MANUAL DE INVENTARIO DE FUENTES DIFUSAS Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial Consultor: K2 Ingeniería Ltda. CONSULTOR K-2 INGENIERIA LIBERTAD Y ORDEN MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL República de Colombia EQUIPO TECNICO ÁLVARO URIBE VÉLEZ Presidente de la República Manuel I. Amaya (Gerente) JUAN LOZANO Ministro de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial Carlos Echeverry (Director del Proyecto) CLAUDIA MORA Viceministra de Ambiente Amilcar Rizzo (Asesor) CESAR BUITRAGO Director de Desarrollo Sectorial Sostenible Francisco Andrés Leal Isabel Cristina Rey Johanna Marcela Bastos (Ing. Consultores) HELVER REYES Interventor Contrato FONADE 2070389 Anderson Carrillo Montero Darinel Gónzalez Valle (Ing. Auxiliares) DISEÑO Y DIAGRAMACIÓN K2 INGENIERIA. IMPRESIÓN ISBN DISTRIBUCIÓN GRATUITA Todos los derechos reservados. Apartes de los textos pueden reproducirse citando la fuente. Su reproducción total debe ser autorizada por el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial Calle 37 No. 8-40 Bogotá D.C., Colombia www.minambiente.gov.co DOCUMENTO DESARROLLADO EN EL MARCO DEL CONTRATO FONADE 2070389 Préstamo BIRFNo.7335-con el Banco Internacional de Reconstrucción y Fomento para financiar la implementación del Programa de Inversión Para el Desarrollo Sostenible IDS TABLA DE CONTENIDO 1 DEFINICIÓN .................................................................................................................................................................... 10 2 CATEGORÍAS.................................................................................................................................................................. 11 3 METODOLOGÍAS BÁSICAS DE ESTIMACIÓN DE EMISIONES ......................................................................... 12 3.1 3.2 3.2.1 3.3 3.4 3.5 DATOS DE ACTIVIDAD......................................................................................................................................... 12 FACTORES DE EMISIÓN ....................................................................................................................................... 12 Factores de emisión per capita............................................................................................................................. 12 MODELOS DE EMISIÓN ........................................................................................................................................ 13 BALANCE DE MATERIALES ................................................................................................................................ 13 ENCUESTA Y EXTRAPOLACIÓN......................................................................................................................... 13 4 TÉCNICAS DE AJUSTE DE LOS FACTORES DE EMISIÓN .................................................................................. 15 5 METODOLOGÍAS DE CÁLCULO POR ACTIVIDAD .............................................................................................. 16 5.1 CÁLCULO DE EMISIONES PARA EL QUEMADO DE COMBUSTIBLE EN FUENTES ESTACIONARIAS... 16 5.1.1 Combustión Comercial e Institucional.................................................................................................................. 16 5.1.2 Combustión Doméstica ......................................................................................................................................... 17 5.2 CÁLCULO DE EMISIONES PARA FUENTES MÓVILES QUE NO CIRCULAN POR CARRETERA............... 18 5.2.1 Locomotoras ......................................................................................................................................................... 18 5.2.1.1 5.2.1.2 Locomotoras de arrastre ................................................................................................................................................ 18 Locomotoras de patio .................................................................................................................................................... 20 5.2.2 Aeronaves ............................................................................................................................................................. 20 5.3 CÁLCULO DE EMISIONES PARA EL ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE DE DERIVADOS DE PETRÓLEO ............................................................................................................................................................................. 22 5.3.1 Distribución de gasolina....................................................................................................................................... 22 5.3.2 Tanques de almacenamiento de líquidos orgánicos ............................................................................................. 23 5.3.2.1 5.3.2.2 Información para el tanque de almacenamiento............................................................................................................. 23 Reportes......................................................................................................................................................................... 24 5.4 CÁLCULO DE EMISIONES PARA FUENTES INDUTRIALES LIGERAS Y COMERCIALES.......................... 24 5.4.1 Panaderías............................................................................................................................................................ 24 5.4.2 Actividades de construcción ................................................................................................................................. 25 5.4.3 Carpinterías (Fabricación de tablas o listones de madera) ................................................................................. 28 5.5 CÁLCULO DE EMISIONES PARA EL MANEJO DE RESIDUOS ........................................................................ 29 5.5.1 Tratamiento de aguas residuales .......................................................................................................................... 29 5.5.1.1 5.5.1.2 Modelos de emisión – Water9 ....................................................................................................................................... 30 Factores de emisión ....................................................................................................................................................... 30 5.5.2 Rellenos sanitarios................................................................................................................................................ 32 5.6 CÁLCULO DE EMISIONES PARA FUENTES DE ÁREA MISCELÁNEAS ........................................................ 34 5.6.1 Beneficio de piedra triturada y arena................................................................................................................... 34 5.6.2 Industria Ladrillera .............................................................................................................................................. 35 5.6.3 Vías sin pavimentar .............................................................................................................................................. 35 5.6.4 Vías pavimentadas ................................................................................................................................................ 39 5.6.5 Explotación De Carbón ........................................................................................................................................ 40 5.6.6 Producción de Cal ................................................................................................................................................ 44 5.6.7 Producción de Alimentos Concentrados para Animales....................................................................................... 44 5.6.8 Fundición de Plomo y de Aluminio....................................................................................................................... 47 5.6.9 Tostado de Café y Cacao ...................................................................................................................................... 47 5.6.10 Industria Arrocera ........................................................................................................................................... 47 5.7 CÁLCULO DE EMISIONES PARA EL USO DE SOLVENTES............................................................................. 48 5.7.1 Metodología para Determinar Factores de Emisión para el Uso de Solventes.................................................... 49 5.7.2 Recubrimientos Superficiales de Materiales Metálicos ........................................................................................ 51 5.7.2.1 5.7.2.2 Recubrimiento de latas .................................................................................................................................................. 51 Recubrimientos en la industria automotriz .................................................................................................................... 52 5.8 CÁLCULO DE EMISIONES RELACIONADAS CON LA AGRICULTURA ........................................................ 53 5.8.1 Uso de pesticidas .................................................................................................................................................. 53 5.8.2 Uso de fertilizantes ............................................................................................................................................... 55 6 BIBLIOGRAFÍA............................................................................................................................................................... 58 ANEXO FD-1. PRESIONES DE VAPOR PARA DIFERENTES INGREDIENTES ACTIVOS EN LOS PESTICIDAS ...................................................................................................................................................................................................... 62 ANEXO FD-2. SUPERFICIE AGRÍCOLA SEMBRADA EN COLOMBIA POR CULTIVOS ........................................ 64 LISTADO DE TABLAS Tabla 1. Datos requeridos para estimar emisiones en la combustión industrial, comercial e institucional. ............................... 16 Tabla 2. Factores de Emisión para combustión comercial .......................................................................................................... 17 Tabla 3. Datos requeridos para el cálculo de emisiones por combustión doméstica.................................................................. 17 Tabla 4. Factores de emisión para combustión doméstica.......................................................................................................... 18 Tabla 5. Datos necesarios para estimación de emisiones de locomotoras de arrastre:.............................................................. 19 Tabla 6. Factores de emisión para locomotoras de arrastre........................................................................................................ 19 Tabla 7. Datos requeridos para los cálculos de emisión para locomotoras de patio.................................................................. 20 Tabla 8. Factores de emisión para contaminantes criterio para locomotoras de patio.............................................................. 20 Tabla 9. Factores de emisión para el transporte aéreo con motores pequeños, reportados por la EPA. ................................... 21 Tabla 10. Factores de emisión para el transporte aéreo con motores de turbopropulsión y turbojets....................................... 21 Tabla 11. Datos requeridos para los cálculos de emisión para flotas aéreas............................................................................. 21 Tabla 12. Factores de emisión para el llenado de los tanques de las estaciones de servicio...................................................... 22 Tabla 13. Datos requeridos para estimación de emisiones en panaderías.................................................................................. 25 Tabla 14. Datos requeridos para el cálculo de emisiones en las actividades de construcción ................................................... 26 Tabla 15. Factores de emisión en las actividades de construcción ............................................................................................. 26 Tabla 16. Factores de emisión para el corte y lijado de la madera. ........................................................................................... 28 Tabla 17. Datos y fuentes de recolección de información para estimar emisiones provenientes de las PTAR........................... 31 Tabla 18. Factores de emisión para procesamiento de piedra triturada y arenas...................................................................... 34 Tabla 19. Contenido típico de limos en vías industriales sin pavimentar .................................................................................... 36 Tabla 20. Constantes para las ecuaciones de vías sin pavimentar............................................................................................... 37 Tabla 21. Rango de condiciones de fuente usadas en el desarrollo de las ecuaciones ................................................................ 37 Tabla 22. Factores de emisión por uso de llantas, frenos y exhosto para la flota de vehículos de 1980 ..................................... 38 Tabla 23. Coeficientes de ajuste de tamaño de partículas para el cálculo de emisiones en vías pavimentadas ......................... 39 Tabla 24. Factores de emisión para fuentes abiertas de polvo no controlado en minas de carbón............................................. 42 Tabla 25. Valores típicos para factores de corrección aplicables a las ecuaciones predictivas de factor de emisión ................ 43 Tabla 26. Factores de emisión de PST para algunas actividades a cielo abierto de las minas de carbón .................................. 43 Tabla 27. Factores de emisión para producción de alimentos concentrados para animales...................................................... 46 Tabla 28. Emisiones calculadas para la empresa de concentrados para animales. ................................................................... 47 Tabla 29. Factores de emisión de material particulado (PST, PM10, y PM2.5) para las arroceras ............................................. 48 Tabla 30. Porcentaje de VOCs presentes en los ingredientes inertes de los pesticidas ............................................................... 54 Tabla 31. Factores de emisión para VOCs de los ingredientes activos de los pesticidas ........................................................... 54 Tabla 32. Factores de emisión de amoníaco (NH3) por tipo de fertilizante ................................................................................. 56 Tabla 33. Factores de emisión de amoníaco (NH3) por tipo de animal ...................................................................................... 56 LISTADO DE FIGURAS Figura 1. Factores de emisión per capita..................................................................................................................................... 12 Figura 2. Interfase Nonroad Emisión Model................................................................................................................................ 13 Figura 3. Ejemplo de Extrapolación ............................................................................................................................................ 14 Figura 4. Diagrama esquemático de la Cadena del Carbón........................................................................................................ 41 Figura 5. Diagrama de flujo para el proceso de producción de alimentos concentrados para animales................................... 45 LISTADO DE ABREVIATURAS A AC AD ADj Al2O3 AP-42 Av C c CC Cci Ccn CFC CH4 CI CL CP CP anual CO CO2 CORINAIR di VOCs DANE E ECOPETROL EDS EIIP ELpi EMEP EPA ESP eT EU F FAO FE ft3/día g G gal Nivel de actividad Área a construir en el municipio (m2) Ciclo de aterrizaje y despegue Ciclo AD anuales para avión tipo j. Alúmina Compilation of air pollutant emission factors (compendio de los factores de emisión de contaminantes del aire Área promedio pintada por cada vehículo Combustible transferido (l/mes). Tiempo desde que se clausuró el relleno, años Consumo de gas natural en Colombia Consumo de combustible ferroviario para el área de inventario i (litros ≈ L) Consumo nacional de combustible ferroviario (L) Clorofluorocarbonos Metano Motores de combustión interna Consumo de gas natural por municipio (Cantidad de combustible/unidad de tiempo) Consumo per cápita anual de pan Promedio anual nacional de consumo de pintura Monóxido de carbono Dióxido de carbono Corine: Coordination of Information on the Environment in Europe - Community Programme (Inventario Central de Emisiones Atmosféricas) Distancia del municipio de velocidad desconocida a cada uno de los municipios a los cuales existen reportes de velocidad del viento (m) Compuestos orgánicos volátiles Departamento Administrativo Nacional de Estadística Emisiones (Kg/día) Empresa Colombiana de Petróleos Estaciones de servicio o gasolineras Emisión Inventory Improvement Program Estimado de emisiones anuales (Kg) para el contaminante p para el área de inventario i, para operaciones ferroviarias largas. 