Prevenciones y Control de la Contaminación del Aire.
Durante siglos, el hombre ha estado tirando desechos a la atmósfera, y estos contaminantes han desaparecido con el viento.
Hemos visto que las principales fuentes de contaminación del aire son:
(i) Vehículos de motor,
(ii) Industrias, particularmente sus desechos de chimenea,
(iii) Plantas a base de combustibles fósiles (carbón), como centrales térmicas.
Se deben tomar medidas para controlar la contaminación en la fuente (prevención), así como después de la liberación de contaminantes en la atmósfera. Existe una necesidad urgente de evitar las emisiones de las principales fuentes de contaminación del aire mencionadas anteriormente.
[Cinco puntos de control de posible emisión de contaminantes del aire].
El control de emisiones se puede realizar de varias maneras.
En la Fig. 2.6 se muestran cinco posibilidades distintas de control.
Estos son brevemente considerados aquí de la siguiente manera:
1. Corrección de la fuente:
1 es la solución más fácil al problema de la contaminación del aire, donde detenemos el proceso de culpabilidad. Por eso, también se le llama prevención. El ingeniero debe considerar la posibilidad de controlar las emisiones cambiando el proceso. Por ejemplo, si se encuentra que los automóviles liberan altos niveles de plomo en el aire, la solución más razonable es simplemente eliminar el plomo en la gasolina. La fuente ha sido corregida y el problema resuelto.
Además de un cambio de materia prima, también se puede utilizar una modificación del proceso para lograr el resultado deseado. Por ejemplo, se sabe que los incineradores de basura municipales apestan. Los olores a menudo se pueden controlar fácilmente si los incineradores funcionan a una temperatura lo suficientemente alta como para oxidar completamente los compuestos orgánicos que causan el olor. Medidas como el cambio de proceso, la conversión de materia prima o la modificación de equipos para cumplir con los estándares de emisión se conocen como controles.
En contraste, la reducción es el término usado para todos los dispositivos y métodos para disminuir la cantidad de contaminantes que se filtran en la atmósfera una vez que la materia ya ha sido emitida desde la fuente. En un sentido más amplio y para simplificar, es mejor referirse a todos los procedimientos como controles.
2. Recogida de contaminantes:
A menudo, el problema más serio en el control de la contaminación del aire es la recolección de contaminantes para proporcionar tratamiento. Los automóviles son los más peligrosos, solo porque las emisiones no se pueden recolectar fácilmente. Si pudiéramos canalizar los escapes de los automóviles a algunas instalaciones centrales, su tratamiento sería mucho más razonable que controlar cada automóvil individual.
Un éxito en la recolección de contaminantes ha sido el reciclaje de gases en el motor de combustión interna. Al volver a encender estos gases y emitirlos a través del sistema de escape del automóvil, se puede eliminar la necesidad de instalar un dispositivo de tratamiento separado para el automóvil. Los ingenieros de control de la contaminación del aire tienen su momento más difícil cuando los contaminantes de una industria no se recogen, sino que se emiten desde ventanas, puertas, etc.
3. Enfriamiento:
Los gases de escape a tratar son a veces demasiado calientes para el equipo de control y los gases deben enfriarse primero. Esto se puede hacer de tres maneras generales: dilución, enfriamiento o bobinas de intercambio de calor (Fig. 2.7). La dilución es aceptable solo si la cantidad total de escape caliente es pequeña. El enfriamiento tiene la ventaja adicional de limpiar algunos de estos gases y partículas. Las bobinas de enfriamiento son quizás las más utilizadas, y son especialmente apropiadas cuando se puede conservar el calor.
4. Tratamiento:
La selección del dispositivo de tratamiento correcto requiere la coincidencia de las características del contaminante y las características del dispositivo de control. Es importante darse cuenta de que los tamaños de los contaminantes del aire varían en muchos órdenes de magnitud y, por lo tanto, no es razonable esperar que un dispositivo sea efectivo para todos los contaminantes.
Además, los tipos de productos químicos en las emisiones a menudo determinarán el uso de algunos dispositivos. Por ejemplo, un gas que contiene una alta concentración de SO2 podría limpiarse con rociadores de agua, pero el H2SO4 resultante podría presentar graves problemas de corrosión.
