.3.2

Categorías de Fuente de Emisión para Dioxinas y Furanos

El método recomendado para realizar un Inventario Nacional de Emisión de Dioxinas y Furanos provee un formato de presentación normalizado, con el objeto de asegurarse que se tomen en cuenta todas las fuentes acordes con las categorías establecidas. Dicha metodología, que consta de cinco etapas, se indica a continuación:

92

•

Etapa 1. Matriz de Selección: Categorías Mayores de fuentes En la primera etapa, para preparar inventarios, se identifican las principales categorías de fuente y las cinco principales vías o medios de difusión que permite una evaluación preliminar de actividades según se indica en la Tabla 69.

Tabla 69. Matriz de selección para las categorías mayores de fuentes de emisión de Dioxinas y Furanos. Cada categoría contiene subcategorías.

CATEGORÍA MAYOR DE FUENTE 1. Incinerador de Residuos 2. Producción de Metales Ferrosos y no Ferrosos 3. Generación de Energía y Térmica 4. Producción de minerales 5. Sector Transporte 6. Quemas a cielo abierto 7. Producción y Uso de sustancias químicas 8. Otros 9. Disposición final de Residuos 10. Identificación de posibles puntos calientes

AIRE X X X X X

AGUA

X X X X

X X X X

SUELO

PRODUCTO

X

X X X

RESIDUO X X X X X X

X X

Fuente. Instrumental Normalizado para la identificación y cuantificación de liberaciones de Dioxinas y Furanos. Edición 2.1 Diciembre de 2005. PNUMA Productos Químicos. Ginebra Suiza.

•

Etapa 2. Identificación de Subcategorías La metodología identifica procesos o subcategorías para cada una de las categorías mayores de fuentes. Para que puedan compararse cada una de las diez categorías mayores de fuentes, se ha dividido en una serie de subcategorías (descritas en el instrumental bajo las secciones 4.2.1 a 4.2.10). En esta etapa es importante obtener datos de rápido acceso (por ejemplo: toneladas año de residuos incinerados). Lo ideal sería disponer de información estadística centralizada y una investigación posterior permitirá verificar las subcategorías presentes en el Inventario de Campo.

•

Etapa 3. Recopilación de la información Esta etapa del inventario permite reunir información detallada sobre los procesos y los aspectos generales del mismo. Regularmente, se obtiene primero el dato básico sobre la magnitud de la actividad por categoría y la estructura básica de cada subcategoría. Se recomienda incluir lo siguiente: - Datos estadísticos de las industrias, al igual que los aspectos laborales y fiscales. - Registros de actividad económica incluyendo los datos nacionales de producción. - Condiciones normales de operación de los procesos y relación de los permisos de instalaciones industriales. - Datos históricos de la producción industrial.

•

Etapa 4. Clasificación de los procesos y cuantificación de fuentes de emisión Para compilar un inventario de fuentes de emisión de dioxinas y furanos, es necesario agrupar los procesos a nivel nacional dado que no es común encontrar datos individuales. Para asegurarse que han sido consideradas todas las actividades, la suma de tasas de actividad de las clasificaciones individuales será igual a la cantidad total de material procesado dentro de la misma subcategoría. De otro lado, las fuentes deben estar cuantificadas como tasas anuales de flujo de masa de dioxinas o furanos, expresadas en gramos de toxicidad internacional equivalente. 93

•

Etapa 5. Compilación del Inventario En esta etapa del inventario es necesario estimar las emisiones por cada subcategoría de fuente y seguidamente se agregan las emisiones anuales de todas y cada una de las subcategorías obteniéndose las emisiones a través de los cinco medios o vectores potenciales para las diez principales categorías de fuentes. Finalmente las emisiones de las diez categorías mayores de fuente se suman dando como resultado el Inventario Nacional que representa las emisiones totales estimadas correspondientes a todas las fuentes identificadas y cuantificadas. Para compilar el inventario es necesario realizar una estimación para cada subcategoría tal y como se describe en la etapa 4. De aquí en adelante, y con todas las emisiones ya estimadas para todas las subcategorías, se construye un inventario detallado.

6.3.3

PRESENTACIÓN DEL DOCUMENTO INVENTARIO DE EMISIONES DE DIOXINAS Y FURANOS

La presentación de los datos del inventario es una actividad crítica y debe ser armonizada para poder realizar las comparaciones entre países. El inventario final del país relacionado con las emisiones de Dioxinas y Furanos relaciona las actividades listadas en el instrumental para todos los vectores o medios de dispersión aplicando la metodología completa del instrumental, el informe final debe identificar los principales procesos y actividades que producen emisiones, facilitar la información sobre la naturaleza y alcance de los procesos vinculados a las liberaciones e identificar aquellos procesos para los cuales existen importantes vacíos de datos que deben complementarse en el futuro. El informe final deberá presentar también las liberaciones al aire, al agua, al suelo, en el producto y en el residuo, en la mayor medida posible a pesar de las limitaciones en la calidad de los datos. El informe final deberá constar de los siguientes elementos: • Resumen: que incluirá los principales hallazgos de liberaciones a todos los medios o vectores a partir de las diez categorías mayores de fuentes identificadas en la matriz de selección. • Inventario completo del país: se registran las liberaciones calculadas para todos los medios o vectores a nivel de subcategoría de proceso. • Resumen proceso por proceso: la información más importante del país está condensada en las secciones dedicadas a cada una de las categorías investigadas y detalladas en la subcategorías. Cada sub-sección suministrará información básica sobre los procesos, las aproximaciones y los medios utilizados para investigar las potenciales liberaciones a partir de los procesos. • Datos de apoyo detallado: aunque estos datos no deben incluirse en el informe, por cuestiones de brevedad del mismo, se sugiere organizarlos y conservarlos en el país respectivo, lo que permitirá posteriores revisiones y actualizaciones de ellos. • Ejemplos: es conveniente ilustrar presentación de los datos a través de ejemplos que facilitan su interpretación y ayudan a mostrar la necesidad de nuevos recursos. • Evaluación del informe: esta sección podría incluir ciertas medidas o acciones de control de las liberaciones de Dioxinas y Furanos hacia el entorno al igual que los cambios en el proceso que puedan alterar el nivel de emisión de esas liberaciones.

