CONTROL DEL A CONTAMINACION DEL AIRE

Se dice que el aire está contaminado cuando en él existen sustancias o energía que pueden alterarlo y ocasionar

efectos sobre seres humanos, animales, vegetación y materiales diversos (Barrera, Andraca Soto, & Camarena

Santiesteban, 1987).

La prevención se refiere a evitar la formación de contaminante y, para ello, es necesario actuar sobre las

materias primas (posibles sustitutos), o bien, proceder a la modificación del equipo o proceso. En la prevención importa

la factibilidad tecnológica y la viabilidad económica, y es tan importante como el control de la contaminación. El control

se refiere a impedir que el contaminante, una vez formado, salga a la atmósfera. Se basa en dos principios diferentes:

concentrar y retener (depuración), o bien, expulsar y diluir. Para el último, existen técnicas de predilución con aire y la

elevación del punto de descarga, cuyos resultados no son del todo satisfactorios (Jiménez Cisneros, 2001).

Existen dos posibles enfoques en las estrategias de lucha contra la contaminación atmosférica:

La fijación de normas de calidad de aire que no puedan excederse.

El control de las emisiones mediante el empleo de la mejor tecnología disponible.

Lo óptimo es elegir una combinación de los enfoques anteriores:

Control de los nuevos focos de emisión basado en las mejores tecnologías disponibles.

Control de las emisiones de los focos existentes y adaptación progresiva a las exigencias de los nuevos.

Vigilancia y control de la calidad del aire, con el fin de mantener unos niveles de contaminación que no

produzcan efectos adversos sobre la salud humana y sobre los ecosistemas.

FIJACION DE NORMAS DE CALIDAD

Cronología ZONA METROPOITANA Y CIUDAD DE MEXICO (Lascaña Navarro & Aguilar Garduño, 1999)

1975 – Puesta en marcha de los primeros centros de verificación vehicular

1988-1984 – Promulgación de la Ley General de Equilibrio Ecológico y la Protección Ambiental (LGEEPA),

reglamento sobre contaminación a la atmósfera, verificación vehicular obligatoria y Programa de Contingencias

Ambientales.

1986 - En la Ciudad de México se comenzaron a establecer medidas de control de la contaminación de aire, por

medio de la sustitución del combustóleo por gas natural y se redujo el contenido de tetraetilo de plomo en las

gasolinas.

1989 – Se puso en marcha el programa de verificación vehicular, se introdujeron gasolinas oxigenadas y se inició

el programa “Hoy no circula”, el cual prohíbe la circulación de los automóviles un día a la semana dependiendo

del último número de la placa.

1990-1994 – Se establece el Programa Integral Contra la Contaminación Atmosférica en el Valle de México

(PICCA), con el fin de no rebasar las normas internacionales de plomo y de bióxido de azufre, reducir de forma

significativa los hidrocarburos (precursores de O3), de óxidos de nitrógeno y monóxido de carbono. Las áreas

prioritarias de acción de este programa eran las siguientes:

a) La industria petrolera.

b) El transporte.

c) La industria privada y establecimientos de servicios.

d) Las termoeléctricas.

e) Reforestación y restauración ecológica

f) Investigación, educación ecológica y comunicación social.

1990 – Suminstro de gasolina sin plomo.

1991 - Cierre de la Refinería “18 de marzo” en México, D. F.

1995-2000 – Programa para Mejorar la Calidad del Aire en el Valle de México (PROAIRE). Cuyo propósito

fundamental fue proteger la salud de la población que habita en la zona metropolitana del Valle de México

(ZMVM), las metas generales de dicho programa fueron (Simioni, 2003):

I. Industria limpia: reducción de emisiones por unidad de valor agregado en la industria y establecimientos

de servicios.

II. Vehículos limpios: disminución de emisiones por kilómetro recorrido.

III. Nuevo orden urbano y transporte limpio: regulación del total de kilómetros recorridos por los vehículos

automotores.

IV. Recuperación ecológica: Abatimiento de la erosión.

1992 – Creación de la Comisión Metropolitana para la Prevención y Control de la Contaminación Ambiental del

Valle de México (CPCCAVM)

1996 - La CPCCAVM se convierte en la actual Comisión Ambiental Metropolitana (CAM)

Las autoridades ambientales consideran que en la última década ha habido una mejoría sustancial de la calidad

del aire México, D.F., gracias fundamentalmente al mejoramiento paulatino de los combustibles (eliminación de plomo y

reducción significativa del contenido de azufre en el diesel industrial y vehicular) y a la adopción de tecnologías

vehiculares modernas (inyección electrónica de combustible, sumada a la incorporación de los convertidores catalíticos

de 3 vías) (Simioni, 2003).

Evolución de los niveles de contaminantes e impacto de las medidas de control

1. Partículas totales en suspensión (PTS). En la zona metropolitana de la Ciudad de México se observó un descenso

en la concentración promedio aritmético anual de PTS entre 1988 y 1997.