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) Environmental Protection Agency (Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos) Precipitador electrostático Eficiencia de fijación de sólidos en la aplicación de pintura Estados Unidos de America Factor de emisión para VOC, NOX, CO, SOX, PM Food and Agriculture Organization (Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación) Factor de emisión Medida de flujo volumétrico, pies cúbicos por día Unidad de masa, gramo aceleración de la gravedad, 9.8 m/s2 Unidad de volumen, galón GLP g/s HP IDEAM in ISA K Kg Kg/h Kg/l Km Kg/m3 l Lo lb lLVi LVn M m2 m3 MAVDT mg / l MIFD mil mm Mph MUR N NMOC NOX NPi NT NV t P Po Pa PC pH PM2.5 PM10 PM15 PM30 Pob ppmv Psia PST PTAR QCH4 Q VOCs r R s Gas licuado de petróleo Medida de flujo másico, gramos por segundo Unidad de potencia, caballos de fuerza Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia Unidad de longitud, pulgada Interconexión Eléctrica S.A. Constante de generación de metano, año-1 Unidad de masa, kilogramo Medida de flujo másico, kilogramo por hora Medida de concentración, kilogramo por litro Unidad de longitud, kilómetro Medida de concentración, kilogramo por metro cúbico. Unidad de volumen, litro Potencial de generación de metano de la basura, m3 CH4 /t basura Unidad de masa, libra Longitud de las vías en el área de inventario i (Km) Longitud nacional de las vías ferroviarias (Km) Peso molecular (Kg/Kmol) Unidad de área, metro cuadrado Unidad de volumen, metro cúbico Ministerio de Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial Medida de concentración, miligramo por litro Manual inventario de fuentes difusas Unidad de longitud, milipulgada (1000 mil = 1 in) Unidad de longitud, milímetro Unidad de velocidad, millas por hora Modulo de uso de recurso Número de días en el periodo promedio (por ejemplo 365 para anual, 30 para mensual) Compuestos orgánicos diferentes a metano Óxidos de nitrógeno Número de locomotoras de patio que operan en un área de inventario i Número de talleres de aplicación de recubrimientos para autos Cantidad diaria promedio de vehículos que se le aplican pinturas Unidad de masa, tonelada métrica (1000 Kg = 1 t) Presión atmosférica (Pa) Presión atmosférica al nivel del mar Unidad de presión del Sistema Internacional de Unidades (Pa) Población de Colombia. Potencial de hidrogeno, puede considerarse medida del grado del grado acidez Material particulado menor a 2.5 micrómetros Material particulado menor a 10 micrómetros Material particulado menor a 15 micrómetros Material particulado menor a 30 micrómetros Población del municipio. Unidad de concentración, partes por millón volumétricas Unidad de presión medida con respecto al vacío total Partículas suspendidas totales Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Generación de metano, m3/año Emisión de Compuestos orgánicos volátiles, m3/año Recepción promedio anual de basura durante la vida activa, t/año Constante de los gases, 8,31441 m3 Pa/Kmol °K contenido de limo en la superficie del camino (%) S Sc sL SO2 SOX SST T te Tf TMprod TPD TR TrN prom u UMVOCs UPME VAT Vc VKT VKTp VMT W Z Σ Cp ºC ºF %STEM ρ ρpromP Representa el contenido de azufre en el combustible expresado como % en peso Concentración de sólidos presentes (gal sólidos/gal pintura) Contenido de limos (partículas con diámetro inferior a 75 µm) en la superficie de la vía (g/m2) Dióxido de azufre Óxidos de sulfuro Sólidos suspendidos totales Temperatura Edad en años Espesor de película o de capa Tamaño promedio de las tablas producidas (m3) Tráfico promedio diario Cantidad promedio por ciudad o región de trabajadores que laboran en la aplicación de recubrimientos sobre superficies metálicas Promedio nacional de trabajadores vinculados directamente a cada una de las actividades específicas en la que se empleen solventes Velocidad del viento Emisión de VOCs, Kg/año Unidad de Planeación Minero Energética Volumen agua tratada (l/año) Composición de VOCs en el solvente (lb VOCs/gal pintura) Kilómetros recorridos por vehículo kilómetros transitados por toda la flota vehicular de la vía Millas recorridas por vehículo Peso promedio del vehículo (t) Altura sobre el nivel del mar (m) Sumatoria de las concentraciones de todos los contaminantes Unidad de temperatura, Grados Celsius o centígrados Unidad de temperatura, Grados Fahrenheit Porcentaje promedio de composición másica del solvente en las pinturas empleadas Densidad Densidad promedio de las pinturas empleadas en la industria de recubrimientos 1 DEFINICIÓN De acuerdo a la normatividad ambiental colombiana (Decreto 948 de 1995) las fuentes dispersas o 1 difusas son aquellas en que 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. Este mismo decreto, en el artículo 2 define las áreas-fuente como determinadas zonas o regiones urbanas, suburbanas o rurales, que por albergar múltiples fuentes fijas de emisión, son consideradas como áreas especialmente generadoras de sustancias contaminantes del aire; como ejemplos de estas zonas se podría mencionar los sectores urbanos donde se encuentran localizadas las estaciones de servicio (gasolineras), o sectores de la ciudad donde se encuentran ubicadas industrias pequeñas relacionadas con la aplicación de recubrimientos, carpinterías, zapaterías, etc., un ejemplo de área-fuente rural sería las regiones en donde se encuentran concentrados pequeños y numerosos trapiches de producción panelera. Por otra parte, el Decreto 979 de 2006 clasifica las áreas-fuente de acuerdo a la velocidad de emisión y concentración de contaminantes, en cuatro niveles que van desde áreas de contaminación alta hasta áreas de contaminación marginal (donde la concentración de contaminantes, teniendo en cuenta todas las condiciones naturales, de ventilación y dispersión excede con una frecuencia superior al 10% e inferior del 25% de los casos, la norma de calidad anual). Sin embargo, existen ciertas zonas (especialmente rurales) donde se encuentran algunas actividades industriales que debido a su bajo nivel de actividad no alcanzan a ingresar siquiera al tipo de área de contaminación marginal, sin que esto signifique que no deban ser incluidas dentro del inventario de emisiones; este tipo de situaciones deberán ser incluidas bajo el modo de fuentes de área. 1 El Programa de Inventarios de México utiliza el término Fuentes de área para referirse a aquellas que son demasiado numerosas y dispersas como para ser incluidas en un inventario de fuentes puntuales. La EPA usa el termino Non point sources (Fuentes no puntuales) para nombrar a aquellas fuentes que no califican individualmente como puntuales, pero que de forma grupal emiten cantidades considerables de contaminantes a la atmósfera. 10 2 CATEGORÍAS De forma contraria a como se maneja un inventario de fuentes puntuales en cuanto a la clasificación por actividades industriales e identificación de equipos específicos emisores de contaminantes, el inventario de fuentes difusas generalmente consiste de las siguientes grandes categorías: • • • • • • • Combustión en fuentes fijas (agrupación de fuentes fijas con bajo nivel de actividad y que se encuentran localizadas en la misma región o área a estudiar). Uso de solventes (analizada como área-fuente) Almacenamiento y transporte de derivados de petróleo, haciendo referencia específicamente a las Estaciones de Servicio (analizada como área-fuente) Fuentes industriales y comerciales ligeras Fuentes agrícolas Manejo de residuos Fuentes de área misceláneas Cada una de estas categorías está integrada por otras subcategorías más específicas (por ejemplo: el uso de solventes orgánicos que incluye el uso comercial o doméstico de solventes, lavado en seco y limpieza de superficies), que son determinadas por sus procesos de emisión similares o bien, por la similitud en los métodos para estimar sus emisiones. También se puede hacer otra clasificación teniendo en cuenta la estimación de emisiones: • Operaciones Primarias de Manufactura: Incluye los establecimientos del sector manufacturero que son demasiado pequeños para ser incluidos en el inventario de fuentes puntuales. Para establecer las emisiones se utilizan generalmente datos de un subconjunto de estos establecimientos y estos se extrapolan a toda la industria por medio del uso de niveles de actividad como producción o número de empleados. • Operaciones Clave de Proceso: Incluye las operaciones de proceso que son manejadas de forma grupal, pero sin identificar el tipo de establecimiento o los productos manufacturados. Un ejemplo de este tipo es el desengrasado industrial. • Actividades Humanas no Industriales: Incluye las emisiones que se presentan sobre extensas regiones geográficas y que involucran algún tipo de actividad humana, como por ejemplo el uso de pesticidas y la aplicación comercial o doméstica de solventes. • Fuentes Móviles que no Circulan por Carretera: Se caracterizan por ser móviles y tener motores de combustión interna, sin embargo no circulan por carreteras. Algunos ejemplos son las aeronaves, las locomotoras y las embarcaciones marítimas. 11 3 METODOLOGÍAS BÁSICAS DE ESTIMACIÓN DE EMISIONES2 Por lo general las emisiones de fuentes dispersas se calculan a partir de factores de emisión y de niveles de actividad: 3.1 DATOS DE ACTIVIDAD Actividad es la medida de una categoría de fuentes que constituye un indicador directo o sustituto de las emisiones. Puede ser una medida directa de la producción o del uso de un material (por ejemplo: la cantidad de combustible quemado, o de gasolina vendida, o de solvente usado) también puede emplearse una medida sustituta basada en promedios nacionales (por ejemplo: población, empleo en la industria, etc.). 3.2 FACTORES DE EMISIÓN El uso de factores de emisión basados en el censo es un método eficiente para tipos de fuentes de emisión que están dispersas y son numerosas, que no pueden ser caracterizadas por el conocimiento de las tasas de proceso, de consumo de combustible y/o de alimentación de material. Comparado con las otras metodologías, el uso de factores de emisión basados en el censo es la opción más efectiva, en relación costo-beneficio. Sin embargo, cabe señalar que gran parte de los factores de emisión han sido desarrollados a partir de datos estadounidenses. Las estimaciones realizadas utilizando este método, no reflejarán una variabilidad significativa entre regiones y dependiendo del factor de emisión utilizado no se apreciará la diferencia entre los procesos. 3.2.1 Factores de emisión per capita Las emisiones pueden ser determinadas a través de factores de emisión per cápita, si se supone que se pueden asociar con la población de manera razonable. Esta suposición es válida para ciertas actividades, no deben ser utilizadas de manera indiscriminada para aquellas fuentes cuyas emisiones no se correlacionan bien con la población, por ejemplo, las industrias grandes como plantas petroquímicas o cementeras. Figura 1. Factores de emisión per capita 2 Adaptado y complementado de Guía de Elaboración y Usos de Inventarios de Emisiones. Instituto Nacional de Ecología de México 12 3.3 MODELOS DE EMISIÓN Los modelos de emisión están diseñados para producir estimados de emisiones más precisos que los obtenidos mediante factores de emisión. Sin embargo, estos modelos han sido desarrollados sólo para un número limitado de categorías de fuentes de área. La precisión de los resultados de un modelo de emisiones depende no sólo de la calidad de los datos de entrada, sino también de los supuestos sobre los que se basa el modelo. Para las fuentes móviles que no circulan por carretera se utiliza el modelo NONROAD, que requiere como información de entrada básicamente: • • • • • Temperatura ambiente Altitud Calidad de los combustibles Uso del equipo Cantidad de combustible NONROAD determina emisiones de contaminantes como NOX, SOX, COV y PM10. Figura 2. Interfase Nonroad Emisión Model 3.4 BALANCE DE MATERIALES El enfoque de balance de materiales es adecuado para estimar emisiones asociadas con la evaporación de solventes. En su forma más sencilla, este método asume la evaporación de todo el solvente consumido por una fuente. 3.5 ENCUESTA Y EXTRAPOLACIÓN En este caso se envía un cuestionario a un conjunto de establecimientos, y los resultados son extrapolados a los establecimientos restantes con base en algún parámetro que esté relacionado con los niveles de emisión. Sin embargo la encuesta debe ser cuidadosamente planeada y ejecutada para que esta calificación tenga validez. El objetivo de las encuestas para fuentes de área es establecer un valor promedio para un conjunto particular de parámetros (incluyendo los factores de emisión) que puedan usarse para 13 estimar las emisiones de toda una subcategoría de fuentes de emisión. Por ejemplo, pueden determinarse la cantidad promedio de pintura, o la cantidad promedio de gas licuado de petróleo (GLP) que se utiliza por vivienda, como valores promedio que permitan la estimación de emisiones. Figura 3. Ejemplo de Extrapolación 14 4 TÉCNICAS DE AJUSTE DE LOS FACTORES DE EMISIÓN3 Es probable que durante la elaboración de los cálculos de emisiones de fuentes de área, o después de que han sido elaborados, los valores necesiten ser ajustados para evitar ser duplicados en el inventario de fuentes puntuales; para compensar los controles que estén instalados en algunos procesos o para ajustar las emisiones al ser comparados con otros inventarios. En general, los ajustes deben hacerse a los datos de actividad de fuente de área o a los factores de emisión antes de realizarse el cálculo, más que en los estimados de emisión mismos. Cuando un inventario de fuentes puntuales y un inventario de fuentes de área incluyen emisiones del mismo proceso, existe la posibilidad de duplicar dichas emisiones. En estos casos, el estimado de emisión de la fuente de área debe ser ajustado. Ciertas categorías de fuentes de área, tales como el uso comercial y doméstico de solventes, y el recubrimiento de superficies arquitectónicas no requieren ningún ajuste de fuente puntual. Otras, como el quemado de combustible, los procesos industriales y la utilización de solventes pueden compartir procesos con las fuentes puntuales. Para evitar la duplicación, la actividad de la fuente puntual es restada de la actividad total para la categoría de fuente. El estimado del nivel de actividad para emisiones de fuentes de área se muestra en la siguiente ecuación: Actividad de Fuente de Área = Actividad Total de la Categoría de Fuente - Suma de la Actividad de Fuentes Puntuales Por ejemplo, si las emisiones de fuentes de área son calculadas utilizando el empleo, el número de empleos en las fuentes puntuales debe restarse del inventario regional de empleo, para arrojar el empleo de las fuentes de área. Si la actividad de fuentes de área resultante es menor que cero, los datos de fuentes puntuales deben ser revisados, y cualesquier errores encontrados deben corregirse. Si, después de esto la actividad de fuentes sigue siendo menor que cero, se asume que la actividad de fuentes de área es igual a cero, con emisiones generadas solamente en fuentes puntuales. 3 Manual Del Programa De Inventarios De Emisiones De México. Volumen V-Fuentes de área 15 5 METODOLOGÍAS DE CÁLCULO POR ACTIVIDAD 5.1 5.1.1 CÁLCULO DE EMISIONES PARA EL QUEMADO DE COMBUSTIBLE EN FUENTES ESTACIONARIAS Combustión Comercial e Institucional La combustión industrial es el uso de carbón, petróleo, queroseno, gas natural, gas licuado de petróleo (GLP) y madera para la generación de calor y energía en los establecimientos industriales. Estos combustibles pueden ser quemados en un gran número de diferentes tipos de equipos, incluyendo calderas, motores de combustión interna (CI), hornos, calentadores y otras unidades de calentamiento siempre y cuando sean demasiado pequeñas para ser incluidas en un inventario de fuentes puntuales. Las plantas termoeléctricas son excluidas de esta categoría, y deben ser inventariados como fuentes puntuales. Los establecimientos comerciales e institucionales son aquellos relacionados con el comercio minorista y mayorista, hoteles, restaurantes, escuelas, hospitales, edificios gubernamentales, etc. Los contaminantes criterio emitidos por este tipo de fuente son VOCs, CO, NOX, SOX y PST. Los datos de ingreso necesarios para el inventario de fuentes dispersas y las correspondientes fuentes de donde pueden ser obtenidos (a nivel nacional o por fuentes internacionales) se mencionan en la tabla 1. Tabla 1. Datos requeridos para estimar emisiones en la combustión industrial, comercial e institucional. DATOS Consumo de Combustible, por tipo Características del combustible Población de Colombia y del municipio a inventariar Factores de emisión FUENTES UPME ECOPETROL DANE AP-42 La fórmula para calcular las emisiones de contaminantes por combustión de gas natural es la siguiente: E = CL x F Donde: E: emisiones (Kg/día) CL: consumo de gas natural por municipio (Cantidad de combustible/unidad de tiempo) F: factor de emisión para VOC, NOX, CO, SOX, PM Para calcular la cantidad de gas natural consumida por municipio, se halló un valor per cápita basándose en información dada por la Unidad de Planeación Minero Energética – UPME y en la población del año 2005 encontrada a través del censo de ese año realizado por el DANE. La fórmula para hallar el consumo de gas natural por municipio es la siguiente: CL = CC x Pob / PC Donde: CC: consumo de gas natural en Colombia Pob: población del municipio. PC: población de Colombia. 