6.4

FACTORES DE EMISIÓN POR DEFECTO

En esta sección del instrumental se detallan los factores de emisión que han sido determinados, la metodología como han sido obtenidos, y los factores de emisión por defecto. Al momento de aplicar el instrumental se recomienda consultar las diez categorías mayores de fuente contempladas en el instrumental. En el anexo FP-2 se presentará un ejemplo de tabla para ingreso de datos y reporte de resultados para emisiones de dioxinas y furanos generadas por la quema a cielo abierto (categoría 6). 94

7

CONSIDERACIONES QUE AFECTAN LAS EMISIONES

Dentro del desarrollo de un inventario de fuentes fijas es importante tener en cuenta aspectos como la variabilidad en los procesos, equipos y materias primas de las diferentes regiones donde el inventario es realizado, además de cuáles categorías de fuentes se omitieron, dado que todos estos factores conducen a variaciones en las emisiones. A continuación se presentan algunas de estas consideraciones:22

7.1

FACTORES DE DISEÑO Y DE PROCESO

La persona encargada del desarrollo del inventario debe en lo posible recopilar información específica para el equipo y/o la región, teniendo en cuenta los siguientes aspectos: •

Características de la combustión Los factores que intervienen en la emisión por combustión dependen de: - Tipo y tamaño de los equipos de combustión - Composición del combustible - Prácticas empleadas en la carga y el quemado - Nivel de instrumentación y mantenimiento de los equipos de combustión. De acuerdo con el AP-42 los combustibles se pueden agrupar en las siguientes categorías: Destilados de petróleo. Los combustibles destilados son más volátiles y menos viscosos que los residuales, tienen cantidades despreciables de nitrógeno y cenizas, y usualmente contienen menos del 0.3% en peso de azufre. Los destilados son utilizados como combustibles principalmente en el sector servicios. Ejemplos de estos combustibles son las gasolinas y el gas natural. Residuales. Los combustibles residuales son más viscosos y menos volátiles, son producto de los remanentes del fraccionamiento de productos más ligeros (gasolinas y destilados) que han sido removidos del petróleo crudo, y por lo tanto tienen cantidades significativas de cenizas, nitrógeno y azufre. Se utilizan principalmente en la industria y en grandes establecimientos comerciales. Ejemplos: diesel, combustóleo, gasóleo. La emisión de partículas provenientes de los procesos de combustión, en donde principalmente se utilicen combustibles líquidos, depende, entre otros factores, de la densidad y contenido de cenizas del combustible, de la eficiencia de combustión, de su contenido de azufre y de las condiciones de operación del equipo.

•

Antigüedad del equipo La edad del equipo puede influenciar el desarrollo de la estimación de emisiones de dos formas: - Los equipos más modernos tienden a aplicar tecnologías diseñadas para reducir las emisiones.

22

Adaptado del MANUAL DEL PROGRAMA DE INVENTARIOS DE EMISIONES DE MEXICO. Volumen IV-Fuentes puntuales

95

- La edad del equipo debe ser considerada al seleccionar un factor de emisión para una fuente dada. Para que el factor de emisión sea aplicable, la edad del equipo examinado debe ser similar a la edad del equipo con el que se desarrolló el factor. •

Prácticas de operación Las prácticas de operación pueden variar en diferentes regiones de Colombia y tener un impacto potencial en el desarrollo de las estimaciones de emisión. En general, las plantas industriales extranjeras están más automatizadas, mientras que las nacionales tienden a aplicar procesos manuales en mayor medida y, con frecuencia, está más basada en los aspectos artesanales. Estas diferencias pueden provocar cambios en los estimados de emisión. Por ejemplo, el equipo automatizado para recubrimiento de superficies normalmente aplica una capa de recubrimiento más delgada que cuando se usa equipo manual.

•

Materias primas Las propiedades físicas y químicas de las materias primas usadas por una fuente puntual también pueden influenciar las emisiones. Además de que estas pueden variar a lo largo del país. Por ejemplo, la densidad del material es aplicada con frecuencia para convertir el volumen de material usado en la masa de material usado. Como ejemplo adicional, el contenido material de compuestos orgánicos volátiles (VOCs) es a menudo utilizado para estimar las emisiones de una operación de recubrimiento de superficies.

•

Datos meteorológicos/climatológicos Para estimar las emisiones de ciertas fuentes es necesario contar con información meteorológica y climatológica. Para ecuaciones de estimación de emisiones para tanques de almacenamiento, por ejemplo, se requieren parámetros tales como la temperatura ambiente promedio anual y la velocidad del viento. Por otro lado, puede mencionarse que la cantidad de combustible utilizado por los equipos de acondicionamiento de aire o calefacción varía de acuerdo con las condiciones del clima. Para obtener la información climatológica específica de cada región, deben utilizarse los reportes desarrollados por el IDEAM.

7.2

PROCESOS QUE POR LO GENERAL SE OMITEN

Algunos procesos que emiten contaminantes atmosféricos de manera rutinaria son con frecuencia omitidos en los inventarios de emisiones, esto puede ser porque no se encuentren los factores de emisión adecuados o porque no están dentro del nivel de detalle del inventario, sin embargo en lo posible se deben incluir las emisiones de las siguientes fuentes: •

Uso de combustibles en el proceso Muchos procesos industriales de manufactura usan equipo alimentado con combustible. Los hornos de cemento, por ejemplo, utilizan secadores de producto que operan con combustible; así como los secadores de gas natural que se aplican en los procesos de recubrimiento. Las emisiones, por el uso de combustibles dentro del proceso, se estiman utilizando las mismas técnicas usadas para calcular las emisiones de otras fuentes de combustión.

•

Componentes con emisiones fugitivas Bombas, válvulas, válvulas de alivio, bridas, compresoras, son fuentes potenciales que pueden fallar debido a roturas en los sellos. Las emisiones fugitivas de los componentes ocurren en el equipo de proceso cuando hay escapes accidentales de líquido o gas. En general, estas emisiones se presentan en raras ocasiones y son difíciles de predecir; algunas veces son intermitentes y varían en intensidad a lo largo del tiempo.