Figura 1. Evolución del promedio aritmético anual de partículas totales en suspensión en μg/m

3. (Lascaña Navarro & Aguilar Garduño, 1999).

2. Partículas de diámetro menor a 10μm (PM10). En la zona metropolitana de la Ciudad de México, los promedios

aritméticos anuales de PM10 mostraron una tendencia decreciente entre 1988 y 1990, con un descenso global

del promedio aritmético anual de 21μg/m3, sin embargo entre 1991 y 1997 hubo una tendencia estable.

Figura 2. Evolución del promedio aritmético anual de PM10 en μg/m

3 (Lascaña Navarro & Aguilar Garduño, 1999).

3. Dióxido de azufre. La concentración de éste contaminante se mantuvo prácticamente constante por encima de

la norma de la EPA (30ppb) hasta 1992. A partir de este año se observa un descenso en el promedio anual de la

concentración de SO2 hasta alcanzar concentraciones por debajo de la norma. Con el programa PICCA 1990-1994

se tomaron las siguientes medidas para reducir las concentraciones S02:

a. Fabricación de diesel y combustóleo con bajo contenido de azufre (0.1 y 0.8% respectivamente).

b. Mejoramiento de la recuperación de azufre en la refinería 18 de Marzo.

c. Cambio de combustóleo por gas natural en las industrias.

d. Control de combustóleo por gas natural en las industrias.

e. Control de emisiones y reubicación de fundidoras.

f. Mejoramiento de procesos de combustión e instalación de equipos de control en establecimientos de

servicios.

g. Utilización de gas natural en las termoeléctricas hasta contar con combustóleo de bajo contenido de

azufre.

h. Suspensión invernal en la operación de unidades de generación.

Figura 3. Evolución del promedio aritmético anual de bióxido de azufre en ppb (Lascaña Navarro & Aguilar Garduño, 1999).

CONTROL DE EMISIONES MEDIANTE USO DE TECNOLOGIA

La aplicación de sistemas de control suplementario de la contaminación atmosférica en instalaciones industriales

se basa en efectuar cambios en las condiciones de operación que supongan una reducción de las emisiones, cuando

existan condiciones meteorológicas adversas que podrían originar episodios significativos de alteración de la calidad del

aire (Bermúdez Cela, Fernández de Castro, & Souto González, 2002).

Hay dos tipos de métodos para controlar los compuestos contaminantes de la atmósfera: separar los

contaminantes de los gases inofensivos y eliminarlos en alguna otra forma que la de descarga en la atmósfera, o bien,

los contaminantes se convierten en alguna forma en productos innocuos que puedan descargarse a la atmósfera (Turk,

Turk, & Wittes, 1973).

Métodos para el control en el origen

Los métodos para el control total o parcial en el origen incluyen: la eliminación o la reducción de las emisiones y

de la concentración del contaminante antes de la descarga (Barrera, Andraca Soto, & Camarena Santiesteban, 1987).

a) Eliminación de emisiones. La sustitución de materiales, proceso o equipo, es el método menos costoso y más

positivo.

a. Sustitución del combustible. Consiste en el uso de un combustible limpio en vez de un combustible

sucio: como el caso del carbón por gas en las calderas. La tendencia es utilizar combustibles con bajo

contenido de azufre o un combustible más limpio como el gas natural.

b. Cambios en el proceso. Pueden ser efectivos para la eliminación de emisiones contaminantes del aire.

Ej. En industria química y del petróleo, el control de materiales orgánicos volátiles en la atmósfera se

realiza por condensación y reutilización de los vapores.

c. Sustitución de equipo. Ej. En la industria del cloruro de polivinilo de utilizar reactores de polimerización

más amplios o grandes, lo que ayuda a reducir las fugas del monómero de cloruro de vinilo.

b) Reducción de emisiones

a. Emisiones por fugas.

b. Emisiones del proceso. Cuando los contaminantes son un subproducto de las operaciones del proceso,

pueden disminuirse mediante cambios en las condiciones del mismo.

c. Disminución de contaminantes en el origen. Se logra por la centralización y disminución de los puntos de

emisión y la reducción del volumen de gas que será descargado.

d. Reducción del número de puntos de emisión. El control de la exposición de los trabajadores a las

emisiones que producen ciertas operaciones en industrias metalmecánicas tales como pulido, sierra y

corte, puede llevarse a cabos si se agrupan las operaciones y se practica una ventilación local exhaustiva

con un sistema de recolección común, el lugar de utilizar un sistema de ventilación exhaustiva con un

colector individual para cada operación. La recolección centralizada disminuya los costos por unida de

peso del material colectado.

e. Reducción del volumen por enfriamiento. La emisión de gas caliento con polvo, al enfriarse puede

reducir su volumen, se enfría adicionando aire frío, con un intercambiador de calor, convección forzada

o rociado con agua.

f. Ventilación local exhaustiva. Constituyen un elemento para reducir los caudales de aire succionado y

para controlar al máximo la concentración de contaminantes, advirtiéndose que éstos deben sujetarse a

limpieza antes de su descarga en la atmósfera.