Muchos dispositivos aparecen en el mercado, los siguientes son los más utilizados:
(a) Las cámaras de venta no son más que grandes lugares en las chimeneas, similares a los tanques de sedimentación en el tratamiento de agua. Estas cámaras eliminan solamente las partículas grandes.
(b) Los ciclones se usan ampliamente para eliminar partículas grandes. El aire sucio se sopla en un cilindro cónico, pero fuera de la línea central. Esto crea un remolino violento dentro del cono, y los sólidos pesados migran a la pared del cilindro donde disminuyen debido a la fricción y existen en la parte inferior del cono. El aire limpio está en el medio del cilindro y sale por la parte superior. Los ciclones se utilizan ampliamente como limpiadores previos para eliminar el material pesado antes del tratamiento posterior.
(c) Los filtros de bolsa funcionan como las aspiradoras comunes. Las bolsas de tela se utilizan para recoger el polvo que se debe sacudir periódicamente de las bolsas. El tejido elimina casi todas las partículas. Los filtros de bolsa son ampliamente utilizados en muchas industrias; pero son sensibles a altas temperaturas y humedades.
(d) Los colectores húmedos vienen en muchas formas y estilos. La torre de pulverización simple (Fig. 2.8) es un método eficaz para eliminar partículas grandes. Los lavadores más eficientes promueven el contacto entre el aire y el agua mediante una acción violenta en una sección estrecha en la que se introduce el agua. En general, cuanto más violento sea el encuentro y, por tanto, cuanto más pequeñas sean las burbujas de gas o las gotas de agua, más efectivo será el lavado.
(e) Los precipitadores electrostáticos son ampliamente utilizados en plantas de energía. El material particulado se elimina al ser cargado primero por electrones (saltar de un electrodo de alto voltaje al otro, y luego migrar al electrodo cargado positivamente. Un tipo, como se muestra en la Fig. 2.8, consiste en un tubo con un cable que cuelga por el medio Las partículas se acumularán en la tubería y deben eliminarse golpeando las tuberías con martillos. Los precipitadores electrostáticos no tienen partes móviles, requieren electricidad y son extremadamente efectivos para eliminar partículas submicrónicas. Son costosos.
(g) La adsorción es el uso de un material como el carbón activado para capturar contaminantes. Tales adsorbentes pueden ser costosos de regenerar. La mayoría de estos funcionan bien para los productos orgánicos y tienen un uso limitado para los contaminantes inorgánicos. La figura 2.9 muestra los pasos de una torre de adsorción.
(h) La incineración es un método para eliminar los contaminantes gaseosos quemándolos en C02, H20 e inserciones. Esto funciona solo para vapores combustibles.
(i) La combustión catalítica implica el uso de un catalizador para adsorber o cambiar químicamente los contaminantes.
Nuevamente es importante enfatizar la dependencia de la efectividad de un dispositivo de tratamiento en el tamaño de partícula. La figura 2.10 muestra los rangos aproximados de la adaptabilidad para los diversos métodos de tratamiento mencionados anteriormente.
5. Dispersión:
La ciencia de la meteorología tiene una gran influencia en la contaminación del aire. Un problema de contaminación del aire involucra tres partes. La fuente, el movimiento del contaminante y el receptor (Fig. 2.10). La concentración de los contaminantes en el receptor se ve afectada por la dispersión atmosférica o por la forma en que el contaminante se diluye con aire limpio. Esta dispersión tiene lugar tanto horizontal como verticalmente.
La rotación de la Tierra presenta nuevas áreas para que el sol brille y caliente el aire. En consecuencia, se establece un patrón de vientos en todo el mundo, algunos estacionales (por ejemplo, huracanes) y otros permanentes. Los ingenieros de contaminación del aire a menudo usan una variación de la rosa de los vientos (una rosa de los vientos son imágenes gráficas de datos de dirección y velocidad del viento), llamada rosa de la contaminación para determinar la fuente de un contaminante.
