Tecnologias para el control de la contaminacion del aire .Soporte didactico

Facultad de Ingeniería
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA
FUNDAMENTOS DE INGENIERA AMBIENTAL
Ing. Ines Micaela Santana- Cátedra Fundamentos de Ingeniería Ambiental ( V1.1) Área Ing. Qca. 1
U1.2 - TECNOLOGÍAS PARA EL CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN
ATMOSFÉRICA
1. INTRODUCCIÓN
2. ACCIONES CORRECTORAS
PROCESOS DE ABSORCIÓN
PROCESOS DE ADSORCIÓN
PROCESOS DE COMBUSTIÓN
CAPTACIÓN DE PARTÍCULAS
3. TECNOLOGÍAS PARA LA DEPURACIÓN DE GASES CONTAMINANTES
1 INTRODUCCIÓN:
El principio básico de la política de protección del medio ambiente es el de prevención.
Este principio rector de la actuación medioambiental se traduce, respecto a la
salvaguarda de la calidad del aire, en minimizar las emisiones a la atmósfera de
sustancias contaminantes. También se conoce como la estrategia de reducción en
origen. Se trata de abandonar la actitud tradicional de reaccionar ante los problemas de
la contaminación después de que hayan salido y sustituirla por la de prevenir estos
problemas y evitar que se produzcan. Las ventajas de este enfoque son bastante
evidentes y comportan además de un ahorro de recursos, evitar los daños que, en
algunos supuestos, pueden tener incluso carácter irreversible. La adopción de medidas
preventivas y la racionalización del uso de los recursos puede hacer compatibles estas
dos aspiraciones de la sociedad humana. Las medidas de prevención de la
contaminación atmosférica se basan fundamentalmente en:
Un conocimiento científico y técnico correcto y exhaustivo de la problemática de
la contaminación atmosférica desde todos los puntos de vista: sustancias
contaminantes, focos emisores, procesos y técnicas industriales y efectos de los
contaminantes.
Un análisis correcto de las variables económicas que permita un desarrollo
adecuado de los factores implicados en los procesos de contaminación
atmosférica: industrias , zonas urbanas, etc.
Un conocimiento meteorológico exhaustivo, en especial de la capa fronteriza,
entre 0 y 100 metros aproximadamente.
Una tarea de sensibilización ciudadana y educación ambiental dirigida a todos
los estamentos sociales: escolares, adultos, técnicos, administradores,
empresarios, etc.
Una legislación adecuada que regule la problemática ambiental.
Una estructura administrativa que coordine todos los aspectos implicados en la
gestión del medio ambiente.
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Como acciones preventivas de la contaminación atmosférica, se pueden destacar los
mapas de vulnerabilidad y capacidad del territorio, la planificación urbanística, los
estudios de evaluación de impacto ambiental, las medidas preventivas urbanas y el
ahorro energético. También son importantes los sistemas de vigilancia y las medidas
derivadas de los principios básicos, como son los estudios económicos y unas
estructuras jurídicas y administrativas adecuadas.
La vigilancia de la contaminación atmosférica se lleva a cabo mediante las redes de
vigilancia y previsión de la contaminación atmosférica. La red es un conjunto de
aparatos de medida de los diferentes contaminantes que proporcionan los datos de los
niveles de emisión comunicados con unos centros de análisis y coordinación. La
comunicación de la red automática se realiza vía radio o teléfono y la gestión de los
datos está totalmente informatizada.
Esta red se extiende según las necesidades que se manifiesten en los diferentes
puntos o zonas que se encuentren sometidos a algún problema relacionado con la
contaminación atmosférica, ya sea de origen industrial, doméstico o proceda del
tránsito rodado. Como su nombre indica, el objetivo principal de esta red es vigilar la
contaminación atmosférica y mediante los resultados de las medidas que se obtienen,
realizar las actuaciones necesarias para solucionar los problemas originados por la
contaminación.
Para alcanzar unos niveles de calidad del aire conformes con las exigencias de la
calidad de vida de los ciudadanos, no es suficiente la actuación de los poderes
públicos. Los productores, usuarios y consumidores deben adoptar unas pautas de
comportamiento lo más ajustadas posibles a los requerimientos que reclama la
protección de un recurso natural tan básico como es el aire.
Cuando las medidas preventivas no se pueden llevar a cabo o su aplicación no es
posible desde el punto de vista económico se recurre, para limitar la descarga de
contaminantes a la atmósfera, a acciones correctivas que pueden ser de dos tipos:
Concentrar y retener los contaminantes con equipos adecuados de
depuración que producen residuos sólidos o líquidos que contaminarán
los suelos y el agua si no se planifica un tratamiento adecuado de estos
residuos y, además, con el inconveniente de que estos equipos
depuradores consumen recursos naturales y energía.
Expulsar los contaminantes por medio de chimeneas suficientemente
altas para que la dilución evite concentraciones elevadas a nivel del
suelo. Este procedimiento, si bien atenúa los problemas de contaminación
desde el punto de vista local, puede producir problemas en lugares
alejados de las fuentes de emisión.
Para conseguir grados de protección ambiental adecuados a costes razonables, el
sistema de depuración será, por lo general, una combinación de tales medidas. En
cualquier caso, es necesario, tener en cuenta a la hora de abordar el problema de
control de contaminantes dos aspectos principales: los condicionamientos ambientales
y las consideraciones económicas.