16 Los factores de emisión para la combustión comercial se resumen en la tabla 2. Tabla 2. Factores de Emisión para combustión comercial CONTAMINANTE GAS NATURAL 3 (Kg/m ) -5 PST 7.2*10 PM2.5 0.000120 -6 DIESEL 3 (Kg/m ) GLP 3 (Kg/m ) GASÓLEO 3 (Kg/m ) 0.24 0.11 0.84 0.03 < 0.01 0.193 0.085 0.000190 36.0 SO2 9.6*10 CO 0.000320 0.60 0.50 0.60 NOX 0.0016 2.40 3.50 2.40 VOCs 0.000128 0.067 0.13 0.067 Fuente: EPA AP-42Capítulo 1. “External Combustion Sources” Ejemplo: El consumo de gas natural en el sector industrial colombiano en el año 2007 de acuerdo a la UPME 3 es de aproximadamente 600 millones de pies cúbicos por día (ft /día). Calcular las emisiones para el municipio de Bucaramanga. Desarrollo: Municipio: Bucaramanga Población del municipio, Pob = 509918 habitantes Población de Colombia, PC = 42090502 habitantes 6 3 Consumo de gas natural en Colombia, CC =600*10 ft /día Consumo de gas natural por municipio, CL = CC x Pob / PC 6 3 = 600*10 ft /día x (509918 habitantes/42090502 habitantes) 3 3 = 7262879.8 ft /día = 205709.29 m /día Cálculo de emisiones: -5 3 EPST = CL x FPST = 205709.29 m3/día x 7.2X10 Kg/m = 14.807 Kg PST/día ESO2 = CL x FSO2 = 1.974 Kg SO2/día ENOX = CL x FNOX = 329.06 NOX Kg/día ECO = CL x FCO = 65.81 CO Kg/día EVOCs = CL x FVOC’S =26.32 VOCs Kg/día 5.1.2 Combustión Doméstica La categoría de combustión doméstica (combustibles comerciales) se refiere a la combustión de carbón, aceite, gas natural y GLP para la calefacción de viviendas. Los principales contaminantes emitidos de este tipo de combustión son VOCs, CO, NOX, SOX, y PST; el ingreso de datos para la realización de los cálculos de estimadores de emisión de esta fuente se señalan en la tabla 3. Por otra parte, la tabla 4 registra los factores de emisión correspondientes a este tipo de fuente. Tabla 3. Datos requeridos para el cálculo de emisiones por combustión doméstica. DATOS Consumo de combustible, por tipo Características del combustible Datos de población o vivienda Factores de Emisión FUENTES UPME ECOPETROL DANE AP-42 17 Tabla 4. Factores de emisión para combustión doméstica CONTAMINANTE PST SO2 CO NOX VOCs GAS NATURAL (Kg/m3) -5 7.2*10 -6 9.6*10 0.000320 0.001600 0.000128 GLP (Kg/m3) 0.11 0.00019 (S) 0.50 3.50 0.13 Fuente: EPA AP-42Capítulo 1. “External Combustion Sources” (S) representa el contenido de azufre en el combustible expresado como % en peso Ejemplo: El consumo de GLP en el sector residencial colombiano es de 2937.2 m3 diarios en el año 2005 de acuerdo a la UPME. Calcular las emisiones para el municipio de Medellín. Teniendo en cuenta además que el consumo de GLP en Colombia fue de 21235 barriles diarios, de los cuales aproximadamente el 87% tiene uso residencial. Desarrollo: Consumo de GLP para uso residencial: 21235 x (87/100) = 18474.45 barriles/día = 2937.2 m3/día Municipio: Medellín Población: 2223660 habitantes Consumo de GLP por municipio, CL = 1557.81 m3/día De acuerdo a ECOPETROL %S = 0.3% Emisiones: E = CL x F EPST = 0.112 Kg/día ESO2 = 0.088 Kg/día ENOX = 5452.335 Kg/día ECO = 778.905 Kg/día EVOCs = 202.51 Kg/día 5.2 5.2.1 CÁLCULO DE EMISIONES PARA FUENTES MÓVILES QUE NO CIRCULAN POR CARRETERA Locomotoras Las locomotoras pueden tener dos tipos de operación: de arrastre (foránea) y de patio (o cambio). 5.2.1.1 Locomotoras de arrastre Las locomotoras de arrastre generalmente viajan entre localidades distantes, desde una ciudad a otra (incluyendo el servicio de carga intermodal, el servicio de carga mixto y el transporte de pasajeros), usando locomotoras con una potencia de 3.000 HP. Las locomotoras de patio básicamente son responsables del movimiento de vagones dentro de un patio de trenes particular, tienen una potencia de 1800 HP. 18 En la mayoría de los sistemas ferroviarios existen dos tipos de locomotoras: diesel y dieseleléctricas. Las primeras son alimentadas por la electricidad que es generada en las plantas estacionarias de energía y distribuida por un tercer riel, o por un sistema aéreo. Las emisiones son producidas solamente en la planta de generación eléctrica y no son cubiertas en un inventario de fuentes móviles que no circulan por carreteras. Las locomotoras diesel-eléctricas utilizan un motor diesel, y un alternador o generador para producir la electricidad requerida para alimentar los motores de tracción. En Colombia todas las empresas ferroviarias de carga utilizan combustible Diesel para su operación, con excepción de Paz del Río, que opera el único ferrocarril eléctrico de carga del país. Por otro lado en el transporte de pasajeros se utiliza energía eléctrica, con excepción de los de 4 fines turísticos que usan Crudo de Castilla . En la tabla 5 se mencionan los datos necesarios para las estimaciones de emisiones para las locomotoras de arrastre. Finalmente, en la tabla 6 se reportan los valores de factores de emisión definidos por la Environmental Protection Agency de los Estados Unidos (EPA). Tabla 5. Datos necesarios para estimación de emisiones de locomotoras de arrastre: DATOS FUENTES Consumo de combustible ferroviario Longitud de vías ferroviarias del país y la región a inventariar Factores de Emisión Ministerio de Minas y Energía, Información del Sector Eléctrico colombiano ISA Ministerio de Transporte AP-42 Tabla 6. Factores de emisión para locomotoras de arrastre CONTAMINANTE PST SO2 NOX CO FACTOR DE EMISIÓN (Kg/L) 0.0014 0.0043 0.0591 0.0075 Fuente: EPA, AP-42 Para estimar las emisiones para locomotoras de arrastre primero debe estimarse la cantidad de combustible quemado en el área de interés: Cci = Ccn x LVi/LVn Donde: Cci = Consumo de combustible ferroviario para el área de inventario i (litros ≈ L) Ccn = Consumo nacional de combustible ferroviario (L) LVi = Longitud de las vías en el área de inventario i (Km) LVn = Longitud nacional de las vías ferroviarias (Km). Luego se multiplica este valor obtenido por el factor de emisión del contaminante a determinar las emisiones: ELpi = Cci x FELp Donde: ELpi = Estimado de emisiones anuales (Kg) para el contaminante p para el área de inventario i, para operaciones ferroviarias largas. 4 Información del sector eléctrico colombiano, ISA. Numero 94 (Marzo 19-Marzo 25/98) 19 Cci = Consumo de combustible ferroviario para el área de inventario i (L/año) FELp = Factor de emisión para el contaminante p (Kg/L) 5.2.1.2 Locomotoras de patio En las tablas 7 y 8 se reportan tanto los datos que se necesitan para realizar los cálculos estimadores de emisiones como los factores de emisión sugeridos por la EPA para este tipo de fuente. Tabla 7. Datos requeridos para los cálculos de emisión para locomotoras de patio DATOS Numero de Locomotoras de patio en servicio en el área del inventario Factores de Emisión FUENTES Ministerio de Transporte AP-42 Tabla 8. Factores de emisión para contaminantes criterio para locomotoras de patio CONTAMINANTE PST SO2 NOX CO FACTOR DE EMISIÓN (Kg/locomotora.año) 516 1.395 18.873 3.345 Fuente: EPA, AP-42 Las emisiones de las locomotoras de patio se obtienen multiplicando el número de unidades que operan dentro del área del inventario, por las emisiones generadas por cada unidad durante el año: EPpi = NPi x FEpp Donde: EPpi = Emisiones anuales estimadas (Kg) para el contaminante p para un área de inventario i, para las operaciones de locomotoras de patio NPi = Número de locomotoras de patio que operan en un área de inventario i FEpp = Factores de emisión para las locomotoras de patio para el contaminante p (Kg/año) 5.2.2 Aeronaves Las emisiones de las aeronaves son afectadas por el ajuste de la válvula de estrangulación, es decir, el porcentaje de máximo poder que los motores producen en un tiempo dado. Sin embargo, el ajuste de potencia es predecible, dado el modo de operación específico en el que la aeronave está funcionando. Para propósitos del desarrollo del inventario, se considera que existen cinco modos de operación: • Aproximación (30-40% de estrangulación) • Carreteo/Reposo Llegada (3-7% de estrangulación) • Carreteo/Reposo Salida (3-7% de estrangulación) • Despegue (100% de estrangulación) • Ascenso (85-90% de estrangulación). En conjunto, estos cinco modos integran el ciclo de aterrizaje y despegue (AD), que constituye las bases para asignar las emisiones de la aviación a una región determinada. De acuerdo a la Aerocivil el número de operaciones de aeronaves (aterrizajes y despegues) fue de 556317 en los aeropuertos principales de Colombia y otros 468264 en los demás aeropuertos lo que suma más de un millón de operaciones en el año 1999. 20 Se asume que las aeronaves comerciales utilizadas alrededor del mundo tienen características de emisión similares. Si bien los datos que aquí se presentan fueron desarrollados en EU, podrían constituir estimados de emisión razonables para las aeronaves que operan en los aeropuertos colombianos. Es posible hacer un estimado grueso de las emisiones para cada categoría de aviones, utilizando los índices de emisión basados en una mezcla representativa de la flota aérea. Los siguientes índices fueron calculados con base en los datos de la flota aérea estadounidense de 1988 para la aviación general (ver tabla 9 y 10). Tabla 9. Factores de emisión para el transporte aéreo con motores pequeños, reportados por la EPA. CONTAMINANTE VOCs SO2 NOX CO FACTOR DE EMISIÓN (Kg por AD) 0.179 0.005 0.029 5.449 Fuente: Manual de Inventarios de emisiones de fuentes de área de México. Cap. 5.3 Tabla 10. Factores de emisión para el transporte aéreo con motores de turbopropulsión y turbojets CONTAMINANTE VOCs SO2 NOX CO FACTOR DE EMISIÓN (Kg por AD) 0.376 0.007 0.072 12.76 Fuente: Manual de Inventarios de emisiones de fuentes de área de México. Cap. 5.3 Estos factores de emisión pueden ser aplicados a la siguiente ecuación para estimar las emisiones: Ei-j = FEi-j x ADj Donde: Ei-j = Emisiones totales de contaminante i, en Kg, producidos por avión tipo j FEi-j = Factor de emisión para el contaminante i, en Kg de contaminante por AD para avión tipo j ADj = Ciclo AD anuales para avión tipo j. En la tabla 11 se observan los datos necesarios para la estimación de las emisiones por el tráfico aéreo, así como también las vías de información que deben emplearse a nivel nacional para obtener dichos registros. Tabla 11. Datos requeridos para los cálculos de emisión para flotas aéreas DATOS Datos de Aterrizaje y despegue Factor de Emisión FUENTES Aeronáutica civil, Aeropuertos locales Flota aérea estadounidense 21 5.3 5.3.1 CÁLCULO DE EMISIONES PARA EL ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE DE DERIVADOS DE PETRÓLEO Distribución de gasolina La gasolina es el producto final del proceso realizado en las refinerías petroquímicas (para ver la estimación de emisiones de dicha actividad industrial, dirigirse al Cap. 4.15 del Manual de Inventario de Fuentes Puntuales). Una vez finalizado el proceso productivo de este combustible, se procede con el transporte en tanques cisternas o “carro-tanques” desde las refinerías hasta las plantas y terminales a granel y finalmente a las estaciones de servicio. La gasolina es transportada desde las refinerías hasta las estaciones de servicio u otro tipo de industrias que requieran de este combustible para su operación, a través de oleoductos o a través de tanques cisterna (carro-tanques). Las emisiones generadas por la descarga de los tanques cisterna y el correspondiente llenado de los tanques de almacenamiento de las estaciones expendedoras de gasolina (estaciones de servicio o gasolineras - EDS) son contabilizadas como fuentes dispersas de emisiones contaminantes al aire. Las emisiones de la descarga de los tanques cisterna se ven afectadas por el hecho de que el tanque de la estación de servicio esté equipado para llenado sumergido, llenado abrupto por el tope o llenado controlado por el tope. Por lo tanto se debe obtener información (mediante encuestas en las estaciones de servicio en el área) acerca del método empleado para el llenado. En el método de carga por el tope, se desciende parcialmente la manguera de llenado para servir la gasolina dentro del tanque de carga. Durante esta operación se presenta turbulencia y contacto entre el vapor y el líquido lo que resulta en altos niveles de generación y pérdida de volátiles. Si la turbulencia es suficientemente grande (llenado abrupto), algunas gotas de líquido de diámetro equivalente pequeño serán arrastradas en los vapores venteados. Un segundo método es el de carga sumergida, el cual se puede dividir en dos tipos: el método de manguera de llenado sumergida y el método de cargado por el fondo. En el primero, la manguera de llenado se extiende casi hasta el fondo del tanque. En el segundo, se une una manguera permanente de llenado al fondo del tanque. Durante la mayor parte de las cargas sumergidas por ambos métodos la apertura de la manguera queda debajo del nivel de la superficie del líquido. La turbulencia del líquido se controla en gran medida durante la carga sumergida lo que resulta en la reducción de vapores generados respecto al proceso por barboteo. Además de las emisiones correspondientes a la carga de los tanques de las EDS, también deben calcularse las emisiones en los tanques de almacenamiento propiamente dichas (ver Manual Inventario de Fuentes Difusas, sección 5.3.2 “Tanques de almacenamiento de líquidos orgánicos”). Para la estimación de las emisiones generadas por la distribución de gasolina es necesario conocer las características y tipos de combustible distribuidos (estos datos pueden ser suministrados por la UPME y ECOPETROL) y a través de encuestas en las estaciones de servicio se puede llegar a conocer el método empleado para el llenado de tanques; finalmente en el AP-42 de la EPA se pueden encontrar los correspondientes factores de emisión (ver tabla 12). Tabla 12. Factores de emisión para el llenado de los tanques de las estaciones de servicio MÉTODO DE CARGA Llenado sumergido Llenado abrupto por el tope Llenado controlado por el tope FACTOR DE EMISIÓN VOCs (mg / l de combustible) 880.0 1.38 40.00 Fuente EPA, AP-42. Capítulo 5.2 “Transportation and Marketing of Petroleum Liquids” Tabla 5.2-7 22 Para estimar las emisiones, se aplica el factor de emisión para la descarga de los tanques cisterna al combustible total distribuido como se indica en la siguiente ecuación: Edp = FEdp x C Donde: Edp = Emisiones totales de la descarga de tanques cisternas (Kg/mes) FEdp = Factor de emisión para las pipas durante la carga de combustible dependiendo del método de carga (Kg/L) C = Combustible transferido (l/mes). Ejemplo: En la ciudad de Bucaramanga se distribuyen a las Estaciones de Servicio (EDS) 6172100 galones de combustible mensual utilizando el método de carga por llenado sumergido. Determinar las emisiones totales de la descarga de los tanques cisterna. Desarrollo: Los cálculos se realizan partiendo de la suposición que todas las EDS a las que les fue suministrado el combustible emplean únicamente el método de carga por llenado sumergido. FEdp = Factor de emisión para los carro tanques durante la carga de combustible dependiendo del método de carga = 0.88 Kg/L C = Combustible distribuido = 23330538 l/mes Edp = FEdp x C Edp = Emisiones totales de la descarga de carro tanques = 20530873.44 Kg/mes 5.3.2 Tanques de almacenamiento de líquidos orgánicos El programa TANKS 4.0 de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos EPA fue diseñado para estimar emisiones al aire a partir de líquidos orgánicos en tanques de almacenamiento. TANKS 4.0 permite ingresar información específica acerca del tanque de almacenamiento, el contenido líquido y la ubicación del tanque para generar un reporte de emisiones al aire. 5.3.2.1 Información para el tanque de almacenamiento • Tipo de tanque TANKS 4.0 proporciona diferentes registros de entrada de datos para cinco tipos de tanques: - Tanques verticales de techo fijo. - Tanques horizontales de techo fijo. - Tanques de techo flotante externo. - Tanques de techo flotante interno. - Tanques de techo flotante externo en forma de cúpula. • Características físicas del tanque. Dentro de la información que se debe alimentar al software es la siguiente: - Diámetro y largo del tanque (pies) - Volumen de trabajo - Frecuencia de llenado Además de información numérica, el programa necesita ser alimentado con información relacionada con la pintura del tanque (color y estado), información acerca del techo del tanque (tipo, altura, radio, color y estado de la pintura), es necesario especificar si el tanque es calentado, aislado o posee algún otro dispositivo que regule su temperatura y detallar si el 23 tanque es elevado o subterráneo. En el caso de tanques subterráneos las opciones de techo y pintura aparecen inactivas. • Selección del sitio Es necesario establecer el municipio o ciudad mas cercana a la ubicación del tanque para el cual los datos meteorológicos están disponibles. Este software permite alimentar la base de datos de meteorología, permitiendo incorporar nuevos municipios. La velocidad del viento (mph) de los diferentes municipios se estima a partir de los datos recopilados en las estaciones meteorológicas de los municipios donde se encuentre información mediante la siguiente ecuación: n ∑u u= i i =1 n di ∑ 1d i =1 i Donde: u: Velocidad del viento desconocida (mph). ui: Velocidad del viento de cada municipio para los cuales existen reportes de velocidad del viento (mph). di: Distancia del municipio de velocidad desconocida a cada uno de los municipios a los cuales existen reportes de velocidad del viento (m). Se ingresan además los valores de presión atmosférica (psia) y temperaturas (º F) máximas y mínimas de cada municipio mes por mes. • Contenido del tanque Se debe especificar la categoría química del líquido 5.3.2.2 Reportes El programa TANKS 4.0 luego de ser alimentado con toda la información requerida para los diferentes tipos de tanques, es capaz de generar reportes de emisiones en libras de material volátil, mensuales o anuales y estos a su vez pueden ser tan resumidos o detallados como se requieran. Los reportes se pueden presentar en forma de documento para impresión o en un archivo tipo Microsoft EXCEL. 