Criterios técnicos para seleccionar equipos de limpieza de aire

Rendimiento. Tomar en cuenta la cantidad máxima de contaminantes que puede descargarse en la atmósfera. Si

el material recolectado se desmenuza o “partícula”, hay que tomar en cuenta colectores con eficiencias de

acuerdo al tamaño de partícula. Por lo tanto es necesario conocer el tamaño de partícula emitidas. Por otro

lado, el tamaño, la forma y la densidad de las partículas influyen en la velocidad de sedimentación, en la

selección del equipo colector y en la facilidad para remover las partículas de una corriente de gas. Cuando el

material es gas o vapor, es necesario saber si es soluble en líquido o puede ser retenido por materiales

absorbentes; hay que considerar las concentraciones a la entrada y salida del colector, las condiciones de

temperatura, presión y caudal de la corriente.

Propiedades del contaminante

Cantidad: Fluctúa con los ciclos de operación y con el caudal del gas portador.

Composición: De ésta dependen las propiedades físicas y químicas del contaminante (solubilidad).

Explosividad: No emplear colector que permita acumulación de contaminante si éste es explosivo o combustible;

si es el caso, los colectores deben protegerse contra la acumulación de carga estática.

Reacción: Considerar en qué medida reacciona el contaminante en presencia del medio filtrante o el material

absorbente, y su nivel de corrosividad.

Electricidad: Afecta la eficiencia y el tamaño de los colectores.

Toxicidad: Influye en los requerimientos de eficiencia del colector, sus sistema de mantenimiento y en la forma

de remover el contaminante retenido en el colector.

Hidroscropía: Permite conocer la tendencia del contaminante a acumularse en el colector.

Aglomeración: Cuando se utilizan colectores en serie, generalmente el primer colector actúa como aglomerador

y el segundo recoge las partículas aglomeradas.

Clasificación de métodos de limpieza del aire

Indirectos: Comprenden la utilización de recursos y procedimientos que reducen, diluyen o evitan la dispersión

de los contaminantes. Incluyen:

o Delimitación del terreno o la zonificación. Su objetivo es el distanciamiento entre fuentes y receptores,

de tal forma que transcurra el tiempo suficiente para que las condiciones atmosféricas diluyan las

emisiones.

o La eliminación y reducción de fuentes de emisión comprende:

Obtención de energía por métodos menos contaminantes.

Sustitución de materias primas, procesos y operaciones industriales.

Mantenimiento adecuado de los equipos.

Directos: Tienen por finalidad recolectar los contaminantes, para evitar su descarga directa en la atmósfera. La

selección del método para la limpieza del aire depende de la naturaleza y concentración del contaminante, el

tamaño de sus partículas, las características de la corriente de aire y del contaminante, los requerimientos de

energía, el método de remoción y disposición del contaminante recolectado

1. Control de los contaminantes por separación.

La separación de los contaminantes de una corriente de gas no puede representar el procedimiento definitivo en

la acción de reducción de éstos, y por lo tanto, debe tratarse de alguna manera.

1. Eliminación de gases.

Procesos de absorción.

Implica la absorción de los gases en los líquidos. En general, los gases residuales son mezclas de componentes

gaseosos algunos de los cuales son solubles en una fase líquida seleccionada, y la mayor parte constituye un gas

portador prácticamente insoluble. El contacto directo con el gas hace que la transferencia de materia ocurra entre las

dos fases en direcciones controladas por los gradientes de concentración de los componentes individuales.

En resumen, el proceso consiste en permitir el contacto íntimo de un gas o vapor con un líquido en el cual

aquéllos son solubles. La transferencia de masa del gas hacia el líquido es proporcional a la solubilidad del gas en el

líquido y a la diferencia de concentración (Barrera, Andraca Soto, & Camarena Santiesteban, 1987).

Se emplea agua para remover gases muy solubles en ésta como el fluoruro y cloruro de hidrógeno. Pueden

usarse soluciones cáusticas o salinas para que tenga lugar una reacción química con el gas.

La transferencia de masas se consigue mediante equipos donde el soluto (gas o vapor) se pone en contacto

íntimo con el solvente o líquido. Se lleva a cabo por la transferencia del a fase gaseosa a líquido. Tiene por lo general,

forma de columna, la cual puede o no estar empacada.

La absorción se emplea bastante para la remoción de gases como el dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno,

ácido sulhídrico, ácido clorhídrico, cloro, amoníaco y algunos hidrocarburos ligeros. La eliminación de hidrocarburos en

el aire se ha empleado en industrias como el asfalto, tostado de café, a coquerización del petróleo y la fabricación de

barnices y resinas. El líquido empleado debe ser solvente del contaminante, no volátil, inflamable y químicamente

estable. Además debe tener un punto de congelación bajo. Los principales absorbedores alcalinos son el sodio,

amoniaco y agua con cal.