2 ACCIONES CORRECTORAS:
Proceso de absorción
Basan su funcionamiento en el hecho de que los gases residuales están compuestos
de mezclas de sustancias en fase gaseosa, algunas de las cuales son solubles en fase
líquida. En el proceso de absorción de un gas, el efluente gaseoso que contiene el
contaminante a eliminar se pone en contacto con un líquido en el que el contaminante
se disuelve. La transferencia de materia se realiza por el contacto del gas con el líquido
en lavadores húmedos o en sistemas de absorción en seco.
Proceso de adsorción
Una alternativa a los sistemas de absorción por líquido lo constituye la adsorción de los
contaminantes sobre sólidos. En los procesos de adsorción los gases, vapores y
líquidos se retienen sobre una superficie sólida como consecuencia de reacciones
químicas y/o fuerzas superficiales. Se produce una difusión desde la masa gaseosa
hasta la superficie externa del sólido y de las moléculas del gas dentro de los poros de
sólido seguida de la adsorción propiamente dicha de las moléculas del gas en la
superficie del sólido. Los sólidos más adecuados para la adsorción son los que
presentan grandes relaciones superficie-volumen, es decir, aquellos que tienen una
elevada porosidad y área superficial para facilitar el contacto sólido-gas: tierra de Fuller,
bauxita, carbón activado, alúmina activada, tamices moleculares, etc. Periódicamente,
es necesaria la sustitución o regeneración del adsorbente para que su actividad no
descienda de determinados niveles.
Proceso de combustión
La combustión constituye un proceso apropiado par la eliminación de compuestos
orgánicos transformándolos en dióxido de carbono y vapor de agua y también es válido
para determinadas sustancias inorgánicas. Tipos de combustión:
Espontánea. Cuando se trata de eliminar gran parte de los gases que son
tóxicos que tienen olores fétidos, la combustión ha de realizarse a alta
temperatura y con tiempo de retención controlado, por lo que el coste de
combustible puede ser elevado.
Procesos catalíticos. Con el fin de realizar la combustión a temperaturas más
bajas, suele utilizarse la combustión en presencia de un catalizador, por lo
general un metal de transición depositado en una matriz de alúmina. Este
tipo de combustión suele emplearse en la eliminación de trazas de
compuestos que contienen fenoles, formaldehído, azufre, etc. Un problema
que presenta la combustión catalítica es la del envenenamiento del
catalizador por algunas sustancias en forma de partículas.

CAPTACIÓN DE PARTÍCULAS
Según el principio en que se basa el proceso de separación de las partículas, pueden
establecerse los siguientes tipos de equipos de depuración: colectores, precipitaciones
electrostáticas, filtros de mangas, lavadoras y absorbedores húmedos.
Colectores inerciales. Ciclones
Definición: Los ciclones son colectores centrífugos en los que la entrada de aire es
tangencial al cuerpo del cilindro, de esta manera se fuerza a las partículas a
dirigirse hacia las paredes, donde perderán su energía y caerán a un colector o
tolva situado en la parte inferior del cuerpo.
Están formados básicamente por un recipiente cilíndrico vertical donde se introduce
tangencialmente el gas portador, cargado de partículas de polvo. La corriente se desvía
en círculo y por efecto de la fuerza centrífuga, las partículas se lanzan al exterior al
formar la mezcla gaseosa un remolino vertical descendente. Esta corriente en espiral
del gas cambia de dirección al llegar al fondo del recipiente y sale por el conducto
situado en el eje. Los ciclones son dispositivos útiles y baratos para la captación en
seco de polvo ligero o grueso. Sin embargo, la eficiencia de captación de estos equipos
es muy baja, sobre todo, en la eliminación de partículas pequeñas, por lo que su
utilización se reduce, por lo general, a desempolvado previo al paso de los gases por
un sistema más eficaz.
Precipitadores electrostáticos
Definición : El precipitador electrostático es un dispositivo utilizado para la
descontaminación del aire que utiliza las fuerzas eléctricas para la remonición de la
fracción sólida de un efluente, dirigiéndo las particulas hacia las placas del colector.
Las partículas se cargan mediante el choque con iones gaseosos creados por la
ionización del aire creado entre los electrodos, tras la carga las partículas siguen las
líneas de campo producidas por el alto voltaje hasta la superficie del electrodo
colector. Las partículas deben ser eliminadas de las placas y recolectadas en una
tolva, evitando que se reencaucen en la corriente gaseosa