5.4 5.4.1 CÁLCULO DE EMISIONES PARA FUENTES INDUTRIALES LIGERAS Y COMERCIALES Panaderías Esta categoría de fuente genera emisiones de Compuestos Orgánicos Volátiles (VOCs) producidas por la fermentación de la levadura de los productos de panadería. El etanol es el principal compuesto orgánico volátil emitido en ésta actividad. Los productos de panadería que son químicamente fermentados con polvo de hornear en lugar de levadura, no producen VOCs y no son incluidos en ésta categoría de fuente. 24 Existen dos tipos de procesos de mezcla de la masa con levadura en las panaderías, pero el más usado es proceso de masa esponjada el cual produce la mayor cantidad de emisión porque requiere un tiempo de fermentación entre 5 horas o más. El factor de emisión recomendado por la EPA corresponde a un rango entre 5 - 8 lb VOCs/lb de pan horneado. De igual forma se recomienda tomar el valor más bajo del rango para realizar las estimaciones. Los datos necesarios para la estimación de las emisiones provocadas por las panaderías se encuentran relacionados con sus respectivas fuentes de información en la tabla 13. Tabla 13. Datos requeridos para estimación de emisiones en panaderías. DATOS Consumo per capita anual de pan Datos de población Factor de Emisión FUENTES FAO DANE AP-42 Ejemplo: Calcular las emisiones de panaderías para el municipio de Tunja. Para hallar dichas emisiones es necesario contar con información de la cantidad de pan elaborado en cada municipio; en caso de no poseer la información de forma detallada por municipio, es posible entonces, realizar las estimaciones de contaminantes de acuerdo al consumo por persona de pan, es decir, se manejaría el método per capita, cuya ecuación sería: EP = CP x FP x Pob Donde: EP: emisiones (Kg/día). CP: consumo per cápita anual de pan (dato suministrado para el caso de estudio: 24 Kg pan/año). Pob: población del municipio. FP: factor de emisión (5 Kg VOC/1000 Kg pan elaborado). Este factor de emisión fue tomado del EIIP, Vol. 3. Fuentes de Área. Luego de la conversión de unidades se tiene que: EP = 6.575*10-5 * FP * Pob [Kg VOC/día] Desarrollo: El municipio de Tunja tiene una población de 152419 habitantes. EP = 6.575*10-5 * 5 * 152419 [Kg VOC/día] EP = 50.107 Kg VOC/día 5.4.2 Actividades de construcción Las construcciones son una fuente de emisiones de polvo que puede tener alto impacto temporalmente en la calidad local del aire. La construcción de edificios y vías son dos ejemplos de actividades de construcción con alto potencial de emisiones. Las emisiones durante la construcción de un edificio o camino pueden estar asociadas con despeje de tierra, excavaciones y explosiones entre otras. Las emisiones de polvo a menudo varían sustancialmente de un día para otro dependiendo del nivel de actividad, las operaciones especificas y las condiciones meteorológicas. Una gran parte de las emisiones resultan del tráfico de equipos desde caminos temporales al sitio de la construcción A diferencia de la mayoría de fuentes fugitivas que permanecen medianamente constantes con el tiempo o que siguen un ciclo anual perceptible las emisiones por construcción tienen una naturaleza temporal. 25 De acuerdo a estudios la cantidad de emisiones de polvo de operaciones de construcción es proporcional al área de tierra que esta siendo trabajado y al nivel de actividad de construcción. Por analogía a los parámetros de dependencia observados para otras fuentes fugitivas similares, se puede esperar que las emisiones por construcción estén positivamente correlacionadas con el contenido de limo en el suelo, así como con la velocidad y el peso promedio de los vehículos y este, inversamente correlacionados con el contenido de humedad en el suelo. Basados en medidas de campo de concentraciones de PST alrededor de proyectos de construcción de apartamentos y centros comerciales, los factores de emisión aproximados para operaciones de actividades de construcción son: E = 2.69 t/hectárea/mes de actividad E = 1.2 t /acres/mes de actividad = 0.2965 Kg / m2 /mes de actividad Estos valores son más aplicables para operaciones de construcción con: • • • Nivel de actividad medio Contenidos moderado de limos Clima semiárido En la tabla 14 se puede observar la información necesaria para la realización de las estimaciones de emisiones generadas en esta actividad. Tabla 14. Datos requeridos para el cálculo de emisiones en las actividades de construcción DATOS Área a construir Datos de población Factor de Emisión FUENTES DANE: Informes de Coyuntura Económica Regional ICER, Anuarios estadísticos locales DANE AP-42 Tabla 15. Factores de emisión en las actividades de construcción FASE CONSTRUCTIVA 1. Demolición y remoción de escombros ACTIVIDAD GENERADORA DE EMISIONES FACTOR DE EMISIÓN RECOMENDADO VARIABLES 1. Demolición de estructuras u otros objetos naturales como árboles, canto rodado, etc. a. Desmembramiento NA mecánico b. Implosión de NA estructuras existentes c. Perforación y voladura del suelo Número de perforaciones/mes Ver MIFD, sección 5.6.5, tabla 26 Número de voladuras/mes Área tratada Contenido de limos d. Remoción general del terreno (descapote) Ver MIFD, sección 5.6.5, tabla 24 (Ecuación de Buldózer carga) Contenido de humedad (%) Horas de Buldózer / mes o año Cantidad de buldózeres 2. Carga de escombros en camiones Ver MIFD, sección 5.6.1, tabla 18 (Carga a camiones) 3. Transporte de escombros en camiones Ver MIFD, sección 5.6.3 (vías sin pavimentar) o sección 5.6.4 (vías pavimentadas) Contenido de limos Peso de vehículos Velocidad de vehículos Humedad de material 26 4. Descarga escombros camiones de de Ver MIFD, sección 5.6.1, tabla 18 (Descarga de camiones) Contenido de limos 1. Actividades con buldózer (empuje de escombros) Ver MIFD, sección 5.6.5, tabla 24 (Ecuación de Buldózer carga) Contenido de humedad (%) Horas de Buldózer / mes o año Cantidad de buldózeres 2. Scraper descargando capa vegetal 3. Scraper en movimiento 2. Preparación del sitio 4. Scraper removiendo suelo superior 5. Carga de material excavado en volquetas 6. Volcado de los camiones de material de relleno, material de base u otros materiales Ver MIFD, sección 5.6.5, tabla 26 (remoción de capa vegetal por raspado) Ver MIFD, sección 5.6.5, tabla 26 Toneladas de material removido Contenido de limos Peso del scraper* 5.7 Kg/VKT Ver MIFD, sección 5.6.1, tabla 18 (Carga a camiones) Ver MIFD, sección 5.6.1, tabla 18 (Descarga de camiones) Contenido de limos 7. Compactación Ver MIFD, sección 5.6.5, tabla 24 (Ecuación de Buldózer carga) Contenido de humedad (%) Horas de Buldózer / mes o año Cantidad de buldózeres 3. Construcción en general 8. Nivelación del terreno Ver Manual Inventario de Fuentes Difusas, sección 5.6.5, tabla 24 (Ecuación de clasificación) 1. Tráfico vehicular Ver Manual Inventario de Fuentes Difusas, sección 5.6.3 (vías sin pavimentar) o sección 5.6.4 (vías pavimentadas) Velocidad de vehículos Cantidad de buldózer Kilómetros recorridos mensualmente Contenido de limos Peso de vehículos Velocidad de vehículos Contenido de humedad de material 2. Plantas portátiles Ver Manual Inventario de Fuentes Difusas, sección 5.6.1, tabla 18 Ver Manual Inventario de Fuentes b. Tamizado Difusas, sección 5.6.1, tabla 18 Ver Manual Inventario de Fuentes c. Transferencia de Difusas, sección 5.6.1, tabla 18 (Carga y materiales descarga de camiones) Ver Manual Inventario de Fuentes 3. Otras operaciones Difusas, sección 5.6.1, tabla 18 Fuente: EPA, AP-42 Capítulo 13.2.3 “Heavy Construction Operations” Tabla a. Trituración Ton de material manejado Ton de material manejado Ton de material manejado 13.2.3-1 Ejemplo: De acuerdo al Anuario estadístico de la ciudad de Medellín para el año 2003 el área a construir es de 1272323 m2 (incluye áreas a construir para vivienda y diferentes a vivienda). Calcular las emisiones por este concepto. El cálculo de emisiones por construcción en los municipios se realiza aplicando la siguiente fórmula: 27 EC = FC x AC Donde EC: emisiones (Kg/día) -3 FC: factor de emisión (9.88*10 Kg/m2.día) AC: área a construir en el municipio (m2) Desarrollo: -3 EC = 9.88*10 Kg/m2.día x 1272323 m2 = 12575.9 Kg/día 5.4.3 Carpinterías (Fabricación de tablas o listones de madera) La actividad relacionada con el corte (aserrío), lijado y ensamblaje de piezas de madera generan principalmente emisiones de material particulado (PST, PM10. PM2.5), dichas emisiones se presentan en forma de aserrín o también de partículas de madera de mayor tamaño. Debido a que a nivel nacional la producción de diferentes elementos como muebles, artículos para la construcción, ornamentos y en general piezas de uso cotidiano a partir de la madera es a niveles pequeños (con pocas excepciones), por lo tanto no es posible la cuantificación de cada una de estas fuentes como emisoras puntuales de contaminantes, razón por la cual son incluidas dentro de las fuentes dispersas. Las emisiones de material particulado pueden ser controladas mediante la instalación de filtros en los sitios de trabajo o también mediante el control por vía húmeda. En algunas situaciones también es común ver la aplicación de pinturas y barnices a la madera para su conservación y acabado final de los productos, las emisiones generadas por esta actividad se estudiaran más adelante en el presente manual cuando se mencione el uso de recubrimientos. Los factores de emisión reportados por la EPA para los trabajos hechos con madera dependen generalmente del tipo de producto que finalmente se desea realizar, sin embargo, las actividades de lijado y aserrado que están presentes en la mayoría de los procesos de este tipo dependen del volumen del material cortado a determinado tamaño (ver tabla 16). Tabla 16. Factores de emisión para el corte y lijado de la madera. FUENTE Aserrado Lijado FE PST 3.63*10-3 1.81*10-2 CALIDAD E D FE PM10 7.37*10-3 8.25*10-4 CALIDAD E D Fuente: AP-42. Capítulo 10.9 “Engineered Wood Products Manufacturing” Tablas 10.9-7 Las unidades de estos factores son Kg de contaminante por m3 de producto. Para realizar el cálculo de las emisiones por lijado y aserrado de la madera es necesario conocer previamente a través de encuestas realizadas en el sector, región o área a estudiar la cantidad de cortes de madera que se realizan por día, es decir, la cantidad de “tablas” (secciones de madera) de un tamaño promedio fijo al día. Finalmente con el factor de emisión correspondiente al lijado o aserrado se procede a estimar la emisión de PST y PM10 empleando la siguiente ecuación: EC = FC x C x TMprod Donde: EC: emisiones (Kg/día) FC: factor de emisión (Kg/m3) C: Cantidad diaria de material producido en madera (cantidad de tablas producidas/día) TMprod: tamaño promedio de las tablas producidas (m3) 28 5.5 CÁLCULO DE EMISIONES PARA EL MANEJO DE RESIDUOS 5.5.1 Tratamiento de aguas residuales El tratamiento de aguas residuales se divide en dos dependiendo del tipo de efluente que sea alimentado: domésticas o industriales. Las aguas residuales industriales se diferencian de las de origen doméstico por la concentración de materia orgánica presente; pero sin embargo el tratamiento de ambas consta en general de las mismas etapas: • Pretratamiento: es el proceso donde se retienen los sólidos de gran tamaño a través de rejillas o filtros. En algunos casos para las aguas industriales cuando presentan vertimientos ácidos, es necesaria una adecuación de pH en soluciones carbonatadas. Para las empresas extractoras de aceites vegetales o en general todas aquellas que están vinculadas, bases lubricantes minerales o vegetales, es necesario incluir en esta sección del tratamiento de aguas residuales, los clarificadores o separadores basados en la diferencia de densidades de las grasas y aceites con respecto al agua. • Tratamiento primario: Es la etapa previa al tratamiento biológico, el objetivo es disminuir aún más el contenido de sólidos presentes en el líquido (sólidos suspendidos totales SST) y además facilitar la regulación del caudal para el ingreso a los equipos posteriores de la planta o del proceso de reducción de contaminantes. • Tratamiento secundario: Es la etapa correspondiente al tratamiento biológico; puede realizarse por la vía aerobia o por la vía anaerobia o anóxica. El principio de operación de esta etapa (por cualquiera de las dos vías escogidas) es permitir que a través de la presencia de microorganismos se produzca el metabolismo de las cadenas orgánicas presentes, logrando así reducir la carga contaminante; es en esta etapa del tratamiento de aguas residuales (domésticas e industriales) donde se generan la mayor cantidad de emisiones contaminantes atmosféricas, siendo el principal compuesto contaminante los VOCs, CH4 (digestión anaerobia) y CO2 (digestión aerobia). • Tratamiento terciario: no es llevado a cabo en todos los tratamientos de aguas residuales, solo es utilizado cuando se requiere que el nivel de depuración del agua sea mayor. Las técnicas aquí empleadas van desde filtración con arena, grava y antracita (para retener los sólidos de menor tamaño que hayan alcanzado a permanecer en el líquido), la adsorción con carbón activado para la retención de materia orgánica remanente o la oxidación de compuestos aromáticos o alifáticos insaturados con ozono y la cloración final del agua depurada para lograr una completa desinfección5. Conociendo las principales etapas de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR), se concluye que las principales emisiones de contaminantes atmosféricos son VOCs, CH4 y CO2. El método de estimación de emisiones atmosféricas más recomendable es el empleo de modelos de emisión como el WATER9 (software licenciado por la EPA, versión 2.0.0, Julio 1 de 2004). En este manual se presentarán los factores de emisión estipulados en la Guía Metodológica para el Desarrollo de Inventario de Emisiones, España, junio de 2000 aplicables a los sistemas de tratamiento de aguas residuales y también se explicará brevemente el manejo del software recomendado por la EPA6. 5 RIGOLA, Miguel. Tratamiento de Aguas Industriales – Aguas de Proceso y Residuales. México: Alfaomega Grupo Editor. 1999. este software puede ser descargado de forma gratuita a través de la página de internet: http://www.epa.gov/ttn/chief/software/water/index.html#changes 6 29 5.5.1.1 Modelos de emisión – Water9 Water9 es un software de estimación de emisiones atmosféricas de sistemas individuales (plantea cada planta en particular) de tratamiento de aguas residuales, teniendo en cuenta las etapas de recolección, almacenamiento, tratamiento y descarga. Dicho software es la versión modificada y mejorada de Water8 y ChemDat8; la ventaja de esta nueva versión es que maneja unidades ya modeladas de tratamiento que pueden estar presentes en una PTAR, esto hace que cada dispositivo pueda ser incluido en el proyecto y la programación respectiva para el cálculo de emisiones viene incluida dentro de cada equipo; además, puede llegar a presentar resultados de emisiones para cada compuesto identificado en las aguas residuales (para esto el usuario debe seleccionar los compuestos de la base de datos del software o crear un nuevo registro donde se incluya todas las propiedades de dicha sustancia). Los pasos a seguir (una vez instalado el software) para la utilización de este software para la estimación de emisiones atmosféricas son los siguientes: • Seleccionar las unidades a modelar y que hacen parte del sistema de tratamiento de aguas residuales que se quiere simular (pretratamiento, clarificador, ecualizador, filtros, sistemas aerobios, lagunas, sistemas anaerobios, activación de lodos, tanques de almacenamiento y recolección)7. • Definir las especificaciones de las unidades seleccionadas. Dentro de estos datos se incluye: dimensiones del equipo, temperatura de operación, propiedades del agitador como cantidad de agitadores, tamaño, eficiencia, área de agitación y frecuencia de rotación; flujo de aire (en caso de ser un sistema aerobio) y en general características propias de cada dispositivo. • Definir las especificaciones de cada corriente residual perteneciente al proceso; dentro de las variables solicitadas están: temperatura, caudal o flujo volumétrico por las tuberías, distancia de caída del líquido (desde la boquilla de la tubería hasta la superficie del líquido contenido en el tanque), radio de la tubería y concentración de cada componente (o del componente seleccionado). El software imprime como resultados las emisiones por cada uno de los componentes especificados en gramos por segundo (g/s), así como también la emisión total. Además de proporcionar información sobre las emisiones atmosféricas Water9 ofrece los resultados relacionados con la calidad del tratamiento de las aguas residuales presentando la concentración de entrada y la concentración de salida. Estos cálculos los realiza en cada uno de los equipos y el usuario a través del Menú “View” puede seleccionar cuál información desea que sea presentada. Además, es posible encontrar los resultados de remoción de contaminantes del agua y de emisión de contaminantes al aire por cada equipo empleado en la PTAR. 5.5.1.2 Factores de emisión En cuanto al empleo de factores de emisión se han encontrado dos tipos de factores de emisión: • • Aplicable al Tratamiento de Aguas Residuales Industriales Aplicable al Tratamiento de Aguas Residuales incluyendo industriales, comerciales y domésticas. 7 Air Emissions Models for Waste and Wastewater, U.S. Environmental Protection Agency, Office of Air Quality Planning and Standards, Research Triangle Park, NC, EPA-453/R-94-080A, November 1994. 