96

El Protocolo para Estimados de Emisión por Fugas en Equipos (U.S. EPA, 1995) es una buena referencia con respecto a los procedimientos y enfoques para estimar las emisiones de fugas en equipos. Estos pueden ir desde lo más sencillo (multiplicar el equipo por los factores de emisión promedio) hasta lo más complejo (desarrollar correlaciones de unidad específica entre las tasas de emisión de masa y los valores de separación (screening)). •

Dispositivos de control Debe tenerse cuidado al considerar la influencia que los equipos de control tienen en las emisiones, dado que, si bien son utilizados para reducir las emisiones, en ocasiones ellos mismos constituyen una fuente adicional de emisiones, como por ejemplo mecheros o quemadores de CO.

•

Uso de solventes variados Con frecuencia, los solventes son utilizados para limpiar piezas de equipo antes del recubrimiento o de algún otro proceso de manufactura. Además de las tinas de desgrasado, donde las piezas son literalmente sumergidas en solvente, otros limpiadores pueden aplicarse utilizando pequeñas brochas o trapos. Las emisiones ocurren cuando estos solventes se evaporan, y deben ser cuantificadas usando la técnica de balance de materiales.

•

Emisiones de vehículos presentes en el sitio

•

Aditivos del proceso Son sustancias químicas añadidas a los procesos de producción o de control. Ejemplo: catalizadores usados en los procesos de reacción química. Las emisiones de estos procesos se estiman usando información producida en los exámenes en la fuente, factores de emisión, o técnicas de balance material.

•

Pilas de almacenamiento Son fuente de partículas si no están cubiertas o no tienen algún proceso de control. Estas fuentes tienen el potencial de generar emisiones significativas de partículas. En este caso, las emisiones de partículas son estimadas aplicando factores o modelos de emisión.

•

Manejo de materiales Pueden producir emisiones de partículas: - Materiales sin cubrir transportados en camiones o en vagones - Bandas transportadoras, sistemas de transporte neumático

Las emisiones de estas fuentes se estiman utilizando factores o modelos de emisión.

97

8

EQUIPOS DE CONTROL DE CONTAMINACIÓN DEL AIRE

8.1

CICLONES23

Los ciclones usan el principio de la fuerza centrífuga para remover el material particulado. En un ciclón, el flujo contaminante es forzado a un movimiento circular. Este movimiento ejerce fuerza centrífuga sobre las partículas y las dirige a las paredes exteriores del ciclón. Las paredes del ciclón se angostan en la parte inferior de la unidad, lo que permite que las partículas sean recolectadas en una tolva. El aire limpio sale del ciclón por la parte superior de la cámara, pasando por un espiral de flujo ascendente o vórtice formado por una espiral que se mueve hacia abajo. Ventajas: • Bajos costos de capital. • Falta de partes móviles, por lo tanto, pocos requerimientos de mantenimiento y bajos costos de operación. • Caída de presión relativamente baja (2 a 6 pulgadas de columna de agua), comparada con la cantidad de MP removida. • Las limitaciones de temperatura y presión dependen únicamente de los materiales de construcción. • Colección y disposición en seco • Requisitos espaciales relativamente pequeños Desventajas: • Eficiencias de colección de MP relativamente bajas, particularmente para MP de tamaño menor a 10 µ m • No pueden manejar materiales pegajosos o aglomerantes • Las unidades de alta eficiencia pueden tener altas caídas de presión. Los ciclones se utilizan ampliamente después de operaciones de secado por aspersión en las industrias química y de alimentos y después de las operaciones de trituración, molienda y calcinación en las industrias química y de minerales para recolectar material útil o vendible. En la industria de metales ferrosos y no ferrosos, los ciclones se utilizan con frecuencia como primera etapa en el control de las emisiones de MP en plantas; sinter (plantas que crean una masa coherente por calentamiento sin fundición), roasters (un tipo horno para calentar material inorgánico con acceso al aire y efectuar un cambio sin fundir), kilns (tipo de hornos de calcinación, cuba o cochura). El MP preveniente de procesos de desintegración fluida, es removido por ciclones para facilitar el reciclado de los catalizadores. Las unidades industriales y comerciales de combustión que utilizan madera y/o combustibles fósiles, usan comúnmente ciclones múltiples (generalmente después de torres húmedas de absorción, PESs ó filtros de tela), los cuales recolectan el PM fino (< 2.5 µ m), con mayor eficiencia que un solo ciclón. En algunos casos, las cenizas recolectadas son inyectadas de nuevo en la unidad de combustión para mejorar la eficiencia de control de PM.

23

Adaptado y complementado de HOJAS DE DATOS EPA. Técnicas de Control de Contaminantes del aire

98

Figura 34. Diagrama de un ciclón

8.2

FILTROS

El filtro de tela trabaja bajo el mismo principio que una aspiradora de uso doméstico. El flujo de gas pasa por el material del filtro que retira las partículas. El filtro de tela es eficiente para retener partículas finas y puede sobrepasar 99% de remoción en la mayoría de las aplicaciones. Una desventaja del filtro de tela es que los gases a altas temperaturas a menudo tienen que ser enfriados antes de entrar en contacto con el medio filtrante. Durante la filtración por tela, el gas es aspirado a través de la tela por ventiladores de tiro forzado. La tela es responsable de parte de la filtración, aunque también la capa de polvo que se acumula. La capa de polvo, también conocida como pasta de polvo, es un filtro altamente eficiente, aún para partículas sub-micrónicas. Los filtros de tela poseen algunas ventajas claves sobre otros tipos de dispositivos para la recolección de partículas. Junto con las altísimas eficiencias de recolección, también tienen la flexibilidad para tratar muchos tipos de polvos y un amplio rango de flujos volumétricos de gas. Los filtros de tela pueden ser operados con caídas de presión bajas. Los filtros de tela también tienen algunas desventajas potenciales. En general, están limitados a filtrar corrientes secas. Además, las temperaturas altas y ciertas sustancias químicas pueden dañar ciertas telas. Los filtros de tela también tienen el potencial de incendio o explosión, y pueden requerir una gran superficie para su instalación. El diseño apropiado puede minimizar o eliminar estas desventajas.