Los precipitadores electrostáticos basan su principio de funcionamiento en el hecho de
cargar eléctricamente las partículas, para una vez cargadas someterlas a la acción de
un campo eléctrico que las atrae hacia los electrodos que crean el campo,
depositándose sobre ellos. Los precipitadores más utilizados a escala industrial son los
de diseño de etapa única, por su gran capacidad de tratar gases con concentraciones
de polvo muy altas. Estos precipitadores pueden separar cualquier tipo de sustancia en
forma de partículas, alcanzando eficacias superiores al 99%, siempre que la
resistividad eléctrica de las partículas no sea demasiado alta, en este caso será
necesario acondicionar la corriente gaseosa con la adición de determinados productos.
Filtros industriales
Definicion: Los filtros son materiales porosos a través de los cuales se hace pasar
una corriente gaseosa cargada de partículas, que quedarán retenidas en el filtro. La
mayoría de los filtros de tela tienen un tamaño de poro bastante grande en relación
con las partículas que se quieren eliminar, pero el poder de filtración radica en la
acumulación de partículas en la superficie del filtro, que forma una torta que
colabora fuertemente en el poder de retención de partículas.
El sistema de filtros consiste en hacer pasar una corriente de gases cargados con
partículas de polvo a través de un medio poroso donde queda atrapado el polvo. El

filtro de mangas ha sido uno de los más utilizados durante los últimos años, ya que
pueden tratar grandes volúmenes de gases con altas concentraciones de polvo. Con
este tipo de equipos pueden conseguirse rendimientos mayores del 99%,
independientemente de las características de gas, haciendo posible la separación de
partículas de un tamaño del orden de 0.01 micras. Conforme pasa el gas, la capa de
polvo depositado sobre el material filtrante, que colabora en el proceso de
interceptación y retención de partículas de polvo, se va haciendo mayor, aumentando la
resistencia al flujo y la pérdida de carga, lo que obliga a disponer de mecanismos para
la limpieza automática y periódica del filtro. Hoy en día, el filtro cerámico ha adquirido
una mayor importancia en los procesos de depuración de gases. La eficacia filtrante de
este tipo de filtros es muy cercana al 100%, excepto si las partículas son de tamaño
submicrónico en su mayor parte, o el tamaño del gránulo o fibra que forman el filtro
cerámico es grande.
Lavadores y absorbedores húmedos
Definicion:Una torre de lavadora o de limpieza húmeda es un dispositivo de
control de la contaminación del aire que remueve material particulado y gases
ácidos de las corrientes de gases residuales de fuentes fijas. Se centra en la
eliminación de partículas sólidas La separación se realiza por medio de una
corriente liquida pulverizada (gotas), que es inyectada dentro de una cámara por
donde circulan el gas contaminado. Las partículas se ven arrastradas por la
corriente líquida hacia la parte inferior del equipo, que será posteriormente
recogido y tratado. El contacto de las partículas con el medio líquido puede
efectuarse de diversos modos, el equipo más común es el equipo tipo Venturi. La
eficacia depende del grado de contacto e interacción que tengan las partículas con
el líquido; es por ello que es muy importante la atomización del líquido y un
adecuado tiempo de contacto. Los lavadores logran buenas eficiencias de captura
Los lavadores y absorbedores húmedos son equipos en los que se transfiere la materia
suspendida en un gas portador a un líquido absorbedor en la fase mezcla gas-líquido,
debido a la colisión entre las partículas de polvo y las gotas de líquido en suspensión
en el gas.

