Licenciatura en Tecnología Ambiental

2011-05-31T12:00:00.000-07:00

Título: Licenciatura en Tecnología del Ambiente.
Duración: Carrera de grado: 5 años . Título intermedio: 3 años y medio.
Título Intermedio: Analista Universitario en Monitoreo del Ambiente (3 años y 1 cuatrimestre)
Carga horaria : Total carrera de Grado: 3785 hs Título intermedio: 2315 hs.
Modalidad : Presencial.
Los graves problemas de degradación de los sistemas naturales provocados por las actividades humanas ha creado la necesidad de formar profesionales capaces de trabajar en equipos interdisciplinarios para dar respuestas globales a dichos problemas.
Esta carrera pretende formar profesionales aptos para par la medición rigurosa de los parámetros ambientales, utilizando en particular, metodologías de uso corriente en la Física como espectroscopía, fotónica, interacción de diferentes tipos de radiaciones con la materia, etc. Además estará capacitado para la obtención de datos y la modelización matemática de los sistemas y en general, para completar y coordinar el trabajo de otros profesionales, merced a una amplia formación básica en Matemática, Química y Ciencias Biológicas, lo que le permitiría la comprensión de otros lenguajes y otras tecnologías complementarias
El título acredita conocimientos sobre la fenomenología físico-química del ambiente biosférico y una formación sobre procesos que tiendan a asegurar la calidad del aire y el agua y a tratar residuos sólidos y materiales de riesgo de modo de asegurar un impacto mínimo sobre el ambiente. Estos conocimientos son profundizados en determinadas orientaciones a través de la elección por parte del estudiante de materias optativas especializadas. También se proporciona conocimientos de los aspectos básicos de la problemática económica relacionada con los impactos sobre el ambiente y con su mitigación. Finalmente una pasantía de un semestre permite la integración de la formación adquirida mediante su aplicación a problemas concretos originados en empresas u organismos.
Alcance del Título:
Determinar y diferenciar los aspectos fisico-químicos de los problemas ambientales. Corregir o mitigar el problema mediante soluciones técnico-económicas, enmarcadas en el contexto de las reglamentaciones y leyes vigentes. Diseñar, instalar, dirigir técnicamente, operar los aspectos tecnológicos de sistemas de procesos, equipos, máquinas, materiales, destinados a preservar factores ambientales y a corregir o mitigar impactos sobre éstos. Trabajar en equipos multidisciplinarios dedicados al estudio de impactos ambientales originados por obras o instalación de empresas. Participar en proyectos de investigación multidisciplinarios sobre la problemática ambiental en general.

Plan de Estudios - Ultimo

2011-05-31T00:01:00.000-07:00

Primer Año

Análisis Matemático I
Tecnología, Ambiente y Sociedad
Química General e Inorgánica
Introducción a la Informática
Física General I
Geometría y Álgebra Lineal
Química Orgánica y Biológica

Segundo Año

Física General II
Análisis Matemático II
Biología
Optativa I
Fundamentos de Ecología
Química Ambiental

Cálculo Numérico
Optativa II

Tercer Año

Ciencias de la Tierra I
Mecánica de Fluidos
Legislación Ambiental
Economía Ambiental
Probabilidades y Estadística
Residuos Sólidos
Optativa III

Cuarto Año

Contaminación Atmosférica
Contaminación en Agua
Formulación y Evaluación de Proyectos
Ciencias de la Tierra II
Fluidodinámica Ambiental
Radiación

Quinto Año

Tratamiento de Efluentes Gaseosos
Tratamiento de Efluentes Líquidos
Tratamiento de Residuos Sólidos
Optativa IV
Evaluación de Impacto Ambiental
Optativa V
Práctica Profesional Supervisada
Proyecto Final

Plan de Estudios

2008-05-31T11:00:00.000-07:00

1 - 1° cuatrimestre	Análisis Matemático I
1 - 1° cuatrimestre	Introducción a la Informática
1 - 1° cuatrimestre	Química General e Inorgánica
1 - 1° cuatrimestre	Tecnología, Ambiente y Sociedad
1 - 2° cuatrimestre	Geometría y Algebra Lineal
1 - 2° cuatrimestre	Química Orgánica y Biológica
1 - 2° cuatrimestre	Física General I
2 - 1° cuatrimestre	Análisis Matemático II
2 - 1° cuatrimestre	Física General II
2 - 1° cuatrimestre	Biología
2 - 1º cuatrimestre	Optativa I Licenciatura en Tecnología Ambiental
2 - 2° cuatrimestre	Cálculo Numérico
2 - 2° cuatrimestre	Fundamentos de Ecología
2 - 2° cuatrimestre	Química Ambiental
2 - 2º cuatrimestre	Optativa II Licenciatura en Tecnología Ambiental
3 - 1° cuatrimestre	Mecánica de Fluidos
3 - 1° cuatrimestre	Economía Ambiental
3 - 1° cuatrimestre	Ciencias de la Tierra I
3 - 1° cuatrimestre	Legislación Ambiental
3 - 2° cuatrimestre	Probabilidades y Estadística
3 - 2° cuatrimestre	Residuos Sólidos
3 - 2º cuatrimestre	Optativa III Licenciatura en Tecnología Ambiental
4 - 1° cuatrimestre	Inglés
4 - 1° cuatrimestre	Contaminación Atmosférica
4 - 1° cuatrimestre	Contaminación en Agua
4 - 1° cuatrimestre	Formulación y Evaluación de Proyectos
4 - 2° cuatrimestre	Fluidodinámica Ambiental
4 - 2° cuatrimestre	Ciencias de la Tierra II
4 - 2° cuatrimestre	Radiación
5 - 1° cuatrimestre	Tratamiento de Efluentes Gaseosos
5 - 1° cuatrimestre	Tratamiento de Efluentes Líquidos
5 - 1° cuatrimestre	Tratamiento de Residuos Sólidos
5 - 1º cuatrimestre	Optativa IV Licenciatura en Tecnología Ambiental
5 - 2° cuatrimestre	Evaluación de Impacto Ambiental
5 - 2° cuatrimestre	Práctica Profesional Supervisada
5 - 2° cuatrimestre	Proyecto Final
5 - 2° cuatrimestre	Optativa V Licenciatura en Tecnología Ambiental	0

Contaminantes atmosféricos: CO, NOx y COVs.

2008-05-15T12:00:00.000-07:00

Monóxido de carbono (CO)

¿Qué es el Monóxido de Carbono?

El monóxido de carbono (CO) es un gas venenoso, incoloro e inodoro. Es inflamable y arde con llama azul. Presenta gran toxicidad. Es un producto de la combustión incompleta de los combustibles a base de hidrocarburos.

¿Por qué el monóxido de carbono es un problema contra la salud pública?

Si se respira en niveles elevados, el monóxido de carbono puede causar la muerte por envenenamiento en pocos minutos.

· A niveles moderados, el CO puede causar dolores de cabeza, mareos, confusión mental, náusea o desmayos, pero puede causar la muerte si estos niveles, aunque moderados, se respiran durante mucho tiempo.

· A bajos niveles, el CO puede causar falta de aliento, náusea y mareos ligeros y puede afectar la salud después de un tiempo.

· A altos niveles, el CO puede causar cambios fisiológicos, patológicos y, finalmente, la muerte. El CO es un veneno que priva a los tejidos del cuerpo del oxígeno necesario.

El monóxido de carbono penetra al torrente sanguíneo a través de los pulmones y forma la carboxihemoglobina (CoHb), un compuesto que inhibe la capacidad de la sangre para transportar oxígeno a los órganos y a los tejidos. Las personas con padecimientos cardíacos son particularmente sensibles al envenenamiento por monóxido de carbono y pueden sufrir dolores en el pecho si respiran el gas mientras hacen ejercicios. Los niños pequeños, las personas de edad avanzada y los individuos con padecimientos respiratorios también son particularmente sensibles al monóxido de carbono. El monóxido de carbono puede afectar a individuos sanos, deteriorando su capacidad para hacer ejercicios, su percepción visual, su destreza manual, sus funciones de aprendizaje y su habilidad para ejecutar tareas complejas.

La exposición durante 8 horas o más a concentraciones de 30 ppm de CO altera ciertas pruebas psicomotoras.

La exposición a concentraciones más altas ha mostrado evidencias de fatiga psicológica en los pacientes con afecciones al corazón.

¿Cómo se forma el monóxido de carbono?

Fuentes:

- Natural: Océanos, incendios forestales y oxidación de metano ambiente.

- Antropogénica: Procesos de combustión incompleta de cualquier combustible. Industrias siderúrgicas, químicas y petroquímicas. En zonas urbanas, la principal fuente de producción de monóxido de carbono son las emisiones de automóviles.

El monóxido de carbono es un producto de la combustión incompleta de los combustibles a base de hidrocarburos como gas, gasolina, queroseno, carbón, petróleo o madera. Las chimeneas, las calderas, los calentadores de agua o calefones y los aparatos domésticos que queman combustible, como las estufas u hornillas de la cocina o los calentadores a kerosene, también pueden producir CO si no están funcionando bien.

Es más probable que la combustión incompleta ocurra en el motor cuando las proporciones entre aire y combustible son bajas. Estas condiciones son comunes durante el arranque del vehículo, cuando el suministro de aire está restringido (“ahogado”), cuando los autos no están afinados apropiadamente, y a cierta altitud, donde el aire es “delgado” y se reduce efectivamente la cantidad de oxígeno disponible para la combustión (con la excepción de los autos que están diseñados o ajustados para compensar la altitud).

Las dos terceras partes de la emisiones de monóxido de carbono en todo el país provienen de las fuentes de transporte, con la contribución mayor proveniente de los vehículos de motor de carreteras. En las áreas urbanas, la contribución proveniente de los vehículos de motor a la contaminación de monóxido de carbono puede llegar a sobrepasar el 90 por ciento.

¿Qué se ha hecho para controlar los niveles de monóxido de carbono?

La Ley del Aire Limpio confiere a los gobiernos estatales y locales la responsabilidad principal para que regulen la contaminación proveniente de las plantas de energía eléctrica, fábricas, y otras “fuentes estacionarias”. La Agencia de Protección Ambiental de EE.UU. (EPA) tiene la responsabilidad principal de controlar la contaminación proveniente de “las fuentes móviles”.

El programa de vehículos de motor de la EPA ha tenido un éxito considerable en lo que se refiere a la reducción de las emisiones de monóxido de carbono. Los estándares de la EPA al principio de los años 1970 hicieron que los fabricantes de carros mejoraran el diseño básico del motor. Ya para 1975, la mayoría de los carros nuevos estaban equipados con los convertidores catalíticos diseñados para convertir el monóxido de carbono en dióxido de carbono. Por lo general, los catalizadores reducen las emisiones de monóxido de carbono hasta en un 80 por ciento. A principios de los 1980, los fabricantes de automóviles introdujeron convertidores más sofisticados, además de computadoras integradas y sensores de oxígeno que facilitan la optimización de la eficiencia de los convertidores catalíticos.

¿Qué más se está haciendo?

Las emisiones de monóxido de carbono provenientes de automóviles aumentan impresionantemente en clima frío. Esto se debe a que cuando la temperatura es baja los autos necesitan más combustible para arrancar, y debido a que algunos dispositivos de control de emisiones (tales como los sensores de oxígeno y los convertidores catalíticos) cuando están fríos funcionan de manera menos eficiente.

Hasta el año 1994, los vehículos eran probados para emisiones de monóxido de carbono solamente a una temperatura de 28.8° C (75° F). Pero en reconocimiento del efecto del clima frío, la Ley del Aire Limpio de 1990 exigió que los automóviles y camiones ligeros de 1994 y de años posteriores cumplieran también con el estándar para monóxido de carbono a la temperatura de - 6.6° C (20° F).

Otra estrategia para reducir las emisiones de monóxido de carbono de los vehículos de motor es el añadir a la gasolina compuestos que contengan oxígeno. Esto tiene el efecto de “empobrecer” la proporción entre aire y combustible de tal modo que promueve la combustión completa del combustible. Los aditivos de oxígenos más comunes son los alcoholes o sus derivados.

Control de emisiones de CO

Entre las opciones para su control se pueden mencionar las siguientes: 1)utilizar combustible con menor contenido de carbono, 2) incrementar la eficiencia de la combustión o 3) aplicar un tratamiento postcombustion a los gases de escape.

Catalizadores de oxidación

Los módulos de oxidación catalitica y los paquetes integrados de fabrica en los motores son una forma de eliminar o reducir las emisiones de CO, además de que tiene el beneficio colateral de reducir también las emisiones de hidrocarburos no quemados. Los catalizadores de oxigeno se fabrican con formulaciones de metales preciosoa, durables y de alta eficacia, lo que les permite tener una caída de presión baja y una elevada actividad catalítica. Los catalizadores clásicos se elaboran con un sustrato metálico y ceramico de estructura apanalada con recubrimientos cataliticos especificos para cada aplicación. Los metales preciosos permitesn eltos niveles de destrucción a temperaturas de operación mas bajas. El uso de formulaciones de alta actividad y resistencia permite la reduccion de CO, de hidrocarburos no quemados y de olores a temperaturas menores y con menos volumen de catalizador. En algunos casos, pueden alcanzarse niveles de destrucción de los contaminantes del 98%.

Catalizadores de CO

En teoria, la oxidación de CO para convertirse en CO2 podría lograrse si se añadiera el catalizador al rocío de un lavador húmedo, aplicado en el punto de mayor temperatura de la chimenea o tubo de escape. La incorporación de este sistema entrañaría amplios procesos de investigación y desarrollo.

Óxidos de Nitrógeno (NOx),

¿Por qué debemos controlar los NOx?

Los NOx representan a una familia de siete compuestos. En realidad, la EPA regula sólo el bióxido de nitrógeno (NO₂) como un suplente para esta familia de compuestos porque es la forma más predominante de NOx en la atmósfera que es generada por actividades antropogénicas (humanas). El NO₂ no es sólo un contaminante importante del aire por sí sólo, sino que también reacciona en la atmósfera para formar ozono (O₃) y lluvia ácida. Es importante notar que el ozono que deseamos minimizar es el ozono troposférico; esto es, el ozono en el aire ambiental que respiramos.

La EPA ha establecido las National Ambient Air Quality Standards - NAAQS (Normas Nacionales de Calidad del Aire Ambiental), para el NO₂ y el ozono troposférico. Las NAAQS definen los niveles de calidad del aire que son necesarios, con un margen razonable de seguridad, para proteger la salud pública (norma primaria) y el bienestar público (norma secundaria) de cualquier efecto adverso conocido o anticipado de la contaminación. La norma primaria y secundaria para el NO₂ es de 0.053 partes por millón (ppm) (100 microgramos por metro cúbico) de concentración anual aritmética promedio.

El ozono troposférico ha sido y sigue siendo un problema significativo de contaminación del aire en los Estados Unidos y es el principal constituyente del smog (la niebla visible que es el resultado de polución aérea contiene oxidantes fotoquímicos). El NO₂ reacciona en presencia del aire y luz ultravioleta (UV) bajo la luz del sol para formar ozono y óxido nítrico (NO). A su vez, el NO reacciona con radicales libres en la atmósfera, que también son creados por la acción de la luz UV sobre compuestos orgánicos volátiles (COV). A su vez, los radicales libres reciclan NO a NO₂. De esta manera, cada molécula de NO puede producir ozono en un múltiplo de 40 veces. Esto continuará hasta que los COV sean reducidos a compuestos de cadenas cortas de carbón que dejan de ser fotoreactivos (una reacción causada por la luz). Una molécula de COV puede por lo general realizar esto unas 5 veces.
Además del interés por las NAAQS para el NO₂y el ozono, los NOx y los óxidos de azufre (SOx) en la atmósfera son capturados por la humedad para formar lluvia ácida. La lluvia ácida, junto con la deposición seca y de nubes, afecta severamente ciertos ecosistemas y afecta directamente a algunos sectores de nuestra economía. Todos estos factores indican una necesidad obvia de reducir las emisiones de NOx. Sin embargo, para realizarlo con éxito, debemos entender la generación y el control de la “familia NOx” de contaminantes del aire.

¿Qué es un Óxido de Nitrógeno?

El nitrógeno molecular diatómico (N₂) es un gas relativamente inerte que compone alrededor del 80% del aire que respiramos. Sin embargo, el elemento químico nitrógeno (N), en forma monoatómica, puede ser reactivo y poseer niveles de ionización (llamados estados de valencia) desde más uno a más cinco. Por esto el nitrógeno puede formar varios óxidos diferentes.

Tabla 1. Óxidos de Nitrógeno (NOx)

Fórmula	Nombre	Valencia del Nitrógeno	Propiedades
N₂O	óxido nitroso	1	gas incoloro soluble en agua
NO N₂O₂	óxido nítrosos bióxido de dinitrógeno	2	gas incoloro ligeramente soluble en agua
N₂O₃	trióxido de dinitrógeno	3	sólido negro, soluble en agua, se descompone en agua
NO₂ N₂O₄	bióxido de nitrógeno tetróxido de dinitrógeno	4	gas café rojizo, muy soluble en agua, se decompone en agua
N₂O₅	pentóxido de dinitrógeno	5	sólido blanco, muy soluble en agua, se decompone en agua

Cuando cualquiera de estos óxidos se disuelve en agua y se descompone, forma ácido nítrico (HNO₃) o ácido nitroso (HNO₂). El ácido nítrico forma sales de nitrato cuando es neutralizado. El ácido nitroso forma sales de nitrito. De esta manera, los NOx y sus derivados existen y reaccionan ya sea como gases en el aire, como ácidos en gotitas de agua, o como sales. Estos gases, gases ácidos y sales contribuyen en conjunto a los efectos de contaminación que han sido observados y atribuidos a la lluvia ácida.

El óxido nitroso (N₂O), el NO, y el NO₂son los óxidos de nitrógeno más abundantes en el aire. El N₂O (también conocido como gas hilarante) es producido abundantemente por fuentes biogénicas tales como las plantas y levaduras. Es sólo levemente reactivo, y es un analgésico (o sea, a diferencia de un anestésico aún siente usted dolor, pero se siente tan bien que no le molesta). El N₂O es una sustancia agotadora de nitrógeno que reacciona con el O₃tanto en la tropósfera (o sea, por debajo de los 10,000 pies sobre el nivel del mar) como en la estratósfera (50,000 - 150,000 pies). El N₂O tiene un largo período de vida, estimado entre 100 y 150 años.