99

Figura 35. Diagrama de un filtro

8.3

INCINERACIÓN24

Los incineradores termales se usan frecuentemente para controlar la emisión continua de compuestos orgánicos volátiles combustibles. En general, la incineración destruye gases y desechos sólidos mediante la quema controlada a altas temperaturas. Cuando los incineradores termales se operan correctamente pueden destruir más de 99% de los contaminantes gaseosos. Para la incineración termal es importante que el flujo de vapor del incinerador termal tenga una tasa de flujo y concentración constantes del gas combustible. Estos dispositivos no son adecuados para flujos fluctuantes de vapor porque la eficiencia del proceso de combustión depende de la mezcla apropiada de vapores y un tiempo específico de permanencia en la cámara de combustión. Tabla 70. Eficiencias de control típicas de un incinerador térmico para diferentes fuentes

INDUSTRIA/TIPO DE FUENTES

EFICIENCIA DE CONTROL PM10 (%)

Productos de Petróleo y Carbón 25 – 99.9 Procesos de techado de asfalto (soplado, saturación de fieltro); calcinación de minerales; procesos de refinamiento de petróleo (soplado de asfalto, descomposición térmica catalítica, calcinación de coque, convertidor de sedimento fangoso); manufactura de azufre. Productos Químicos y Aliados 50 – 99.9 Manufactura de carbón negro; manufactura de carbón; desecho de residuos líquidos; procesos químicos misceláneos; manufactura de pesticidas; manufactura de anhídrido ftálico (oxidación de xileno); manufactura de plásticos/fibra orgánica y sintética; incineración de residuos sólidos (industriales). Industria de Metales Primarios 70 – 99.9 Procesos de derivados del coque (descarga del carbón, cargamento y empuje del horno, enfriamiento); cúpula de hierro gris y otros procesos misceláneos; procesos secundarios del aluminio (quemado/secado, horno de fundición); procesos secundarios del cobre (secado de chatarra, cúpula de chatarra y procesos misceláneos); procesos misceláneos de la fundición de acero; horno para los recubrimientos de superficies. 24

Adaptado del AIR POLLUTION CONTROL ORIENTATION COURSE. EPA

100

Equipo Electrónico y Otros Eléctricos Procesos misceláneos de la manufactura química; horno para cocimiento de equipo eléctrico; tanque de techo fijo; procesos misceláneos de la producción de minerales; enrollado/estirado secundario de aluminio por extrusión; incineración de residuos sólidos (industrial) Servicios Eléctricos, de Gas y Sanitarios Motores de combustión interna, incineración de residuos sólidos (industrial, comercial/institucional) Productos de Piedra, Arcilla y Vidrio Horno procesador de bario; secador termal para la limpieza del carbón, maquinaria para plásticos fabricados, manufactura de lana de fibra de vidrio. Alimentos y Productos Afines Procesamiento de carbón, misceláneos; procesamiento de maíz, misceláneos; procesamiento de soya, misceláneos. Minería Secadora rotatoria para concreto de asfalto, unidades de oxidación por aire para químicos orgánicos, producción de azufre Seguridad Nacional y Asuntos Internacionales Incineración de residuos sólidos (comercial/institucional y municipal) Productos de Molino Textil Plásticos/fibra orgánica y sintética (procesos misceláneos) Maquinaria y Equipo Industrial Procesos secundarios del aluminio (quemado/secado, horno de fundición) Maderos y Productos de Madera Incineración (industrial) de desechos sólidos Equipo de Transporte Incineración (industrial) de desechos sólidos Fuente Hojas de Datos EPA. Incinerador Térmico

70 – 99.9

90 – 98

50 – 95

70 – 98

70 – 99.6

70 88 – 95 88 – 98 70 70 – 95

Los incineradores catalíticos son similares a los termales e incluyen un catalizador para evaluar el proceso de combustión. Un catalizador es una sustancia que acelera una reacción química sin que la reacción cambie o consuma dicha sustancia. Los catalizadores permiten que el proceso de combustión ocurra con temperaturas más bajas, lo que reduce el costo del combustible. Cuando se usa un incinerador catalítico se obtiene una eficiencia de destrucción mayor de 95%. Si se emplea un volumen mayor de catalizadores o temperaturas más altas es posible alcanzar una mayor eficiencia. Los incineradores catalíticos son más convenientes para las emisiones con bajo contenido de VOC.

8.4

ABSORCIÓN

La absorción es el proceso mediante el cual un contaminante gaseoso se disuelve en un líquido. El agua es el absorbente más usado. A medida que el flujo de gas pasa por el líquido, éste absorbe el gas de la misma manera como el azúcar es absorbido en un vaso de agua cuando se agita. La absorción se usa comúnmente para recuperar productos o purificar gases con alta concentración de compuestos orgánicos. Un problema potencial con la absorción es la generación de aguas residuales, lo que convierte un problema de contaminación del aire en un problema de contaminación del agua. El equipo de absorción está diseñado para obtener la mayor cantidad de mezcla posible entre el gas y el líquido. Los absorbedores son frecuentemente llamados lavadores de gas y existen varios tipos de ellos. Los más usados son las torres rociadoras, columnas de relleno, cámaras rociadoras y lavadores Venturi. El absorbedor de columna de relleno contiene una sustancia inerte (no reactiva), como plástico o cerámica, que aumenta la superficie del área líquida para la interfaz líquida/gaseosa. El material 101

inerte ayuda a maximizar la capacidad de absorción de la columna. Además, la introducción del gas y líquido en extremos opuestos de la columna permite que la mezcla sea más eficiente debido al flujo contra corriente que se genera. Los absorbedores pueden alcanzar una eficiencia de remoción mayor de 95%.

8.5

CONDENSACIÓN

Los condensadores remueven contaminantes gaseosos mediante la reducción de la temperatura del gas hasta un punto en el que el gas se condensa y se puede recolectar en estado líquido. Un ejemplo sencillo del proceso de condensación son las gotas de agua que se forman en la parte exterior de un vaso con agua fría. La temperatura fría del vaso hace que el vapor de agua del aire circundante pase al estado líquido en la superficie del vaso. La condensación se puede lograr mediante un incremento de la presión o la extracción de calor de un sistema. La extracción de calor es la técnica que más se emplea. Los condensadores se usan generalmente para recuperar los productos valiosos de un flujo de desechos. Usualmente se usan con otro dispositivo de control. Por ejemplo, un condensador se puede usar para remover una sustancia gaseosa de un flujo contaminante. Luego, los gases remanentes del flujo contaminante se destruyen en un incinerador. En el control de la contaminación se emplean condensadores de contacto y de superficie. En los condensadores de contacto, el gas hace contacto con un líquido frío. En un condensador de superficie, los gases entran en contacto con una superficie fría en la cual circula un líquido o gas enfriado, como la parte exterior de un tubo. La eficiencia de remoción de los condensadores varía de 50 a más de 95 por ciento, dependiendo del diseño y aplicación.