Equipo Rango de partículas
que atrapa en micras
Precipitadores
electrostáticos
Torres empacadas
Filtros de papel
Filtros de tela
Lavadores de gases
Separadores
centrífugos
Cámaras de
sedimentación
0.01 a 90
0.01 a 100
0.005 a 8
0.05 a 90
0.05 a 100
5 a 1000
10 a 10000
3 TECNOLOGÍAS PARA LA DEPURACIÓN DE GASES CONTAMINANTES:
Combustión en lecho fluidizado
La energía eléctrica se produce en centrales térmicas y la mayoría de ellas queman
carbón como combustible, lo cual genera muchos problemas ambientales, por lo que se
han desarrollado ‘Tecnologías de uso limpio del carbón’. De esta forma se ha llegado a
la tecnología de combustión en lecho fluido que además de lograr buenos parámetros
medioambientales, se consigue un incremento en el rendimiento del proceso de
producción de energía eléctrica. Este rendimiento se consigue por la expansión de los
gases de combustión en una turbina de gas que se integra en un ciclo combinado con
la turbina de vapor. La principal ventaja de esta nueva tecnología es la posibilidad de
reducir en el propio proceso de combustión el dióxido de azufre formado a partir del
contenido de azufre del combustible. Es posible quemar carbones con alto contenido
en azufre consiguiendo niveles de emisión de SO2 por debajo de los límites impuestos
por la legislación ambiental, sin la necesidad de utilizar equipos adicionales de
desulfuración. Debido a las bajas temperaturas de combustión (860ºC) se puede añadir
al lecho un material absorbente barato, como caliza o dolomía, que permite fijar el
azufre del combustible en el proceso de combustión.
Depuración de los gases de chimenea
La producción de energía eléctrica por combustión a altas temperaturas de
combustibles fósiles, utilizando aire como comburente, produce gases que contienen
óxidos de nitrógeno (NOx) y óxidos de azufre (SO2). Estos gases, emitidos a la
atmósfera, pueden ocasionar daños al ecosistema y son muy agresivos por su carácter

ácido, por ello es necesario controlar las emisiones de estos gases a partir de una serie
de tratamiento para la eliminación tanto de los NOx, como del SO2.
Desulfuración de los gases de combustión:
La legislación medioambiental ha endurecido los límites de emisión de SO2 de las
grandes instalaciones de combustión en la Unión Europea, lo que afecta sobre todo a
las centrales térmicas. Por ello, la elección de la tecnología de desulfuración de los
gases de combustión es de la máxima importancia en una central térmica.
La eliminación de SOx de los gases de combustión puede llevarse a cabo mediante la
utilización de absorbedores húmedos (columnas de relleno o de platos) en los que se
transfiere el contaminante de la fase gas a la fase acuosa. En estos equipos, debido a
la alta superficie de contacto entre gas y líquido, se consigue una alta eficiencia.
Otro tipo de proceso de desulfuración de los gases de chimenea es la tecnología de la
caliza húmeda, en el que se convierte el SO2 de los gases de chimenea en yeso. Se
consigue un alto grado de desulfuración.
Otra nueva tecnología sería un proceso biológico de desulfuración de gas de chimenea,
mediante el cual al final del proceso, el SO2 de los gases de chimenea se convierten en
azufre puro. Se consiguen rendimientos de hasta un 98%.
Reducción de los NOX con NH3:
La creciente contaminación por los NOx (NO y NO2) ha decidido a las naciones más
avanzadas industrialmente a limitar las emisiones por focos emisores fijos. Para el
control de las emisiones de NOx se utilizan técnicas que pueden agruparse en dos
tipos principales:

Técnicas de control de la combustión, denominadas “primarias” por las que se actúa
sobre el quemador o sobre la cámara de combustión, para reducir la formación de NOx
en caldera, mediante la disminución de la temperatura de combustión.
Técnicas de tratamiento de los gases de combustión o también denominadas
“secundarias” que, a su vez, pueden efectuarse en húmedo o en seco. Entre las
técnicas de tratamiento en seco de los gases de combustión, la más utilizada, por su
elevada eficacia y selectividad, es la reducción selectiva de los NOx, utilizando como
agente reductor amoníaco o urea, en presencia de un catalizador apropiado. Este
método se basa en reducir los NOx para la obtención de nitrógeno y agua como
productos finales.
Fuentes:
Theoretical Study of Cyclone Design. (May 2004) Lingjuan Wang,B. Eng., Anhui
Institute of Finance and Trade, China; M.S., Texas A&M University
Diseño óptimo de ciclones. Carlos Alberto Echeverri Londoño. Medellín, 2006
L.M. Ingeniería química y ambienta
Guía para el diseño de desarenadores y sedimentadores - Organización Panamericana de la
Salud.
Unión Europea - Internacional de Educación
Cepis.OPS-OMS. - Biblioteca virtual de desarrollo sostenible y salud ambiental
E.P.A Manual de costos de operación de control de la contaminación del aire.
Fichas internacionales de seguridad química. FISQ -OIT

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