La oxidación del N₂O por el O₃puede ocurrir a cualquier temperatura y genera a la vez oxígeno molecular (O₂) y NO o dos moléculas de NO unidas como su dímero, el bióxido de dinitrógeno (N₂O₂). Después el NO o N₂O₂ se oxida rápidamente (en alrededor de dos horas) a NO₂.

El NO₂a su vez crea una molécula de ozono a partir de una molécula de oxígeno (O₂) cuando es golpeado por un fotón de energía ionizadora proveniente de la luz solar. El N₂O es también un “Gas de Invernadero” que, como el bióxido de carbono (CO₂), absorbe la radiación infraroja de longitud de onda larga para retener el calor que irradia la Tierra, y de esa manera contribuye al calentamiento global.

Las emisiones de NOx provenientes de la combustión son principalmente en la forma de NO. De acuerdo a las ecuaciones Zeldovich, el NO es generado hasta el límite del oxígeno disponible(alrededor de 200,000 ppm) en el aire a temperaturas por encima de 1300-C (2370-F). A temperaturas menores de 760-C (1,400-F), el NO es generado a concentraciones mucho más bajas o no se genera en absoluto. El NO de combustión es generado en función de la relación aire a combustible y es más pronunciado cuando la mezcla está del lado magro en combustible de la relación estequiométrica 50 (la relación de las sustancias químicas que entran en reacción).

Las ecuaciones Zeldovich son:

N₂ + O à NO + N
N + O₂ à NO + O
N + OH à NO + H

A excepción del NO proveniente del suelo, los relámpagos, y los incendios naturales, el NO es antropogénico en su mayor parte. Se cree que las fuentes biogénicas son responsables de menos del 10% de las emisiones totales de NO. El NO produce la misma interrupción en la absorción del oxígeno por la sangre que el monóxido de carbono (CO). Sin embargo, puesto que el NO es sólo soluble en agua, no presenta amenaza real alguna excepto a infantes e individuos muy sensibles.

El NO₂ se encuentra presente en la atmósfera y en la lluvia ácida. Produce ácido nítrico (HNO₃) al disolverse en agua. Cuando el NO₂ reacciona con un fotón para hacer que el O₂se vuelva O₃, el NO₂ se transforma en NO. Este NO es a su vez oxidado en cuestión de horas a NO₂por medio de radicales provenientes de la fotoreacción de COV. Por lo tanto, nuestra concentración actual de ozono es el producto de la contaminación tanto de NOx como de COV.

¿De dónde provienen los NOx?

Los automóviles y otras fuentes móviles contribuyen alrededor de la mitad de los NOx que son emitidos. Las calderas de las plantas termoeléctricas producen alrededor del 40% de las emisiones de NOx provenientes de fuentes estacionarias. Además, también se añaden emisiones sustanciales provenientes de fuentes antropogénicas tales como las calderas industriales, incineradores, turbinas de gas, motores estacionarios de diesel y de encendido por chispa, fábricas de hierro y acero, manufactura de cemento, manufactura de vidrio, refinerías de petróleo, y manufactura de ácido nítrico. Las fuentes naturales o biogénicas de óxidos de nitrógeno incluyen los relámpagos, incendios forestales, incendios de pastos, árboles, arbustos, pastos, y levaduras.1 Estas fuentes diversas producen diferentes cantidades de cada óxido.
Las fuentes antropogénicas se pueden mostrar aproximadamente como:

Fuentes Móviles	Plantas Termoeléctricas	Todas las Demás

50%	20%	30%

En toda combustión hay tres oportunidades para la formación de NOx. Estos NOx son:

1. NOx Termales - La concentración de “NOx termales” es controlada por las concentraciones molares de nitrógeno y oxígeno y la temperatura de combustión. La combustión a temperaturas bien por debajo de 1,300-C (2,370-F) forma concentraciones mucho más bajas de NOx termales.

2. NOx Combustibles- Los combustibles que contienen nitrógeno (como el carbón) crean “NOx combustibles” que resultan de la oxidación del nitrógeno ya ionizado contenido en el combustible.

3. NOx Inmediatos - Los NOx inmediatos son formados a partir del nitrógeno molecular en el aire combinándose con combustible en condiciones ricas en combustible que existen, hasta cierto punto, en toda combustión. Este nitrógeno a su vez se oxida junto con el combustible y se convierte en NOx durante la combustión, de la misma manera que los NOx combustibles. La abundancia de NOx inmediatos es disputada por los diversos escritores de artículos y reportes - probablemente porque cada uno de ellos está considerando combustibles que contienen intrínsecamente cantidades muy grandes o muy pequeñas de nitrógeno, o considerando quemadores intencionados para tener o no tener regiones ricas en combustible en la llama.

¿Cómo afectan los NOx el medio Ambiente?

Debido a que los NOx son transparentes a la mayoría de las longitudes de onda de la luz (aunque el NO₂ tiene un color café y el escaso N₂O₃es negro), permiten que la vasta mayoría de los fotones atraviesen y, por tanto, tienen un período de vida de por lo menos varios días. Debido a que el NO₂ es reciclado a partir del NO por medio de la fotoreacción de COV para producir más ozono, el NO₂ parece poseer un período de vida aún más largo y es capaz de viajar distancias considerables antes de crear ozono.

Las diferencias en las predicciones de las distancias entre la emisión de NOx y la generación de ozono pueden relacionarse con las diferencias en las velocidades (del viento) de transporte de la pluma tanto como otros factores meteorológicos y de calidad del aire. Es importante notar que, bajo las condiciones adecuadas, las plumas de las termoeléctricas pueden recorrer distancias relativamente largas durante la noche con poca pérdida de COV, NO y NO₂. Estos contaminantes pueden de este modo estar disponibles y participar en reacciones fotoquímicas en ubicaciones distantes al día siguiente

¿Cuales principios de reducción y control son aplicables?

La tecnología de reducción y control de NOx es un asunto relativamente complejo. Trataremos de proporcionar una estructura al espectro de las tecnologías de prevención de la contaminación y de control de los NOx presentando primeramente los principios que son utilizados. Después describiremos las tecnologías y estrategias más importantes para la prevención de la contaminación y el control de las emisiones.

Por favor nótese que la reducción y control de los NOx provenientes de la manufactura de ácido nítrico y de los baños de curtido difieren de la reducción y el control en las fuentes de combustión. Todas las fuentes de combustión tienen NOx en un gran flujo del gas de chimenea, mientras que las plantas manufactureras de ácido nítrico y los baños de curtido tratan de contener los NOx. Los absorbedores en húmedo pueden controlar las emisiones de NOx provenientes de plantas ácidas y del curtido, y pueden utilizar ya sea los alcalíes en agua, el agua sola, o el peróxido de hidrógeno como el líquido que captura a los NOx. El absorbedor en húmedo opera por medio de líquido fluyendo hacia abajo por gravedad a través de un medio de empaque, opuesto por un flujo de gas hacia arriba. Los absorbedores operan por medio del intercambio de sustancias entre gas y líquido. Esto requiere que la altura del absorbedor, el tipo de empaque, el flujo líquido, las propiedades del líquido, las propiedades del gas, y el flujo de gas deban causar colectivamente que un absorbedor tenga la eficiencia de control deseada.

Muchos sistemas de combustión nuevos incorporan métodos de prevención de NOx dentro de su diseño y generan mucho menos NOx que los sistemas más antiguos.

La Tabla 2 enumera los principios o métodos utilizados para reducir los NOx. Existen básicamente seis principios, siendo el séptimo una combinación intencional de algún subgrupo de los seis.

Método 1. Reduciendo Temperatura

La temperatura de combustión puede ser reducida: (1) utilizando mezclas ricas en combustible para limitar la cantidad de oxígeno disponible; (2) utilizando mezclas pobres en combustible para limitar la temperatura diluyendo el suministro de energía; (3) utilizando gas de chimenea enfriado y agotado en oxígeno dentro del aire de combustión para diluir energía; (4) inyectando gas de chimenea enfriado con combustible añadido; o (5) inyectando agua o vapor. Los quemadores bajos en NOx están basados parcialmente en este principio.8,9,10 La técnica básica es reducir la temperatura de los productos de combustión con un exceso de combustible, aire, gas de chimenea, o vapor. Este método evita que la vasta mayoría del nitrógeno sea ionizada (esto es, que obtenga una valencia que no sea cero).

Método 2. Reduciendo el Tiempo de Residencia
La reducción del tiempo de residencia a temperaturas de combustión altas puede ser hecho por el tiempo de encendido o inyección, también puede ser hecho por restricción de la llama a una región corta en la cual la combustión de aire llega a ser gas de chimenea. Esto es seguido inmediatamente por inyección de combustible, vapor, más aire de combustión o re-circulación de gas de chimenea. Este tiempo corto de residencia a temperatura máxima mantiene la vasta mayoría de nitrógeno de llegar a ser ionizada. Esto no representa ninguna relación al tiempo total de residencia en una caldera.

Método 3. Reducción Química de los NOx
Esta técnica proporciona una sustancia que reduce químicamente (esto es, una inversión de la oxidación) para remover el oxígeno de los óxidos de nitrógeno. Los ejemplos incluyen la Reducción Catalítica Selectiva (RCS) que utiliza amoníaco, la Reducción No Catalítica Selectiva (RNCS) que utiliza amoníaco o urea, y el Requemado del Combustible (RC). El plasma no térmico, una tecnología emergente, al ser utilizada con un agente reductor, reduce químicamente el NOx. Todas estas tecnologías atentan reducir químicamente el nivel de valencia del nitrógeno a cero después de que la valencia ha llegado a ser mas alta.11 Algunos quemadores de bajo NOx también están parcialmente basados en este principio.

Método 4. Oxidación de los NOx
Esta técnica levanta intencionalmente la valencia del ion nitrógeno para permitir que el agua lo absorba (esto es, basado en la mayor solubilidad de los NOx a valencias más altas). Esto se logra por medio de un catalizador, inyectando peróxido de hidrógeno, creando ozono dentro del flujo del aire, o inyectando ozono dentro del flujo del aire. El plasma no térmico, al utilizarse sin un agente reductor, puede ser utilizado para oxidar NOx. Una lavadora de gas debe ser añadida al proceso para absorber las emisiones de N2O5 a la atmósfera. Cualquier ácido nítrico resultante puede ser neutralizado por el líquido de la lavadora de gas y después ser vendido (por lo general como sal de calcio o amoníaco), o recolectado como ácido nítrico para su venta a clientes.

Método 5. Remoción del nitrógeno de la combustión

Esto se logra eliminando al nitrógeno como reactivo, ya sea por medio del: (1) usando oxígeno en vez de aire en el proceso de combustión; o (2) usando combustible con un contenido ultra bajo de nitrógeno para formar menos NOx combustibles. La eliminación del nitrógeno utilizando oxígeno tiende a producir una llama más intensa que debe ser posteriormente y adecuadamente diluida. Aunque el método 2 puede disminuir la temperatura rápidamente para evitar la formación de NOx excesivos, no puede eliminar óxidos de nitrógeno totalmente si el aire es el medio de extinción. El gas caliente de chimenea calienta el aire que se utiliza para extinguirlo y este calentamiento genera algunos NOx térmicos. Este método también incluye la reducción del exceso de aire neto usado en el proceso de combustión porque el aire contiene un 80 por ciento de nitrógeno. El uso de combustibles de contenido ultra bajo de nitrógeno con el oxígeno puede casi eliminar combustible e incitar los NOx.

Método 6. Sorción, tanto adsorción como absorción
El tratamiento del gas de chimenea por la inyección de sorbentes (tales como el amoníaco, cal en polvo, óxido de aluminio, o carbón) puede remover el NOx y otros contaminantes (principalmente el azufre). Se han realizado esfuerzos exitosos al fabricar productos de sorción en un artículos comerciales. Este tipo de tratamiento ha sido aplicado en la cámara de combustión, la chimenea, y la casa de bolsas. El uso del carbón como un absorbente no ha conducido a un producto comercial, pero a veces se utiliza para limitar las emisiones de NOx a pesar de ésto. A menudo se le refiere al método de sorción como uso de sorbente en seco, pero las suspensiones también han sido utilizadas. Este método usa la adsorción o la absorción seguida por filtración y/o precipitación electrostática para remover el sorbente.

Método 7. Combinaciones de estos métodos
Muchos de estos métodos pueden ser combinados para lograr una concentración más baja de NOx de la que se puede lograr por cualquier método por sí solo. Por ejemplo, un quemador de ciclón rico en combustible (Método 1) puede ser seguido por un requemado de combustible (Método 3) y aire de sobrefuego (Método 1). Esto ha producido una reducción de NOx tan grande como del 70 por ciento.

¿Cuales tecnologías de reducción son disponibles?

En este reporte las tecnologías de reducción de NOx existentes se dividen en dos categorías: aplicaciones para combustión externa (por ejemplo, calderas, hornos y calentones de proceso) y aplicaciones para combustión interna (por ejemplo, motores y turbinas estacionarias de combustión interna). Estas categorías están subdivididas todavía en tecnologías para la prevención de la contaminación (que reducen la generación de NOx) y tecnologías de control de adición (que reducen las emisiones de NOx).

Combustión externa

Las tecnologías aplicables a la combustión externa se muestran en la Tabla 3 (basada en la Tabla 2 en Select the Right NOx Control Technology de Stephen Wood, Chemical Engineering Progress, enero de 1994).

Combustión externa: Métodos de la prevención de la contaminación

Menos exceso de aire (MEA)
Excesivo flujo de aire para la combustión ha sido correlacionado con la cantidad de NOx generado. Limitando el exceso neto del flujo de aire a un nivel menor de 2% puede limitar fuertemente el contenido de NOx del gas de chimenea. Aunque existen zonas ricas y pobres en la region combustible, el exceso neto de aire total es limitado cuando se usa este planteamiento.

Quemadores fuera de servicio (QFS)
El equipo con quemadores múltiples puede tener parte de un conjunto de quemadores con algunos “quemadores fuera de servicio” (que no suministran combustible, sino aire o gas de chimenea). Esto permite que los quemadores a su alrededor suministren combustible y aire al aire o gas de chimenea fluyendo desde los QFS. El resultado es la combustión por etapas con una temperatura siempre menor que cuando todos los quemadores están en servicio. Por tanto, el NOx termal es más bajo. El grado al cual la generación de NOx es reducida depende de la relación espacial de los QFS a los demás quemadores.

Aire de sobre fuego (ASF)
Cuando la combustión primaria utiliza una mezcla rica en combustible, el uso del ASF completa la combustión. Debido a que la mezcla está siempre fuera de la relación estequiométrica cuando está ocurriendo la combustión, la temperatura es mantenida baja. Después de todas las otras etapas de combustión, el resto del combustible se oxida en el aire de sobrefuego. Esto por lo general no es una cantidad enormemente excesiva de aire.

Quemadores de bajo NOx (QBN)
Un QBN proporciona una llama estable que tiene varias zonas diferentes. Por ejemplo, la primera zona puede ser combustión primaria. La segunda zona puede ser Re-quemado de Combustible (RC) con combustible añadido para reducir los NOx químicamente. El QNB ha producido hasta el 80 por ciento de DRE.17,18, 32, 33 Esta puede ser una de las tecnologías con alta DRE menos costosas para la prevención de la contaminación. Los QNB han tenido problemas con diseños que tenían la llama adjunta a los quemadores, resultando en una necesidad de mantenimiento. Creeemos que estos problemas de diseño ya deben ser cosa del pasado.

Recirculación del gas de chimenea (RGC)
La recirculación del gas enfriado de chimenea reduce la temperatura diluyendo el contenido de oxígeno del aire de combustión y causando que el calor sea diluido en una masa mayor de gas. El calor en el gas de chimenea puede ser recuperado mediante un intercambiador de calor. Esta reducción de temperatura disminuye la concentración de NOx que se genera. Si la temperatura de combustión se mantiene por debajo de 1400-F, la formación de NOx termales será insignificante.

Inyección de agua o vapor
La inyección de agua o vapor causa que la estequiometría de la mezcla sea cambiada y agregue vapor para reducir las calorías generadas por la combustión. Ambas acciones causan que la temperatura de combustión sea más baja. Si la temperatura se reduce lo suficiente, los NOx termales no se formarán en una concentración tan grande.

Reducción del precalentamiento del aire (RPA)
El aire es generalmente precalentado para enfriar los gases de chimenea, reducir las pérdidas de calor, y ganar eficiencia. Sin embargo, esto puede elevar la temperatura del aire de combustión a un nivel en el que los NOx se forman con mayor facilidad. Al reducir el precalentamiento del aire, la temperatura de combustión disminuye y la formación de NOx es suprimida. Esto puede disminuir la eficiencia, pero puede limitar la generación de NOx.

Re-quemado de combustible (RC)
La re-circulación del gas de chimenea enfriado con combustible añadido (éste puede ser gas natural, carbón pulverizado, o aún aceite atomizado) causa dilución de calorías, similar a la RGC, y la combustión primaria puede ser disminuida. Además, cuando se añade una etapa de combustión secundaria, la presencia de combustible añadido reduce químicamente los NOx recién generados a nitrógeno molecular. El combustible añadido se consume sólo parcialmente al reducir los NOx y la quema se completa en una etapa posterior utilizando ya sea toberas de aire de combustión o de aire de sobrefuego. Se ha demostrado que esta técnica es efectiva con tiempos de residencia de 0.2 segundos a 1.2 segundos y ha logrado hasta el 76 por ciento de DRE.

Optimazación de la combustión
La optimización de la combustión se refiere al control activo de la combustión. En una caldera que utiliza gas natural, por medio de la disminución de la eficiencia de combustión el 100 al 99 por ciento, la generación de NOx desciende a un nivel mucho más aceptable. Para las calderas que utilizan carbón, se ha experimentado una reducción en NOx del 20 al 60 por ciento. Estas medidas activas de control de combustión buscan encontrar una eficiencia óptima de combustión y controlar la combustión (y por tanto las emisiones) a esa eficiencia. Otro planteamiento utiliza un programa de red neural para encontrar el punto óptimo de control.16 Aún otro planteamiento es el uso de software (programas) para optimizar suministros para el output (rendimiento) definido.
Un vendedor disminuye la cantidad de aire que es pre-mezclado con combustible de la relación estequiométrica (la relación que produce la llama más caliente) para alargar la llama en el quemador y reducir la velocidad de liberación del calor por unidad de volumen. Esto puede funcionar donde los tubos de la caldera se encuentran bastante alejados del quemador. El monóxido de carbono, el combustible sin quemar, y el combustible parcialmente quemado que resultan pueden a continuación ser oxidados en el aire de sobrefuego a una temperatura más baja. La combustión debe ser optimizada para las condiciones que se presenten. Se ha reportado una DRE del 50 por ciento.