8.6

PRECIPITADOR ELECTROSTÁTICO

Los precipitadores electrostáticos (ESP) capturan las partículas sólidas en un flujo de gas por medio de la electricidad. El PES carga de electricidad a las partículas atrayéndolas a placas metálicas con cargas opuestas ubicadas en el precipitador. Las partículas se retiran de las placas mediante "golpes secos" y se recolectan en una tolva ubicada en la parte inferior de la unidad. Los ESP del tipo con tubería se utilizan en ocasiones en la industria textil, papelera y procesadora de pulpa de madera, metalúrgica (incluyendo los hornos de coque), en los incineradores de residuos peligrosos, y en la producción de ácido sulfúrico, entre otros, aunque también son empleados otros tipos de precipitadores. Los precipitadores electrostáticos húmedos del tipo tuboalambre se utilizan mucho más frecuentemente que los ESP tipo tubo-alambre, los cuales son usados sólo en casos en donde la limpieza en húmedo no es recomendable, tales como en corrientes a temperaturas altas o cuando existen restricciones sobre las aguas residuales. Ventajas: • Son capaces de alcanzar eficiencias muy altas, aún con partículas muy pequeñas. • Pueden ser diseñados para un rango amplio de temperaturas de gases, y pueden manejar temperaturas altas, hasta los 700°C (1300°F). • La recolección y eliminación del residuo en seco permite una manipulación fácil. • Los costos de operación son relativamente bajos. Desventajas: • Los EP tienen costos de capital generalmente altos • Los ESP no son recomendables para la eliminación de partículas pegajosas o húmedas. 102

Figura 36. Diagrama de un precipitador electroestático

8.7

ADSORCIÓN

El proceso de adsorción más común es mediante el carbón. El adsorbedor de carbón usa partículas de carbón activado para controlar y recuperar las emisiones gaseosas contaminantes. En este proceso, el gas es atraído y se adhiere a la superficie porosa del carbón activado, lográndose una eficiencia de remoción de 95 a 99 por ciento. Se usa particularmente para recuperar compuestos orgánicos valiosos, por ejemplo, el percloroetileno que se usa en los procesos de lavado al seco. Los sistemas de adsorción pueden ser regeneradores o no regeneradores. Un sistema regenerador usualmente contiene más de un lecho de carbón. Mientras un lecho retira activamente los contaminantes, el otro se regenera para uso futuro. Para extraer los contaminantes atrapados en el lecho y llevarlos a un dispositivo de recuperación se usa vapor. Mediante la regeneración, las mismas partículas de carbón activado se pueden usar una y otra vez. Los sistemas de regeneración se usan cuando la concentración del contaminante en el flujo de gas es relativamente alta. Usualmente, los sistemas no regeneradores tienen lechos más delgados de carbón activado. En un adsorbedor no regenerador, el carbón gastado se descarta cuando se satura con el contaminante. Debido al problema de desechos sólidos que genera este sistema, los adsorbedores no regeneradores de carbón se usan cuando la concentración del contaminante es sumamente baja.

8.8 8.8.1

REDUCCIÓN SELECTIVA

Reducción Selectiva Catalítica

Reducción Química por medio de un agente reductor y un catalizador. Aplicaciones industriales típicas: Unidades estacionarias de combustión de combustible fósil, tales como calderas generadoras de electricidad, calderas industriales, calentadores de proceso, turbinas de gas y motores reciprocantes de combustión interna. Además, la SCR ha sido también aplicada a plantas de ácido nítrico. 103

Ventajas: • Reducciones más altas de NOX en comparación a los quemadores de bajo NOX y la Reducción Selectiva No Catalítica (Selective Non-Catalytic Reduction, SNCR). • Es aplicable a fuentes con bajas concentraciones de NOX. • Las reacciones ocurren dentro de un rango de temperatura más bajo y más amplio que en la SNCR. • No requiere modificaciones a la unidad de combustión. Desventajas: • Costos de capitales y de operación significativamente más altos que los quemadores de bajo NOX y la SNCR. • La reconversión de la SCR en calderas industriales es difícil y costosa. • Se requieren grandes cantidades de reactor y catalizador. • Puede requerir limpieza del equipo corriente abajo.

Figura 37. Bosquejo de operación para la reducción catalítica

8.8.2

Reducción Selectiva No Catalítica

Reducción Química de un contaminante por medio de un agente reductor. Hay cientos de sistemas de SNCR instalados comercialmente en un rango amplio de configuraciones de calderas incluyendo: calderas de fondo seco, de pared de fuego y de fuego tangencial, unidades de fondo húmedo, de fuego atizado y unidades de lecho fluidizado. Estas unidades queman una variedad de combustibles tales como carbón, combustóleo, gas, biomasa y residuos. Otras aplicaciones incluyen incineradores térmicos, unidades de combustión de residuos sólidos municipales y peligrosos, hornos de cemento, calentadores de procesos y chimeneas de vidrio. Ventajas: • Los costos de capital y de operación están entre los más bajos entre todos los métodos de reducción de NOX • Acepta corrientes de gas residual con niveles altos de PM. • Puede aplicarse con controles de combustión para proporcionar mayores reducciones de NOX

104

Desventajas: • La corriente de gas debe estar dentro de un rango de temperatura específico. • No es aplicable a fuentes con bajas concentraciones de NOX tales como las turbinas de gas. • Menores reducciones de NOX que con la Reducción Selectiva Catalítica (SCR). • Puede requerir limpieza del equipo corriente abajo.

8.9

LAVADOR

Los lavadores Venturi usan un flujo líquido para remover partículas sólidas. En el lavador Venturi, el gas cargado con material particulado pasa por un tubo corto con extremos anchos y una sección estrecha. Esta constricción hace que el flujo de gas se acelere cuando aumenta la presión. El flujo de gas recibe un rocío de agua antes o durante la constricción en el tubo. La diferencia de velocidad y presión que resulta de la constricción hace que las partículas y el agua se mezclen y combinen. La reducción de la velocidad en la sección expandida del cuello permite que las gotas de agua con partículas caigan del flujo de gas. Los lavadores Venturi pueden alcanzar 99 por ciento de eficiencia en la remoción de partículas pequeñas. Sin embargo, una desventaja de este dispositivo es la producción de aguas residuales.