30 El factor de emisión recomendado para ser aplicado en la estimación de emisiones generadas en el tratamiento de aguas residuales industriales, esta estipulado por la EPA bajo reportes del año 1984 de los Estados Unidos sobre el volumen total descargado de las plantas de tratamiento y una estimación sobre emisión anual de VOCs por las industrias la cual se encuentra sustentada por investigaciones realizadas en ese país. El factor de emisión definido por la EPA para VOCs es: FEVOCs = 1.1*10-4 lb VOCs/gal = 1.3*10-5 Kg VOCs/l Además la Environmental Protection Agency – EPA, recomienda que, en caso de no conocer la cantidad anual real de agua residual industrial tratada, se asuma un valor por omisión del 16% del flujo total anual (i. e., el promedio nacional). Este valor por omisión esta basado en datos de los Estados Unidos, por lo cual tiene una aplicación limitada en Colombia siendo preferible conocer el volumen real de aguas industriales tratadas anualmente y el dato del volumen total de aguas residuales de ambos tipos tratada anualmente. La información requerida para la estimación de emisiones de contaminantes generadas por las plantas de tratamiento de aguas residuales industriales, se explica en la tabla 17. Tabla 17. Datos y fuentes de recolección de información para estimar emisiones provenientes de las PTAR DATOS Volumen TOTAL de aguas residuales tratadas a nivel nacional (anual) Cantidad de aguas residuales industriales tratadas (anual) Factor de Emisión FUENTES Ministerio de Medio Ambiente: Observatorios ambientales urbanos, Indicadores ambientales Ministerio de Medio Ambiente: Indicadores ambientales AP-42 Las emisiones por tratamiento de aguas residuales se calculan por la siguiente ecuación: EVOCs = VAT ⋅ FEVOCs Donde: EVOCs = Emisión de VOCs (Kg VOCs /año) VAT = Volumen agua tratada (l/año) FEVOCs = Factor de Emisión: 1.3*10-5 Kg de VOCs/l ≈ (1.1*10-4 lb VOCs/gal). Ejemplo: Calcular las emisiones de VOCs causadas por el tratamiento de aguas residuales en el departamento de Cundinamarca, si en el año 2004 se trataron 16.9 millones de metros cúbicos. Desarrollo: Volumen de aguas residuales tratadas = 16.9 millones de m3/año = 16.9*109 l/año Volumen de aguas residuales industriales tratadas = 16.9*109 l x (16/100) = 2.704*109 l/año EVOCs = (2.704*109 l) x (1.3*10-5 Kg de VOCs/l) = 35152 Kg de VOCs/l Los factores de emisión recomendados para la estimación de emisiones generadas por el tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales, se encuentra reportado por la European Environment Agency. Estos factores se encuentran basados en valores promedio del año 1991 de Holanda (país con alto grado de investigación en sistemas de tratamiento de aguas residuales y de residuos sólidos)8. 8 EMEP/CORINAIR Emission Inventory Guidebook – 2006. European Environment Agency. 31 Los factores de emisión reportados por EMEP/CORINAIR son: • • Factor de emisión para dióxido de carbono: FECO2 = 339.1g/m3 = 0.3391 Kg CO2/m3 Factor de emisión para metano FECH4 = 3.7 g/m3 = 3.7*10-3 Kg CH4/m3 Ambos factores son calificados con un nivel D en calidad. Los factores de emisión registrados brindan solamente a una aproximación de las emisiones y no deben ser aplicados para una planta individual, sino que se debe considerar el conjunto de PTAR existentes en determinada región o zona en donde vaya a realizarse el inventario. Debido a lo anterior, es necesario, para el cálculo de las emisiones empleando los factores para PTAR de aguas residuales domésticas y aguas residuales industriales, conocer el volumen total anual de agua residual tratada en la región en donde se efectuará el inventario. Ejemplo: Calcular las emisiones de CO2 y CH4 causadas por el tratamiento de aguas residuales en el departamento de Cundinamarca, si en el año 2004 se trataron 16.9 millones de metros cúbicos. Desarrollo: Volumen de aguas residuales tratadas = 16.9 millones de m3/año ECO2= (16.9*106 m3 /año) x (0.3391 Kg CO2/m3) = 5730790 Kg de CO2/ m3 ECH4 = (16.9*106 m3 /año) x (3.7*10-3 Kg CH4/m3) = 62530 Kg de CH4/ m3 5.5.2 Rellenos sanitarios El relleno sanitario es entendido hoy en día como aquella instalación destinada a la disposición final de residuos sólidos no reciclables ni aprovechables. Sus emisiones más significativas son el metano y los VOCs (Volatile Organic Compounds ≈ Compuestos Orgánicos Volátiles). Para el cálculo de las emisiones de metano (CH4), se hace necesario calcular previamente la generación de metano en un relleno sanitario utilizando la siguiente fórmula9. QCH4 = Lo r (e - k.c – e – k.te) Donde: QCH4: Generación de metano, m3/año Lo: Potencial de generación de metano de la basura, m3 CH4 /t basura El Potencial de recuperación de metano es la cantidad de metano producido por una unidad de masa de residuos proveyendo suficiente tiempo. Lo esta en función del contenido orgánico en los residuos. r: Recepción promedio anual de basura durante la vida activa, t/año k: Constante de generación de metano, año-1 El valor de k refleja la fracción de residuos que se degradan y produce metano en un año. c: Tiempo desde que se clausuró el relleno, años (si está activo c = 0) te: Edad del relleno, años. También se hace necesario determinar la densidad del metano: ρ CH4 (Kg/m3) = P * M / (R * T * 1000) Donde: P = Presión atmosférica (Pa) M = Peso molecular del metano (Kg/Kmol) 9 AP-42. Capítulo 2.4 “Municipal Solid Waste Landfills” 32 R = Constante de los gases, 8,31441 m3 Pa/Kmol °K T = Temperatura (°K) La presión atmosférica se puede hallar utilizando la siguiente fórmula: P = Po e (- M . G . z/ R . T) Donde: Po = 101325 Pa (Presión atmosférica al nivel del mar) M = 0.029 Kg/ mol G = 9.8 m/s2 z = altura sobre el nivel del mar Para finalmente realizar el cálculo de emisión de metano con la siguiente ecuación: ECH4 = QCH4 (m3/año) * ρ CH4 (Kg/ m3) En cuanto a la estimación de emisiones de VOCs en rellenos sanitarios sin control se realiza con la siguiente ecuación:10 QVOC´S = 1.82*QCH4 * Σ Cp / 106 Donde: Q VOCs: Emisión de Compuestos orgánicos volátiles, m3/año Σ Cp: Sumatoria de las concentraciones de todos los contaminantes NMOC en el relleno (ppmv). Los valores de Cp para los diferentes contaminantes considerados como Compuestos orgánicos no metálicos, se encuentran en el FIRE 6.24. El listado de estos compuestos también se encuentra en el AP-42 en la Tabla 2.4-1. Para realizar la conversión de la emisión de VOCs de m3/año a Kg/año se utiliza la siguiente ecuación: 11 UMVOCs’s = QVOCs * ((MWp * 1 atm)/(8.205x105 * 1000 * (273 + T)) Donde: UMVOCs: Emisión de VOCs, Kg/año QVOCs: Emisión de Compuestos orgánicos volátiles, m3/año T: Temperatura en el relleno °C MWp: Peso molecular del contaminante (se utiliza 4161.72 g/gmol como la sumatoria de los compuestos orgánicos volátiles). Ejemplo: El relleno sanitario “Munipal” tiene una edad de aproximadamente dos años. Recibe en promedio 1500 t/año de basura. La ciudad en la que se encuentra ubicado, esta a 800 metros del nivel del mar, tiene una temperatura promedio de 22 ºC y una precipitación mayor a 25 in por año. Desarrollo: Para obtener las emisiones de metano, aplicamos la metodología y ecuaciones anteriormente descritas, teniendo en cuenta que los valores estimados para la fórmula de generación de metano son los siguientes de acuerdo a las recomendaciones dadas en el AP-42: Lo: 100 m3/t K: 0.04/año (para precipitaciones mayores a 25 in/año) 10 11 AP-42. Capítulo 2.4 “Municipal Solid Waste Landfills” AP-42. Capítulo 2.4 “Municipal Solid Waste Landfills” 33 Aplicando estos valores y la información recibida obtenemos: QCH4 = Lo R (e – kc – e – kt) QCH4 =11535.23 m3/año Se calcula la presión atmosférica para así utilizar esta información en la determinación de la densidad del metano: P = Po e (-M g z/ RT) P= 92354.76 Pa ρ CH4 (Kg/m3) = PM/(RT*1000)= 602.45 g/m3 Se determina la emisión de metano del relleno: ECH4 = QCH4 (m3/año) * ρ CH4 (Kg/ m3)= 11535.23m3/año x 0.6024 Kg/m3 ECH4=6949.48 Kg/año Para estimar los valores de VOCs retomamos el valor obtenido de generación de metano y aplicamos la siguiente ecuación: QVOCs = 1.82*QCH4 * Σ Cp / 106 Σ Cp= 1283.69 ppmv QVOCs = 26.95 m3/año Para realizar la conversión de la emisión de VOCs de m3/año a Kg/año se aplica la siguiente ecuación: UMVOCs’s = QVOCs * ((MWp * 1 atm)/(8.205x105*1000*(273+T)) UMVOCs’s= 4633.73 Kg/año 5.6 5.6.1 CÁLCULO DE EMISIONES PARA FUENTES DE ÁREA MISCELÁNEAS Beneficio de piedra triturada y arena Los materiales granulares sin consolidar, que resultan de la desintegración natural de roca o la piedra, son generalmente encontrados en depósitos aluviales cerca de superficie y en lechos subterráneos y subacuáticos. La arena y la grava son productos silíceos y calcáreos del desgaste de rocas y materiales sin consolidar o débilmente consolidados. Las emisiones de la producción de arena y la grava constan primordialmente de material particulado PM10 en el diámetro aerodinámico, los cuáles son emitidos por muchas operaciones en plantas de procesamiento de arena y grava Los factores de emisión encontrados en el AP-42 de la EPA son para el procesamiento de piedra triturada y arenas, los cuales se muestran en la siguiente tabla. Tabla 18. Factores de emisión para procesamiento de piedra triturada y arenas PROCESO Tamizado Tamizado (controlado) Trituración Primaria Trituración secundaria Trituración terciaria PST (Kg/t material procesado) ND por estar en revisión ND por estar en revisión 0.00035 ND ND por estar en revisión CALIDAD E PM10 (Kg/t material procesado) 0.0076 0.00042 ND ND 0.0012 CALIDAD C C C 34 Trituración Primaria ND ND (controlada) Trituración secundaria ND ND (controlada) Trituración terciaria ND por estar en revisión 0.00029 (controlada) Trituración de finos ND por estar en revisión 0.0075 Trituración de finos ND por estar en revisión 0.0010 (controlada) Tamizado de finos ND por estar en revisión 0.036 Tamizado de finos ND por estar en revisión 0.0011 (controlado) Punto de transferencia en ND por estar en revisión 0.00072 banda transportadora Punto de transferencia en banda transportadora ND por estar en revisión 2.4E-05 (controlada) Perforación húmeda: ND 4.0E-05 piedra sin fragmentarse Descarga de camiones: ND 8.0E-06 piedra fragmentada Carga a camiones: piedra ND 5.0E-05 triturada Fuente: EPA, AP-42 Capítulo 11.19.2 “Crushed stone processing” Tabla 11.19.2-2 y FIRE 5.6.2 C E E E E D D E E E 6.24. Industria Ladrillera En la sección 4.1 del manual de fuentes puntuales se trata en detalle este tipo de actividad industrial; ahí se han incluido además de los procesos que se considerarían como fuentes puntuales los factores de emisión relacionados con emisiones de área o fuentes dispersas como por ejemplo el almacenamiento al aire libre, trituración, molienda y tamizado tanto de la materia prima como de los productos intermedios. Para mayor información sobre los factores de emisión empleados para las fuentes dispersas de este tipo de industria debe remitirse a la tabla 3 del Manual Inventario de Fuentes Puntuales (sección 4.1). 5.6.3 Vías sin pavimentar Cuando un vehículo viaja en una carretera sin pavimentar la fuerza de las llantas contra la superficie del camino causa pulverización del material en la superficie. Las partículas son levantadas y lanzadas de las ruedas y la superficie del camino es expuesta a fuertes corrientes de aire. La turbulencia levantada detrás del vehículo continúa en la superficie del camino después de que el vehículo ha pasado. Se ha encontrado que las emisiones de polvo de carreteras sin pavimentar cambian directamente con la fracción de limo (partículas más pequeñas de 75 µm de diámetro) en los materiales de la superficie del camino. Dado que el contenido de limo de una carretera rural varia con la localización geográfica, debe ser medido para usarse en la proyección de emisiones, así que lo ideal es tener estudios particulares de contenidos de limos, ya que los valores presentados en las siguientes tablas son obtenidos de análisis de carreteras en los Estados Unidos. 35 Además, otras variables que hay que tener en cuenta para determinar las emisiones en sitios industriales, donde la maquinaria pesada es común, es el peso del vehículo y el volumen del tráfico. Las siguientes expresiones empíricas son usadas para estimar la cantidad en libras (lb) de material particulado de tamaño específico emitidas de un camino destapado, por milla transitada (VMT). Para vehículos que viajan sobre superficies sin pavimentar hacia lugares industriales (vías 12 industriales), los factores de emisión son estimados a partir de la siguiente ecuación : ( 12) * (W 3 ) FE = k * s a b Y para vehículos que transitan por carreteras públicas accesibles, dominadas por vehículos livianos, las emisiones pueden ser estimadas con la siguiente ecuación: FE = k ( s / 12) a ( S / 30) d −C ( M / 0.5) c Donde k, a, d y c son constantes empíricas dadas más adelante y E = factor de emisión de material particulado de tamaño especifico (lb/VMT) s = contenido de limos o sedimentos en la superficie del camino (%) W = Peso promedio del vehículo (t) M = contenido de humedad en la superficie del camino (%), toma valores entre 0.03 – 13%. S = velocidad media del vehículo (mph) C = Factor de emisión para la flota de vehículos de 1980 por uso de frenos, llantas y exhosto. W, M y s funcionan como parámetros de corrección para ajustar los estimados de emisiones a las características locales. La conversión de lb/VMT (libras por millas viajadas) a Kg/VKT (kilogramos por kilómetros viajados) se hace multiplicando por 0.2819. Las constantes para la ecuación anterior se resumen en las Tablas 13.2.2-2 a 13.2.2-4 adaptadas del AP-42 que se muestran a continuación (ver tablas 19, 20, 21). Tabla 19. Contenido típico de limos en vías industriales sin pavimentar INDUSTRIA USO DE LA VÍA Fundición de cobre Producción de hierro y acero Vía de planta Vía de planta Vía de planta Área de almacenamiento de material. Vía de planta Vía de acceso de carga pesada desde/hacia el pit Vía de servicio Vía de acceso de carga pesada desde/hacia el pit Procesamiento de grava y arena Explotación y procesamiento de piedra Minería y procesamiento de taconitas 12 SITIOS DE PLANTA 1 19 1 3 135 3 CONTENIDO DE LIMOS (%) RANGO MEDIA 16 - 19 17 0.2 -19 6.0 4.1 – 6.0 4.8 1 1 - 7.1 2 10 2.4 - 16 10 4 20 5.0 - 15 8.3 1 8 2.4 – 7.1 4.3 1 12 3.9 – 9.7 5.8 No. DE MUESTRAS AP-42. Capítulo13.2.2.1. “Unpaved Roads”. Ecuación 1a. 36 Minería de Sitios de Construcción Aserríos Vía de acceso de carga pesada desde/hacia el pit Vía de planta Vía del tractor de arrastre (traílla) Vía de acceso de carga pesada (recién nivelada) Vía del tractor de arrastre (traílla) Patios de registro Rellenos sanitarios Vías de eliminación Minería de carbones 3 21 2.8 – 18 8.4 2 2 4.9 – 5.3 5.1 3 10 7.2 – 25 17 2 5 18 - 29 24 7 20 0.56 - 23 8.5 2 4 2 20 4.8 - 12 2.2 - 21 8.4 6.4 Tabla 20. Constantes para las ecuaciones de vías sin pavimentar K(lb/VMT) VIAS INDUSTRIALES PM2.5 PM10 PM30* 0.23 1.5 4.9 VIAS PUBLICAS PM2.5 PM10 PM30* 0.27 1.8 6.0 a 0.9 0.9 0.7 1 1 1 b 0.45 0.45 0.45 - - - c - - - 0.2 0.2 0.3 d - - - 0.5 0.5 0.3 Calidad C B B C B B CONSTANTES Tabla 21. Rango de condiciones de fuente usadas en el desarrollo de las ecuaciones FACTORES DE EMISION Vías Industriales Vías públicas Contenido de sedimento en la superficie % Media del peso del vehículo Media de la velocidad del vehículo Km/h mph Media de la cantidad de ruedas Contenido de humedad superficial 1.8 – 25.2 2 – 290 8 – 69 5 -43 4 – 17 0.03 – 13 1.8 – 35 1.5 – 3.0 16 – 88 10 - 55 4 – 4.8 0.03 - 13 Las emisiones de polvo en vías se estiman usando la siguiente ecuación: E = Fp * VKTp Donde: E = Emisiones de material particulado Fp = Factor de emisión (lb/VKT) VKTp = kilómetros transitados por toda la flota vehicular de la vía Los factores de emisión por uso de llantas, frenos y exhosto también varían con el rango de tamaño aerodinámico como muestra la siguiente tabla: 37 Tabla 22. Factores de emisión por uso de llantas, frenos y exhosto para la flota de vehículos de 1980 RANGO DE TAMAÑO PM2.5 PM10 PM15 PM30 C, FACTOR DE EMISIÓN POR USO DE LLANTAS, FRENOS Y EXHOSTO g/VMT 0.1005 0.0036 0.1317 0.0047 0.1317 0.0047 0.1317 0.0047 g/VKT 0.1617 0.2119 0.2119 0.2119 lb/VMT Fuente AP-42 Capítulo 13.2 Tabla 13.2.2-4 Las vías normalmente están sujetas a algún tipo de mitigación natural a causa de la lluvia (precipitación). Los factores de emisión mostrados inicialmente pueden ser extrapolados para considerar este tipo de mitigación asumiendo la simplificación que las emisiones promedio anuales son inversamente proporcionales al número de días con precipitación medible (más de 0.254mm). Eext= E − 365 − P 365 Donde: Eext = factor de emisión promedio anual para mitigación natural, lb/VMT. E = Factor de emisión de las ecuaciones iniciales de esta sección (sección 5.6.3). P = Número de días húmedos en el año con al menos 0.254 mm de precipitación Ejemplo: Se requiere estimar las emisiones de PM10 producidas durante el tránsito de una volqueta en la vía de acceso al pit de la planta de explotación de piedra y arena Construcciones de la Montaña. Dicha volqueta pesa en promedio 8 toneladas y hace 30 viajes en el día en promedio, laborando 25 días al mes. La longitud de la vía es de 500m. Desarrollo: ( 12) * (W 3 ) F =k* s a b De las tablas leemos: s= 8.3% k= 1.5 lb/VMT a= 0.9 b=0.45 W= 8 T Reemplazando obtenemos: F = 1.6737 lb/VMT = 0.4839 Kg/VKT EPM10 = Fp *VKTp Los kilómetros recorridos o VKT pueden hallarse multiplicando el TPD (tráfico promedio diario) de la vía por la longitud de esta. En este caso, como se supone una sola volqueta, se halla multiplicando la longitud de la vía por el número de viajes. VKTp = 0.5Km * 30 viajes = 15 Km EPM10 = 7.26 Kg/día Para calcular las emisiones anuales: EPM10 = 7.26 Kg/día * 25 días/mes * 12 meses /año * 1 t/1000Kg = 2.18 t 38 5.6.4 Vías pavimentadas Las emisiones de partículas ocurren también cada vez que un vehículo viaja sobre una superficie pavimentada, ya sea una