Escalonificación del aire
El aire de combustión se divide en dos corrientes. La primara corriente es mezclada con combustible en una relación que produce una llama reductora. La segunda corriente es inyectada corriente abajo de la llama y vuelve la relación neta ligeramente excesiva en comparación a la relación estequiométrica. Se ha reportado una DRE del 99 por ciento.

Escalonificación del combustible
Esta es la escalonificación de la combustión utilizando combustible en vez de aire. El combustible se divide en dos corrientes. La primera corriente alimenta a la combustión primaria que opera en una relación reductora de combustible a aire. La segunda corriente es inyectada corriente abajo de la combustión primaria, causando que la relación neta de combustible a aire sea sólo ligeramente oxidante. El combustible en exceso en la combustión primaria diluye el calor para reducir la temperatura. La segunda corriente oxida el combustible mientras reduce el NO a N Se ha reportado que esto logra una DRE del 50 por ciento.

Oxígeno en vez de aire para la combustión
Un ejemplo de esto es un quemador de ciclón donde la llama es baja e intensa. El aire, combustible, o vapor en exceso, inyectado justo después de la cámara de combustión por el método 2 es suficiente para apagar rápidamente el gas de combustión por debajo de la temperatura de formación de los NOx. La combustión enseguida puede ser completada en aire de sobrefuego. El oxígeno ahora puede ser separado del aire a un costo lo suficientemente bajo para hacerlo económico. Esta técnica ha reducido los NOx hasta en un 20 por ciento23 en quemadores que utilizan combustible convencional. Esta técnica también es utilizable con quemadores de bajo NOx para prevenir que se formen los NOx inmediatos.

Inyección de oxidante
La oxidación de nitrógeno a sus estados de valencia más altos vuelve a los NOx solubles en agua. Cuando se lleva a cabo esto, un absorbedor de gas puede ser efectivo. Los oxidantes que han sido inyectados dentro del flujo de aire son el ozono, el oxígeno ionizado, o el peróxido de hidrógeno. El plasma no térmico genera iones de oxígeno dentro del flujo de aire para lograr esto. Otros oxidantes necesitan ser inyectados y mezclados en el flujo. El ácido nítrico puede ser absorbido por agua, peróxido de hidrógeno, o un fluido alcalino. El calcio o el amoníaco disuelto en el
agua puede producir un fluido alcalino que reaccionará con los ácidos nítrico y sulfúrico para producir una sal de nitrato o sulfato que puede ser recuperado. De manera alternativa, el uso de agua o peróxido de hidrógeno para absorber a los NOx puede proporcionar ácido nítrico para el mercado comercial.

Combustión catalítica
El uso de un catalizador para causar que la combustión ocurra por debajo de las temperaturas de formación de NO puede proporcionar un medio adecuado para limitar la temperatura. Esta técnica no es utilizada a menudo porque es muy sensitiva a la carga. Sin embargo, donde es utilizada, la combustión catalítica puede lograr una concentración de NOx menor de 1 ppm en el gas de chimenea.

Combustión ultra bajo en nitrógeno
Estos combustibles pueden evitar los NOx que resultan del nitrógeno contenido en los combustibles convencionales. El resultado puede ser una reducción de hasta el 70 por ciento en las emisiones de NOx.43 Ahora existen aceites combustibles líquidos ultra bajos en nitrógeno. Estos aceites contienen de 15 a 20 veces menos nitrógeno que el aceite combustible estándar no. 2. Este aceite ya está disponible comercialmente y a precios competitivos. El aceite ultra bajo en nitrógeno es utilizado más frecuentemente en el Sur de California donde la contaminación del aire es un problema en particular. El gas natural puede ser considerado un combustible bajo en nitrógeno. El coque (el material carbonizado del carbón) también puede ser un combustible ultrabajo en nitrógeno porque el nitrógeno en la fracción volátil del carbón es removida durante la producción de coque.

Plasma no térmico
Utilizando metano y hexano como agentes reductores, se ha demostrado que el plasma no térmico remueve NOx en pruebas de laboratorio con un ducto reactor de sólo 2 pies de largo. Los agentes reductores fueron ionizados por un voltaje transiente que creo un plasma no térmico. Los agentes reductores reaccionaron con NOx y lograron una DRE del 94%. Existen indicaciones de que se puede lograr una DRE aún mayor. Un vendedor comercial exitoso utiliza amoníaco como agente reductor para reaccionar con los NOx en un plasma generado por un rayo de electrones. Tal reactor tan corto puede llenar los requisitos de espacio de virtualmente cualquier planta. El reactor de plasma no térmico también puede ser utilizado sin agente reductor para generar ozono y usar ese ozono para aumentar la valencia del nitrógeno para absorción subsecuente como ácido nítrico.

Combustión externa: Tecnología añadida de control

Los controles añadidos se aplican a un amplio rango de fuentes y combustibles. Esto difiere de las técnicas de prevención de la contaminación enumeradas anteriormente en que las técnicas de prevención deben ser adaptadas a las circunstancias de su uso.

Reducción catalítica selectiva (RCS)
La RCS utiliza un catalizador para inyectar amoníaco para reducir los NOx químicamente. Puede lograr una DRE (Eficiencia de destrucción y remocion) de hasta un 94 por ciento y es una de las técnicas de reducción de NOx más efectivas. Sin embargo, esta tecnología tiene un costo inicial alto. Además, los catalizadores tienen una vida finita en el gas de la chimenea y algo de amoníaco “se cuela” sin ser reaccionado. Históricamente la RCS ha utilizado catalizadores de metales preciosos, pero ahora puede usar catalizadores de metal base y zeolita. Los catalizadores de metal base y zeolita operan a temperaturas mucho más diferentes que los catalizadores de metales preciosos.

Reducción no catalítica selectiva (RNCS)
En la RSNC el amoníaco y la urea son inyectados dentro de una caldera o en ductos en una región donde la temperatura está entre 900ºC y 1100ºC. Esta tecnología está basada en la ionización del amoníaco y la urea por medio de la temperatura en vez de usar un catalizador o plasma no térmico. Esta “ventana” de temperatura - que varía depende del autor - es importante debido a que fuera de la ventana ya sea más amoníaco se cuela o se genera más NOx que lo que se está reduciendo químicamente. Esta ventana de temperatura es diferente para la urea y el amoníaco. La reducción de los NOx por RSNC puede tener una DRE de hasta el 70 por ciento.

Sorción - ambas adsorción como absorción
Varios métodos son utilizados para inyectar y remover adsorbente o absorbente. Un método rocía piedra caliza seca en polvo dentro del gas de chimenea. La piedra caliza reacciona enseguida con el ácido sulfúrico y el ácido nítrico. También existe un planteamiento con un secador por atomización que rocía una suspensión de cal en polvo y amoníaco acuoso dentro del gas de chimenea. La piedra caliza reacciona preferencialmente con los NOx. La inyección en ducto de sorbentes en seco es otro ejemplo de esta técnica y puede reducir los contaminantes en tres etapas: (1) en la cámara de combustión, (2) en el ducto del gas de chimenea que conduce a la casa de bolsas, y (3) en el ducto del gas de chimenea que conduce al precipitador electrostático.
Los productos secundarios formados por sorción son el yeso (sulfato de calcio) que se vende para la manufactura de cartón para pared, y el nitrato de amoníaco que se puede vender para producir un explosivo o un fertilizante. Se reporta que la sorción puede lograr hasta un 60 por ciento de DRE. Otra versión utiliza carbón inyectado dentro del flujo de aire para concluir la captura de NOx. El carbón es capturado en la casa de bolsas o el precipitador electrostático justo como otros sorbentes. Existen muchos absorbentes y adsorbentes disponibles.

Plantamientos de tecnologías combinadas

Con muy poca frecuencia se utiliza un método o principio por sólo. La selección depende del tipo de sistema de combustión, tipo de caldera u otro dispositivo de conversión de energía, y el tipo de combustible usado. Las tecnologías se reducirán por la consideración de la turndown (relación de reducción), la estabilidad de combustión, la disponibilidad o acceso a los quemadores, los controles del suministro de aire, las impurezas del combustible, y el costo entre otros factores.

Hay muchos ejemplos y he aquí algunos de ellos. La reducción catalítica selectiva de NOx a N₂ puede ser seguida por oxidación selectiva del bióxido de azufre a trióxido de azufre. Después se forma ácido sulfúrico seguido por la absorción de ácido sulfúrico del gas de chimenea.

Los QBN pueden ser utilizados en conjunción con la RCS o la RSNC para lograr una mayor DRE en total que cualquiera de estas podrían lograr por sí solas. La inyección de agua/vapor puede ser usada con la RCS para lograr una DRE mayor de la que la RCS puede lograr por sí sola. La requema de combustible y la RCS pueden ser usadas juntas así como por separado, para obtener la reducción máxima de NOx.

Combustión interna
Ahora nos dirigimos hacia la combustión interna, que generalmente ocurre a presiones elevadas. Una vez más, dividimos las tecnologías entre las técnicas para la prevención de la contaminación y las tecnologías de adición. Esto se muestra en la Tabla 4.

Estas técnicas pueden ser usadas en combinación. Las técnicas para la prevención de la contaminación no tienen que ser usadas por separado. Las técnicas de adición pueden ser usadas en secuencia después de una técnica de prevención de la contaminación cuando no imponen demandas conflictivas sobre el proceso.

COVs

Una categoría de sustancias contaminantes de importancia creciente en las últimas décadas es la de los compuestos orgánicos volátiles. El término anglosajón “VOC” (volatile organic compound), en castellano “COV”, recoge miles de especies químicas que son tóxicas para la salud o bien precursoras de oxidantes fotoquímicos responsables del “smog”, que contribuyen al efecto invernadero y/o a la degradación de la capa de ozono estratosférico. No existe una definición internacionalmente adoptada para este tipo de compuestos, la mayoría de las acepciones se basan en descripciones estrictamente químicas. La más aceptada es la de la Comisión Económica para Europa de las Naciones Unidas del año 1991, que textualmente los define como “compuestos orgánicos volátiles, distintos del metano, de naturaleza antropogénica capaces de producir oxidantes fotoquímicos en presencia de luz solar por reacción con óxidos de nitrógeno”. Esta reacción química implica una eliminación del contaminante primario por transformación del mismo en compuestos a veces de mayor carácter tóxico (contaminación secundaria).

Se debe prestar atención especial al ozono, nitrato de peroxiacetilo (PAN) y otros intermediarios o subproductos de la degradación de COVs en la troposfera, y a los COVs los cuales afectan a la capa de ozono en la estratosfera.

Comúnmente se tienen dos grupos importantes de COVs en las emisiones industriales: los hidrocarburos (incluyendo a los oxigenados) y los hidrocarburos halogenados. Los COVs incluyen a muchos tipos de solventes, desgrasadores, limpiadores, lubricantes y combustibles líquidos.

FUENTES

Las principales fuentes de COVs están relacionadas directa o indirectamente con el petróleo y sus derivados: vapores de automóviles por combustión incompleta (aromáticos, olefinas y parafinas), industrias de pinturas, tintas, lacas y esmaltes (alcanos y cicloalcanos), vapores de gasolinas emitidos desde los tanques de almacenamiento, disolventes empleados en pinturas y operaciones de desengrasado y limpieza (hexano, ciclohexano y aromáticos derivados del tolueno y xileno), adhesivos (metil-etil cetona, derivados tipo nafta, tricloroetano), aerosoles, industrias de plásticos (compuestos clorados).

Contaminantes Secundarios

Entre los contaminantes secundarios producidos, el más importante en términos de efectos adversos para la salud humana y ecosistemas y el utilizado para medir la intensidad del “smog fotoquímico” es el ozono. Aunque la formación de éste depende de la climatología y de las condiciones del ambiente (presencia de NO_x, CO, COVs, radicales libres (OH⋅) y radiación ultravioleta), no todas las sustancias orgánicas tienen la misma capacidad potencial.

El impacto que ejerce sobre la salud humana y sobre la vegetación la presencia de este tipo de contaminantes (un gran número de COVs son agentes cancerígenos importantes) ha provocado que las autoridades administrativas tomen conciencia de esta problemática. El Protocolo de Ginebra para COVs firmado por 23 países europeos en Noviembre de 1991, fija un objetivo concreto de reducción del 30% de las emisiones para el año 2000 (tomando como referencia para el caso de España las emisiones producidas en el año 1988).

Control de COVs

La modificación de equipos y procesos (cambios en las condiciones de operación, substitución de alguna materia prima, reducción de los gases de escape, etc.) es generalmente la alternativa preferida para reducir la emisión de contaminantes. Sin embargo, en la mayoría de los casos se necesita algún tipo de procesamiento adicional de los efluentes en el punto de emisión (“end of pipe treatment”) para alcanzar los niveles exigidos. Las distintas tecnologías posibles para combatir este tipo de polución presentan un intervalo de condiciones dentro del cual la aplicabilidad de las mismas es óptima [1]. No existe una tecnología de aplicación universal. Para elegir el tratamiento más adecuado del amplio abanico existente (BAT), ha de considerarse no sólo la eficacia del mismo, sino las condiciones de utilización que en definitiva determinan su viabilidad económica. Algunos de los aspectos a tener en cuenta en la selección son: 1) la posibilidad de reciclar los materiales para su reincorporación al proceso, 2) la concentración media de orgánicos y su intervalo de inflamabilidad, 3) la variación en el caudal y la concentración de los efluentes, 4) la diversidad de compuestos orgánicos presentes y la presencia de material particulado, 5) las altas temperaturas de descarga de los gases y, 6) la pérdida de carga impuesta por el sistema de tratamiento.

Históricamente las soluciones tecnológicas para el control de los COVs se encuentran en la lista a continuación:

• Recuperación:

- por adsorción con carbón

- con membranas

- por condensación

• Destrucción:

- por oxidación térmica

- por oxidación catalítica

- vía fotocatalítica

- empleando UV/Ozono

• Tecnologías combinadas:

- adsorción – oxidación catalítica

TECNOLOGIAS ESTABLECIDAS

Debido a la extensa aplicabilidad a una gran variedad de emisiones de corrientes de COVs, los controles de mayor utilidad en la actualidad hacen uso de combustores térmicos y catalíticos, quemadores, condensadores y adsorbedores. Los tres primeros son artefactos de destrucción en los cuales los COVs son quemados, reducidos o destruidos de otra manera sin ser recuperados.

Los adsorbedores y condensadores permiten la recuperación y rehuso de los COVs. La selección de un aparato de destrucción versus uno de recuperación se basa en el beneficio económico de recuperación del COV de la corriente gaseosa de desecho.

En general los absorbedores son menos efectivos que otras tecnologías de supresión, y son más comúnmente usadas para recuperar compuestos inorgánicos. Los hervidores (Boilers) no solo son empleados para reducir los COVs, sino también para efecto de su destrucción. Las tecnologías de biofiltración, separación por membrana y oxidación ultravioleta (UV), solo recientemente han estado disponibles comercialmente para el control de COVs.

Foto Coquera Tandil

2008-05-14T18:52:00.000-07:00

Proyecto Landfarming en Olavarria

2008-05-14T15:08:00.000-07:00

Alumnos: Verón, Mariano Javier.

Villemur, Juan Marin.

Cátedra: Residuos Tóxicos.

Profesor: Gabriele, Norberto.

Facultad de Ciencias Exactas,

Universidad Nacional del Centro de la Pcia. de Bs. As.

Objetivos

· Evaluar si el proceso de Landfarming es efectivo para ser aplicado en el problema propuesto y obtener resultados acordes a la legislación vigente.

· Identificar los efectos que podría tener el proyecto sobre los componentes biofísicos del medio ambiente y sobre los aspectos socio-económicos de la comunidad de Olavarría.

· Establecer un Plan de Manejo Ambiental para la prevención, mitigación, remediación y compensación de aquellos impactos negativos ocasionados por el proyecto.

· Establecer un Plan de Monitoreo Ambiental a fin de detectar y controlar cambios en las variables relevantes del sistema, a partir de un procedimiento de vigilancia y control ambiental, asegurando de esta manera la aplicación de las recomendaciones del Plan de Manejo Ambiental.

Breve introducción teórica sobre la técnica

Generalidades

El proceso de LANDFARMING es una tecnología de remediación biológica de los suelos contaminados, lodos, o material con características de suelo mediante la cual los microorganismos generan materiales inocuos para el ambiente, o subproductos estabilizados que no representan peligro.

Durante la operación de LANDFARMING los materiales contaminados son esparcidos en una superficie de suelo, o son extraídos del lugar y apilados sobre una superficie impermeable para evitar contaminación de las capas de suelo o aguas que se encuentran por debajo. Las poblaciones de microorganismos naturales del suelo (bacterias, hongos, protozoarios) crecen en el material usando el contaminante como fuente de alimento, transformándolo en productos inocuos.

La marcha del proceso se estimula, monitorea y controla mediante los siguientes parámetros:

Mezclado (rastreo)

Sistema de colección de lixiviados (arena o grava)

Cubierta impermeable del suelo (arcilla o geomembrana)

Contenido de humedad (irrigación de agua)

Nivel de oxigenación (rastreo o ventilación forzada)

Nutriente (se añaden Macroelementos según la necesidad)

pH (se controla con enmiendas agrícolas)

Capacidad de carga de aire del suelo (agentes voluminizantes de ser necesarios)

Temperatura (se monitorea y pudiera controlarse con agua asperjada generalmente).

Equipos y requerimientos del terreno.
El Landfarming utiliza equipos agrícolas comerciales tales como tractores, arados, mangueras de riego, y aspersores rotativos. La tecnología requiere de extensas áreas abiertas donde dispersar el material para crear las unidades de tratamiento, y estas áreas deben ser preparadas para que tengan un drenaje adecuado, acceso de los equipos y para el manejo de los materiales

Aplicaciones

Landfarming ha sido exitoso en el tratamiento de los hidrocarburos de petróleo tales como combustible diesel, aceites combustibles No. 2 y No. 4 , JP-5, lodos en base a aceite, preservantes de madera, hidrocarburos poli cíclicos aromáticos (PAHs y creosote), desechos de coque, y algunos pesticidas. La eficacia del tratamiento es menor a medida que se incrementa el peso molecular de los contaminantes a ser degradados. También los compuestos clorados, o nitrogenados son por lo general difíciles para degradar.