Figura 38. Lavador Venturi

105

9

PROCEDIMIENTO DE CODIFICACIÓN DE DATOS

Cada empresa incluida debe ser clasificada mediante una codificación en la base de datos de acuerdo al tipo de actividad industrial, para ello se recomienda usar la Clasificación Industrial Internacional Uniforme adaptada para Colombia – CIIU Rev. 3A.C. la cual presenta de manera ordenada y en la forma más particularizada posible, cómo están organizadas las actividades económicas en el país. La entidad encargada en Colombia de la adaptación y actualización de esta clasificación es el Departamento Administrativo Nacional de Estadística, DANE. La escogencia de la clasificación CIIU se basa en que este sistema permite comparar nacional e internacionalmente información estadística con base en actividades. La Clasificación Industrial Internacional Uniforme de todas las actividades económicas adaptada para Colombia, mantiene la misma estructura de la CIIU Rev. 3 Internacional, así como su sistema de notación alfanumérico. Presenta jerárquicamente cuatro niveles de clasificación integrados 25 entre sí, siendo en su orden: Secciones, Divisiones, Grupos y Clases . En particular se sugiere usar “las Clases” como modo de clasificación, ya que ésta es la categoría más detallada que clasifica características específicas de una actividad. Su notación corresponde a cuatro dígitos de los cuales, los dos primeros identifican la División; el tercero, el Grupo al cual pertenece la Clase, y el último, a la Clase misma.

25

Clasificación Industrial Internacional Uniforme de todas las actividades económicas. Revisión 3 Adaptada para Colombia. Departamento Administrativo Nacional de Estadística. 2002.

106

10 BIBLIOGRAFÍA

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IV

HINCAPIÉ, Ubaldo. Estrategias de concentración para mejorar la calidad del aire en la zona Guayabal-Itagüí en el sector de la industria ladrillera. Maestría en Ingeniería Ambiental, Universidad de Antioquia, 2004. CASTELLS, Xavier Elías. Memorias Seminario Elementos de diseño y operación de sistemas de incineración de residuos. Medellín 25 y 26 de Julio de 2002 OSPAR COMMISSION. Convention for the Protection of the Marine Environment of the North-East. OSPAR Background Document on Dioxins. Publication Number 308/2007 QUAß, Ulrich; Fermann, Michael W. and BRÖKER, Günter. Steps Towards a European Dioxins Emission Inventory. 2000. Chemosphere 40. p.p. 1125 – 1129. República de Colombia. Protocolo para el control y vigilancia de las emisiones atmosféricas generadas por fuentes fijas. Ministerio de Salud. CASTILLO M., Edgar F.; et al. Sistema de información para la evaluación ambiental de sectores productivos. Convenio UIS-IDEAM, mayo 1999. VAN WYLEN, Gordon; et al. Fundamentos de Termodinámica, 2da edición. México: LIMUSA. 2000. ALLEY, Robert y asociados. Manual de control de la calidad del aire. Mc Graw Hill. 2001 107

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108

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Fire versión 6.24 Marzo 9 2004 contains emission factors from the Compilation Of Air Pollutant Emission Factors (AP-42 Fifth Edition) [on line]: http://www.epa.gov/ttn/chief/old/software/fire/fire624/oldindexpage Guía para el control y prevención de la contaminación industrial-fabricación de vidrio y productos de vidrio. Comisión Nacional de Medio Ambiente, Santiago de Chile. [on line]: http://conama.cl/rm/568/propertyvalue-601.html MENDIBURU D.; Henry Antonio. Automatización medioambiental, aplicación de la automatización industrial y el control de procesos en la protección y conservación del medio ambiente. Lima, Perú MMIII. [on line]: , 2003. Producción de ácido nítrico. Identidad de la sustancia química; descripción, composición/información de los ingredientes:

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109

Instituto Geográfico Agustín Codazzi IGAC. www.igac.gov.co U.S. Environmental Protection Agency, May 1994. USER’S GUIDE TO LANDFILL GAS EMISSIONS MODEL (LandGEM), version 3.02. http://www.epa.gov/ttn/catc/products.html#software EPA’s Agency-wide Multimedia Persistent Bioaccumulative, and Toxic Pollutants Initiative: 1999. Accomplishments Report [on line]: www.epa.gov/pbt/accomp99.htm. U.S. Environmental Protection Agency, USER’S GUIDE FOR WATER9. July 2004 Version 2.0. http://www.epa.gov/ttn/chief/software/water/index.html U.S. Environmental Protection Agency, USER’S Guide http://www.epa.gov/ttn/chief/software/pmcalc/index.html

PM

CALCULATOR,

March

2006.

Departamento Administrativo Nacional de Estadística DANE. www.dane.gov.co HOJAS DE DATOS. Técnicas de Control de Contaminantes del aire. U.S. Environmental Protection Agency EPA [on line]: http://www.estrucplan.com.ar/Producciones/Produccion.asp?IDproduccion=89 Technology Transfer Network Clearinghouse for Inventories & Emissions Factors. Environmental Protection Agency. USA. http://www.epa.gov/ttn/chief/ap42/ U.S. Environmental Protection Agency. USER’S GUIDE TO TANKS. October 2005. Versión 4.09D. http://www.epa.gov/ttn/chief/software/tanks/index.html

110

ANEXO FP-1. INDICADORES DE DESEMPEÑO AMBIENTAL RELACIONADOS CON EMISIONES ATMOSFÉRICAS CLASIFICADOS POR TECNOLOGÍA Resultados del estudio realizado en 1999 a través del convenio UIS – IDEAM, publicados en Sistema de Información para la Evaluación Ambiental de Sectores Productivos. FE NOX Kg/t Kg/t min máx

TECNOLOGÍA

FE SOX Kg/t Min

Kg/t Máx

FE CO2 Kg/t Kg/t min máx

FE PST Kg/t min

Kg/t máx

Matanza de ganado mayor con elevación mecánica, refrigeración, procesamiento de sangre y sin limpieza de 0 vísceras

0.2

0.00021

1.163244

41.88

61.19

0.00264

0.07666

Matanza de ganado mayor con elevación mecánica, procesamiento de sangre y sin limpieza de vísceras y sin 0 refrigeración.