carretera o un parqueadero. Estas suceden debido a las emisiones directas del vehículo en forma de emisiones por el uso del freno, las llantas y el exhosto y de la resuspensión de material suelto en la superficie de la vía. La cantidad de emisiones de partículas producto de dicha resuspensión en la superficie de la vía, debido al viaje de un vehículo en una carretera pavimentada seca, se pueden determinar a través del factor de emisión, que se calcula de la siguiente forma: sL E = k 2 0.65 W x 3 1.5 −C Donde: E = Factor de emisión de partículas (g/VKT) K =Coeficiente de ajuste de tamaño de partícula para rangos de tamaño de partícula sL = Contenido de limos (partículas con diámetro inferior a 75 µm) en la superficie de la vía (g/m2) W = Peso promedio de los vehículos que se desplazan en la vía (toneladas) C = Factor de emisión para flota de vehículos de 1980 por uso de llantas, frenos y exhosto. El contenido de limos en la vía por unidad de área (sL) puede ser determinado a través del producto entre la carga total de sólidos (determinada como el material sobre la vía que puede ser recolectado mediante barrido o aspirado) y la fracción de limos (proporción de sólidos que pasan a través de un tamiz mesh 200, en un sistema de tamizado a nivel de laboratorio, método ASTMC136 y D2216). Para este tipo de análisis es necesario tener previamente definido el área del cual se tomarán las muestras. Para conocer todo las pautas completas sobre el muestreo y la determinación de la fracción de limos, es necesario dirigirse al apéndice C1 y C2 del AP-42. La ecuación 4 genera factores de emisión para cálculos de material particulado en diferentes diámetros aerodinámicos con una calidad de A, siempre y cuando sea aplicada en condiciones que permanezcan dentro del rango, bajo el cual fue formulada, dicho rango corresponde a las siguientes circunstancias: • Contenido de limos por unidad de área: entre 0.03 – 400 g/m2. En caso de emplear valores de este factor reportados por la literatura (AP-42, Capítulo 13.2.1, tabla 13.2.1-3) la calidad del factor disminuye en dos niveles, por lo cual es preferible reportar este valor de acuerdo a las condiciones propias de cada vía. • Peso promedio de vehículos circulantes por la vía: entre 1.8 – 38 t • Velocidad media de los vehículos: entre 16 – 88 Km/h (kph) • El tráfico debe ser de forma continua, es decir que esta ecuación tiene un grado de incertidumbre mayor si es aplicada en vías donde los vehículos hacen paradas y arranques de forma intermitente. Los coeficientes de ajustes de tamaño de partículas para diferentes rangos de tamaño son presentados en la tabla 23. Tabla 23. Coeficientes de ajuste de tamaño de partículas para el cálculo de emisiones en vías pavimentadas RANGO DE TAMAÑO PM2.5 PM10 PM15 PM30 Coef. de ajuste de tamaño de partícula, k g/VKT 1.1 4.6 5.5 24 Fuente: AP-42. Capítulo 13.2.1 “Paved Roads” Tabla 13.2.1-1 39 Los factores de emisión por uso de llantas, frenos y exhosto también varían con el rango de tamaño aerodinámico, como se muestra en la tabla 22. La anterior ecuación (primera ecuación de esta sección) puede ser extrapolada para considerar condiciones no controladas, pero con mitigación de emisiones naturales como precipitación, bajo la suposición que las emisiones anuales promedio son inversamente proporcionales a la frecuencia de precipitación medible y por medio de la aplicación de un término de corrección por precipitación. Este término puede ser aplicado para una base diaria u horaria: sL 0.65 W 1.5 P Eext= k x − C 1 − 3 4 N 2 Donde: Eext = factor de emisión promedio a largo plazo o anual con las mismas unidades que k. P = Número de días húmedos con al menos 0.254 mm de precipitación durante el período promedio N = Número de días en el período promedio (por ejemplo 365 para anual, 30 para mensual) El factor de 4 en el denominador tiene en cuenta el hecho que las vías pavimentadas se secan más rápido que las vías no pavimentadas y que la precipitación normalmente no ocurre las 24 horas del día. Para una base horaria: sL 0.65 W 1.5 1 .2 P x − C 1 − N 3 2 Eext= k Donde: Eext = factor de emisión promedio anual u otro largo plazo con las mismas unidades que k. P = Número de horas húmedas con al menos 0.254 mm de precipitación durante el período promedio N = Número de horas en el período promedio (por ejemplo 8760 para anual, 720 para mensual) Como se mencionó anteriormente, la calidad de los factores de emisión es A, siempre y cuando las condiciones de humedad, peso y velocidad promedio de los vehículos y contenido de limos en las vías se mantengan dentro del rango en el que los factores y las ecuaciones fueron estimados y evaluados. 5.6.5 Explotación De Carbón Las principales actividades mineras a cielo abierto en la etapa de producción son: Remoción de vegetación y capa vegetal, extracción de carbón, remoción de estéril, transporte interno de materiales y acopio de carbón y beneficio.13 13 Tomado de “Modelo de dispersión para material particulado Emcarbón S.A. K-2 Ingeniería Ltda., 2005 40 Figura 4. Diagrama esquemático de la Cadena del Carbón14 Las actuales actividades mineras en general son fuente principal de emisión de material particulado. Este contaminante proveniente de minas es típicamente menos complejo que el producido en industrias urbanas de su composición, y consiste especialmente de partículas de suelo expuesto y roca. El AP-42 presenta las siguientes ecuaciones de factor de emisión para fuentes abiertas de polvo no controlado en minas de carbón; en la tabla 24 de este documento se resumen dichas ecuaciones estipuladas por la EPA. 14 La Cadena del Carbón en Colombia. UPME 41 Tabla 24. Factores de emisión para fuentes abiertas de polvo no controlado en minas de carbón F EMISIONES POR INTERVALO DE TAMAÑO DE PARTÍCULA (DIÁMETRO AERODINÁMICO) OPERACIÓN MATERIAL Ecuaciones de factor de emisión PST ≤30µm ≤15µm Factores a escala ≤10µ m ≤2.5µ m/ PST UNIDADES CALIDAD DEL FACTOR DE EMISIÓN Voladura (Blasting) Carbón o estériles 0.00022(A)1.5 ND 0.52 0.03 Kg/blast C_DD Carga en camión Carbón 0.580 (M)1.2 0.0596 (M)0.9 0.75 0.019 Kg/t BBCC Buldózer Carbón 35.6(s)1.2 (M)1.4 8.44(s)1.5 (M)1.4 0.75 0.022 Kg/h CCDD Buldózer Estériles 2.6(s)1.2 (M)1.3 0.45(s)1.5 (M)1.4 0.75 0.105 Kg/h BCDD Estériles 0,0046(d)1.1 (M)0.3 0,0029(d)0.7 (M)0.3 0.75 0.017 Kg/m3 BCDD 0,0034(S)2.5 0,0056(S)2.0 0.60 0.031 Kg/VKT CCDD 1.8u ND ND ND Kg/(Ha.h) C_ _ _ Remoción de materiales (dragalina) Clasificación Pila de almacenamiento activo (erosión por viento y mantenimiento) Carbón Fuente: Tabla 11.9-2 AP-42 Capitulo 11.9 “Western surface Coal Mining” a. VKT = kilómetros recorridos por vehículo ND = Sin Datos. Códigos de grado de calidad Q X Y Z, donde Q, X, Y, Z son grados de calidad para ≤30µm, ≤15µm, ≤10µm y ≤2.5µm respectivamente b. Material particulado menor o igual a 30µm de diámetro aerodinámico es a veces llamado “partículas suspendidas” y a menudo se nombra PST (partículas suspendidas totales). c. Símbolos: A = área horizontal con profundidad de partícula de presión (m2) M = contenido de humedad del material (%) s = contenido de sedimento del material (%) u = velocidad del viento (m/s) d = profundidad de la perforación (m) W = peso promedio del vehículo (t) S = velocidad promedio del vehículo (Km/h) w = número de llantas promedio 42 Tabla 25. Valores típicos para factores de corrección aplicables a las ecuaciones predictivas de factor de emisión Área a presión Área a presión NUMERO DE MUESTRAS DE PRUEBA 17 17 Humedad Buldózeres FUENTE FACTOR DE CORRECCIÓN MEDIA GEOMÉTRICA UNIDADES Partículas a presión 100-6,800 1100-73,000 1,590 17,000 m2 ft2 Carga carbón 7 6,6-38 17,8 % Humedad Sedimento 3 3 4,0-22,0 6,0-11,3 10,4 8,6 % % Carbón Humedad Sedimento 8 8 2,2-16,8 3,8-15,1 7,9 6,9 % % Carga Distancia caída de 19 1,5-30 8,6 m Tren o línea de traslado Distancia caída Humedad de 19 5-100 28,1 ft 7 0.2-16.3 3.2 % Sedimento Peso Peso 10 15 15 7.2-25.2 33-64 36-70 16.4 48.8 53.8 % mg ton Velocidad 7 61 8-19 5.0-11.8 11.4 7.1 kph mph Clasificador Contenido de sedimentos Humedad 60 1.2-19.2 0.3-20.1 1.2-19.2 0.3-20.1 % % Transporte de camiones Peso Peso 61 61 20.9-260 23.0-290 20.9-260 23.0-290 t t de Excavadora RANGO Fuente: Tabla 11.9-3 del AP-42 Capitulo 11.9 “Western surface coal Mining” Tabla 26. Factores de emisión de PST para algunas actividades a cielo abierto de las minas de carbón FUENTE DE EMISIÓN Perforación del terreno superficial Remoción de la capa vegetal por raspado Reemplazo del terreno superficial Carga de estériles con pala Descarga de estériles Tren de carga Descarga de carbón por la parte inferior de los camiones Erosión de las áreas expuestas, por acción del viento FE PST 0.59 0.029 0.006 0.018 0.001 0.014 0.033 UNIDADEDS Kg/perforación hecha Kg/t material removido Kg/t material Kg/t material cargado Kg/t material Kg/t carbón cargado Kg/t carbón descargado CALIDAD C E C E E E D 0.85 t/Ha.año C Fuente: Tabla 11.9-4 del AP-42 Capitulo 11.9 “Western surface coal Mining” 43 Para la estimación de emisiones en minería de carbón se utilizó el siguiente factor de emisión que incluye las emisiones de PST para todas las actividades en la etapa de producción: 0.1t PST/ 1000t de carbón producido. Ejemplo: La mina de la empresa KARBOX LTDA maneja una producción de 200 t de carbón/día. Desarrollo: Para calcular las emisiones de las partículas suspendidas totales (PST) usamos la siguiente ecuación: EPST = A X F Donde: A = Nivel de actividad (producción)= 200 t de carbón/día F = Factor de emisión = 0.1 t PST/ 1000 t de carbón producido. Y obtenemos: EPST = 0.02 t/día 5.6.6 Producción de Cal En la producción de cal, la actividad que puede ser catalogada como fuente dispersa de contaminación es la relacionada con la trituración primaria y secundaria; los factores de emisión relacionados para estos procesos han sido mencionados y especificados en la tabla 17 del Manual Inventario de Fuentes Puntuales, sección 4.6. 5.6.7 Producción de Alimentos Concentrados para Animales Para la producción de alimentos concentrados para animales, se pueden utilizar hasta más de 200 ingredientes incluyendo granos, subproductos como harina de carne, harina de hueso, pulpa de tomate y vitaminas y minerales (usados en muy pequeñas porciones). El proceso se inicia cuando el grano es recibido después de haber pasado por los controles de calidad para luego ser enviado a los equipos de limpieza, en los que se incluyen clasificadores que remueven los materiales gruesos. Una función similar realizan los separadores, los cuales consisten en cribas alternadas que separan los granos de diferentes tamaños y texturas. Después de los procesos de limpieza, el grano es pasado al área de molienda, donde los granos seleccionados son descargados para mezclarse con otros componentes. El molino de martillos es el equipo más comúnmente utilizado para este proceso. Después de pasar por el molino, el material pulverizado es tamizado. Finalmente, el material previamente pesado, es mezclado en equipos mezcladores de tipo horizontal o vertical equipados con agitadores de paleta. El material que sale de las mezcladoras es harina o pienso, el cual puede ser vendido de esta forma. Sin embargo, existe el proceso de peletizado donde el producto es compactado y convertido en pastillas. Luego, el producto peletizado es secado y enfriado. Si el producto se requiere en tamaño más pequeño, es pasado por un granulador o quebrantador. El producto es enviado a las tolvas de almacenamiento para luego ser empacado y distribuido a los clientes. En la figura 5 se presenta una representación gráfica de las etapas del proceso de producción de alimentos concentrados para animales. 44 Figura 5. Diagrama de flujo para el proceso de producción de alimentos concentrados para animales. 45 El principal contaminante generado en los procesos de almacenamiento de grano, manipulación y procesamiento es el material particulado. Las emisiones de Compuestos Orgánicos Volátiles son asociadas a los procesos donde al producto se le aplica vapor o calor como los procesos de secado y extrusión. La EPA no posee información disponible para estas emisiones dentro de los procesos de fabricación de alimento concentrado para animales. Los factores de emisión obtenidos por la EPA para este tipo de actividad económica se muestran en la siguiente tabla 27. Estos factores deben ser empleados de forma individual para cada industria. Tabla 27. Factores de emisión para producción de alimentos concentrados para animales PROCESO Recepción de grano Limpieza del grano Almacenamiento Molienda con Molino de martillo Molienda con secador Molienda con pulverizador de grano Mezclador Acondicionamiento EQUIPO DE CONTROL Ninguno Ciclón Ninguno Ciclón Filtro de mangas Ciclón PST CALIDAD 0.017 0.075 ND 0.067 0.012 E E 0.15 PM10* E E E E 0.0025 0.019 ND 0.00125a 0.012 b E 0.075 a E E 0.012 a E E E E Ciclón 0.024 Ninguno Ninguno ND ND 0.36 0.15 E E ND ND 0.18 a 0.075 a 0.0033c E 0.0008 c Enfriador de Peletizado Ciclón Ciclón de alta eficiencia Despacho de producto Ninguno CALID AD E E * Unidades: lb contaminante/t de material procesado o manipulado. Se puede tomar como el 50% del PM b Se puede tomar como el 100% del PM c Este valor es basado en el dato de descarga de producto a granel N.D.: No disponible Fuente: AP-42 Capítulo 9.9.1. Tabla 9.9.1-2. Particulate Emission Factors for Grain Processing Facilities a Ejemplo: La empresa Mascotas S.A. fabricante de alimento para cachorros reporta la siguiente información: Recepción del grano PST Equipo de control: Factor de Emisión: Material manipulado: Ninguno 0.017 lb/t 40 t/h PM10 Equipo de control: Factor de Emisión: Material manipulado: Ninguno 0.0025 lb/t 40 t/h Desarrollo: Teniendo en cuenta la cantidad de material manipulado y con la información del factor de emisión se aplica la ecuación 46 E = A x FE Donde: E = Estimado de emisión A = Nivel de actividad (cantidad de material manipulado) FE = Factor de emisión Para obtener las emisiones en Kg/h se tiene en cuenta que 1lb son 0.454 Kg. obtienen los siguientes resultados (Ver tabla 28). Por ultimo se Tabla 28. Emisiones calculadas para la empresa de concentrados para animales. PROCESO EQUIPO DE CONTROL EMISIÓN PST (Kg/h) EMISIÓN PM10 (Kg/h) Recepción de grano Ninguno 0.3 0.045 5.6.8 Fundición de Plomo y de Aluminio Para el proceso de fundición del plomo es necesario previo a la refinación del metal en sí, realizar una etapa de preparación del mineral, la cual consiste en la trituración y el cribado del mineral extraído de la tierra. Los factores de emisión de estas dos actividades se han reportado en la sección 4.14.4 del Manual Inventario de Fuentes Puntuales, debido a que hacen parte del proceso de fundición de plomo y este fue tratado con detalle en la citada sección. Por otra parte la molienda de la alúmina Al2O3 como etapa preliminar a la fundición de aluminio se encuentra incluida dentro del análisis realizado a esta actividad industrial en la sección 4.13.5 del Manual de Inventario de Fuentes Puntuales y los factores de emisión correspondientes a estos procesos se encuentran en las tablas 41 y 42 del manual mencionado. 5.6.9 Tostado de Café y Cacao Este tipo de actividad industrial comienza con la recepción y limpieza del grano, actividades que son clasificadas como fuentes dispersas de contaminación pero que por efectos prácticos fueron incluidas dentro del análisis de esta industria realizado para el Manual Inventario de Fuentes Puntuales en la sección 4.14, tabla 44. 5.6.10 Industria Arrocera La trilla de arroz es un proceso agroindustrial de transformación del paddy verde en arroz blanco, este proceso se lleva a cabo en tres etapas. Acondicionamiento (recepción del paddy verde, prelimpieza y secado), trilla (remoción de cáscara y blanqueo del arroz) y disposición de subproductos (recuperación de harina, cascarilla y polvo). La cuantificación de las emisiones se hace mediante factores de emisión, cuyo valor depende de la etapa del proceso a evaluar. En la tabla 29, son referenciados los factores de emisión para las diferentes etapas de este proceso. 47 Tabla 29. Factores de emisión de material particulado (PST, PM10, y PM2.5) para las arroceras EMISIÓN Recepción (descarga del camión, sin control) Prelimpieza controlada con ciclón Secado Manipulación del grano Separación (limpieza de Paddy) Turbina de succión Almacenamiento de polvo Envío del grano en camiones Recuperación-harina FACTORES DE EMISIÓN lb/t PST PM10 PM2.5 0.180 0.059 0.01 0.075 0.019 0.0032 0.063 0.0158 0.0027 0.061 0.034 0.0058 0.0031 0.0008 0.0001 0.0030 0.029 0.0049 0.270 0.0675 0.0115 0.086 0.029 0.0049 0.017 0.043 0.0007 Fuente: AP-42. Capítulo 9.9.1 “Grain Elevator and Grain Processing Plants” Tablas 9.9.1-1 y 9.9.1-2. Ejemplo: Una planta procesadora de arroz produce en un mes 250 toneladas. Se utiliza arroz paddy como materia prima y en el proceso de secamiento se utiliza como combustible gas natural. Calcular las emisiones de PST producidas en los procesos de secado, almacenamiento del polvo producido en la molienda, limpieza del paddy y descargue. Desarrollo: Suponiendo que la frecuencia de días trabajados al mes es de 30, entonces se tiene que la producción de arroz de la planta es: 250 t/mes = 8.33 t/día E = A x FE Donde: E = Estimado de emisión A = Nivel de actividad (cantidad de arroz producido) FE = Factor de emisión Factores de emisión Secado = 0.063 lb/t Almacenamiento de polvo = 0.27 lb/t Separación o limpieza de Paddy = 0.0031 lb/t Turbina de succión = 0.0030 lb/t Emisiones Secado = 0.063 lb/t * 8.33 t/día = 0.52 lb/día * 1kg/2.205 lb = 0.24 Kg/día Almacenamiento = 0.27 lb/ton * 8.33 t/día = 2.25 lb/día* 1kg/2.205 lb = 1.02 Kg/día Limpieza de paddy = 0.0031 lb/t * 8.33 t/día = 0.026 lb/día * 1kg/2.205 lb = 0.012 Kg/día Turbina de succión = 0.0030 lb/t * 8.33 t/día = 0.025 lb/día * 1kg/2.205 lb = 0.011 Kg/día Total de emisiones = 1.28 Kg/día 5.7 CÁLCULO DE EMISIONES PARA EL USO DE SOLVENTES Los solventes son sustancias químicas con propiedades fisicoquímicas específicas y que poseen la capacidad de lograr dispersar las moléculas de alguna otra sustancia química con la que permanezcan en contacto. Además de esta característica, los solventes son posibles factores de intoxicaciones y enfermedades, sobre todo en personas que diariamente tienen acceso a ellos y los manipulan. 