Ventajas y desventajas

Ventajas	Desventajas
Relativamente simple diseñar y poner en ejecución.	Las reducciones el 95% mayor que de la concentración y las concentraciones constitutivas menos de 0.1 PPM son muy difíciles de alcanzar.
Tiempos cortos del tratamiento (generalmente 6 meses a 2 años bajo condiciones óptimas).	No puede ser eficaz para las altas concentraciones constitutivas (50.000 hidrocarburos totales mayor que del petróleo del PPM).
Coste competitivo: $30-60/ton del suelo contaminado.	La presencia de las concentraciones significativas del metal pesado (2.500 PPM mayor que) puede inhibir crecimiento microbiano.
Eficaz en componentes orgánicos con la biodegradación lenta clasifica	Los componentes volátiles tienden para evaporarse más bien que biodegradan durante el tratamiento.
	Requiere un área grande de la tierra para el tratamiento.
	El polvo y la generación del vapor durante la aireación del landfarm pueden plantear preocupaciones de la calidad del aire.
	Puede requerir el trazador de líneas inferior si la lixiviación del landfarm es una preocupación.

A cerca de la zona de Aplicación: Olavarría, Pcia. de Bs. As. Argentina.

El partido de Olavarría se encuentra localizado en el centro de la provincia de Buenos Aires. Limita con los partidos de Tapalqué, Azul, Benito Juárez, Laprida, Lamadrid, Daireaux y Bolívar. Su ubicación le concede una serie de ventajas de comunicación y accesibilidad con los principales centros de la provincia y Capital Federal. El acceso al partido y a la ciudad cabecera (Olavarría) puede realizarse a través de la Ruta Nacional Nº 226 y la Provincial Nº 51, que la comunica con la Ruta Nacional Nº 3. La distancia que separa a la cabecera del partido de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires es de 350 Km., estando también próxima a otras ciudades importantes, como Mar del Plata (295 km) y Bahía Blanca (320 km).

El partido cuenta con una superficie de 7.715 km² y una población de 103.718 habitantes[i]. Otras localidades que lo integran son: Sierra Chica, Sierras Bayas, Colonia Hinojo, Hinojo, Colonia San Miguel, Colonia Nieves, Cerro Sotuyo, La Providencia, Loma Negra, Espigas, Recalde, Santa Luisa, Durañona, Pourtalé, Rocha, Mapis, Muñoz, Iturregui y Blanca Grande (Figura 2).

La ciudad cabecera, Olavarría, puede ser considerada como de tamaño intermedio, tomando como referencia estudios que analizan la jerarquía urbana argentina. Ello le concede un carácter particular a nivel provincial y nacional, aunque también trae aparejada la necesidad de ordenar y gestionar las actividades de una población numéricamente considerable.

El medio biofísico de Olavaria

Clima

Teniendo en cuenta la influencia de las condiciones climáticas sobre el adecuado funcionamiento del proyecto que se analiza, en este apartado se detallarán algunas variables relevantes para su consideración.

Los datos climáticos corresponden a la estadística climática publicada por el Servicio Meteorológico Nacional, estación meteorológica Azul (aeródromo), ubicada a los 36º 45`Lat. Sur y 59º 50` Long. Oeste y a 132 m.s.n.m[i].

Está situado en la parte Este y Sur de la Pampa Húmeda y posee un clima templado húmedo con influencia oceánica, inviernos suaves, veranos cortos y no presenta estación seca (Köppen).

La temperatura promedio del período alcanza los 14,2 ºC. El año con la temperatura promedio máxima más alta fue 1989 con 14,9 ºC y la mínima fue en 1984 con 13,6 ºC. Los valores extremos de temperatura fueron de 40 ºC el 28/01/1987 y de –7,3 ºC el 01/09/1990

Meses

AÑO

Temp.med

21,0

19,8

18,3

14,4

11,5

6,9

7,5

9,4

10,7

13,9

17,0

19,8

14,2

Tabla 7: Olavarría – Temperatura media mensual 1994 - 2000

El período medio libre de heladas es de 209 días, siendo la fecha media de primera helada el 8 de Mayo, más menos 16 días y la fecha media de última helada el 11 de Noviembre, más menos 24 días. La mínima anual media de heladas invernales, es decir la mínima de todo el año es de –6,2°C.

Precipitaciones

	E	F	M	A	M	J	J	A	S	O	N	D	AÑO
mm	110,7	86,3	121,0	93,5	61,6	39,7	34,1	39,9	53,2	100,5	95,8	91,6	927,9
coef. Var. %	47,4	78,4	58,1	108,1	68,2	100,9	87,8	85,6	72,9	55,5	53,4	50,5	20,1

Tabla 8: Olavarría – Precipitación mensual media 1971 – 2000 .

Coef. Var. : coeficiente de variabilidad

Gráfico 1: Precipitaciones mensuales

El régimen de precipitaciones es isohigro, es decir sin estación de lluvias definida, no obstante son mayores en primavera, verano y otoño que en invierno. Hay una gran variabilidad en las precipitaciones mensuales, del 47 al 100%. El total anual promedio de 1971 – 2000 es de 927 mm, unos 120 mm más que el promedio 1931 – 1970. Este incremento de las lluvias se refleja en el Balance Hidrológico Climático con un incremento de los excedentes hídricos según se ve en la Tabla 3. En este balance se relaciona la Precipitación con la Evapotranspiración Potencial, que es la necesidad de agua. Con los datos del mismo se calcula el Índice Hídrico (Thornthwaite), las localidades secas tienen un índice con un valor menor de cero y las húmedas un valor positivo. En Olavarría el Índice Hídrico es de 16: subhúmedo - húmedo.

Balance Hidrológico Climático

Mm	E	F	M	A	M	J	J	A	S	O	N	D	AÑO
PRECIPITACION	111	86	121	93	62	40	34	40	53	100	96	92	928
EVAP. POTENCIAL	119	92	84	52	35	17	16	28	36	59	83	112	733
EVAP. REAL	118	91	84	52	35	17	16	28	36	59	83	112	733
EXESOS	0	0	5	41	27	23	18	12	17	41	13	0	197
DEFICIT	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	2

Tabla 9: Olavarría – Balance Hidrológico climático

Figura 3: Isohietas 1971 – 2000

Fuente: INTA - Instituto de Clima y Agua

Presión atmosférica

La media anual a nivel de la estación, medida en hecto-Pascales (hPa) es de 999,3. El valor medio máximo registrado corresponde al año 1988 con 999,9 hPa y el valor medio mínimo al año 1984 con 999,0 hPa. Los valores extremos absolutos del período considerado (1981-1990) son los siguientes: el máximo ocurrió el 12/07/1988 con 1023,2 hPa y el mínimo el 29/03/1984 con 977,4 hPa.

Vientos

El valor promedio del período es de 16,87 km/h. El máximo absoluto fue de 124 km/h, del sector Norte el 03/02/1985. Los vientos predominantes en la zona son de NE-N-E. El período de calma es de 363 sobre 1000 mediciones.

Humedad relativa

El promedio del período es de 78 %. Los valores máximos y mínimos corresponden a los años 1984 con 82 % y 1988 con 74 % respectivamente.

El valor máximo registrado corresponde al día 10/01/1981 con 100% y el mínimo al 18/01/1989 con 16%.

Otras variables

El número promedio de días por año para las distintas variables analizadas durante los 10 años considerados son:

Precipitación menor a 0,1 mm: 93 días

Granizo: 1 día

Tormenta: 47,3 días

Viento fuerte superior a 43 km/h

Suelo

El Partido de Olavarría con 771500 Has de superficie se encuentra en dos subregiones de la Región Pampeana: la Pampa Deprimida (531100 Has; 68,9%) y Sierras y Pedemonte de Tandilia (240400 Has; 31,1%). La primera con campos bajos, en general de aptitud ganadera y la segunda con campos de aptitud mixta y agrícola. Los suelos de ambas subregiones pertenecen en forma predominante al orden de los Molisoles, según el Soil Taxonomy - USA Department of Agriculture que es la clasificación adoptada en Argentina.

Los Molisoles son suelos con horizonte superficial mólico, cuya característica es el color oscuro a negro, bien estructurado, blando, buen contenido de materia orgánica, mayor al 1% (en Olavarría 4 a 5%), alta saturación de bases (mayor al 50%, en Olavarría más del 80%, principalmente con calcio). Son los suelos típicos de pradera en climas templados húmedos. En campos bajos inundables y se encuentran entremezclados con el orden de los Alfisoles, cuyo horizonte superficial no alcanza a ser mólico, por ser muy delgado o por presentar un color muy claro. Son los conocidos como "barros blancos".

Para entrar en mayor detalle consideramos en cada subregión la división de los órdenes en Grandes Grupos. Los suelos de las Sierras y Pedemonte en el Partido son principalmente Argiudoles típicos y Paleudoles.

Los Argiudoles típicos son suelos profundos, más e 1,5 metros, con horizonte superficial (A) bien provisto de materia orgánica de unos 25 cm de espesor, color muy oscuro, franco, buena estructura; horizonte subsuperficial (B) de unos 45 cm, franco arcilloso, estructura prismática. En el horizonte inferior (C) se reconoce el típico loess pampeano que es el material originario. Buen drenaje superficial y profundo. Suelos de aptitud agrícola.

Los Paleudoles típicos son similares al anterior pero presentan el perfil interrumpido por una costra calcárea o tosca entre 0,5 y 1 metro de profundidad. Presentan limitaciones para la exploración del suelo por las raíces y para el almacenaje de agua. Su aptitud agrícola es más limitada.

Los Hapludoles petrocálcicos son suelos muy someros, de 30 cm, apoyados directamente sobre la tosca. Sin aptitud agrícola.

En esta subregión también se encuentran suelos hidromórficos, es decir de drenaje y permeabilidad deficiente, en las partes cóncavas del relieve (Argiudoles ácuicos, Argiacuoles y Natracuoles).

Todos estos Grandes Grupos pertenecen al orden de los Molisoles.

Los suelos de la parte del Partido que se encuentra en Pampa Deprimida son de marcadas características hidromórficas. El drenaje deficiente y la napa cercana a superficie afectan el perfil del suelo. Éstos presentan saturación de agua gran parte del año, moteados y concreciones que revelan la oscilación de la zona saturada, frecuentemente alcalinidad (pH>8) con alta proporción de sodio en el complejo de intercambio. A estas características comunes a los suelos de toda la Pampa Deprimida, en Olavarría se agrega la presencia de la tosca a menos de un metro de profundidad, en general a 50 cm. Los Grandes Grupos son los Natracuoles típicos (alcalinos en el segundo horizonte), Natracualfes mólicos (alcalinos en superficie, "barros blancos"), Argiacuoles típicos (neutros, "bajos dulces"). Aptitud general: campos naturales de pastoreo, ganadería de cría. Los Natracualfes pertenecen al orden de los Alfisoles.

Partido de Olavarría: Regiones Ecológicas – Suelos

SUBREGIÓN ECOLÓGICA	SUELOS GRAN GRUPO	SUPERFICIE (HAS)	%	APTITUD
AFLORAMIENTOS ROCOSOS	Hapludoles petrocálcicos	4.261	0,5	Clase VI Pastoreo
SERRANÍAS Y LOMADAS	Argiudoles típicos Paleudoles petrocálcicos Hapludoles petrocálcicos	49.050	6,3	ClaseII Clase III Clase VI Agrícola,limitaciones por pendiente y/o prof.
PLANICIES DEL PEDEMONTE LOÉSSICAS	Argiudoles típicos Argiudoles ácuicos Paleudoles petrocálcicos	77.922	10,1	Clase I y II Clase III Clase III Agrícola, limitaciones por drenaje y/o prof.
PLANICIES DEL PEDEMONTE CON TOSCA	Paleudoles petrocálcicos Argiudoles ácuicos Hapludoles petrocálcicos Natracuoles típicos	109.167	14,2	Clase III Clase IV Clase VI ClaseVI Ganadería, mixto
PLANICIES DE LOS DERRAMES, BAJOS Y MÁRGENES DE ARROYOS	Natracuoles típicos Argiudoles ácuicos Natracualfes mólicos Paleudoles petrocálcicos	475.025	61,6	Clase VI Clase VI Clase VII Clase IV Ganadería, cría
PLANICIES CON ALGUNAS LOMAS ARENOSAS	Natracuoles típicos Argiudoles ácuicos Natracualfes mólicos Argiudoles abrúpticos Natrudoles típicos	56.075	7,3	Clase VI Clase VI Clase VII Clase III Clase IV Ganadería, cría
		771.500	100

Perfil del suelo del partido del olavarria
Horizonte	A	E	Bt	B/C	C1	C2
Profundidad (cm)	0-28	28-39	39-59	59-94	94-117	117+
Textura	Franco limoso	Franco Arenoso	Franco Acilloso	Franco Arcilloso Arenoso	Franco Arenoso	Arcilla
pH en agua	6,5	8,3	8,5	9,3	9,7	9,6
PSI (%)	3	14	37	52	54	45

Tabla 10: Perfil del Suelo del Partido de Olavarría

Fuente: INTA, Balcarce

Geología

Sobre el basamento cristalino constituido por granito, migmatitas y gneises del Precámbrico actuó un proceso erosivo de cientos de millones de años, luego se depositaron en discordancia los sedimentos de una trasgresión marina en el Paleozoico medio (Carbonífero) que dieron origen a rocas sedimentarias como cuarcitas, dolomitas, lutitas y calizas. Luego de otra gran discordancia, en el Cuaternario se depositaron limos loessoides y loess. Esta es la secuencia completa en áreas serranas y periserranas. Es frecuente la secuencia incompleta de basamento, cuarcitas y depósitos cuaternarios. En áreas planas del pedemonte y en los derrames el viento acumuló sedimentos no consolidados de gran espesor de limos loessoides que constituyen la Formación Pampeano en cuya parte superior se encuentra una costra calcárea o tosca y sobre la misma se asienta con un espesor variable el loess (E3 de Tricart). Cuando el espesor de éste es menor de un metro se encuentra edafizado en su totalidad, es decir transformado en suelo.

Relive

La característica predominante del relieve del Partido de Olavarría es de una llanura con pendiente hacia el Norte y hacia el Noroeste, interrumpida en el Sudoeste por sierras bajas mesetiformes correspondientes a las últimas estribaciones del sistema de Tandilla. Las Sierra Baya y Negra alcanzan unos 305 m sobre le nivel del mar, las Dos Hermanas 250 m y La China 284 m. Las pendientes en las áreas cuspidales de los cerros son del 5%, pero rápidamente decrecen al 1%. En el pedemonte, áreas altas y planas tienen pendientes del 0,1 al 0,16%, como en lugares conocidos como Las Catalinas y Durañona. La ciudad cabecera del Partido se encuentra a 160 m sobre el nivel del mar. Hacia el norte y con muy bajas pendientes del orden del 0,1 al 0,16% se llega a 90 m sobre le nivel del mar en la localidad de Espigas.

Flora y Fauna

La vegetación de la zona no difiere del resto del partido de Olavarría y se caracteriza por una estepa graminosa y monte arbustivo y subarbustivo. Existen principalmente matorro negro (Cyclolepis genistoides), jumes (Salicomia ambigua y Heterostachys ritteriana), zampa crespa (Atriplex undulata), zampa mora (Allenrolfea patagonica) y con menor abundancia se registran Frankenia juniperoides, trébol de olor (Melilotus indicus), pasto salado (Distichlis scoparia), pelo de chancho (D. Spicata), tuna (Opuntia pampeana), yidnera (Suaeda argentinensis), guaycuni (Limonium brasiliense) y otras. Este reconocimiento ha sido realizado por personal de las cátedras de Botánica de los Departamentos de Biología y Agronomía de la Universidad Nacional del Sur, donde existen dos herbarios reconocidos (siglas internacionales BB y BBB).

La fauna de mamíferos en esta región del país está muy empobrecida debido a varios factores, entre los que se destacan el desmonte y la caza excesiva.

Entre los marsupiales cabe citar a la comadreja overa (Didelphys albiventris), el peludo (Chaetopht-acfus villosus), mulita (Dasypus septemcinctus), el piche patagónico Zaedyus pichiy (ocasional) y la liebre europea (Lepus capense).

Hay cierta diversidad de roedores como ratones, lauchas de campo y la rata nutria. Son comunes en el área dos especies de cuises (Caviidae) y dos especies de tuco-tucos (Ctenomyidae). La vizcacha (Chincllillidae) es frecuente en los alrededores de la ciudad y es cazada por particulares para su consumo. Entre los Felidae se citan el gato montés (Felis geoffroyi) y el gato pajero (Felis colocolo).

En cuanto a las aves silvestres Olavarría posee una rica variedad como la gaviota cocinera (Larus cominicanus), la gaviota capucho café (Larus maculipennis), los teros (Vanellus chilensis) y los chimangos (Milvago chirnango).

También son frecuentes en la zona las lechuzas de las vizcacheras (Athene cuniculata), monjitas blancas (Xolmis irupero), churrinches (Pyrocephalus rubinus) y tijeretas (Muscivora tyrannus), entre otras especies.

Sobre el paisaje

El paisaje de la zona está representado por una llanura con algunas explotaciones agropecuarias y mineras rodeadas de algunos montes aislados.

Al Norte y al Sur del predio se encuentran elementos arbóreos en forma de montes. Las calles entoscadas que corren lateralmente a las chacras mantienen un importante tráfico, por ser acceso a las canteras de sierra Chica. La zona presenta un alto grado de “desnaturalización”, producto de la acción antrópica, como el trazado de la prolongación de la Avenida Ituzaingó hasta la zona de canteras de Sierra Chica, la explotación minifundista exhaustiva, agrícola y ganadera y radicación de sus dueños.

Recursos hídricos

El curso de aguas superficiales más cercano es el arroyo Tapalqué, que pasa en forma paralela al predio a una distancia de 670m, y es el colector principal de las aguas superficiales de la región. Nace en terrenos de la estancia la Nutria Chica, a 8,5 km del paraje El Luchador, y a cota 243 m. Su cauce se orienta al NO a lo largo de 8 km., con una pendiente media de 1,6 m/km. Luego forma una amplia curva, torciendo el rumbo hacia el norte. En el límite de los partidos de Juárez y Olavarría vuelve a orientarse al NO.