0.2

0.00021

1.163244

41.88

61.19

0.00264

0.07666

Producción de pasteurización

0

0.2

0.00025

1.390137

50.05

73.12

0.00315

0.09161

0

0.1

6.70E-05

0.372521

74.6

19.59

0.00084

0.02455

0 0

0.1 0.1

7.00E-05 0.00013

0.391935 0.699196

14.11 25.18

20.62 36.78

0.00089 0.00158

0.02583 0.04608

Producción de mermelada pasterizada por cocción 0.1 discontinua

0.3

0.00036

1.996277

71.88

105.01

0.00452

0.13155

Producción de legumbres cocidas en discontinuo y 0 envasado hermético

0

6.00E-05

0.333264

12

17.53

0.00075

0.02196

Extracción de centrifugación

0.5

0.6

0.00019

1.066458

807.41

825.11

12.5587

12.6266

0

0.2

0.00024

1.360658

48.49

71.57

0.00308

0.08967

Producción de harina de trigo por molienda en cuatro 0 pasos mediante rodillos

0

0

0

0

0

0.0003

0.0003

Producción de harina de maíz con precocido en columna

0

0

1.10E-05

0.062988

2.27

3.31

40.6001

40.6042

Producción de maíz trillado con cono desgerminador

0

0

0

0

0

0

12.9

12.9

0.5

0

0

662.06

662.06

0.53384

0.53384

leche

liquida

higienizada

por

Producción de leches fermentación maduración

ácidas

higienizadas

por

Producción continua de pulpa de frutas Producción de jugos de frutas pasterizado en continuo

aceite

Refinación química fraccionamiento

vegetal de

por

aceite

prensado

con

vegetal

sin

Producción de azúcar cruda por imbibición, clarificación por centrifuga, evaporación multiefecto y cristalización 0.5 discontinua

111

Producción de panela en bloque con prelimpiadores, 0.6 cámara ward y pailas evaporadoras aleteadas

0.6

0

0

901.48

901.48

0.72689

0.72689

Producción de panela en bloque con prelimpiadores, 1.1 cámara tradicional y pailas evaporadoras redondas

3.5

0.00388

21.66852

1438.54

1798.1

0.57991

1.95876

Producción de chocolate en pastilla por tostación con 0 aire caliente y maduración en frío

0.1

8.00E-05

0.448539

16.15

23.59

0.12902

0.15756

Producción de confites de chocolate por moldeado y tostación con airee caliente, con producción intermedia 0 de manteca de cacao

0.1

0.0001

0.56445

20.32

29.69

0.07978

0.1157

Producción de caramelos por cocción instantánea, 0.1 mezclado manual y cámara de enfriamiento rápida

0.4

0.00055

3.687

110.49

161.42

0.00695

0.20223

Producción de alimentos concentrados para ganado por 0 molienda y mezclado en seco sin peletizado

0

0

0

0

0

17.2

17.2

Producción de alimentos concentrados para aves por 0 molienda y mezclado en seco sin peletizado

0

0

0

0

0

17.1

17.1

Producción de alimentos concentrados para aves por 0 molienda y mezclado en seco con peletizado

0

2.30E-05

0.1272

4.58

6.69

32.0003

32.0084

Producción de alimentos concentrados para perros por 0 molienda y mezclado en seco con peletizado

0

2.30E-05

0.1272

4.58

6.69

24.5003

24.5084

Producción de alcohol etílico por fermentación 0.9 discontinua de melaza y destilación multietapa

4.2

0.00546

30.54072

2099.67

2606.46

0.06919

2.01261

Producción de cerveza por maceración doble- masa y 0.2 fermentación maduración en cava

1.1

0.00136

7.632

274.82

401.47

0.01729

0.50294

Producción de cerveza por maceración doble- masa y 0.2 fermentación maduración unitanque

1.1

0.00136

7.632

274.82

401.47

0.01729

0.50294

Producción de cebada malteada por secado rotatorio y 0.1 germinación en frío

0.3

0.00044

2.45337

0.00086

4.80975

293.18

373

40.0109

40.317

Producción de cigarrillos sin filtro por proceso primario discontinuo y doble acondicionamiento de la lámina, combustible gas natural Producción de tela asfáltica con refuerzo de papel saturado por inmersión y enfriamiento con cilindros 0 flotantes

0.1

0.00011

0.617111

22.22

32.64

2.7014

2.74067

Producción de cuero curtido al mineral, con depilado 0 químico, secado al vacío y pintado mecánico

0

5.00E-05

0.27984

10.08

14.72

0.00063

0.01844

Producción cuero repujado por troquelado térmico

0

0

1.20E-05

0.069324

2.5

3.65

0.00016

0.00457

Producción de Cuero plastificado mecánico

0

0

1.20E-05

0.069324

2.5

3.65

0.00016

0.00457

charolado

por

barnizado

112

Producción de madera aserrada con descortezado 0.6 mecánico y secado artificial

0.6

0.0783

0

360.9

360.9

3.44395

3.44395

Producción de madera inmunizada por vacío- presión 0 con célula llena (Bethell)

0

3.40E-05

0.19267

6.94

10.13

0.00044

0.0127

Producción de pulpa química al sulfato (kraft) 4.7 blanqueada con sistema de recuperación química

6.2

3.88936

17.80638

43.2528

44.1409

Producción de pulpa química al sulfato (kraft) sin 4.4 blanquear con sistema de recuperación química

5.1

3.78793

9.708446

43.2347

43.6138

Producción de papeles varios por medio de la máquina 0.6 de Fourdrinier

2.7

0.00345

19.30737

0.04374

1.27234

Producción de cartones varios por medio de la máquina 0.6 de Fourdrinier

2.7

0.00345

19.30737

0.04374

1.27234

Producción de abono nitrofosfato por vía fosfonítrica

53.5

0.00069

3.85098

138.66

202.56

0.00872

0.25378

Producción de Ácido nítrico diluido con absorción en 7.7 cilindros a presión simple

7.7

0

0

0

0

0

0

Producción de Ácido sulfúrico a partir de azufre 0 elemental con absorción doble

0.1

2.00014

2.7776699

28

40.91

0.00176

0.05125

Producción de poliestireno por polimerización en masa

0.1

0.3

0.00032

1.814826

65.35

95.46

0.00411

0.1196

Producción de polietileno de baja densidad (PEBD) por 0.3 polimerización en masa a alta presión