Los tipos de unidades de absorción utilizados son:

Torres empacadas. Sillas Berl, anillos Raschig, rejas de madera. El empaque se emplea para aumentar el tiempo

de contacto entre el gas y el líquido, y debe contar con una elevada área superficial y porosidad. Los materiales

más comunes son los anillos Rasching, cojinetes Berl, anillos de Pall y sillas Intalox.

Figura 4. Torres empacadas y tipos de empaques (Jiménez Cisneros, 2001).

Las torres empacadas, por lo general, se operan a contracorriente, es decir, el gas entra por la parte baja y el

líquido por la alta.

Torres de plato. Campanas de burbujeo, platos perforados. Las torres de charolas, sus características son

similares a las torres de aspersión. Contienen charolas horizontales donde se encuentra el líquido con el objeto

de proporcionar un área interfacial grande.

Figura 5. Absorbedor de torres de charolas (Jiménez Cisneros, 2001).

Dispersión hidráulica. Pulverización, ciclón, lavador tipo Venturi. En los lavadores se introduce un líquido que

puede ser agua o una solución reactiva por aspersión o por derrame. En general no retienen partículas menores

a 1μm. En los lavadores Venturi el gas pasa a través de la garganta del Venturi a una velocidad de 60-80 m/s. en

este punto se rocían gotas gruesas de agua en que son atomizadas debido al defecto de la alta velocidad de paso

de aire. Las gotas de agua se unen con las presentes en el agua y sedimentan en la salida. El costo de

funcionamiento es elevado por lo que su aplicación es limitada.

Figura 6. Lavador Venturi (Jiménez Cisneros, 2001).

Figura 7. Lavador Venturi (Barrera, Andraca Soto, & Camarena Santiesteban, 1987).

Dispersión mecánica. Tanques agitados, lavador de Feld.

Lecho fluidizado. Lecho turbulento de esferas huevas, bolas de vidrio.

Depuradores. Algunos gases contaminantes pueden ser más solubles en un líquido determinado de lo que es el

aire, por lo que se podrá recogerlos por un proceso que los lleve a un contacto íntimo con el líquido. Los medios

de establecer contacto entre el gas y el líquido incluyen el rociado del líquido en el gas y el burbujeo del gas a

través del líquido.

Torres de aspersión. Se emplean para remover gases y partículas. Tienen baja pérdida de carga y pueden

manejar gastos muy importantes. El gas se introduce en sentido ascendente quedan las partículas colectadas en

el fondo junto con el líquido. En general a menor tamaño de gota, mayor turbulencia y el rendimiento aumenta,

pero, ello requiere el empleo de boquillas que trabajen a alta presión teniendo resultado un aumento del

consumo energético.

Figura 8. Lavador por aspersion (Jiménez Cisneros, 2001).

La selección del líquido debe considerar los siguientes factores:

Alta solubilidad del gas contaminante en el líquido.

Baja volatilidad del líquido.

Baja corrosividad, inflamabilidad y toxicidad-

Baja viscosidad.

Alta estabilidad química.

Bajo costo y disponibilidad

Los contaminantes pueden ser eliminados de la fuente de producción de los mismos sustituyendo materiales

que, sin modificar la rentabilidad del proceso, descargan productos inocuos a la atmósfera (Sans & De Pablo, 1999).

Procesos de adsorción.

La adsorción es el proceso por el cual los gases, vapores o líquidos, se concentran en un sólido como resultado

de interacciones físicas o químicas. Estos sólidos, llamados adsorbentes, sirven para separar gases o vapores de

corrientes gaseosas.

La adsorción es un fenómeno de superficie, por lo que sólo servirán aquellos adsorbentes que tengan gran

superficie interna, donde los adsorbentes típicos tienen áreas superficiales de 50-500 m2/g con un radio de poro de 1-

100 nm (Sans & De Pablo, 1999).

Las moléculas gaseosas se adhieren a superficies sólidas. Si un sólido es perforado por una red de finos poros, el

área de su superficie total, que comprende las superficies interiores de los poros, podrá aumentar a tal punto que su

capacidad para la recolección de gas se haga significativa. Se utilizan sólidos tales como el carbón activado (Turk, Turk, &

Wittes, 1973).

Tabla 1. Principales adsorbentes utilizados en la industria y sus aplicaciones (Sans & De Pablo, 1999).

Adsorbente Uso industrial

Tierra de Fuller Decoloración de petróleo y aceites comestibles.

Bauxita Deshidratación de gases.

Carbón de huesos Refino de azúcar.

Carbón activo

Decoloración de compuestos orgánicos e inorgánicos, recuperación de disolventes,

eliminación de olores y gases, purificación de gases.

Alúmina activada Deshidratación de gases y líquidos.

Gel de sílice Deshidratación y purifación de gases.

Tamices moleculares Adsorción selectiva de moléculas polares.