La poca cantidad de afluentes y su escasa trascendencia hidrográfica es una característica distintiva del arroyo Tapalqué y otros de la zona. Los afluentes son intermitentes a excepción del arroyo San Jacinto, naciente en el núcleo de las Sierras Bayas, que tiene un curso permanente.

El caudal del arroyo Tapalqué, registrado por la Dirección Hidráulica de la Provincia de Buenos Aires, en la estación de aforo situada en Avenida de los Trabajadores de la ciudad de Olavarría, fue de 2 m³/seg en el período 1963/1991, con un derrame total de 1844,48 hm³ en 29 años, para una cuenca hidrográfica de 1.700 km², lo que brinda una altura equivalente a 37 mm/año (Ripoll, 2000).

La cuenca subterránea del arroyo Tapalqué es similar a la superficial ya que la divisoria de aguas subterráneas coincide con la divisoria de aguas superficiales.

La superficie freática tiene forma radial convergente indicativa de la concentración hacia el cauce principal que actúa como efluente el flujo subterráneo. La topografía ejerce un marcado control sobre el escurrimiento.

El consumo de agua de la ciudad proviene de pozos que toman aguas de las napas subterráneas. Los pozos destinados al consumo se encuentran aguas arriba de la ciudad no existiendo en la zona de estudio pozos destinados a tal fin.

Otros factores

El sitio dispone de energía eléctrica a través de una línea extendida expresamente por la cooperativa distribuidora de electricidad local para el consumo dentro del predio. Asimismo, el área donde se localiza se caracteriza por una muy baja densidad de población. Sólo algunos de los lotes circundantes están dedicados a la explotación agropecuaria y minera, especialmente los que se encuentran en la dirección NO.

Por otra parte, el predio se encuentra perfectamente delimitado, enmarcado por alambrado y forestado en todo su perímetro

No se han detectado asentamientos arqueológicos ni sitios culturales en el predio, por lo que la posibilidad de aparición de materiales valiosos desde el punto de vista cultural y científico resulta mínima.

Sobre el agua

Del agua de precipitación, la fracción infiltrada tiene una rápida respuesta en el nivel piezométrico. Los niveles medidos en la zona indican una posición relativa al nivel del suelo en los –3,2 m.

Nutrientes y PH

Relevamiento del nivel de N, P, PH y materia orgánica en el centro de la provincia de Bs As:

	PH	Materia organica (g/kg)	Nitrogeno (g/kg)	Fosforo (mg/kg)
promedio	6.4	55	0.9	6.1
maximo	10.2	125	2.1	35.6
min	4.2	20	0.5	0.4

Tabla 11, fuente: Facultad de Agronomía, UNCPBA

Predio destinado para Landfarming.

Como se observa en las fotografías el predio elegido se encuentra a 670m del arroyo Tapalqué y cercado por dos calles de tierra, Av Itusaingo y Av Alverdi. Podemos decir que la vivienda mas cercana se encuentra a 540m y que a escasos kilómetros hacia el sur del predio se encuentra la ruta provincial 226.

El predio cuenta servicio de agua potable y servicio de energía eléctrica.

Resultados y Análisis de los datos

Identificación de las características importantes del suelo:

Constituyentes característicos para la efectividad del Landfarming:

Características del suelo contaminado

Volumen del suelo a tratar = 5.4m³

Densidad del suelo a tratar = 1.75 g/cm³

Las propiedades Físico – Químicas del barro son las siguientes:

pH	7
Materia Orgánica	Nitrógeno	0.14 %p
	Amoníaco	0.13 %p
	Hidrocarburos totales	12500 ppm
Materia inorgánica	Plomo	300 ppm
	Cobre	100 ppm
	Zinc	200 ppm
	Niquel y Bario	Vestigios
	Magnesio	300 ppm
	Aluminio	160 ppm
	Sodio	160 ppm
	Calcio	100 ppm
	Hierro	4400 ppm

Tabla 12: propiedades físico químicas del barro

Estimación de los requerimientos de nutrientes

Volumen de suelo contaminado V = 5.4m³

Densidad del suelo ρ = 1.75 g/cm³=175kg/m³

Concentración de Hidrocarburos totales THP = 12500ppm

Con estos datos calculamos:

Masa de suelo contaminada M_c = ρ.V = 9450kg

Masa de Contaminantes M_THP = 9450kg . 12500kg / 1x10⁶kg = 118.1255kg

Asumiendo que la masa total de hidrocarburos representa la masa de carbono disponible para la biodegradación, tenemos que la masa de C es aproximadamente 118.125kg. Si se considera la relación C:N:P = 100:10:1 y se compara con los datos de campo, resultados del análisis de muestras de trabajos previos, obtenemos los siguiente resultados (Tabla 6):

Requerimientos teóricos	Disponibilidad	Déficit
C: 118,125 kg (12.5g/kg)	C: 118.125kg (12,5 g/kg)	0
N: 11,8125kg (1,25 g/kg)	N: 3,645 kg (0,9 g/kg)	8,1675kg (0,864 g/kg)
P: 1,118125kg (0,125 g/kg)	P: 0,024 kg (0,006 g/kg)	1,115725kg (0,11806g/kg)

Tabla 13: requerimientos, disponibilidad y déficit de nutrientes del suelo

Elementos de diseño:

- Disponibilidad de Tierras: 9000m2.

- Sitio de Seguridad: Alambrada perimetral, personal

- Equipamiento de aireación: Tractor, arado.

- Disponibilidad de Agua: Red de agua corriente y curso natural.

- Control de Erosión de Suelo: Arbolado en forma de montes perimetral.

- Ajustes de pH: No es necesario, el natural es adecuado.

- Ajuste de Humedad: según déficit, mediante sistema automatizado, por irrigación artificial con aplicación directa.

- Suplemento de Nutrientes: Adición por fertilizantes de Nitrógeno y Fósforo, de acuerdo al déficit calculado y mostrados en tabla 6.

Control por precipitaciones

De acuerdo a que los valores promedios anuales de precipitaciones superan el máximo requerido para el funcionamiento del proceso, se recurre a una cubierta removible. Esta será utilizada los días que se crea necesario según humedad del suelo y precipitaciones.

Control de Temperaturas

No se considera necesario aplicar un sistema de control de temperaturas, ya que la amplitud térmica se encuentra dentro del rango propuesto para el método.

Impermeabilización del Suelo y recolección de lixiviados

Debido a que alrededor de los 1.2 cm existe una capa arcillosa, no es necesario aplicar geomembranas para la contención de líquidos lixiviados. Si sería aplicable si se exige mayor rigurosidad, junto con un sistema de recolección de lixiviados y posterior tratamiento de los mismos.

Plan de Monitoreo (tabla 13):

- Monitoreo de la Zona No saturada: Será monitoreada la solución del suelo a 1 m. de profundidad debajo de la zona de activa para determinación la de migración vertical de contaminantes desde la zona de tratamiento.

- Monitoreo de la Zona saturada: Pozos perimetrales, 2 aguas arriba del acuífero y 6 aguas abajo.

MEDIO A SER MONITOREADO		PARÁMETROS	FRECUENCIAS
Zona no Saturada Zona de incorporación del residuo (aprox. 0,30 m de profundidad desde la sup. del suelo)		Metales pesados (Pb, Cr, Hg, Cd, Ag, Co, V, Ni) 1)Constituyentes recalcitrantes	Semestral
Zona de inmov. ( aprox. a 0,70 m de profundidad desde la sup. del suelo) .	Suelo	Hidrocarburos totales Aceites y grasas Metales pesados (Pb, Cr, Hg, Cd, Ag, Co, V, Ni)	Semestral
Solución del suelo	Fenoles, Tensioactivos, Metales Pesados (Pb, Cr, Hg, Cd, Ag, Co, V, Ni)	Semestral
AIRE		3)Compuestos orgánicos volátiles	Semestral
Zona Saturada (Acuífero Freático)		4)Parámetros Físicos 5)Parámetros químicos	Anual Semestral

Tabla 14: Control y monitoreo acorde a la Ley 664/2000 del SPA

Discusión:

- El sitio elegido resulta adecuado ya que no existen grandes asentamientos circundantes y cuentas con la mayoría de los servicios.

- El acceso es ideal dado que los caminos se encuentran en buenas condiciones, cercano a la ruta provincial 226.

- Si bien el requerimiento tecnológico de este método es relativamente bajo, existen parámetros ingenieriles que deben ser ajustados con mayor rigurosidad para la ejecución final del proyecto.

- Respecto a la decisión de colocar o no una membrana seria conveniente realizar estudios mas detallados sobre el terreno elegido, más aún si se tiene en cuenta los costos de dicha tecnología.

Conclusión

De acuerdo a lo analizado, la técnica de Landfarming es perfectamente aplicable en el terreno elegido con los ajustes de Nutrientes y el control de precipitaciones mencionados.

Bibliografía:

- Chapter V, Landfarming; EPA.

- Condiciones Ecológicas Olavarria; Ing Alberto Rogelio Sallies

- Relevamiento del nivel de P, N, PH y materia orgánica en el centro de la provincia de Buenos Aires, Facultad de Agronomía UNCPBA.

- Particularidades del flujo subterráneo en la región inferior del arroyo Tapalqué; Auge 2000.

- Informe sobre el impacto ambiental del relleno sanitario Olavarria 2002.

- INTA Balcarce.

- www.estrucplan.com.ar

- www.ingenieroambiental.com

Escapes de gases densos a la atmósfera

2008-05-13T18:47:00.000-07:00

Trabajo Final de Fluidodinámica Ambiental:

Escapes de gases densos a la atmósfera

Marcos Orte

Cátedra de Fluidodinámica Ambiental 2006

Licenciatura en Tecnología Ambiental, Departamento de Física y Medio Ambiente, Facultad de Ciencias Exactas, UNICEN

Escapes de gases densos a la atmósfera

Introducción

El progreso tecnológico y el desarrollo urbano han alcanzado una etapa en la que muchas industrias están localizadas cerca de centros poblados. Frecuentemente esas industrias usan químicos en gran medida dando lugar al aumento en el trasporte, almacenamiento y procesamiento de grandes volúmenes de materiales peligrosos. Un aspecto de creciente preocupación es el riesgo que surge de una eventual ruptura de un contenedor que confina a un gas inflamable y/o tóxico, y que si se derrama al nivel del suelo puede llegar a cubrir áreas extensas resultando muy peligroso para la sociedad. El conocimiento de cómo estos gases se derraman es importante tanto para los aspectos de seguridad que deben contemplarse en el diseño de la planta industrial, como para el control sobre la construcción de edificios y el desarrollo de arboledas en sus vecindades, y la elaboración de los planes de contingencia relacionados con la evacuación y la seguridad de la gente en peligro.

Gobiernos, instituciones no gubernamentales e industrias han promovido o exigido la investigación del daño potencial y del impacto ambiental de la eventual liberación de nubes de gases densos. Además, las empresas necesitan mostrar una adecuada previsión de los posibles problemas a las instituciones y al público a través de de estudios de impacto ambiental realizados, de ser posible, por instituciones independientes. Como resultado, modelos de variada complejidad, exactitud y validez han sido formulados para predecir la dispersión de estos gases, generalmente basados en programas de simulación numérica. Estos modelos contienen hipótesis simplificadoras y utilizan parámetros empíricos estimados a partir de consideraciones físicas, determinados por experimentos específicos, o por analogía con otros problemas. A menudo existe considerable incertidumbre acerca de la exactitud o validez de las hipótesis y los valores estos parámetros en condiciones reales, y por ende del resultado final en situaciones críticas.

La naturaleza del problema

El tipo de accidente considerado aquí se refiere al escape de un volumen considerable de material peligroso a la atmósfera desde su contenedor de almacenamiento. El rango de los materiales va desde gases combustibles tales como el gas LPG (gas propileno licuado) a químicos básicos como clorhidrato y amoníaco, e intermedios en procesos químicos como ciclohexanos. El contenedor puede ser un recipiente, un tanque de almacenamiento, una cañería, un camión cisterna, un vagón de ferrocarril, entre otros. La escala de operaciones es muy extensa, con un potencial para la ocurrencia de accidentes catastróficos aun cuando se tomen medidas de prevención.

Los problemas asociados en referencia a que se trate del escape accidental de un gas denso con respecto al de aquellos asociados con la dispersión de contaminantes convencionales radica en las siguientes cuestiones:

· A diferencia de las emisiones convencionales desde chimeneas, los modos de derrame en el escape de un gas denso son muy diversos desde el punto de vista de la geometría y la especificación de la fuente.

· El volumen de gas derramado puede ser muy grande, ya que el material liberado puede estar almacenado en fase líquida, el cual, en contacto con la atmósfera, adquiere un volumen mucho mayor al evaporarse.

· La evolución de la nube a baja altura es sensible a los efectos de obstrucciones naturales y causadas por el hombre, y a la topografía del lugar, lo cual puede ayudar (o desfavorecer) a que la contaminación en zonas urbanizadas sea más efectiva y afecte en mayor medida a la población.

· Los derrames graves se verifican en tiempos cortos, por lo que las medidas de prevención pueden resultar inútiles frente a los rápidos impactos que pueden ocasionar estos tipos de emanaciones.

· La formación de la nube gaseosa típicamente involucra cambios de fase.

· Puede haber transferencia de calor y/o masa desde la superficie subyacente.

Estas complicaciones indican que la tarea de predecir las consecuencias de un accidente considerable no es simple, e involucra áreas de la ingeniería, la física y la química que han tenido desarrollos separados.

Comportamiento de la nube de gas denso

Líquidos inflamables o tóxicos son producidos y distribuidos en grandes cantidades desde y hacia industrias químicas. Cuando una cierta masa de un gas más denso que el aire se libera cerca del piso producto de un derrame intencional o accidental o cuando se liberan líquidos fríos o pesados que se vaporizan rápidamente desde sus contenedores, se genera una corriente de gravedad, debido a la diferencia existente entre la densidad de la nube y la del aire que conforma el ambiente. Se desarrollará una corriente de gravedad conformada por una zona frontal y una cola que aumentará de tamaño a medida que esta avance. En la parte delantera (cabeza) existe una zona típica de las corrientes de gravedad donde el mezclado intenso y las inestabilidades presentes en la interfase juegan un papel importante en el control del fluido menos profundo que la sigue.

Un escenario típico en estos casos es el derrame de un gas licuado (por ejemplo de GNC): después del escape del gas licuado, se transfiere calor a la capa líquida desde la superficie subyacente (el suelo o el agua) y el líquido entra en hervor a una velocidad casi constante. El vapor liberado tiene una temperatura muy baja (de -160ºC para el GNC por ejemplo) y cuando se libera se vaporiza (generalmente tienen una temperatura de evaporación muy inferior a la del ambiente) hasta una cierta altura antes de comenzar a derramarse apreciablemente bajo la fuerza gravitatoria. A medida que el vapor frío entra en contacto con la superficie subyacente más cálida fuera del área del derrame, comienza una fuerte convección turbulenta que tiende a homogeneizar la capa de vapor verticalmente y favorecer el ingreso del aire ambiente por la parte superior. Mientras el viento sea suave, la incipiente corriente de gravedad desarrollará una región de intenso mezclado en la zona frontal y la concentración del vapor decrece gradualmente hacia la periferia de la nube de vapor en expansión.

Sin viento, el flujo es axisimétrico. En presencia de viento la simetría axial es destruida; al borde, en la dirección del viento del flujo de gravedad entrará más aire ambiente que por el lado contrario debido a la más grande diferencia de velocidad con respecto al flujo ambiente. Finalmente, después de que la corriente de gravedad agota su exceso de energía potencial a través del mezclado, calentamiento y propagación, la nube de vapor diluido se comportará como un agente contaminante pasivo en la dispersión atmosférica.

Gases densos en superficies rugosas

Existen muchas situaciones que involucran corrientes de gravedad desplazándose sobre superficies rugosas o con obstáculos con una consecuente pérdida de masa. Un ejemplo importante es el que concierne a los flujos producidos en accidentes industriales tales como la liberación de gases densos tóxicos o inflamables almacenados en contenedores rodeados por lechos de grava. Los aspectos prácticos más importantes son la determinación de la masa absorbida por el medio poroso y la máxima distancia recorrida por la corriente antes de detenerse. El conocimiento de esta longitud y la determinación de la etapa en la cual la dispersión del fluido en el medio ambiente circundante disminuye por debajo del valor umbral para entrar en ignición o para tener una concentración de toxicidad por encima de los límites permisibles, resulta sumamente útil para cálculos de seguridad concernientes a evitar un eventual incendio o disminuir el riesgo de contaminación.

Igualmente importante es el problema suscitado por la liberación accidental de un gas más denso que el aire y su interacción con la vegetación presente en las zonas aledañas a la planta industrial (bosques, campos sembrados, pastizales, etc.). El efecto neto en estos casos es una tasa de derrame menor y un limitado espesor de la nube, minimizando el alcance de la nube e imposibilitando su llegada a zonas pobladas donde puede tener efectos nocivos para la salud humana. Por otro lado, un problema que surge en estos casos es que cuando un gas denso se derrama sobre un terreno con abundante vegetación o con marcados desniveles, quedan cantidades no despreciables del gas atrapadas en los huecos y cavidades del terreno, pudiendo resultar peligroso para personas que circulen por la zona tiempo más tarde.

En el laboratorio se realizaron una serie de experimentos de pequeña escala en los que se derramaron nitrógeno frío en un canal de sección transversal rectangular para estudiar cualitativamente los procesos involucrados en el flujo sobre superficies rugosas. Se usaron configuraciones colocando listones de diferentes alturas y separados una determinada distancia entre ellos. Se observó en estos experimentos que el vórtice del frente era visto sobrepasar los obstáculos sin cambiar la velocidad de propagación. Pero para la parte inferior de la nube, la desaceleración era pronunciada y un área extensa sin nube se abría detrás del frente en movimiento. Un nuevo vórtice más débil aparecía formándose en el “nuevo borde delantero” detrás de la región abierta, pero la aparición de efectos térmicos hacía dificultosa más observaciones. No obstante, estos experimentos confirmaron que el efecto de los obstáculos en la superficie, análogo a la presencia de vegetación en gran escala, causa la separación de los vórtices generados en el frente.

Influencia de edificios y obstáculos

Es improbable que el derrame de materiales tóxicos o inflamables ocurra en ausencia de alguna estructura, construcciones adyacentes o edificios entre la fuente y los receptores. En consecuencia, las estructuras cercanas pueden ser usadas para mitigar los efectos del derrame. En general, la turbulencia mezclará y dispersará el material dispersado en una forma que depende de la configuración de la fuente y la geometría del obstáculo.

