manual de inventario de fuentes puntuales

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
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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 capacidad<100 millones de BTU/h ... 51
Tabla 22. Calderas con capacidad>100 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
12
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.
13
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 capacidad<100 millones
de BTU/h
CONTAMINANTE
FACTOR DE EMISIÓN
(lb/103 gal)
PST
SO2
NOX
CO
PM10
VOCs
11.5
157 * S
55.00
5.00
7.17ª
0.76
CALIDAD
A
A
A
A
Tabla 22. Calderas con capacidad>100 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 MMBtu/h)
CO
PM10
VOCs
FACTOR DE EMISIÓN
(lb/106 scf)
FACTOR DE EMISIÓN
(Kg/106m3)
CALIDAD
7.60
0.60
100.00
121.60
9.60
100.00
D
A
B
84.00
1.90
1344.00
30.40
B
B
5.50
88.00
C
Fuente: Fire 6.24.y Capítulo 1.4 “Natural Gas Combustión” Tablas 1.4-1y 1.4-2 del AP-42.
*Para calderas > 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
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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