La adsorción se realiza con equipos en los cuales los gases o vapores contaminantes son retenidos sobre la

superficie de un medio poroso, a través del cual fluye el gas. Los equipos consisten en recientes metálicos en cuyo

interior se dispone un lecho del medio poroso, por ejemplo, carbón activado, de 1-9m de profundidad, a través del cual

las emisiones contaminantes que se adsorben pasan a una velocidad de 10 m/s. Previo al paso por el lecho de adsorción,

el fluido debe acondicionarse para evitar la presencia de partículas en suspensión, el exceso de humedad y temperaturas

excesivas (Barrera, Andraca Soto, & Camarena Santiesteban, 1987).

La adsorción puede utilizarse para emisiones provenientes de:

Limpieza en seco

Desengrase con solventes orgánicos

Pintura

Extracción con solventes

Tratamientos de superficies metálicas

Impregnación de papel y tejidos con resinas

Fabricación de tintas y barnices

Industria de alimentos

Se usa básicamente para prevenir el escape al ambiente de vapores olorosos y orgánicos nocivos.

a) Adsorción física. Se debe a la condensación de gases y vapores sobre un sólido por medio de las fuerzas de Van

der Waals (fuerza de atracción intermolecular). La cantidad de gas absorbido es proporcional a su punto de

ebullición. Es un proceso fácilmente reversible por simple aumento de la temperatura o disminución de la

presión.

b) Adsorción química. En este caso el gas forma una ligadura química con el adsorbente, por lo que permanecen

fuertemente ligados. El proceso es más lento que la adsorción física y requiere, además, una cantidad

importante de energía. Comúnmente, es un proceso irreversible, por lo que su aplicación se ve limitada por el

costo de reposición del empaque. Los adsorbedores se emplean en los procesos de secado, desengrasado,

pinturas por aspersión, baños de inmersión, extracción de solventes y de acabado de superficies. Se controlan

las emisiones de la industria de plástico, química y farmacéutica.

Las técnicas empleadas para poner en contacto los gases con el sólido son:

Tabla 2. Clasificación de los procesos de adsorción (Sans & De Pablo, 1999).

Técnica utilizada Fluido Método de operación

Contacto por etapas Líquido Carga y contino

Contacto continuo: 1. Estado estacionario, lecho móvil, lecho

fluidizado, lecho descendente. 2. Estado no estacionario, lecho fijo.

Gas

y líquido

Continuo

Semicontinuo

Condensación

Un compuesto se condensa si su presión parcial se aumenta de manera que sea igual o mayor que la presión de

vapor (presión de equilibrio). Así, si la temperatura de una mezcla de gases se reduce hasta la temperatura de

saturación, su presión de vapor se iguala a la presión parcial y el gas se condensa. Otra manera de lograr este procesos

es aumentando la presión, pero en contaminación del aire rara vez se aplica éste método.

Existen dos tipos de condensadores: de superficie y de contacto. En los de superficie, la adsorción física juega un

papel predominante para la eliminación del contamiante.

2. Eliminación de partículas.

El tipo de material suspendido en el gas puede ser sólido o líquido, las características que deben tomarse en

cuenta para elegir el sistema de eliminación son:

La viscosidad del líquido.

La facilidad de formar aglomeraciones den los sólidos.

Tamaño y forma de las partículas.

Composición química.

Resistividad eléctrica.

De las características anteriores, la más importante es el tamaño de la partícula, pues afecta todos los tipos de

sistemas de limpieza.

Las partículas suspendidas se clasifican en cuatro grupos:

1) Gotas de líquido o nieblas, forma esférica de diámetro menor a 1 micrón.

2) Humos, partículas sólidas normalmente esféricas de diámetro menor a 1 micra.

3) Polvo, partículas entre 1-100 micras, de forma esférica o irregular, escamas, fibras o partículas esponjosas.

4) Partículas, de 100-1000 micras, de forma irregular en su mayoría, comprenden partículas homogéneas sólidas,

esponjosas, escamas y fibras.

Métodos de limpieza de partículas. Hay 5 grupos de aparatos para limpieza de gases (Sans & De Pablo, 1999):

1) Cámaras de sedimentación.

Está basado en que las partículas sólidas o líquidas suspendidas en un gas caen a través de éste, bajo la

acción de la gravedad, a una velocidad que depende del tamaño, la densidad y la viscosidad del gas.

Es el mecanismo natural más importante de remoción de partículas. Se emplea para sólido y líquidos con

tamaño >50μm que sedimenten fácilmente al disminuir la velocidad de la corriente gaseosa (Jiménez Cisneros,

2001).

Los sedimentadores presentan un aumento de área transversal al paso del fluido con el objeto de

disminuir la componente horizontal de la velocidad y permitir que la componente vertical haga posible la

sedimentación de la partícula.

El gas se expansiona uniformemente para llenar la altura H de la cámara que tiene una longitud L. Por

debajo de la cámara de sedimentación se hablan las tolvas en que cae el polvo cuando abandona la corriente

gaseosa. Por debajo de la cámara de sedimentación se hallan las tolvas en que cae el polvo cuando abandona la

corriente gaseosa; en estas tolvas no existe flujo, y por lo tanto, tras caer el polvo por debajo del nivel de las

mismas, queda retenido en la cámara de sedimentación.