48 Actualmente el uso de solventes a nivel internacional se ha masificado y las industrias colombianas no son la excepción. Los solventes orgánicos, dentro de los cuales pertenece la gran mayoría de los empleados a nivel industrial, están compuestos por sustancias con bajos puntos de ebullición, lo que las hace muy volátiles. Dichas sustancias son las responsables de ocasionar desequilibrios sobre el ambiente y sobre los organismos vivos expuestos en ciertas dosis a estos materiales. Debido a las causas mencionadas anteriormente, se ha implementado una serie de normas o parámetros de control referentes a la cantidad de emisiones de dichas sustancias químicas volátiles máximas permisibles, así como también a los sistemas de control que deben implementar las empresas que empleen solventes. Debido a su volatilidad los solventes son preferidos para la aplicación de recubrimientos sobre superficies con el fin de brindar protección o decoración. También son empleados como desengrasantes industriales; y finalmente como métodos alternativos para la extracción de sustancias de interés desde alguna mezcla o material sólido (aprovechando la afinidad entre el solvente y la sustancia extraída y luego por evaporación es recuperado el solvente y en algunos casos recirculado a la etapa inicial del proceso). Las principales actividades que están relacionadas directamente con el uso de solventes son: • • • • Recubrimiento superficial de materiales metálicos (muebles, automóviles, latas) Industria de artes gráficas Operaciones de recubrimiento superficial de cintas sensibles a la presión y de materiales de etiquetado Otros usos. Los factores de emisión reportados por la Environmental Protection Agency (EPA) están basados en datos estadísticos estadounidenses no aplicables a este sector productivo en Colombia Por tal razón, existe la necesidad de desarrollar un proceso para lograr establecer estos factores bajo las condiciones de población, tecnología, materia prima utilizada y mano de obra dispuesta en el manejo de solventes. El inventario de emisiones generadas por la aplicación de recubrimientos se basa en la suposición que todos los compuestos volátiles presentes en los solventes se volatilizan en el aire una vez son aplicados. Por lo anterior, es claro que el principal contaminante emitido a la atmósfera es VOCs y dentro de estos se encuentran en mayor proporción alcoholes y clorofluorocarbonos (CFC). En este manual se presentará la metodología sugerida para lograr la determinación del factor de emisión de VOCs para el uso de solventes en Colombia. Además se mencionarán detalladamente algunas actividades relacionadas con el uso de solventes como el recubrimiento en latas metálicas, recubrimiento superficial de automotores, industria de artes gráficas y otros usos comunes de este tipo de sustancias. 5.7.1 Metodología para Determinar Factores de Emisión para el Uso de Solventes Es necesario establecer el factor de emisión de VOCs aplicable al uso de solventes en general, ya que los existentes hasta el momento aplican específicamente para Estados Unidos y también algunos modificados aplicables para México; en caso de emplear alguno de estos factores se tendría un alto grado de incertidumbre en la calidad de las estimaciones realizadas, debido a que están establecidos para condiciones poblacionales y de mercado específicas. A continuación se planteará la metodología a seguir empleando la información suministrada por las empresas en el “Módulo de Uso de Recursos” propuesto por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios 49 Ambientales de Colombia – IDEAM y que actualmente se encuentra en la etapa de implementación por parte de las autoridades ambientales nacionales. El objetivo de la metodología es definir el factor de emisión para VOCs expresado como cantidad de contaminante anual por trabajador. El proceso de definición de dicho factor para que sea aplicable en Colombia tiene las siguientes etapas: • Obtener la información directamente del establecimiento industrial a través del “Módulo de Uso de Recursos” – MUR o algún método análogo de captura de datos. Las autoridades ambientales regionales deben proceder con la verificación de la información adquirida. • Analizar la información suministrada por las empresas en el “Módulo de Uso de Recursos” – MUR o su respectivo análogo, y tomando solamente los datos entregados por las empresas de recubrimientos, realizar una clasificación de estas empresas de acuerdo al producto ofrecido (Recubrimiento de latas metálicas, recubrimiento de automóviles, recubrimientos de muebles y accesorios metálicos, recubrimientos de madera, recubrimiento de aparatos domésticos, recubrimiento de maquinaria y equipos o industria de artes gráficas). • Recolección centralizada de la información específica de las empresas ya clasificadas. La entidad encargada de esta labor debe ser el MAVDT o en su defecto otra que se considere pertinente pero bajo vigilancia y control de Ministerio. • Paralelamente a las actividades de recolección, clasificación y centralización de la información de las empresas de recubrimientos, se debe realizar un sondeo estadístico para determinar el porcentaje de composición en peso de solventes químicos presentes en las pinturas empleadas para los recubrimientos, así como también la densidad promedio de estas mismas sustancias (esta densidad se usará en caso de no ser posible establecer un porcentaje másico de composición de las pinturas, sino que se obtenga un porcentaje volumétrico); en caso de no poseer información alguna sobre estos datos, se tomará como porcentaje de composición másica del solvente en la pintura el valor de 45%15. • Estimar un promedio de consumo de pintura anual en las industrias de recubrimientos de superficies metálicas y al valor obtenido se multiplica por el porcentaje hallado previamente de composición másica de solvente en las pinturas o en su defecto 45% (esto se hace bajo el supuesto que todos los compuestos volátiles presentes en los solventes se volatilizan en el aire una vez son aplicados, consideración avalada por la EPA) y se dividirá en el número promedio de trabajadores empleados en la citada actividad industrial. En caso de conocer el porcentaje de composición volumétrica del solvente en las pinturas el cálculo quedaría entonces expresado de la siguiente forma: FEVOCs = CP anual x ρ promP (%STEM / 100) / TrN prom Donde: FEVOCs = Factor de emisión para VOCs (Kg VOCs / año / trabajador) CP anual = Promedio anual nacional de consumo de pintura, este valor debe ser calculado para cada actividad específica en la que se empleen solventes: recubrimientos en superficies metálicas (automóviles, latas, muebles) e industrias de artes gráficas (m3/año) ρ promP = Densidad promedio de las pinturas empleadas en la industria de recubrimientos. %STEM = Porcentaje promedio de composición másica del solvente en las pinturas empleadas. 15 Manuales del Programa de Inventarios de Emisiones de México. Vol. V – Desarrollo de Inventarios de Emisiones de Fuentes de Área. 1997. 50 TrN prom = Promedio nacional de trabajadores vinculados directamente a cada una de las actividades específicas en la que se empleen solventes: recubrimientos en superficies metálicas (automóviles, latas, muebles) e industrias de artes gráficas. Si se llega a definir el porcentaje másico de composición del solvente en las pinturas la ecuación tomaría la siguiente forma: FEVOCs = CP anual x (%STEMM / 100) / TrN prom Donde: FEVOCs = Factor de emisión para VOCs (Kg VOCs / año / trabajador) CP anual = Promedio anual nacional de consumo de pintura únicamente en los recubrimientos de superficies metálicas (m3/año) este valor debe ser calculado para cada actividad específica en la que se empleen solventes: recubrimientos en superficies metálicas (automóviles, latas, muebles) e industrias de artes gráficas. %STEM = Porcentaje promedio de composición másica del solvente dentro de las pinturas empleadas. En caso de no contar con este parámetro se emplea por defecto 45%. TrN prom = Promedio nacional de trabajadores vinculados directamente a cada una de las actividades específicas en la que se empleen solventes: recubrimientos en superficies metálicas (automóviles, latas, muebles) e industrias de artes gráficas. La metodología que se empleará para realizar la estimación de emisiones por la aplicación de recubrimientos sobre superficies metálicas es aplicando factores de emisión per-capita; la ecuación adecuada para este fin es la siguiente: Ei = TR x FEi Donde: Ei = Emisión anual del contaminante i (Kg VOCs / año). TR = Cantidad promedio por ciudad o región de trabajadores que laboran en la aplicación de recubrimientos sobre superficies metálicas. FEi = Factor de emisión del contaminante i 5.7.2 Recubrimientos Superficiales de Materiales Metálicos En general la industria de recubrimientos bien puede servir para decoración o protección de materiales metálicos como latas de bebidas, partes de automotores, etc. Algunos de los posibles sistemas de control de emisiones son: emplear solventes a base de agua, sistemas de condensación, mejorar los sistemas de aplicación o incluir sistemas de recuperación de gases y dirigirlos hacia un quemador. Las emisiones de esta actividad industrial dependen en forma general del espesor de la película aplicada, de la composición del recubrimiento y del área a recubrir. 5.7.2.1 Recubrimiento de latas El procedimiento de recubrimiento de latas depende básicamente de lo que vaya a ser almacenado en el recipiente y también de la manera como haya sido formada la lata. Cuando las latas han sido formadas por dos bases y un cuerpo cilíndrico, la operación de recubrimiento consta de un recubrimiento inicial de la hoja seguido por el curado de la misma donde se alcanzan temperaturas superiores a los 180 ºC, una vez la hoja toma la forma de cilindro hueco se aplica un material de protección a la unión (o soldadura) de los extremos de la hoja metálica. Los recubrimientos internos solo se realizan si se va a ingresar algún tipo de alimento. 51 El otro estilo de latas consta de dos piezas solamente, la primera es un cilindro con fondo al cual se le aplica un recubrimiento blanco y es llevado al horno para curado (hasta 200 ºC), luego se les aplica las respectivas tintas para la elaboración de la imagen deseada y es aplicada una nueva capa de barniz protector con su correspondiente sección de curado. Finalmente las latas son recubiertas internamente; se someten a un nuevo proceso de curado en hornos, que pueden ser multi-pasos, hasta alcanzar temperaturas entre los 110 – 200 ºC. Este tipo de recipientes es empleado para el almacenamiento de cervezas y bebidas en general. 5.7.2.2 Recubrimientos en la industria automotriz La industria automotriz es gran consumidora de los solventes orgánicos ya que los emplea para las tres capas de recubrimientos necesarias para dar el acabado final a los autos; la generación de VOCs es la principal contribución de contaminantes que posee dicha actividad y solo las grandes industrias dedicadas a esto poseen algunos sistemas de control que van desde la implementación de tecnologías, que mejoran la eficiencia en el recubrimiento, hasta los cambios en la composición de las pinturas empleadas. Los factores de emisión reportados por la EPA para el recubrimiento superficial de automóviles, son aplicables siempre y cuando la industria posea características, como por ejemplo, que los autos se desplacen sobre una banda transportadora a una velocidad de de 3 – 8 ft/min y que la producción oscile entre 30 y 70 unidades por hora (Ver capitulo 4.2.2.8 del AP-42, Automobile and Light Duty Truck Surface Coating Operations tabla 4.2.2.8-1); teniendo en cuenta que a nivel nacional la cantidad de industrias que manejan este volumen y tipo de producción no es significativo y que predomina la aplicación de recubrimientos sobre automotores de forma “artesanal”, en talleres con niveles inferiores a los promediados por la EPA. Se presentará a continuación la ecuación que debe emplearse para determinar el factor de emisión de VOCs expresado como libra de contaminante por vehículo por taller (lb/vehículo.taller). La estimación de las emisiones provocadas por esta actividad debe ser calculada definiendo un área – fuente a estudiar, es decir delimitando algún sector, región o municipio y determinando previamente el promedio de talleres de pintura de autos que existen dentro de dicha región y además el promedio regional de coches a los que se les aplican los recubrimientos. La fórmula para el factor de emisión es: Ev = Av ⋅ c1 ⋅ T f ⋅ Vc ⋅ c2 S c ⋅ eT Donde: Ev = Factor de emisión de VOCs (lb/vehículo.taller). Av = Área promedio pintada por cada vehículo (ft2/vehículo) c1 = Factor de conversión: 1 ft/12000 mil Tf = Espesor de la película (capa) de pintura (mil), para reportar este valor, determine el valor en pulgadas (in) y divídalo en 1000 Vc = Composición de compuestos orgánicos volátiles en el solvente empleado (lb VOCs/gal pintura) c2 = Factor de conversión: 7.48 gal/ft3 Sc = Concentración de sólidos presentes en la pintura aplicada (gal sólidos/gal pintura) eT = Eficiencia en la fijación de sólidos en la aplicación del recubrimiento (generalmente se toma como 0.40, a falta de mayor información se puede emplear este valor por defecto) El factor de emisión calculado mediante dicha expresión tendrá una calidad de C para la estimación de emisiones de VOCs. Si se ha decidido realizar la estimación de emisiones a partir del factor de emisión de la ecuación anterior, la emisión de VOCs se expresaría como: 52 EVOCs = 0.454 * Ev * NT * NV Donde: EVOCs = Emisión de VOCs (Kg VOCs/día) NT = Número de talleres que aplican recubrimientos en la región de estudio NV = Cantidad diaria promedio de vehículos a los que se les aplica recubrimientos en los talleres Es necesario recalcar que en caso de haber estimado las emisiones para la aplicación de recubrimientos de autos empleando el método descrito anteriormente, dicha actividad no debe ser contabilizada nuevamente en la estimación de emisiones para la aplicación de recubrimientos sobre superficies metálicas en general mencionado en la sección 5.7.1 del presente manual. 5.8 CÁLCULO DE EMISIONES RELACIONADAS CON LA AGRICULTURA Las emisiones generadas por actividades relacionadas con la agricultura requieren de un tratamiento y un enfoque especial debido principalmente a que debe considerarse para el estudio o realización del inventario de emisiones una determinada área-fuente, ya que si se trata de considerar cada fuente de forma individual, las emisiones generadas tendrían niveles tan bajos que no serían significativas, así que deben analizarse las emisiones por determinadas regiones, municipios o departamentos. Dentro de las actividades agrícolas que afectan el ambiente con contaminantes se cuentan los cultivos con y sin fertilizantes, la aplicación de pesticidas, el manejo de abonos nitrogenados y las quemas agrícolas (rastrojos y paja). 5.8.1 Uso de pesticidas Las principales emisiones causadas por el uso de pesticidas están relacionadas directamente con su aplicación (superficial o al suelo), del consumo de estos productos, de su composición y de la presión de vapor de los ingredientes activos (estos valores pueden ser recolectados desde la tabla 9.2.2-1 del Capitulo 9.2.2 “Pesticide Application” del AP-42), del tipo de formulación del pesticida, del porcentaje de ingredientes activos e inertes y finalmente del contenido de VOCs presentes en los ingredientes inertes (tabla 9.2.2-3 del AP-42). Las emisiones de VOCs se generan tanto por los ingredientes activos (acción pesticida) como por los materiales inertes (incluidos dentro del producto para brindar alguna propiedad o característica especial). En los productos líquidos y emulsiones es mayor el aporte de VOCs por el material inerte y cuando la formulación es granular, ambos aportes son despreciables. El modelo propuesto por la EPA para la estimación de emisiones, solo es aplicable para estimar las emisiones generadas durante 30 días por los pesticidas aplicados, debido a que después de este tiempo la pérdida de VOCs del pesticida por la degradación microbiológica puede ser mayor. En la estimación de emisiones por esta fuente, se deben incorporar los ingredientes activos e inertes del pesticida y se hace necesario entonces la posesión de cierta información específica; así mismo se hace necesario conocer y definir tanto la naturaleza del producto empleado como la forma de aplicación implementada. Los requerimientos de información se detallan a continuación: • Cantidad total del producto aplicado: puede ser determinada al multiplicar el área total a la cual se le aplico el pesticida (Ha) por la frecuencia de uso del mismo (expresada por ejemplo como Kg pesticida/Ha) en un mes (debido a que los factores de emisión son válidos solo para estimar emisiones durante 30 días después de haberse aplicado el pesticida). 