Los efectos principales ocasionados por la presencia de dichas estructuras son:

· desviar la nube que modifica también el flujo ambiente;

· aumentar el mezclado como resultado del incremento de vórtices y los mayores niveles de turbulencia;

· producir un retraso de la dispersión del material entrante a la estela cercana a la estructura.

Influencia de la topografía

Las variaciones de la elevación y de las características de la superficie influirán en el movimiento del gas denso generado por gravedad. Una topografía con colinas aisladas, o terrenos mas complejos, pueden aumentar la dilución y desviar la corriente de gravedad hacia regiones de terreno elevado donde los impactos negativos pueden resultar disminuidos.

Alternativamente, la nube puede ser orientada a valles o áreas bajas y entonces estar fuera del alcance del efecto diluyente del flujo ambiente durante un cierto tiempo.

La presencia de vegetación de baja altura puede también retener parte del gas durante la fase expansiva de la nube, deteniendo en parte el avance de la corriente de gravedad contaminante hacia zonas de riesgo, como se mencionaba anteriormente.

Efectos de la toxicidad

Los efectos de la toxicidad deben ser considerados debido a que, para gases altamente tóxicos, es más importante reducir la exposición a altas concentraciones que el incremento proporcional del tiempo de exposición al diluir el gas, ya que, una alta concentración durante un tiempo corto puede tener un efecto más severo que una baja concentración durante un tiempo más largo. En consecuencia, es necesario conocer la evolución de la distribución de la concentración, que depende del mezclado introducido por el flujo. Otros factores químicos y de cambio de fase también pueden influir significativamente en la forma de los perfiles de concentración.

Fuego y explosión

Es también de importancia conocer la inflamabilidad y el carácter explosivo de los gases densos, debido a que muchos escapes entran en ignición en, o cerca de, la fuente de modo que la conducta de la dispersión no es revelante. En este aspecto, también es necesario estimar la distancia requerida para alcanzar la dilución a una concentración segura de modo de definir el área potencial de riesgo. Debe analizarse entonces la posibilidad de que el gas encuentre una fuente de ignición dentro del área así definida, y si la ignición ocurre, deben estimarse las consecuencias del fuego o de la explosión resultante.

Modelos de dispersión

Diferentes tipos de modelos matemáticos han sido desarrollados para describir la dispersión de los gases densos. Ellos pueden ser separados en tres categorías que difieren en la forma de representar la distribución de las propiedades en el interior de la nube:

i) Tridimensionales: estos intentan resolver aproximaciones adecuadas de las ecuaciones en derivadas parciales para la conservación de la masa, el momentum y especies para determinar las velocidades medias y las concentraciones de masa. Retienen la distribución espacial de las propiedades en las tres direcciones de coordenadas. Estos modelos tienen la ventaja de poder simular una variedad de condiciones, ambientes y otros obstáculos presentes en el flujo. Son caros para correr e inciertos en el aspecto de cómo la turbulencia es modelada, lo que justifica un tratamiento más simple.

ii) Intermedios (o slab) – Promediados en profundidad: las ecuaciones para la determinación de la velocidad y concentración medias son simplificadas promediando verticalmente sobre la profundidad de la nube gaseosa. El mezclado turbulento es entonces incorporado en el modelo a través de la velocidad a la que la altura de la nube aumenta debido a este mezclado. La principal característica de estos modelos es cómo se tratan las velocidades de entrada turbulenta. Por ejemplo, se puede suponer que la entrada turbulenta puede ocurrir en el tope y por los extremos de la nube. Tiene un costo reducido de computación con respecto al tridimensional.

iii) Integrales (o box models): Aunque de limitada flexibilidad pero muy baratos computacionalmente hablando, estos son los más populares. Tienen un número muy pequeño de constantes ajustables cuyo efecto puede fácilmente ser interpretado físicamente. Asumen que todas la propiedades están distribuidas uniformemente en el volumen de la nube o en láminas transversales de la pluma. Simplifican el problema asumiendo que los perfiles de velocidad y concentración medias en la nube son conocidas. Los mas sencillos asumen que la nube tiene forma de un cilindro, donde la concentración del gas es uniforme. Estos modelos incorporan efectos específicos tales como que la nube se derrama horizontalmente bajo el efecto de su propia flotación negativa; hay dilución de la nube por mezclado con el flujo ambiente; y la nube es advectada por el flujo ambiente. Vale mencionar que este modelo es sólo apropiado cuando las fuerzas de flotación son importantes y que cuando la turbulencia atmosférica comienza a dominar el mecanismo de dispersión de la nube, es necesario hacer alguna concesión sobre la forma.

En todos estos modelos, la especificación de las velocidades de entrada es el principal problema a resolver.

Experimentos de campo a gran escala

Los experimentos de campo a gran escala son diseñados para proveer información para ser usada con los siguientes propósitos:

1. Verificar modelos predictivos.
2. Avanzar en la comprensión de los procesos físicos involucrados y testear las hipótesis del modelo.
3. Proveer información de las leyes de escala de modo que mejores usos puedan ser hechos del trabajo a pequeña escala en túneles de viento y canales de agua.

Algunos ejemplos de estos experimentos son los realizados en Porton Down, Thorney Island y Maplin Sands:

*Porton Down: en los experimentos de campo de Porton Down, se derramaron nubes de gas denso (visibles por el uso de humo coloreado) de 40m³ de volumen en una atmósfera tranquila. La densidad requerida se obtenía mezclando aire y Refrigerant 12 (diclorofluormetano) en proporciones adecuadas. El gas estaba contenido en el interior de una capa plástica con forma de cubo. El techo, apoyado en cuatro pilares de una aleación liviana, permanecía en posición luego del colapso de las paredes. Después de la liberación, de cada nube de gas se tomaron fotografías desde dos direcciones para dar una vista plana y otra en elevación, y se midió la evolución de la concentración del gas.

Dispositivo utilizado en los experimentos de campo de Porton Down

*Thorney Island: en estos experimentos se comenzaba liberando instantáneamente volúmenes de 2000 m³ de gas pesado desde un contenedor al ambiente. El gas consistía en una mezcla de nitrógeno, Refrigerant 12 y humo. En la mayoría de los experimentos la mezcla se ajustaba de modo que su densidad duplicara la del aire circundante. El contenedor de paredes de plástico tenía 14 m de diámetro y 13 m de alto y sus lados colapsaban rápidamente usando cuerdas elásticas.

Se realizaron experimentos en aire calmo y también con viento. Cuando se liberó durante un atardecer sin viento, la nube colapsó simétricamente hacia el suelo, y la vorticidad generada en el contorno de la nube se concentraba en el frente, formando un vórtice anular que se expandía radialmente.

Liberación de gas denso en los experimentos Thorney Island con aire calmo

Cuando se libera el gas en un día con viento, luego del colapso inicial, el movimiento es principalmente horizontal y el frente avanza con una típica cabeza de corriente de gravedad. La mayor parte del mezclado con el fluido ambiente ocurre en el frente de la corriente, y el perfil de densidad atrás de la cabeza consiste de una capa de densidad aproximadamente uniforme, yaciendo sobre otra capa con densidad uniforme. Sin embargo, en un ambiente ventoso las estructuras de los frentes viento-arriba y viento-abajo difieren bastante uno de otro.

Vistas esquemáticas de perfil y planas de una nube densa en diferentes tiempos después de la liberación en un viento que soplaba a 4.7 m/s

*Maplin Sands: se realizaron un total de 34 derrames de gas licuado sobre la superficie del mar. Los gases usados fueron gas de petróleo líquido refrigerado (LPG) y gas natural líquido (LNG). Una característica importante de estos experimentos es el enfriamiento muy grande del aire en el que el líquido se evapora debido al calor latente requerido para causar la evaporación. En las últimas etapas la diferencia principal entre la conducta de los derrames de LPG y LNG es que el primero permanece más denso que el aire, aún si es calentado hasta la temperatura ambiente.

Experimentos de gases densos en Maplin Sands en la superficie del mar

Algunos gases densos tóxicos utilizados en las industrias

Los gases densos que con mayor frecuencia han estado involucrados en accidentes con este tipo de fluidos y que presentan una toxicidad perjudicial para la salud en concentraciones elevadas son el gas amoníaco, el gas cloro y el metil isocianato. Algunas características de importancia en referencia al impacto que pueden provocar de estos gases son las siguientes:

*Amoníaco: el amoníaco (NH3) es un gas alcalino e incoloro, compuesto de nitrógeno e hidrógeno (NH) con un olor punzante característico, altamente soluble en agua, que se hace perceptible en concentraciones sobre las 50 partículas por millón (ppm). A temperatura ambiente el amoníaco se presenta en forma de gas y condensa a -33º C en un líquido incoloro y fácilmente movible.

Este elemento tiene características perjudiciales para la salud: la respiración de gases que contengan amoníaco puede producir, entre otras cosas, un aumento de la presión sanguínea, mientras que una exposición duradera puede causar la muerte. El amoníaco gaseoso es irritante de la piel, ojos y vías respiratorias.

Los síntomas más frecuentes, bajo condiciones de concentración moderada, son: sensación de quemazón en ojos, cavidades nasales y garganta, dolor pulmonar, cefalea, náuseas, lagrimeo, tos, aumento de la función respiratoria. Vapores de muy alta concentración pueden provocar edema pulmonar y neumonía. En algunos casos puede causar quemaduras en la mucosa y la piel.

*Cloro: el cloro existe como un gas amarillo-verdoso a temperaturas y presiones ordinarias. El punto de ebullición del cloro líquido (de color amarillo-oro) es –34.05ºC.

El cloro es un gas altamente reactivo. Es un elemento que se da de forma natural.
La exposición al cloro puede ocurrir en el lugar de trabajo o en el medio ambiente a causa de escapes en el aire, el agua o el suelo. Generalmente el cloro se encuentra solamente en instalaciones industriales.

El cloro entra en el cuerpo al ser respirado el aire contaminado o al ser consumido con comida o agua contaminadas. No permanece en el cuerpo, debido a su reactividad.

Los efectos del cloro en la salud humana dependen de la cantidad de cloro presente, y del tiempo y la frecuencia de exposición. La respiración de pequeñas cantidades de cloro durante cortos periodos de tiempo afecta negativamente al sistema respiratorio humano. Los efectos van desde tos y dolor pectoral hasta retención de agua en los pulmones. El cloro irrita la piel , los ojos y el sistema respiratorio. No es probable que estos efectos tengan lugar a niveles de cloro encontrados normalmente en la naturaleza.

El cloro provoca daños ambientales a bajos niveles y es especialmente dañino para organismos que viven en el agua y el suelo.

*Metil isocianato: el metil isocianato es un líquido incoloro, altamente inflamable que se evapora rápidamente cuando se expone al aire. Tiene un olor fuerte y penetrante. El metil isocianato es usado en la producción de plaguicidas, espuma de poliuretano y plásticos. Cuando se libera al aire, existirá solamente como gas. El metil isocianato gaseoso es degradado rápidamente en el aire al reaccionar con sustancias que ocurren comúnmente en el aire. También puede ser degradado por la humedad de las nubes o la lluvia. Solamente permanecerá en la atmósfera unas pocas horas o días antes de ser degradado. En el agua, es degradado rápidamente (en minutos u horas) a otros compuestos. Pequeñas cantidades de metil isocianato pueden evaporarse al aire y no se acumula en la cadena alimentaria.

El metil isocianato puede ser perjudicial si se lo inhala. Los efectos dependen de la cantidad a la que se esté expuesto y de la duración de la exposición. La exposición a bajos niveles puede causar irritación de los ojos y la garganta y produce tos. Las concentraciones de metil isocianato gaseoso más altas pueden hacer que los pulmones se dilaten, dificultando la respiración. La exposición a altas concentraciones puede producir tan grave daño en los pulmones que puede ser fatal. Si la piel o los ojos entran en contacto con metil isocianato gaseoso o líquido, se puede sufrir quemaduras químicas. El daño de los ojos puede ser grave, y en algunos casos, permanente.

Un caso: escapes de gas cloro y gas amoníaco en la fábrica de fertilizantes Profértil en Bahía Blanca (2000)

En el polo petroquímico de Bahía Blanca se encuentran localizadas varias industrias de gran envergadura. El complejo petroquímico dispone de una zona de propiedad compartida por todas las empresas donde se concentran cañerías de uso común, que proveen los servicios de gas y agua de enfriamiento para las distintas plantas industriales, y cañerías privadas que transportan productos y servicios.

En esa zona, el 20 de agosto de 2000 tuvo lugar un escape de cloro desencadenado por una rotura en las tuberías de transporte de la planta de cloro soda Solvay Indupa. Desafiando las leyes de probabilidades, ocho días más tarde, en el mismo polo, se produjo una fuga de amoníaco durante las operaciones de prueba de Profértil, la nueva planta de urea; y el 8 de noviembre ocurrió un segundo escape de amoníaco. Esto ocurrió:

El escape de cloro

En la mañana del 20 de agosto de 2000, durante operaciones de rutina de la planta que produce soda Solvay y cloro perteneciente a la empresa Solvay Indupa, una cañería de 20 cm de diámetro sufrió una rotura . Esta cañería transporta cloro desde una planta que lo produce hacia otra de la misma empresa que lo utiliza como insumo en su proceso productivo.

De acuerdo con la información brindada por la empresa responsable, la rotura se debió a que uno de los sistemas de calentamiento eléctrico generó alta temperatura sobre la pared de una tubería (se estima que sobrepasó los 150 ºC). Esto dio origen a una reacción química entre el cloro seco y el hierro del conducto que produjo cloruro férrico, lo que potenció aún más la reacción porque el cloruro férrico es, a su vez, una sustancia generadora de calor. La reacción consumió el hierro del caño y generó una zona de bajo espesor que no resistió la presión del cloro y cedió, permitiendo que se liberara el gas a la atmósfera.

Inmediatamente después del accidente la empresa puso en marcha técnicas operativas de respuesta a emergencias para controlar la situación y evitar mayores daños. Entre las medidas adoptadas, se atacó la masa de cloro con cortinas de agua para diluirlo y contenerlo, y para enfriar la tubería. El contacto del cloro con el agua y las altas temperaturas provocó que se formara una nube que, según informó la empresa en una solicitada, estaba compuesta por vapor de agua, cloro y cloruro férrico. La nube fue arrastrada por el viento en dirección contraria a las comunidades vecinas a la planta industrial.

Por la dirección que tomó la nube, no fue necesario evacuar a la población, aunque hubo seis personas afectadas (un bombero y cinco operarios). Las mediciones posteriores efectuadas por Prefectura Naval de Bahía Blanca y la Secretaría de Política Ambiental de la provincia de Buenos Aires indicaron que la nube se había degradado y ya no había cloro en el aire de la ciudad.

El primer escape de amoníaco

El 28 de agosto de 2000, por la noche, en el polo petroquímico de Bahía Blanca se estaban efectuando operaciones de prueba para poner en funcionamiento una nueva planta de producción de urea, un fertilizante en cuyo proceso de elaboración interviene el amoníaco.

Los expertos responsables de estas operaciones sabían que existía la posibilidad de que en el transcurso de los procesos se tuvieran que realizar venteos (liberaciones controladas de gases a la atmósfera).

Durante las maniobras, un exceso de presión seguido por la fisura de un cilindro de 200 metros cúbicos con agua amoniacal obligó a realizar un venteo que dio lugar a una fuga de amoníaco. Esto provocó fuertes e irritativos olores que afectaron, preocuparon y alertaron nuevamente a la comunidad. Se detectaron entre 40 y 100 ppm. El máximo permitido es de 35ppm, con una exposición máxima de 15 minutos.

De acuerdo con los informes hospitalarios, hubo más de 80 asistidos con irritaciones y afecciones respiratorias causadas por la inhalación de la sustancia. Los vecinos solicitaron la clausura total de las plantas de amoníaco y urea. Además, decidieron no enviar a los chicos a las escuelas hasta que no se instrumentaran medidas de seguridad y prevención satisfactorias. La Secretaría de Política Ambiental de la provincia de Buenos Aires dispuso la clausura de las plantas de Profértil. Luego de efectuar controles, la medida fue levantada el 20 de septiembre.

El segundo escape de amoníaco

En la madrugada del 8 de noviembre de 2000 se produjo un nuevo escape de amoníaco y se escucharon intensos ruidos provenientes de la planta de producción de urea de la empresa Profértil, la misma involucrada en el escape del 28 de agosto del mismo año. Los primeros informes técnicos indicaron que la fuga se debió a un problema generado en un transmisor que transportaba un gas condensado que contenía amoníaco y dióxido de carbono desde una unidad de tratamiento de la planta de urea hacia un tanque de almacenamiento. Al igual que el anterior, este incidente ocurrió durante los procesos de prueba y puesta en marcha de la planta.

Los vecinos de los barrios aledaños a la empresa sintieron olor a amoníaco y llamaron a los números de emergencia. De acuerdo con la información periodística, el escape de gas afectó a 50 trabajadores portuarios que estaban en actividad; en los hospitales zonales se registraron cuatro pacientes con irritaciones en las vías respiratorias. Las mediciones efectuadas tanto por el municipio como por los sensores de algunas empresas indicaron que en ninguna zona la concentración de amoníaco en el aire superó el máximo permitido de 35 partes por millón (ppm).

La Secretaría de Política Ambiental de la provincia de Buenos Aires amplió el pedido de informes e instruyó a los inspectores para que controlen la realización inmediata de las operaciones necesarias para que el funcionamiento de la planta no constituya un peligro. Además, solicitó que se le comunique si la tecnología de evacuación de gases que emplea Profértil se utiliza en otras partes del mundo.

Las medidas de prevención

En Bahía Blanca, desde 1995, muchas de las industrias del polo petroquímico trabajan conjuntamente siguiendo los lineamientos Apell, un programa de concientización y preparación para emergencias en el nivel local. Se trata de una metodología desarrollada por las Naciones Unidas para encarar procesos locales de gestión de riesgos. Este programa plantea la coordinación del trabajo conjunto entre algunos sectores de la industria, de los gobiernos y de la comunidad para ayudar a prevenir y disminuir las consecuencias de los accidentes tecnológicos de gran magnitud. Propone realizar actividades diagnósticas, preventivas, y de preparación de planes y estrategias para actuar en las emergencias.