Método limitado a partículas mayores a 100 micras.

2) Colectores por inercia, incluidos ciclones.

Se basan en el cambio de la dirección del flujo de gas, entonces la partícula tiende a continuar durante

un tiempo corto en la dirección original del flujo de gas y pasa a un espacio muerto donde puede sedimentar.

Existen aparatos mecánicos de recolección basados en que las partículas son más pesadas que las

moléculas de gas; por lo tanto, las partículas se depositan más rápidamente y pueden recogerse en una cámara

donde puedan depositarse. Las partículas más pesadas poseen mayor inercia, por lo que si una corriente de gas

que contiene contaminantes en partículas se hace girar en remolino, las partículas podrán ser expulsadas.

Como se mencionó, estos equipos se basan en la modificación brusca de la línea de corriente. Un

ejemplo es una cámara de persianas

Figura 9. Cámara de persianas (Jiménez Cisneros, 2001).

El ciclón es de mayor eficacia que los aparatos basados por inercia. El ciclón sencillo consta de un recipiente

cilíndrico vertical donde se introduce el gas a través de una entrada tangente y horizontal. El polvo se concentra, por

acción del giro, en la capa del gas próximo a la pared del recipiente. La columna de giro del gas circula a lo largo del

recipiente, y cambia de dirección y sale por el conducto situado en el eje del recipiente. Las partículas caen a la tolva

colocada por debajo de la columna móvil del gas.

Los ciclones constan de dos partes: una cilíndrica y otra cónica. El gas entra tangencialmente por la parte alta del

cuerpo cilíndrico y se mueve en espiral hacia la pared inferior del cono (remolino exterior), a partir de ahí el aire cambia

de dirección subiendo por la parte interna y girando en el centro de otro remolino. La fuerza centrífuga hace que las

partículas suspendidas en el gas se depositen en la pared del ciclón y, tanto por acción de la gravedad como por el

cambio de dirección, son desplazadas hacia abajo. Así, la mayor parte caen en un receptáculo de donde se extraen por

medio de un tornillo sin fin.

Figura 10. Separador ciclónico (Jiménez Cisneros, 2001).

Los cicones tienen un costo de construcción, mantenimiento y operación relativamente bajos, pueden manejar

gas con temperaturas de hasta 980°C y tienen una pérdida de carga de 2.5-2cm de columna de agua. Se emplean en las

procesadoras de granos, algodón, cementeras, fábricas de fertilizantes, refinerías de petróleo y fábricas de asfalto

(Jiménez Cisneros, 2001).

Otro equipo son los precipitadores dinámicos, los cuales son unidades muy compactas que imparten

movimiento centrífugo al gas por medio de aspas logrando una fuerza aproximadamente siete veces más potente que la

de los ciclones. Se emplean en las industrias de cerámicas, farmacéutica, alimentaria y procesadoras de madera. No

funcionan con material húmedo y fibroso ya que se atasca en las aspas.

Figura 11. Precipitador dinámico (Jiménez Cisneros, 2001).

3) Precipitadores electrostáticos.

Se basa en que las partículas cargadas eléctricamente, sujetas a un campo eléctrico, son atraídas hacia los

electrodos que crean dicho campo y depositadas sobre ellos. Las partículas también pueden estar cargadas

eléctricamente, y una superficie colectora que lleve una carga de signo contrario que las atraerá.

La separación se efectúa aprovechando la capacidad de ionización de los compuestos en un campo eléctrico que

los desvía y obliga a adherirse a uno de los electrodos. Este proceso se puede efectuar tanto para gas seco como

húmedo.

Este proceso requiere de tres etapas.

I. Introducción de una carga eléctrica sobre las partículas suspendidas.

II. Depósito de las partículas cargadas, bajo la influencia del campo eléctrico, sobre los electrodos

colectores.

III. Transferencia del material recogido desde los electrodos a una tolva de almacenamiento de la que

puede extraerse continuamente o a intervalos.

Los precipitadores electrostáticos:

Permiten separar partículas por debajo de 0.01 micras.

Permiten trabajar a temperatura de hasta 450°C.

Es adaptable a cualquier condición de trabajo

Separa cualquier tipo de material suspendido (polvo o niebla)

Los precipitadores electrostáticos se dividen en dos grupos: de bajo voltaje con dos etapas y de alto voltaje con solo una.

Los primeros operan entre los 6000-12000 voltios y se emplean para acondicionamiento del aire de hospitales y

comercios. Los precipitadores de alto voltaje operan entre 30000-100000 Voltios y se utilizan en las industrias.

Figura 12. Precipitador electrostático de alto voltaje.

El funcionamiento de los precipitadores se basa en:

Carga negativa de las partículas.

Colección de éstas en una superficie positiva.

Neutralización de la carga en el colector.

Remoción de las partículas por lavado, raspado o gravedad.