La difusión es el proceso de extender la emisión en un área grande y, por lo tanto, reducir la concentración de los contaminantes específicos. La dispersión o dispersión de la pluma es tanto horizontal como vertical. La concentración máxima de contaminantes se encuentra en la línea central de la columna, es decir, en la dirección del viento predominante.
A medida que nos alejamos de la línea central, la concentración disminuye. Si asumimos que la propagación de una pluma en ambas direcciones se aproxima mediante una curva de probabilidad gaussiana, podemos calcular la concentración de un contaminante a cualquier distancia X a favor del viento desde la fuente.
Los peligros de contaminación se pueden predecir sobre la base de datos meteorológicos, y se puede desarrollar una alerta temprana para condiciones de peligro inminente y planes de emergencia para cerrar industrias.
Control de contaminantes de origen móvil:
Aunque muchos de los métodos de control mencionados anteriormente también pueden aplicarse a fuentes móviles, una fuente móvil muy especial que merece el automóvil merece una mención especial. El funcionamiento del motor tiene efecto directo sobre las emisiones. La cantidad de CO, HC y NOx difiere durante el ralentí, la aceleración, la velocidad de crucero y la desaceleración.
Las técnicas de control de emisiones para el motor del automóvil de combustión interna incluyen afinaciones, reactores catalíticos y modificaciones del motor. Un ajuste puede tener un efecto significativo en los componentes de emisión. Por ejemplo, una alta proporción de aire / combustible (una mezcla pobre) reducirá tanto el CO como el HC, pero con un aumento de NOx.
La segunda estrategia de control, ahora ampliamente utilizada, es el reactor catalítico que oxida el CO y el HC a CO 2 y H 2 O. El segundo reactor reduce los NOx a N 2 . Los reactores catalizadores más populares tienen dos serias desventajas. Primero, son fácilmente contaminados por el plomo. De hecho, el movimiento hacia la gasolina sin plomo se debe a esta razón y no a la preocupación por los niveles de plomo en la atmósfera. El segundo problema con los reactores es que los compuestos de azufre en la gasolina se oxidan a partículas de SO 3 y, por lo tanto, aumentan los niveles de azufre en el ambiente.
En la modificación de la tercera técnica de control-motor, el motor de carga estratificada se usa sin reacciones catalíticas. En estos motores, los cilindros tienen dos compartimentos, uno de los cuales recibe una mezcla rica, enciende y luego proporciona una llama amplia para un quemador eficiente en el compartimiento del cilindro principal. También se han desarrollado otras modificaciones. Es difícil fabricar un motor de combinación interno totalmente limpio. Los autos eléctricos están limpios pero solo pueden almacenar energía limitada y, por lo tanto, su alcance es limitado.
Los métodos generales para controlar las contaminaciones del aire por automóviles e industrias se han considerado brevemente más arriba. A continuación se detallan algunas medidas específicas para controlar los contaminantes vehiculares e industriales en el aire.
Contaminación vehicular:
1. Para controlar las emisiones contaminantes del escape de los vehículos:
Esto se puede lograr mediante:
(i) Uso de nueva proporción de gasolina y aire,
(ii) Tiempo más exacto de alimentación de combustible,
(iii) Uso de aditivos de gas para mejorar la combustión,
(iv) Inyectando aire en el escape para convertir los compuestos de escape en materiales menos tóxicos, y
(v) Actualización del diseño del motor y / o instalación del equipo (dispositivo) de reducción para mejorar la combustión con el diseño del motor existente.
El monóxido de carbono es el resultado del bajo contenido de aire en la mezcla de combustible, mientras que la producción de NOx es promovida por las altas temperaturas de combustión. Los hidrocarburos siguen más o menos el patrón de CO.
La eliminación completa de estos tres contaminantes se puede lograr actualizando el diseño actual de los motores (por ejemplo, motores de cuatro tiempos) o realizando cambios apropiados en los dispositivos para mejorar la combustión.
2. Para controlar la evaporación del tanque de combustible y del carburador:
Esto se puede hacer por:
(i) Recolección de vapores con carbón activado cuando se apaga el motor y su encendido cuando se arranca el motor,
(ii) Someter la gasolina en el tanque a una ligera presión para evitar que el gas se evapore y
(iii) Desarrollar gasolina de baja volatilidad que no se evapore fácilmente.