Por otro lado, se dictó una ley que dispone la instalación de una red de sensores en puntos específicos para controlar las emisiones industriales y medir la calidad del aire, y la confección de una lista de los contaminantes que serán monitoreados. Los sensores envían la información a una central y, de esta manera, se puede disponer de datos en tiempo real.

Ubicación de los sensores

El siguiente mapa no solo muestra la ubicación de los sensores que se utilizan para controlar eventuales escapes de gases densos peligrosos en la localidad de Ingeniero White (una ciudad portuaria cercana al polo petroquímico de Bahía Blanca), si no también muestra la cercanía del polo petroquímico a zonas muy vulnerables, como escuelas y jardines, donde pueden causar daños muy severos a personas adultas y principalmente a niños.

1. Campo Escuela Scouts

2. Delegación Municipal

3. Jardín Maternal de Ing. White

4. Escuela

Otros antecedentes en el mundo

La naturaleza peligrosa de los materiales es el factor más importante que contribuye al riesgo. Por ejemplo, los clorhidratos son fatales a una concentración en aire de 1000 ppm. Las nubes de gases inflamables, si entran en ignición bajo ciertas circunstancias, pueden causar explosiones devastadoras. La onda de presión destructiva generada por la explosión de una nube que contenga una dada masa de gas combustible puede ser comparable a aquella generada por la misma masa de un explosivo sólido, o condensado, tal como TNT. Aun si la nube no explota, el calor de la nube incandescente puede causar severos daños a distancia. Por ejemplo, la bola de fuego de un escape de 50 tn de LPG (gas propano licuado) puede ser directamente peligrosa para humanos situados a 500 m. De particular relevancia es el hecho por el que las propiedades físicas de los materiales usualmente originan la formación de una nube más densa que el aire, y por lo tanto se instala o evoluciona a nivel del suelo.

§ El desastre de Cleveland (EEUU): El LNG (gas natural líquido) fue primero desarrollado en Estados Unidos en la década del ´30 y su empleo fue en aumento hasta la explosión de 1944 en Cleveland, Ohio, donde se instaló la primera planta de LNG comercial de este país en 1941, la cual causó uno de los mayores accidentes industriales. Lo que ocurrió fue que los tanques contenedores del LNG fallaron, se partieron y derramaron su contenido en las calles y desagües, hasta que la nube de vapor entró en ignición y el fuego engulló casas y comercios, causando la muerte de 128 personas y heridas a otras 225.

§ Explosión de LNG en la zona industrial de Argelia: El 19 de enero del 2004 explotó una terminal diseñada para cargar sólo tanques de LNG pequeños por cortas distancias, provocando la muerte de 27 personas, hiriendo a 74 trabajadores, destruyendo las instalaciones y produciendo daños por 1billón de dolares.

§ Meldrim, Georgia (1959): un tanque de LPG montado sobre un tren sufrió una ruptura y una nube de gas se derramó sobre un área campestre antes de entrar en ignición. Se registraron 23 muertes.

§ Crete, Nebraska (1969): un vagón cisterna que contenía 72 toneladas de amoníaco líquido se rompió completamente en el impacto que siguió al descarrilamiento. Se registraron 9 murtes.

§ Derrame de amoníaco en Potchefstroom (Sudáfrica, 1973): Una planta de fertilizantes contaba con tanques de amoníaco líquido a presión con una capacidad de 50 toneladas cada uno y forma de bala horizontal. Uno de los tanques se averió con una sección de aproximadamente el 25% del área transversal saliendo por el extremo su contenido. Se estime que 30 tn escaparon por el tanque y otras 8 tn los hicieron desde una cisterna. La nube gaseosa que se formó inmediatamente adquirió unos 150 m de diámetro y casi 20 m de altura. Causó la muerte de 18 personas incluyendo 6 que estaban fuera de la planta. Otras 65 requirieron tratamiento médico y un número desconocido fue tratado por médicos privados.

§ La explosión de Flixborough (Nypro UK, 1 Junio 1974): La explosión de una nube de vapor destruyó la planta de oxidación de ciclohexano de Nypro matando a 28 personas y causando heridas a otras 36 dentro de la planta industrial y 53 fuera de ella. Afortunadamente el número de víactimas fue bajo debido a que la explosión fue un sabado. La explosión ocurrió debido al escape de una gran cantidad de ciclohexano que formó una mezcla inflamable la cual encontró una fuente de ignición.

§ Los Alfaques, España (11 julio 1978): un camión cisterna que trasportaba propano (LPG) empezó a perder su contenido cuando pasaba por un área de campamentos. El vapor se extendió sobre el sitio y estalló matando a 216 personas e hiriendo a otras 200. las causas exactas del incidente son todavía objeto de debate: pudo haber sido debido a una sobrecarga seguido de aumento de temperatura de la carcaza del camión por los efectos del fuerte sol; poruqe chocó contra otro vehículo; o porque el camión se vio primero involucrado en un fuego que luego causó la explosión.

§ Montana, Mexico (1981): un tren descarriló causando la rotura de vagones cisternas que contenían cloro. Más de 50 tn de gas fueron liberadas en unos minutos causando la muerte a 17 personas y más de 1000 necesitaron tratamiento médico.

§ Ciudad de México (1984): explosión de un centro de distribución de LPG adyacente a un caserío que produjo más de 500 muertos.

§ La catástrofe de Bhopal, India (23-24 diciembre 1984): 40 tn de metilisocianato (MIC) escaparon de un tanque perteneciente a una fábrica de pesticidas durante casi dos horas esparciéndose en un radio de 8 km en la dirección del viento sobre una ciudad de casi 900 mil habitantes. Oficialmente, en 1991 el gobierno de India tenía registrados 3800 muertes y 11 mil discapacitados.

§ Derrame de amoníaco en Lituania (20 marzo 1989): un gran tanque de almacenamiento que contenía amoníaco líquido refrigerado se rompió repentinamente moviéndose hacia un lado demoliendo la pared aislante de concreto reforzado y liberando 7 mil tn de amoníaco líquido. El vapor de amoníaco entró en ignición y el incendio resultante se extendió para envolver 35 mil tn de fertilizante almacenado en edificios vecinos. Las emanaciones de ácido del incendio continuaron por 3 ó 4 días pudiendo ser apreciadas desde una distancia de 45 km; las nubes decoloradas por las emanciones nitrosas recorrieron muchos kilómetros arrastradas por el viento. Hubo 7 muertes reportadas y 57 heridos en el sitio, la mayoría afectados por el amoníaco gaseoso que formó una laguna de 70 cm de profundidad sobre una extensa área.

Medidas de prevención

Posibles medidas que pueden disminuir las probabilidades de que se ocasione un desastre, que produzca daños en la salud de la población lindante a las industrias por el escape de algún gas denso tóxico, son las siguientes:

· Instruir a los inspectores para que controlen la realización inmediata de las operaciones necesarias para que el funcionamiento de la planta no constituya un peligro.

· Disponer sensores de gases tóxicos en puntos específicos para controlar las emisiones industriales y medir la calidad del aire, y la confección de una lista de los contaminantes que serán monitoreados.

· Realizar controles periódicos y transparentes por parte del gobierno informándose a la población los resultados de los mismos.

· Concienciar a la población a que se preocupe, pida información y exija preparación sobre los procedimientos básicos que deben realizarse ante fugas tóxicas, explosiones o incendios de origen industrial, mediante la realización de simulacros y otras formas de prevención.

· Sensibilizar a la comunidad y a los responsables de la seguridad acerca de los peligros existentes en su localidad.

· Preparar un plan coordinado de emergencia para manejar efectivamente los accidentes y evitar que se transformen en catástrofes.

· Se avanzará mucho en la minimización de los riesgos si se acompañan las medidas técnico-ingenieriles de prevención con estrategias de comunicación y preparación de la comunidad. Para lograr esto, es muy importante que se tenga en cuenta que la comunidad tiene derecho a recibir información, preparación y a participar en instancias de decisión.

Bibliografía

· www.atsdr.cdc.gov/es

· www.pirna.com.ar

· www.funam.org.ar

· www.bahiablanca.gov.ar

· www.wikipedia.org.es

· www.lenntech.com

· www.atsdr.cdc.gov

· Apuntes de la cátedra

2008-05-13T14:18:00.000-07:00

Generación de una corriente de gravedad en un tanque rectangular

Mariano Verón, Facundo
Carmona Fluidodinámica

Experimental Cursada 2007

Introducción:

Corrientes de Gravedad Una corriente de gravedad,o de densidad, es un flujo de un fluido dentro de otro generado por una diferencia de densidad entre ambos. La parte delantera de la corriente de gravedad es denomina cabeza, constituye una zona en el cuál el mezclado intenso y las inestabilidades presentes en la interfase juegan un papel importante en el control del fluido menos profundo que le sigue. La forma de la cabeza promediada temporalmente en un sistema de referencia que se mueve con la cabeza permanece cuasi-estacionaria si la corriente viaja horizontalmente, mientras que en una superficie inclinada aumenta su tamaño relativo con la pendiente de la superficie sobre la que avanza.

El frente usualmente presenta su punto más avanzado levantado respecto del fondo conformando la nariz. La altura de la cabeza varía con el Re y la fracción f de la profundidad total del fluido ocupado por la corriente. También influyen el flujo opuesto del fluido ambiente, el flujo que le sigue a la cabeza, la turbulencia del entorno y los efectos viscosos. Los dos tipos de inestabilidades responsables del mezclado son evidenciadas gracias a la presencia de “rollos”, vórtices o billows de fluido en la zona frontal de la interfase, y de una compleja estructura de entrantes y salientes (o lobes y clefts) que es originada por la influencia del piso sobre la parte inferior de la zona frontal de la corriente. Los vórtices (ó billows) en el frente tienen propiedades asociadas a la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz formada en la interfase entre dos fluidos de distinta densidad en movimiento relativo uno respecto al otro. La inestabilidad puede ocurrir para un cierto rango de valores del cambio de velocidad U en una distancia h, con la diferencia de densidad dada por la gravedad reducida g`. El número adimensional relevante aquí es el número de Richardson Ri = (g`.h)/ U2. La inestabilidad de K-H usualmente ocurre para Ri < 0,25.

Debido al no-deslizamiento del fluido próximo al piso estacionario, ingresa fluido ambiente debajo de la corriente y arrastra fluido denso hacia atrás. El punto de estancamiento está levantado sobre el piso y se genera una pequeña circulación cerca del piso. Algo de fluido ambiente pasa por debajo de la nariz y al ser menos denso que el fluido de la corriente el flujo es inestable. Este flujo inestable genera la compleja estructura de entrantes y salientes. La velocidad de avance U de una corriente de gravedad típica evolucionando en el seno de un fluido ligeramente menos denso de densidad r puede ser aproximada por:

Durante el desarrollo de una Corriente de Gravedad densa generada a partir de la liberación de un volumen finito de fluido se distinguen tres etapas:
Primera fase: Velocidad constante Primero, luego del ajuste inicial de la corriente (cuando se libera), se presenta una etapa de slumping en el cual el frente avanza con velocidad constante . La corriente es dominada por las fuerzas de inercia y flotación. La transición de la primera a la segunda etapa ocurre cuando una perturbación alcanza al frente.
Segunda etapa: Flujo autosimilar La segunda etapa es denominada “inercial autosimilar”, debido a que se mantiene la forma de la corriente. En ella la altura de la corriente y la velocidad del frente se reducen paulatinamente. Esta etapa, cuando se presenta, suele ser de muy corta duración. Particularmente cuando se derraman volúmenes muy pequeños la corriente puede entrar al régimen viscoso desde la etapa de velocidad constante.
Tercera etapa: etapa viscosa La tercera etapa es la etapa viscosa, el flujo es dominado por las fuerzas viscosas y las de flotación. Cuando la altura de la corriente alcanza un valor muy pequeño, el flujo entra en una etapa que es dominada por la tensión superficial. Si el fluido de la corriente es muy viscoso puede ingresar en la etapa viscosa directamente, salteando la etapa autosimilar.

Diagnostica para la evaluación cuantitativa de los flujos de gravedad

La diagnóstica implementada se basa en la reducción de la intensidad de luz transmitida desde el panel de iluminación a través de una solución que contiene un colorante pasivo. La reducción permite hallar la concentración del colorante y cualquier otra característica escalar del fluido que se varíe proporcionalmente con dicha concentración a menos de un factor de escala, como por ejemplo la densidad. En efecto, la intensidad I captada por una videocámara CCD luego de ser emitida por la fuente y de atravesar el fluido con colorante, decrece exponencialmente dependiendo del tipo de iluminación, del colorante elegido y de su concentración C, y del ancho L del canal en la forma:

donde A, B,y l son constantes que dependen del tipo de colorante. Como la Ec. (1) debe valer para todo valor de LC/ l, en particular si es nulo, deducimos que A+B = I0, siendo I0 la intensidad captada por la cámara cuando no hay colorante en el fluido. Consideremos el caso en el que se trabaja con dos fluidos miscibles: un fluido de densidad r1 con una concentración C0 de colorante, y otro de densidad r2 sin colorante adicionado. La intensidad captada por la CCD asociada con la concentración máxima C0 del fluido coloreado es:
Cuando se produce el mezclado entre ambos fluidos, la concentración C es proporcional a la densidad r de la solución resultante, por lo que
Para que la intensidad de los píxeles sea proporcional a la densidad debemos aplicar la transformación (6). Conviene además maximizar el rango de intensidades correspondientes a la densidad eligiendo la constante D tal que Dr/ Dr0 = 255 cuando I(C)=I1=I(C0). La proporcionalidad directa entre las intensidades absolutas y las intensidades de las imágenes capturadas no es posible de obtener aun usando cámaras de video y plaquetas digitalizadoras de calidad ajustadas para dar una respuesta lineal en intensidad (uso de señal monocromática, Gamma = 1, ganancia mínima, etc.).
La Fig. 1 muestra una curva típica de respuesta o transferencia (línea continua) de la intensidad Q en la imagen digital obtenida en función de la intensidad P que ingresa en la cámara. Como se observa, la diferencia entre la curva que representa la respuesta real del sistema y la de respuesta lineal deseada (línea de puntos) es más notoria para intensidades pequeñas. Por lo tanto, previo a la transformación (6) debemos realizar una transformación correctora construida a partir de una calibración absoluta.
La función matemática que aproxima a la curva de respuesta es compleja y debería constar de varios términos para lograr una buena aproximación. No obstante, una línea recta que no pase por el origen (0,0) (línea de trazos) es suficiente para intensidades P > 80-100. Luego, una vez que a la secuencia de imágenes adquiridas por la CCD y a la imagen de referencia se les aplica la corrección por cámara descripta, se realiza la corrección por fondo para eliminar las variaciones residuales de I0 causadas por irregularidades de la iluminación.
En definitiva, la atenuación de la luz proveniente del panel debido a la presencia de colorante permite medir la concentración promediada transversalmente de dicho colorante y determinar la densidad en exceso respecto a la del fluido más liviano o ambiente, no coloreado. Integrando la distribución bidimensional de densidad, se puede calcular la masa relativa de la corriente de agua salada para diferentes tiempos, pero si solo es necesario comprobar su conservación, es suficiente con ver si la intensidad promedio en cada imagen es constante. (Thomas, Marino, Estela y Mandrini).

Experimento

La corriente de gravedad fue generada en un canal horizontal de sección transversal rectangular de 3.00m de largo, 0.20m de ancho y 0.60m de profundidad, con paredes de acrílico transparente. Un panel lateral de iluminación ubicado detrás de una pantalla difusora y a lo largo del canal provee un fondo luminoso aproximadamente uniforme. Dentro del tanque es colocada una compuerta removible a una distancia x0 de la pared trasera del tanque, para separar el fluido denso del ambiente. Se llena simultáneamente el compartimento y el resto del tanque con agua salada de densidad .s y agua común de densidad .a, respectivamente, hasta una altura H (0.3m). Al agua salada se le agrega una cantidad una cantidad conocida de colorante (rojo) para poder visualizar la corriente a generar. Una videocámara CCD es preparada a una distancia fija de 6.00m del tanque, conexión directa con una PC para la digitalización y almacenamiento de imágenes (512x512 píxeles). El procesamiento de imágenes se realiza empleando un programa específico, DigImage 4.5, desarrollado en Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics de la Universidad de Cambridge, Inglaterra, el cual contiene las operaciones y las funciones matemáticas básicas para describir los procesos físicos en los que se basan muchas diagnósticas implementadas al trabajar con fluidos.
Inicialmente se adquiere una imagen, que resulta de una toma promediada en el tiempo, del tanque con agua sola (sin colorante) hasta la altura H (imagen de referencia). Como a la longitud total del tanque le corresponde el máximo número de píxeles en sentido horizontal y aproximadamente 50 píxeles en el sentido vertical, se aprovecha una porción pequeña (del orden del 10%) de las imágenes digitalizadas con una pérdida significativa de la resolución vertical. Este inconveniente se soluciona colocando delante de la lente de la CCD un sistema de lentes anamórficas que disminuyen la escala horizontal y aumentan la vertical permitiendo un aprovechamiento de casi el 50% de cada imagen sin distorsiones apreciables.
El experimento comienza cuando es removida rápidamente la compuerta que separa los dos fluidos. Entonces, el fluido más denso fluye por el fondo en forma de corriente de gravedad. Simultáneamente se da inicio a la adquisición de imágenes que digitalizan la secuencia del desarrollo de la corriente.

En la gráfica 1 se describe la posición del frente de la corriente de gravedad en función del tiempo. Podemos observar, resaltado en línea roja punteada, la disminución de la pendiente que indica menor velocidad en el fin de la tapa inercial. En la gráfica 2 se describe la velocidad del frente en función del tiempo. Cada punto pertenece a una imagen instantánea de la experiencia en un tiempo determinado. Se distingue en esta gráfica un aumento inicial pronunciado de la velocidad en dirección del flujo, evidenciando una “zona de ajuste” de la corriente de gravedad al remover la compuerta. Inmediatamente se desarrolla la etapa inercial, donde el frente de la corriente avanza a velocidad constante.
En las gráficas se evidencia un ligero descenso de la velocidad del frente al acercarse a los 2,00 m de recorrido de la corriente. Esto es explicado teniendo en cuenta que nos estamos acercando al fin de la primera etapa de la corriente, la cual sucede a una distancia aproximada de diez veces la longitud (en dirección al flujo) del compartimiento de fluido denso (longitud del compartimiento: l= 22,34 cm), que inicialmente separaba el agua salada del agua común (ambiente).
Tomando en cuenta que las primeras dos imágenes seleccionadas son correspondientes a la “zona de ajuste”, y las tres últimas parecen estar en transición a la segunda etapa de la corriente (etapa autosimilar), estas las obviamos en el ajuste de la curva de calibrado de la gráfica 1, así se calcula la velocidad promedio de la primera etapa. Como resultado se obtiene que la velocidad de la etapa inercial es 10,59 ± 0,05 cm/s.