Se aplican para partículas inferiores a 1μm con muy buenos rendimientos.

4) Filtración.

Está basado en hacer pasar los gases cargados de partículas a través de un medio filtrante poroso donde

quedan retenidas. La materia en partículas se deja retener en filtros que dejan pasar el gas debido a que las

partículas son más grandes que las moléculas de aire. Usualmente se usan filtros en forma cilíndrica.

En la filtración se conduce la corriente gaseosa a través de un filtro de papel o tela que permite el paso

del aire pero no el de las partículas. Inicialmente, las partículas pequeñas son retenidas por intersección,

difusión, impacto inercial, atracción electrostática o sedimentación, pero una vez que el polvo forma una capa

sobre el filtro, la eficiencia se debe, básicamente, al cribado. Con forme la filtración se lleva a cabo, la pérdida de

carga aumenta; jasa un punto tal que deben ser limpiados o sustituidos. La limpieza puede ser continua o

periódica (Jiménez Cisneros, 2001).

Hay tres tipos (Sans & De Pablo, 1999):

I. Lechos de grava o arena.

II. Papel poroso y esteras fribrosas.

III. Filtros de tela y de fieltro.

Las partículas se separan debido al tamizado del medido filtrante, por inercia, al crearse una carga

electrostática y las partículas más pequeñas que el tamaño del poro del filtro quedan retenidas debido a la

acumulación de una capa de polvo sobre el material filtrante en su interior.

Los filtros se emplean habitualmente debido a la propiedad de retener una amplia gama de partículas de

diversos tamaños, su flexibilidad de diseño, su capacidad para tratar flujos elevados a altas velocidades, pérdida

de carga y requerimientos energéticos razonables. Se usan frecuentemente en las cementeras, fundidoras,

hornos de acero y procesadora de granos (Jiménez Cisneros, 2001).

Lechos de partículas agregadas. Están formados por partículas de tamaño uniforme (grava o arena).

Cuando las concentraciones de poro son bajas, el lecho es fijo. Si el filtro está colocado en secciones,

cada una puede aislarse del flujo de gas. En el período de parada se somete el lecho a vibración para

eliminar el polvo que se ha captado. El polvo desalojado cae en tolvas situadas debajo de lleco.

Filtros de papel. Se utiliza papel poroso como medio filtrante. Solo se debe utilizar a temperaturas bajas

y done las concentraciones de partículas sean menores a 5mg/m3.

Filtros de tela. El medio filtrante está formado por materiales de tela de algodón o fieltro. Sus

características son:

o Eficiencia muy alta, incluso para partículas de 0.01 micras.

o Eficiencia no depende de la velocidad de filtración.

o Eficiencia no varía con la concentración del polvo.

o Aconsejables para polvo que fluye libremente.

o Tomar en cuenta temperatura máxima de trabajo.

Tabla 3. Filtros, propiedades de diversos tejidos (Sans & De Pablo, 1999).

Material Temperatura (°C)

Resistencia

Ácidos Álcalis

Algodón 90 Baja Alta

Lana 90 Alta Moderada

Nylon 110 Baja Alta

Orlón 120 Alta Moderada

Terulene 130 Alta Alta

Nomex 200 Moderada Alta

Teflón 230 Alta Alta

Fibra de vidrio 270 Alta Alta

5) Lavadores y absorbedores húmedos.

Estos sistemas utilizan fases mezcladas de gas y líquido, de manera que la materia suspendida en el gas

pase al líquido absorbedor, fácilmente separable del aparato de limpieza de gases, dejando el gas limpio para ser

emitido a la atmósfera.

Estos aparatos están basados en la colisión entre las partículas y las gotas de líquidos en suspensión del

gas. La colisión y la coalescencia se provocan mediante una o más de las siguientes causas:

Efectos de la inercia y de la gravedad.

Efecto electrostático.

Tensiones de difusión.

Disminución de la temperatura del gas.

6) Deposición ultrasónica.

Los ultrasonidos favorecen la colisión y aglomeración de las partículas pequeñas. Es más bien un mecanismo

auxiliar a los procesos de separación.

2. Control de los contaminantes por conversión.

Incineración u oxidación.

La conversión más importante de los contaminantes es la oxidación en el aire. La oxidación se aplica

principalmente a gases y vapores contaminantes orgánicos. Cuando las sustancias orgánicas, que contienen

carbono, hidrógeno y oxígeno, se oxidan por completo y los únicos productos son el CO2 y el agua (Turk, Turk, &

Wittes, 1973).