3. Uso de filtros:
Algunos vapores de gas se escapan entre las paredes y el pistón que entra en el cárter y luego se descarga a la atmósfera. Los hidrocarburos (alrededor del 25%) se liberan de esta manera. Por lo tanto, el uso de filtros que capturan y reciclan estos gases escapados en el motor deben controlar la emisión de estos hidrocarburos.
4. Control a través de la ley:
Estos deben ser aplicados algunos estándares a través de la Ley de Vehículos Motorizados y otras Leyes para el diseño de motores, etc.
Contaminación industrial:
Para controlar la contaminación del aire por los desechos de las chimeneas de plantas industriales, debemos diseñar medidas para eliminar las partículas y los contaminantes gaseosos de los desechos. La eliminación de la materia particulada implica su recolección bajo la influencia de diferentes fuerzas, por lo que se eliminan continuamente de la corriente de gas.
Los equipos utilizados para su retirada son:
(i) Colectores de ciclones, y
(ii) Precipitadores electrostáticos (ESP). Así tenemos que generar la tecnología de control. En la actualidad, hay pocas plantas de energía e industrias que hayan instalado los ESP necesarios.
1. Colectores de ciclones:
Aquí el gas residual que contiene partículas se somete a centrifugación. Las partículas suspendidas se mueven hacia la pared del cuerpo del ciclón, y luego a su parte inferior y finalmente se descargan. Los colectores de ciclones eliminan alrededor del 70% de las partículas.
2. Precipitadores electrostáticos (ESP):
Para eliminar las partículas de la corriente de gas, las fuerzas eléctricas se aplican dentro de la cámara en el precipitador. Las partículas suspendidas se cargan o ionizan, y se atraen a los electrodos cargados y luego se eliminan. Los ESP pueden eliminar el 99% de los contaminantes de partículas del escape de la chimenea
Los ESP funcionan muy bien en plantas de energía, molinos de papel, molinos de cemento, plantas de bloques de carbono, etc. El polvo de alta resistividad puede dificultar la separación en un ESP. Para superar esto, se emplean filtros de tela o filtros de bolsa. Pero los filtros de tela no son adecuados para partículas húmedas o pegajosas, condiciones de corrosión extrema y altas temperaturas de gas.
Contaminantes gaseosos:
Estos pueden ser eliminados por los siguientes tres métodos.
(a) Sistemas húmedos:
Estos se utilizan como torres de lavado en las cuales el fluido alcalino circula continuamente. Este líquido reacciona con el SO 2 para producir un precipitado.
(b) Sistemas secos:
Aquí, los contaminantes de los gases pueden reaccionar con un absorbente en una fase seca. La dolomita, la cal (CaO) y la piedra caliza (CaOH) se colocan en el camino del gas que fluye (SO2). El proceso no es muy costoso y no implica ningún rocío de agua. El agua en contacto con SO2 produce H 2 SO 4 corrosivo.
(c) Sistemas secos húmedos:
Aquí el agua en el absorbente reacciona con los componentes ácidos. Esto ofrece una alternativa al proceso húmedo tradicional utilizado para la desulfuración de los gases combustibles de las calderas de carbón. El hidróxido de calcio absorbente se propaga en la corriente de gas caliente en forma de pequeñas gotas. El calcio reacciona con el SO 2 y los gases calientes hacen que el agua se evapore simultáneamente.
El producto final es un poder seco que contiene principalmente cenizas volantes y sales. El carbón también se puede utilizar como un absorbente. También se pueden utilizar otros absorbentes para recoger alcoholes y bencenos. Este método es muy efectivo en plantas de limpieza en seco, talleres de impresión y fábricas de pintura, plantas de procesamiento de alimentos, cervecerías e industrias farmacéuticas. La combustión de gases también se puede utilizar para industrias petroleras, etc.
Control a través de la ley:
Al igual que los vehículos motorizados, las normas deben ser aplicadas por las leyes apropiadas para las industrias también. Hay otras condiciones que podrían ser impuestas por la ley.