1.4

0.00181

10.09507

363.49

531.01

0.02287

0.66526

Producción de polipropileno por polimerización en 0.1 suspensión en fase gaseosa y lecho fluidizado

0.3

0.00033

1.865229

67.16

98.11

0.00423

0.12292

Producción de PVC por polimerización en suspensión

1.7

0.00221

12.38372

445.9

651.39

0.02805

0.81608

Producción de pintura base aceite con molienda única 0 del pigmento

0

0

0

22

22

Producción de pintura base agua con molienda única

0

0

0

0

2.7

2.7

Producción de lacas base aceite con molienda única del 0 pigmento

0

0

0

13.5

13.5

Producción de jabones de tocador por saponificación discontinua, planta de terminado continua y obtención 0.2 de glicerina

1

0.00129

7.198725

259.2

378.66

5.01631

5.47439

Producción de detergente en polvo sin sulfonación y 0.1 secado por atomización

0.6

0.00072

3.999168

144

210.36

40.8091

41.0635

Producción de mezcla asfáltica en caliente dosificación discontinua, combustible fuel- oil

0.1

0.3

0.3

25

25

6

6

53.1

0.4

con

0.1

113

Producción de plástico espumado flexible con polimerización discontinua en masa y moldeado por 0.3 extrusión y troquelado

1.5

0.00193

10.77941

388.13

567

0.02442

0.71036

Producción de artículos cerámicos por molienda discontinua, secado por atomizado, moldeo por 0.5 prensado en seco y mono-cocción

0.5

0.32

0.32

650

650

1.4

1.4

Producción de aparatos sanitarios por molienda 0.4 discontinua, moldeo en húmedo con colaje y bi-cocción

0.4

0.34

0.34

602

602

1.1

1.1

Producción de artículos eléctricos cerámicos por molienda discontinua, moldeo en húmedo por extrusión 0.8 y mono-cocción

0.8

0.67

0.67

1197

1197

1.4

1.4

Producción de vidrio plano por mezclado continuo, fusión en horno continuo con regenerador, estiradoenfriado por rodillos lisos y recocido

11.8

11.8

1038

1038

Producción de envases de vidrio por formado con sistema de soplo y soplo

11.8

11.8

1038

1038

Producción de ladrillos refractarios por molienda 1.6 discontinua, moldeo por prensado y cocción continua

1.6

11.36

11.36

597.43

597.43

0.748

0.748

Producción de artículos de arcilla con molienda discontinua, moldeo por extrusión, y cocción discontinua 0.9 con carbón y secado artificial

0.9

1.54

1.54

201.45

201.45

44.57

44.57

Producción de artículos de gres por molienda discontinua, moldeo por extrusión, secado artificial y 2.1 cocción discontinua (horno colmena), con carbón

2.1

3.63

3.63

473

473

49.1

49.1

Producción de cemento por vía decantación, combustible gas natural

3.7

0

0

1093.7

1093.7

84

84

Producción de cemento por vía seca con decantación, 3 combustible carbón

3

6.8

6.8

1005.7

1005.7

130.6

130.6

Producción de artículos de asbesto-cemento por proceso 0 mecánico húmedo

0

4.30E-05

0.239931

8.64

12.62

0.00054

0.01581

Producción de arrabio por reducción de mineral de hierro con coquización y alto horno

5.5

5.5

680

680

Producción de artículos de acería, laminado en caliente, con cizallamiento proceso integral

0.9

0.9

366

366

Producción de artículos de acero, laminado en caliente, con cizallamiento, horno eléctrico y proceso semiintegral

1.4

1.4

123.3

123.3

húmeda

con

3.7

114

Fabricación de acero de acería, laminado en frío, decapado químico, recocido discontinuo por inmersión

0

0

81

81

Recubrimiento de lámina metálica por electrodeposición continua

0.24

0.24

96

96

Termogeneración combustible gas

eléctrica

por

turbina

a

gas,

3.4

3.4

0.003

0.003

3381

3381

0.01

0.01

Termogeneración eléctrica por turbina a vapor, caldera 3.9 recuperadora combustible carbón

3.9

10.86

10.86

2132

2132

20.43

20.43

Termogeneración eléctrica por turbina a vapor, caldera 1.7 recuperadora combustible gas

0

0.01022

0

2058.56

0

0.12951

0

115

ANEXO FP-2. EJEMPLO DE DATOS DE ENTRADA Y SALIDA PARA LIBERACIONES AL AIRE, AGUA, SUELO EN PRODUCTOS Y RESIDUOS PARA LA CATEGORIA 6, PROCESO DE QUEMA A CIELO ABIERTO Cat

Sub.

Clas

Aire

Vía posible de liberación (µg EQT/t) Producción Agua Suelo Prod. Resid. (t/año)

Liberación anual gEQT/a Aire

Agua

Tierra

1

Procesos de combustión no controlada Quemas/fuegos-biomasa Incendios forestales

5

ND

4

NA

ND

932.748 259.440

22.413 1.297

2

Incendios de praderas y brezos

5

ND

4

NA

ND

183.223

0.916

0.733

3

Quema de residuos agrícolas (en el campo), no impactados

0.5

ND

10

NA

ND

0.000

0.000

30

ND

10

673.308

20.199

6.733

48.478

14.879

a

4

6

1 b

Subcategorías

2 3 4 5

Quema de residuos agrícolas (en el campo), impactados, condiciones deficientes de combustión Incendios, quema de desechos, incendios de rellenos, incendios industriales, incendios Accidentales Incendios de relleno Incendios accidentales de vivienda, fábricas Quema no controlada de desechos domésticos Incendios accidentales de vehículos (por vehículo) Quema de madera a cielo abierto (construcción/demolición)

NA

ND

0

8.504 1.038

0

0

Prod

Resid.

0

0

0

28.584

1.00

ND

NA

NA

600

1

0.001

400

ND

400

NA

400

2.515

1.006

1.006

300

ND

600

NA

600

45.963

13.789

27.578

94

ND

18

NA

18

887

0.083

0.016

60

ND

10

NA

10

0.000

0.000

TOTALES DE LAS SUBCATEGORIAS

37.292

0

8.504

0

28.584

Fuente. Instrumental Normalizado para la identificación y cuantificación de liberaciones de Dioxinas y Furanos. Edición 2.1 Diciembre de 2005. PNUMA Productos Químicos. Ginebra Suiza.

116