La incineración, también llamada incineración de vapores, es un proceso en el cual el gas que contiene el

contaminante es capturado por un sistema industrial de ventilación, precalentado, mezclado y oxidado a altas

temperaturas que da como resultado otros compuestos. En el caso de los hidrocarburos orgánicos cuya

composición es sólo carbono e hidrógeno, los compuestos resultantes son dióxido de carbono y agua (CO 2 y H 2

O). Sin embargo, si los compuestos orgánicos contienen cloro, fluoro o azufre, entonces los productos que se

pueden formar serán vapores de ácido clorhídrico, de ácido fluorhídrico o dióxido de azufre y en algunos casos

la formación de dioxinas. La formación de óxidos de nitrógeno es también posible durante la incineración. En

general, los sistemas de oxidación tienen eficiencias de destrucción mayores al 99 %. Los sistemas de oxidación

o incineración pueden dividirse, a su vez, en dos tipos principalmente: oxidación térmica y oxidación catalítica.

La eficiencia de un incinerador puede verse afectada por la concentración de los compuestos orgánicos, la

temperatura de ignición y el tiempo de residencia o el volumen del catalizador (EPA 2002).

Oxidación térmica. La oxidación térmica es uno de los métodos de control de emisiones más frecuentemente

utilizados cuando la concentración de vapores orgánicos es generalmente 50% menor al límite inferior de

explosividad. El sistema consiste en una cámara (recubierta en su interior por material refractario) en la que se

encuentran algunos quemadores, los cuales son utilizados para calentar la corriente gaseosa hasta la

temperatura necesaria para la oxidación de los compuestos, generalmente entre 700 ºC y 1,000 ºC. En algunos

casos una porción del gas a tratar se utiliza en dichos quemadores para proporcionar el oxígeno necesario para

la combustión. El combustible utilizado puede ser gas natural, propano o butano y su consumo puede ser

disminuido mediante la utilización de sistemas de recuperación o generación de calor. El proceso de oxidación

térmica es generalmente rápido (ocurre en menos de un segundo) aunque puede variar dependiendo de la

temperatura y de las condiciones de mezclado en cámara (Instituto Nacional de Ecología) (Cárdenas González,

Revah Moiseev, & Hernández Jiménez, 2003).

Oxidación catalítica. La oxidación catalítica es similar a la oxidación térmica, sin embargo, un catalizador dentro

del sistema disminuye la energía de activación requerida para la oxidación total, por lo que ésta ocurre a

temperaturas menores. Estos sistemas se utilizan cuando la concentración de los vapores orgánicos es menor

del 25% de su límite inferior de explosividad, ya que con concentraciones mayores se pueden alcanzar altas

temperaturas y dañar el catalizador. Las temperaturas de operación se encuentran entre los 300-450 ºC.

Comúnmente, los cataliza-dores utilizados en la oxidación de este tipo incluyen óxidos metálicos de platino,

paladio o rodio. También pueden ser utilizados materiales como el pentóxido de vanadio, el dióxido de titanio o

el dióxido de manganeso. Los costos del combustible en estos sistemas son más bajos y en algunos casos es

posible operar sin combustible, excepto durante el arranque; sin embargo, el catalizador tiene un precio elevado

y una vida útil que debe considerarse (EPA 2002).

3. Métodos biológicos

Estas tecnologías se basan en la degradación o transformación de los contaminantes en compuestos menos dañinos. En términos generales, la purificación biológica es un proceso en el cual los gases contaminados son tratados al entrar en contacto con un medio biológicamente activo. El límite de estos procesos es la biodegradabilidad de los contaminantes, en donde los compuestos biogénicos (generados por procesos biológicos) son fácilmente biodegradables, mientras que aquellos con estructuras químicas no naturales (xenobióticos) pueden ser más recalcitrantes.

Los sistemas biológicos de tratamiento de aire, son considerados como tecnologías limpias (tecnologías verdes) con base en los siguientes aspectos:

Requieren de menor uso intensivo en energía (menor impacto ambiental y costo de operación).

No utilizan sustancias peligrosas para su operación.

No requieren condiciones extremas de trabajo.

Al igual que la oxidación térmica y la catalítica, el contaminante es destruido en lugar de sólo transferirse de fase.

El CO 2 producido asociado con esta tecnología es mucho menor al generado por la incineración térmica al no usar combustibles suplementarios. Para la selección adecuada de una tecnología para el control de compuestos volátiles suele ser útil la figura 1 en

la que se muestran los rangos de concentración y de flujos de aire, en los cuales cada una de las tecnologías de control son las óptimas para cada caso particular (Kosteltz et al. 1996). De esta figura, se observa que los métodos biológicos son eficientes para grandes volúmenes de aire con bajas concentraciones. En la siguiente sección se presenta a detalle información sobre los métodos biológicos para el control de emisiones de fuentes fijas de compuestos volátiles.

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Cárdenas González, B., Revah Moiseev, S., & Hernández Jiménez, S. (2003). Tratamiento biológico de compuestos

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Lascaña Navarro, M., & Aguilar Garduño, C. (1999). Evolución de la contaminación del aire e impacto de los programas

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Simioni, D. (2003). Capítulo IV. Conciencia ciudadana y contaminación atmosférica: el caso de México, D.F. En D. Simioni,

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Turk, A., Turk, J., & Wittes, J. (1973). Ecología. Contaminación. Medio Ambiente. México: Editorial Interamericana.

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