53 • • • • • • Método de aplicación (esparcido sobre las plantas o aplicado en el suelo): definido en la etiqueta del envase del producto. Nombre de los ingredientes activos de la formulación: puede ser hallado de la información de la etiqueta en los envases del producto. Presión de vapor de los ingredientes activos correspondientes: puede ser hallada de la información de la etiqueta en los envases del producto o de la tabla 9.9.2-1 de la EPA o de cualquier otro manual relacionado con el uso de pesticidas. La unidad de medida será milímetros de mercurio (mm Hg). Tipo de formulación (emulsión, líquido, gránulos, micro-cápsulas o polvo): se encuentra definida en la etiqueta del envase del producto. Porcentaje de ingredientes inertes: se encuentra en la etiqueta del envase del producto. Composición o fracción de VOCs presentes en los ingredientes inertes: puede ser consultado a través del productor; sin embargo en la siguiente tabla se presentarán algunos porcentajes de composición de VOCs en diferentes tipos de pesticidas (ver tabla 30). Tabla 30. Porcentaje de VOCs presentes en los ingredientes inertes de los pesticidas PORCENTAJE PROMEDIO DE VOCs (%) TIPO DE FORMULACION Aceites Solución líquida lista para usar Emulsión concentrada Concentrado acuoso Gel, pasta o crema Gas presurizado Micro-cápsulas Líquido presurizado, sprays o dispersores Polvo soluble Material impregnado Pellets, briquetas, torta o tabletas Granulados u hojuelas Suspensión Pinturas o recubrimientos 66 20 56 21 40 29 23 39 12 38 27 25 15 64 Fuente: AP-42, Capitulo 9.2.2 “Pesticide Application”, tabla 9.2.2-3 Es importante resaltar que el método presentado no es válido para la aplicación desde aeronaves a extensos terrenos de cultivos. Los factores de emisión reportados por la EPA están calificados en la categoría E. En la siguiente tabla se presentarán los factores de emisión reportados por la EPA para emisiones de VOCs provenientes de los ingredientes activos, aplicables a diferentes rangos de presiones de vapor. Tabla 31. Factores de emisión para VOCs de los ingredientes activos de los pesticidas RANGO DE PRESIÓN DE VAPOR TEMPERATURAS: 20 – 25 ºC (mm Hg) Esparcido superficial 1*10-6 hasta 1*10-4 > 1*10-4 Aplicación a los suelos -6 < 1*10 -6 1*10 hasta 1*10-4 > 1*10-4 FACTOR DE EMISIÓN Kg/t ingrediente activo aplicado 350 580 2.7 21 52 Fuente: AP-42, Capitulo 9.2.2 “Pesticide Application”, tabla 9.2.2-4 54 Ejemplo: Se aplican 0.35 Kg por cada hectárea, de cierto pesticida que se caracteriza porque su ingrediente activo es diazinón y su presentación viene en emulsión concentrada, con un 65% de componente activo y el restante corresponde al material inerte. El área total de fumigación corresponde a 12.5 Ha. Estimar las emisiones de VOCs causados por la aplicación del pesticida. Desarrollo: Consumo total de pesticida: 0.35 Kg/Ha * 12.5 Ha = 4.375 Kg de pesticida Cantidad de componente activo: 4.375 Kg * 65% = 2.8438 Kg de diazinón Cantidad de material inerte: 4.375 – 2.8438 = 1.5312 Kg material inerte Según la tabla 29, la cantidad de VOCs presentes en el material inerte para una emulsión concentrada es de 56%, luego entonces los VOCs generados por el material inerte son: EVOCs (inerte)30 días = 1.5312 * 56% = 0.575 Kg VOCs en el plazo de 30 días De la tabla 9.2.2-1 del AP-42, la presión de vapor para el diazinón es de 6.0*10-5 mm Hg, al tomar como referencia este dato y emplearlo en la tabla 30 conociendo previamente que la forma de aplicar dicho pesticida es superficialmente sobre las plantas se obtiene el factor de emisión para VOCs provenientes del ingrediente activo. FEVOCs (diazinón) = 350 Kg/t ingrediente activo aplicado Cantidad de diazinón aplicado: 2.8438 Kg = 2.8438*10-3 t EVOCs (diazinón)30 días = 350 Kg/t diazinón aplicado * 2.8438*10-3 t diazinón aplicado EVOCs (diazinón)30 días = 0.9953 Kg VOCs en el plazo de 30 días EVOCs (total)30 días = 0.575 + 0.9953 = 1.5703 Kg VOCs en el plazo de 30 días 5.8.2 Uso de fertilizantes Las principales emisiones de la actividad agrícola están relacionadas con compuestos nitrogenados gaseosos provenientes del manejo de abonos y fertilizantes nitrogenados, es común también encontrar emisiones de VOCs y CO2 originadas por la degradación de la materia orgánica presente en los suelos; en algunos casos también se presentan emisiones de CH4 causadas por la acción de bacterias metanogénicas sobre la materia orgánica en presencia de agua. Cuando se estiman emisiones de NOX y amoníaco (NH3) a través del estudio del follaje de las plantas se presenta cierta incertidumbre ya que a través de este método no solo se contabilizan las emisiones del uso del fertilizante sino que también se incluyen las emisiones propias de la planta. En general, las emisiones de NOX y NH3 dependen del tipo de fertilizante empleado (contenido de nitrógeno), del tipo de suelo, del pH del suelo, de las condiciones meteorológicas y al tiempo de aplicación en relación con el crecimiento y desarrollo de las cosechas. La urea por ejemplo al hidrolizarse incrementa la producción de CO2, aumenta el pH del suelo y esto a su vez favorece la volatilidad del amoníaco; para evitar este efecto al emplear urea como fertilizante, es necesario adicionar un inhibidor de la reacción de nitrificación, también es recomendable aplicar nitrato de amonio como fertilizante (siempre y cuando favorezca a los cultivos) debido a que tiene un efecto neutral sobre el pH y las emisiones por lo tanto son menores. Otro factor importante en el momento de definir factores de emisión por aplicación de fertilizantes sobre los cultivos, es el tiempo de referencia asumido (hora, día, mes, año) debido a que las emisiones generadas por los fertilizantes son mayores a medida que pasan los días hasta un cierto “umbral” o tiempo máximo de descomposición del fertilizante; en algunos casos la emisión puede generarse después de un mes de haberse aplicado el fertilizante. 55 En la literatura se reportan diversos factores de emisión de amoníaco (NH3) para uso de fertilizantes en la agricultura, estos factores los clasifican dependiendo del tipo de fertilizante nitrogenado empleado o en el caso de tratarse de manejo de estiércol de animales de granja, el factor de emisión depende del tipo de animal. En las siguientes tablas se reportan los valores de factores de emisión tanto por tipos de fertilizante (Programa de inventario de emisiones de México, 1997) y según el tipo de animal del cual se recolectan las excretas para luego ser empleadas como fertilizantes (William Battye, Viney P. Aneja, Paul A. Roelle, 200316). Tabla 32. Factores de emisión de amoníaco (NH3) por tipo de fertilizante FE NH3 (Kg NH3/t nitrógeno total) TIPO DE FERTILIZANTE Amoníaco anhidro Amoníaco acuoso Soluciones de nitrógeno Urea Nitrato de amonio Sulfato de amonio Tiosulfato de amonio Otro tipo de nitrógeno directo Fosfatos de amonio (mono y di) NPK 12 12 30 187 25 97 30 30 48 48 Tabla 33. Factores de emisión de amoníaco (NH3) por tipo de animal TIPO DE ANIMAL Vaca lechera Vaca de engorde Cerdos hembra Cerdos de engorde (al final del período de engorde) Aves de corral ponedoras Ovejas Caballos FE NH3 (Kg NH3/animal.año) 28.0 10.2 1.4 6.4 0.37 1.34 8.0 La estimación de emisiones de NH3 empleando los factores de emisión de la tabla 32, se realiza de la siguiente forma: ENH3 = Σ[CFi x %Ni x FE(NH3)i] Donde: ENH3 = Emisión anual total de amoníaco CFi = Consumo anual total para cada tipo de fertilizante %Ni = Contenido de nitrógeno para cada tipo de fertilizante FE(NH3)i = Factor de emisión para cada tipo de fertilizante Al emplear los factores de emisión reportados en la tabla 33, es necesario introducir en la fórmula de estimación de emisiones un término que tenga en cuenta la cantidad de animales, es decir la ecuación quedaría de la siguiente forma: ENH3 = Σ[CAi x FE(NH3)i] 16 William Battye, Viney P. Aneja, Paul A. Roelle (2003). Evaluation and improvement of ammonia emissions inventories. Atmospheric Environment 37. p.p 3873 - 3883 56 Donde: ENH3 = Emisión anual total de amoníaco CAi = Cantidad de cada tipo de animal FE(NH3)i = Factor de emisión para cada tipo de animal Ahora bien para los contaminantes criterio establecidos por la legislación colombiana (PST, PM10, CO2, CH4, VOCs, NOX y SO2), la recopilación de información demostró la necesidad de establecer factores de emisión para las condiciones de cultivos (pisos térmicos y tipos de suelo) existentes en Colombia, esto debido a que los factores reportados por CORINAIR solo son aplicables con modelos matemáticos específicos predeterminados para las condiciones de suelo. Después de clasificar el terreno o zona en una de tres posibles categorías (A, B o C), el criterio de decisión es la temperatura promedio de la zona en primavera, correspondiendo a cada zona los siguientes rangos: • • • Región A T > 13 °C Región B 6 °C < T < 13 °C Región C T < 6 °C Colombia posee un clima tropical templado en la mayoría de su territorio, por esta razón la utilización de los factores de emisión reportados por CORINAIR para el territorio Colombiano, conllevaría a obtener emisiones muy poco confiables (para los contaminantes criterio), se recomienda la realización de un estudio a nivel nacional, donde se categoricen las regiones (caribe, andina, pacífica, orinoquía y amazonía) o pisos térmicos (Cálido 0 – 1000 msnm; templado 1000 – 2000 msnm; frío 2000 – 3000 msnm; páramo 3000 – 4500 msnm y nevado alturas mayores a los 4500 msnm), donde se determinen las condiciones y los factores de emisión para esta clase de climas y suelos. Este tipo de estudios es de vital importancia puesto que la extensión de terrenos para cultivos es amplia como se puede ver en la tabla del anexo FD-2. El estudio debe incluir tanto tipos de fertilizantes como las excretas de diferentes tipos de animales; en el primer caso será necesario contar con la composición de los fertilizantes, más precisamente el contenido de nitrógeno y además contar con el dato estadístico del consumo de cada tipo de fertilizante para cada región o piso térmico en el que se clasifique el estudio. Para el segundo caso es necesario realizar una encuesta para conocer la cantidad de animales de cada tipo predefinido en el marco del estudio a nivel de región o piso térmico (dependiendo de lo escogido en la planificación del estudio). 57 6 BIBLIOGRAFÍA Air Emissions Models for Waste and Wastewater, U.S. Environmental Protection Agency, Office of Air Quality Planning and Standards, Research Triangle Park, NC, EPA-453/R-94-080A, November 1994. AP-42, Compilation of Air Pollution Emission Factors (AP-42) - Volume I: Stationary Point and Area Sources, Fourth Edition. U.S. Environmental Protection Agency, Office of Air Quality Planning and Standards, Research Triangle Park, North Carolina. January. República de Colombia. Decreto 948, 5 de junio de 1995, Diario Oficial No. 41876. República de Colombia. Decreto 979, 3 de abril de 2006, Diario Oficial 46230 Emission Inventory Improvement Program. Volumes I to VII. Emission Factors. EPA. Clearinghouse for Inventories & K-2 Ingeniería Ltda, Modelación de la dispersión de Contaminantes atmosféricos, 2001 K-2 Ingeniería Ltda., Modelo de dispersión para material particulado Emcarbón S.A., 2005 RIGOLA, Miguel. Tratamiento de Aguas Industriales – Aguas de Proceso y Residuales. México: Alfaomega Grupo Editor. 1999. MOLINA, Francisco; y ECHEVERRI, Carlos. Factores de emisión de material particulado para el carbón de amagá y el crudo de castilla - evaluación preliminar. Revista AINSA. Año XV No. 3. pp. 28-31. Medellín. 1995 AVILA G., A., PACHECO R., E. y POSADAS L., C. Inventario de emisiones de fuentes de área para la ciudad de San Luis Potosí, S.L.P. Universidad Autónoma de San Luis Potosí (UASLP), Facultad de Ingeniería - Centro de Investigación y Estudios de Postgrado (CIEP), San Luis Potosí, México. Módulo de Uso de Recursos propuesto por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia – IDEAM POVEDA, Germán; GIL, Marta y QUICENO, Natalia. El ciclo anual de la hidrología de Colombia en relación con el ENSO y la NAO. Postgrado en aprovechamiento de recursos hidráulicos. Facultad de Minas. Universidad Nacional de Medellín, Colombia. ROBERTS, E. Alley Associates. Manual de control de la calidad del aire. Mc Graw Hill. Manual del Programa de Inventarios de Emisiones de México. VOLUMEN V - Desarrollo de Inventarios de Emisiones de Fuentes de Área, Radian International LLC 10389 Old Placerville Road Sacramento, CA 95827, Marzo 31, 1997. Gobierno del Distrito Federal, México. Inventario de emisiones de la Zona Metropolitana del Valle de México. 2002. 58 CORINAIR. Guía metodológica para el desarrollo de inventarios de emisiones de España. Seminario sobre la calidad del aire en España. Junio 2000. IV CYTED. Depuración de efluentes de incineradores de residuos. Ed. Universidad de Antioquia, 2004 CASTILLO, Esperanza; JARAMILLO, Álvaro; ARCILA, Jaime; SANABRIA, Joaquín. Coeficientes de extinción de la radiación fotosintéticamente activa en coffea arabica. Memorias IV Congreso Colombiano de Meteorología. IDEAM. CASTILLO M., Edgar F.; et al. Sistema de información para la evaluación ambiental de sectores productivos. Convenio UIS-IDEAM, mayo 1999. 59 INTERNET Manual del Programa de Inventarios de Emisiones de México. VOLUMEN V - Desarrollo de Inventarios de Emisiones de Fuentes de Área, Radian International LLC 10389 Old Placerville Road Sacramento, CA 95827, Marzo 31, 1997. [on line]: http://www.epa.gov/ttn/catc/cica/atech_s.html#37 EPA. Non point sources. [on line]: http://www.epa.gov/Region8//water/nps/npswhat.html Instituto Nacional de Ecología de México. Guía De Elaboración Y Usos De Inventarios De Emisiones. Mayo del 2005. Dirección en investigación sobre calidad del aire. [on line]: http://www.ine.gob.mx/dgicurg/calaire/inem1999.html U.S. Environmental Protection Agency, http://www.epa.gov/otaq/nonrdmdl.htm User’s GUIDE TO Modelo NONROAD. 2005. U.S. Environmental Protection Agency. USER’S GUIDE TO TANKS. October 2005. Versión 4.09D. http://www.epa.gov/ttn/chief/software/tanks/index.html U.S. Environmental Protection Agency, USER’S GUIDE FOR WATER9. July 2004 Version 2.0. http://www.epa.gov/ttn/chief/software/water/index.html Información del sector eléctrico colombiano, ISA. Numero 94 (Marzo 19-Marzo 25/98), http://www2.isa.com.co/gmem/servicios_informacion/servicios_virtuales/capi tulo3/isacom/Fr94_25/ISA.htm EMEP/CORINAIR Emission Inventory Guidebook - 3rd edition September 2004 UPDATE - Technical report No 30 http://reports.eea.eu.int/EMEPCORINAIR4/en/page002.html Plan Nacional de Desarrollo Minero 2007-2010, gestión pública para propiciar la actividad minera, Bogotá, agosto 2007. [on line]: < http://www.upme.gov.co/Index4.htm> DANE. COLOMBIA, Censo General 2005; Resultados Población Conciliada (A Junio 30 de 2005) distribuido en mayo 22 de 2007. http://www.dane.gov.co/censo/ Incertidumbre – CORINAIR http://reports.eea.eu.int/EMEPCORINAIR3/en/BGPG.pdf Republica de Colombia. Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural. Estadísticas Sector Agropecuario, 3 de septiembre de 2007. [on line]: www.minagricultura.gov.co/archivos/carpeta_ministro_28_agosto_2007.pdf Technology Transfer Network Clearinghouse for Inventories & Emissions Factors. Environmental Protection Agency. USA. http://www.epa.gov/ttn/chief/ap42/ Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales IDEAM. www.ideam.gov.co Reportes de la Agencia Ambiental Europea (EEA) http://reports.eea.eu.int/ 60 Instituto Geográfico Agustín Codazzi IGAC www.igac.gov.co Empresa Colombiana de Petróleos ECOPETROL www.ecopetrol.com.co 61 ANEXO FD-1. PRESIONES DE VAPOR PARA DIFERENTES INGREDIENTES ACTIVOS EN LOS PESTICIDAS Ingrediente activo 1,3-Dichloropropene 2,4-D acido Acephate Alachlor Aldicarb Aldoxycarb Amitraz Amitrole (aminotriazole) Atrazine Azinphos-methyl Benefin (benfluralin) Benomyl Bifenox Bromacil acid Bromoxynil butyrate ester Butylate Captan Carbaryl Carbofuran Chlorobenzilate Chloroneb Chloropicrin Chlorothalonil Chloropyrifos Clomazone (dimethazone) Cyanazine Cyromazine DCNA (dicloran) DCPA (chlorthal-dimethyl; Dacthal®) Diazinon Dichlobenil Dicofol Dicrotofos Dimethoate Dinocap Disulfoton Diuron Endosulfan EPTC Ethalfluralin Ethion Ethoprop (ethoprophos) Fenamiphos Fenthion Fluometuron Fonofos Presión de vapor (mm Hg) Rango de temperaturas 20 – 25 °C 29 8.0 x 10-6 1.7 x 10-6 1.4 x 10-5 3.0 x 10-5 9.0 x 10-5 2.6 x 10-6 4.4 x 10-7 2.9 x 10-7 2.0 x 10-7 6.6 x 10-5 < 1.0 x 10-10 2.4 x 10-6 3.1 x 10-7 1.0 x 10-4 1.3 x 10-2 8.0 x 10-8 1.2 x 10-6 6.0 x 10-7 6.8 x 10-6 3.0 x 10-3 18 1.0 x 10-3 (estimated) 1.7 x 10-5 1.4 x 10-4 1.6 x 10-9 3.4 x 10-9 1.3 x 10-6 2.5 x 10-6 6.0 x 10-5 1.0 x 10-3 4.0 x 10-7 1.6 x 10-4 2.5 x 10-5 4.0 x 10-8 1.5 x 10-4 6.9 x 10-8 1.7 x 10-7 3.4 x 10-2 8.8 x 10-5 2.4 x 10-6 3.8 x 10-4 1.0 x 10-6 2.8 x 10-6 9.4 x 10-7 3.4 x 10-4 62 Isofenphos Lindane Linuron Malathion Methamidophos Methazole Methiocarb (mercaptodimethur) Methomyl Methyl Parathion Metolachlor Metribuzin Mevinphos Molinate Naled Norflurazon Oxamyl Oxyfluorfen Parathion (ethyl parathion) PCNB Pendimethalin Permethrin Phorate Phosmet Profenofos Prometon Prometryn Propachlor Propanil Propargite Propazine Propoxur Siduron Simazine Tebuthiuron Terbacil Terbufos Thiobencarb Thiodicarb Toxaphene Triallate Tribufos Trichlorfon Trifluralin Triforine 3.0 x 10-6 3.3 x 10-5 1.7 x 10-5 8.0 x 10-6 8.0 x 10-4 1.0 x 10-6 1.2 x 10-4 5.0 x 10-5 1.5 x 10-5 3.1 x 10-5 < 1.0 x 10-5 1.3 x 10-4 5.6 x 10-3 2.0 x 10-4 2.0 x 10-8 2.3 x 10-4 2.0 x 10-7 5.0 x 10-6 1.1 x 10-4 9.4 x 10-6 1.3 x 10-8 6.4 x 10-4 4.9 x 10-7 9.0 x 10-7 7.7 x 10-6 1.2 x 10-6 2.3 x 10-4 4.0 x 10-5 3.0 x 10-3 1.3 x 10-7 9.7 x 10-6 4.0 x 10-9 2.2 x 10-8 2.0 x 10-6 3.1 x 10-7 3.2 x 10-4 2.2 x 10-5 1.0 x 10-7 4.0 x 10-6 1.1 x 10-4 1.6 x 10-6 2.0 x 10-6 1.1 x 10-4 2.0 x 10-7 63 ANEXO FD-2. SUPERFICIE AGRÍCOLA SEMBRADA EN COLOMBIA POR CULTIVOS 17 17 Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural. Estadísticas Sector Agropecuario, 3 de septiembre de 2007 64