La gráfica 3 muestra la integración de la distribución bidimensional de intensidades, la cual es proporcional a la densidad promedio del agua en el tanque y, dado que el volumen no varía, también es proporcional a la masa. A través de esta gráfica se comprueba la Conservación de la Masa. Si bien los primeros puntos se ven por debajo de los restantes, esto es comprensible dado los errores presentes en la experiencia. Eliminando los 6 primeros puntos, los cuales están sujetos a errores mayores, la Intensidad promedio (Ipromedio) es de 19.75 y varia alrededor de un 2.3%.

Conclusiones:

Se observa en las secuencias un corte en la corriente correspondiente al sitio donde se encuentra ubicada la compuerta inicialmente. Esto se debe a que la imagen de referencia elegida contiene la compuerta y los fluidos, entonces al dividir cada imagen por la de referencia, una vez retirada la compuerta, aparece este corte en la imagen. Surge entonces un error en el cálculo de la masa y consecuentemente en su conservación. Esto se puede solucionar utilizando una referencia que contenga solamente agua hasta la altura H.
En la experiencia se observa básicamente una sola etapa ya que la longitud del canal en relación con la longitud del compartimento no es suficiente como para que el flujo alcance la siguiente etapa. La longitud del tanque en esta experiencia es cerca de 10 veces la del compartimento, por lo que al final del recorrido estaríamos observando la transición a la etapa autosimilar. Esto se evidencia por el cambio en la pendiente en los últimos puntos del la gráfica 1. Existe un problema de paralaje debido a la perspectiva en la que la cámara toma las imágenes. Se observa entonces la pared trasera del tanque en ángulo y provoca una distorsión en las imágenes corregidas, lo cual introduce un error al comprobar la conservación de la masa. Para evitar este inconveniente podría ubicarse una compuerta transparente a modo de pared trasera, lo cual reduciría este error en las imágenes corregidas.
Como devolución de la experiencia, se alcanzan los objetivos propuestos. Se logró el seguimiento de la corriente de gravedad a través de imágenes, la determinación de la posición y velocidad en el tiempo, así como también se determinó la distribución de densidad y se verificó la conservación de la masa.

Referencias:

-Medición de la concentración de trazadores pasivos, Aplicación a las corrientes de gravedad. L. P. Thomas, B. M. Marino, M. Estela, M. Mandrini. Instituto de Física Arroyo Seco, Facultad de Ciencias Exactas, Universidad Nacional del Centro, Pinto 399, 7000 Tandil, Argentina.
-Apuntes de cátedra, Fluidodinámica Ambiental, cursada 2006.

Poster Presentado en AFA 2007

2008-05-05T19:20:00.000-07:00

Mercurio en peces y algas

2008-05-02T17:14:00.000-07:00

Mercurio en peces y algas

El mercurio es un contaminante persistente en el medio ambiente y muy tóxico en general para los seres humanos. Por este motivo genera gran preocupación en todo el mundo, hasta el punto que en algunos países su uso ha sido completamente prohibido. Este elemento puede aparecer en el ambiente bien sea por fenómenos naturales o por actividades humanas, lo cual ha ocasionado su acumulación y toxicidad en la biota, afectando la integridad de los ecosistemas y la salud del hombre.
En la actualidad el mercurio como un contaminante ambiental posee tres aspectos importantes para su estudio toxicológico: (a) la percepción de riesgo por la exposición a miles de millones de personas a través del consumo de pescado, (b) la emisión de vapor de mercurio a partir de las amalgamas dentales y (c) el etilmercurio en forma timerosal, molécula antiséptica ampliamente utilizada en vacunas.
Existen muchos reportes recientes alrededor del mundo indicando que las concentraciones de mercurio en peces marinos y de agua dulce exceden los valores de salud pública internacionalmente recomendados. Además, ha sido estimado que el 95% del mercurio total en peces puede corresponder a metilmercurio. Esta forma química es mucho más tóxica que el mercurio elemental y las sales inorgánicas. Por otro lado la exposición a metilmercurio en humanos proviene casi exclusivamente del consumo de peces.

Formas químicas
El mercurio existe en el ambiente en varias especies químicas: mercurio elemental, mercurio monovalente: ión mercurioso o mercurio (I); mercurio divalente: ion mercúrico o mercurio (II), y las formas orgánicas. Estas últimas son compuestos organometálicos en los cuales el mercurio está unido covalentemente a uno o dos átomos de carbono para formar compuestos del tipo RHgX y RHgR', respectivamente. Donde R y R' son grupos orgánicos, siendo algunos de los compuestos más comunes las sales de metilmercurio, fenilmercurio, metoxietilmercurio y el dimetilmercurio. En los ejemplos anteriores son incluidos compuestos donde X es cloruro, bromuro, ioduro, nitrato o acetato.
El enlace carbono-mercurio (Hg-C) de los compuestos órganomercuriales no es un enlace fuerte (cerca de 60 kJ/mol), pero en cambio es más estable frente al enlace mercurio-oxígeno (Hg-O). Esto ayuda a explicar porqué los compuestos organometálicos de mercurio son estables al oxígeno y al agua y por tanto persistentes en el ambiente.

Propiedades químicas y físicas
El mercurio puede existir en varios estados físicos y químicos. Todas las formas de este elemento poseen una multitud de aplicaciones en la industria y en la agricultura, con propiedades tóxicas intrínsecas. Esto supone que cada especie química del mercurio sea estudiada por separado para valorar su riesgo ambiental o toxicológico.
El mercurio es el único elemento metálico líquido a temperatura ambiente. Posee brillo parecido a la plata y a 25 °C tiene una densidad de 13.456 g/mL. A 20 °C la presión de vapor es 0.00212 mm de Hg, de tal forma que un recipiente abierto con mercurio metálico y expuesto en un ambiente cerrado, puede desprender suficiente vapor para saturar la atmósfera y exceder el límite máximo seguro de exposición ocupacional en un factor de 300.
El mercurio elemental y los haluros alquilmercuriales son solubles en solventes no polares. El mercurio elemental en forma de vapor es más soluble en plasma, en sangre total y en hemoglobina que en agua destilada, donde es disuelto sólo en forma ligera. Las solubilidades de los compuestos de metilmercurio en agua varían en gran proporción y dependen de la naturaleza del anión. Si el anión es nitrato o sulfato, la tendencia del compuesto es a ser bastante iónico, es decir su comportamiento es similar al de una sal, presentando una alta solubilidad en agua. Sin embargo, los cloruros son compuestos covalentes no polares que son más solubles en solventes orgánicos y en fluidos corporales que en el agua. En general el metilmercurio puede asociarse entre un 90-95% con los glóbulos rojos y entre un 5-10% con el plasma. Esta pequeña fracción es la que accede al cerebro generando la toxicidad en este órgano.
Entre las propiedades químicas más importantes que caracterizan las especies de mercurio (II) y las alquilmercúricas aparece su alta afinidad para formar enlaces covalentes con el azufre. Esta propiedad es la que explica la mayor parte de las propiedades biológicas del metal. Cuando el azufre está en forma de grupos sulfidrilo, el mercurio divalente reemplaza el átomo de hidrógeno para formar mercaptanos, X-Hg-SR´ y Hg (SR), donde X es un grupo electronegativo y R un aminoácido.
Los mercuriales orgánicos forman mercaptanos del tipo RHg-SR´. Inclusive en bajas concentraciones, los mercuriales pueden inactivar las enzimas, principalmente aquellas con grupos sulfidrilos, interfiriendo en el metabolismo y funciones de la célula.
Un grupo de proteínas de gran importancia en la toxicidad del mercurio son las Metalotioneínas (MTs). Estas corresponden a proteínas de bajo peso molecular presentes en alguna medida en todos los tejidos de los mamíferos y que pueden unirse a los metales pesados, particularmente mercurio y cadmio, evitando la interacción de estos elementos con otras proteínas de las células y de esta forma previniendo su toxicidad. La concentración de MT en las células es incrementada luego que estos metales inician procesos de transducción de señales bioquímicas que originan la activación de genes, con el consecuente incremento en la síntesis de estas proteínas protectoras, hecho que ha sido reportado en muchos órganos tales como el cerebro, el riñón y los testículos, entre otros.

Fuentes de contaminación ambiental

- Origen natural
La mayor fuente natural de mercurio es la desgasificación de la corteza terrestre, las emisiones de los volcanes y la evaporación desde los cuerpos de agua. No obstante, gran parte del mercurio encontrado en la atmósfera y en los ecosistemas hídricos, el cual puede ser transportado a las zonas urbanas por efecto de la deposición atmosférica, proviene de actividades antropogénicas, lo cual hace difícil valorar en forma cuantitativa la contribución relativa del mercurio de origen natural y antropogénico que son depositados en la biosfera.

- Fuentes antropogénicas
La cantidad total de mercurio liberada a la atmósfera debido a actividades antropogénicas ha sido estimada en 2.000 - 6.000 toneladas por año. La contaminación ocasionada por el hombre es realizada de muchas formas: la descargas de desechos y la emisión directa a la atmósfera en la explotación minera del metal y del oro, la quema de los combustibles fósiles representa una fuente importante de contaminación atmosférica, así como la incineración de desechos sólidos, los cuales incluyen mercurio volatilizado de baterías desechadas y durante la fundición de cobre y zinc.

Usos
Uno de los usos más frecuentes del mercurio es como cátodo en la electrólisis de la solución del cloruro de sodio para producir soda cáustica y cloro gaseoso. Cantidades del orden de 10 toneladas del líquido metálico son usadas en cada planta de procesamiento. El mercurio es ampliamente empleado en la industria eléctrica (lámparas, rectificadores de arco y en las celdas de las baterías de mercurio), en instrumentos de control en el hogar y la industria (termostatos, barómetros), en laboratorios y en equipos médicos. También es usado en forma extensa en odontología para elaborar amalgamas dentales.
Los compuestos de mercurio siguen siendo usados en pinturas para evitar la proliferación de hongos, y para el control de infecciones fúngicas en semillas y en plantas bulbosas. Uno de los usos del mercurio metálico, particularmente en Suramérica, que ha originado un impacto importante en el medio ambiente y en la salud de muchas poblaciones, es su utilización en los procesos de extracción del oro de manera artesanal.

Exposición al metilmercurio y consideraciones ambientales
A pesar de la amplia utilidad del mercurio, este elemento y todos sus compuestos son tóxicos, volátiles, persistentes en el medio ambiente y rápidamente dispersados en la atmósfera, en particular las especies de halogenuros de metilmercurio, que corresponden a las formas más tóxicas existentes del metal.
El metilmercurio en los ecosistemas es originado principalmente a partir de la metilación del mercurio inorgánico. En general, todas las formas de mercurio que entran en los sistemas acuáticos son susceptibles de convertirse en metilmercurio. Este puede ser directamente bioacumulado por organismos acuáticos y biomagnificado a través de la cadena alimenticia. La bioacumulación es el proceso mediante el cual una sustancia química es acumulada en una especie determinada en función de la concentración del químico presente en el medio. Por su parte, la biomagnificación involucra el incremento en la concentración del químico de organismo a organismo a medida que la especie aparece en niveles ascendentes de la cadena alimenticia. Bajo este contexto, las especies carnívoras son colocadas en un nivel trófico superior con respecto a las especies no carnívoras. El consumo de peces contaminados con metilmercurio es la principal fuente de exposición a este metal y es considerado como una amenaza para la salud humana.

Bioacumulación
Una vez que el metilmercurio es liberado por los microorganismos, entra en contacto con la biota acuática a través de una rápida difusión, donde es fuertemente unido a sus proteínas. El metilmercurio es bioacumulado y biomagnificado por las especies de la cadena alimenticia. De esta forma, las especies depredadoras contienen niveles de mercurio mucho más altos que las especies no depredadoras.
La relación de metilmercurio en el tejido de los peces respecto al agua puede ser extremadamente grande, usualmente del orden de 10.000 a 100.000. Este fenómeno no obedece a procesos de partición entre el agua y los tejidos, sino a la biomagnificación a través de la cadena alimenticia. Además de la influencia del nivel trófico o de la especie, hay otros factores de importancia en la bioacumulación y biomagnificación del mercurio tales como la edad del pez, la actividad microbiológica, el contenido de materia orgánica y azufre en el sedimento, así como la salinidad, el pH y el potencial redox del cuerpo de agua.

Toxicidad en los humanos
Desde el punto de vista toxicológico, existen tres formas de mercurio: mercurio elemental, mercurio inorgánico (sales de mercurio y óxido de mercurio) y mercurio orgánico. Cada una de estas especies químicas de mercurio posee espectros diferentes de toxicidad, aunque todas ellas tienen en común su capacidad de inducir cambios en los sistemas neuronales de los humanos.
En la exposición a mercurio elemental, o sea aquella a la que están expuestos los mineros auríferos, odontólogos, personas con amalgamas dentales y trabajadores de plantas de producción de cloro, entre otros, puede generar déficit en el desarrollo neurológico y de comportamiento, lo cual puede incluir daños sutiles en la memoria visual, atención y velocidad en las respuestas visuales, auditivas y psicomotoras, pérdida reversible de la capacidad para distinguir colores, además de inflamaciones severas de la piel, entre otros efectos.
La ingestión de especies de mercurio inorgánico, que incluyen las sales solubles en agua tales como el cloruro o sulfato de mercurio, ocasiona irritación del tracto gastrointestinal y daño hepático severo, también pueden inducir la parálisis progresiva y generalizada de las extremidades.
Los compuestos organomercúricos, especialmente el metilmercurio, son considerados sustancias mucho más tóxicas que el mercurio elemental y sus sales inorgánicas. Por lo anterior, a continuación aparecen algunos de los aspectos de mayor importancia relacionados con la toxicidad de este compuesto organometálico. El enlace carbono-mercurio presente en el metilmercurio es muy estable y la presencia del grupo alquilo confiere solubilidad lipídica permitiendo la fácil penetración por las membranas celulares. Alrededor del 90% de todo el metilmercurio presente en los alimentos es absorbido a través del tracto gastrointestinal tanto en el hombre como en los animales. Seguido de tal absorción, gran parte del compuesto presente en el plasma es acumulado por los glóbulos rojos (eritrocitos) en una relación 300 a 1. Esto permite un eficiente transporte a través de todo el organismo y una distribución uniforme en tejidos y órganos. La solubilidad y la habilidad para unirse a macromoléculas biológicas, especialmente proteínas, resulta en una larga vida media en varios organismos. El metilmercurio es acumulado tanto en el cerebelo como en la corteza cerebral donde es fuertemente enlazado a las proteínas a través de los grupos sulfidrilos. Uno de los grandes problemas de este agente tóxico es su alta capacidad para atravesar la barrera placentaria en forma de un conjugado de mercurio-cisteína, a través del sistema de transporte activo para aminoácidos neutros. La velocidad de transporte del metilmercurio a través de la barrera placentaria es 10 veces mayor respecto al mercurio inorgánico. En virtud de que los tejidos fetales tienen mayor afinidad para unirse al metilmercurio que los de la madre, los niveles comienzan a ser más altos en el nuevo ser que en la madre expuesta. Una vez en el feto, el metilmercurio puede penetrar la barrera hemato-encefálica para llegar al sistema nervioso central, en donde ejerce gran parte de su toxicidad.
Los efectos neurotóxicos prenatales pueden causar retardo mental y parálisis cerebral. El desarrollo del cerebro es particularmente vulnerable al metilmercurio, de tal forma que la vida prenatal es más susceptible al daño cerebral debido al metilmercurio que la del adulto. Es de importancia anotar que aún luego de nacer, los bebes pueden estar expuestos a mercurio a través del consumo de leche materna.
La exposición a metilmercurio en humanos proviene casi exclusivamente del consumo de pescado y productos derivados de estos. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) ha definido la Dosis de Referencia, la cual corresponde a la concentración de mercurio que puede ser consumida diariamente a lo largo de la vida sin que se presente ningún efecto adverso. De acuerdo con la EPA este valor es 0.1 μg Hg/Kg de peso corporal/día. La intoxicación ocasionada por la ingestión de pescado con altas concentraciones de metilmercurio es caracterizada por lesiones en el sistema nervioso central y periférico. Algunas de las manifestaciones neurológicas más frecuentes son las siguientes: inhabilidad para coordinar voluntariamente los movimientos de los músculos (ataxia), temblores anormales repetitivos en el cuerpo (tremor), percepción de sensaciones anormales de la piel tales como adormecimiento, punzaciones y quemaduras (parestesia), pérdida en el control del habla, disminución en la capacidad visual y auditiva, y parálisis cerebral, entre otros efectos. Estas manifestaciones pueden aparecer en niños de madres que han sido expuestas a metilmercurio, particularmente durante la última etapa gestacional. Quizás uno de los efectos del metilmercurio que más han impactado a la humanidad ha sido su capacidad teratogénica. La teratogenicidad consiste en alteraciones del desarrollo del embrión o del feto lo cual puede generar malformaciones congénitas.

ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIÓN ATÓMICA

La absorción atómica (AA) consiste en la medición de especies atómicas por su absorción a una longitud de onda particular. Esta técnica se emplea en la determinación cuantitativa de metales en disolución y se basa en la absorción de radiación generada en una lámpara, que contiene el propio metal sometido a estudio, cuando es atomizada la disolución problema que contiene dicho metal. Es una técnica muy empleada por su sencillez de manejo y por la cantidad de elementos que puede detectar.
La absorción es proporcional a la concentración de átomos libres en la llama, dado por la ley de Beer:

Donde I0 es la intensidad de radiación incidente, I es la intensidad de radiación transmitida, K es el coeficiente de absorción, C es la concentración de la sustancia de interés y L la longitud de recorrido.
La ley de Beer indica que la concentración de la sustancia es directamente proporcional a la cantidad de luz absorbida o inversamente proporcional al logaritmo de la luz transmitida.
La transmitancia (T) se define como la relación entre la luz transmitida (I) y la incidente (Io).
La ley de Beer es una relación matemática teórica que en la práctica contiene varias limitaciones. En este sentido existen tres casos en que pueden producirse desviaciones de la ley de Beer: absorción simultánea a varias longitudes de onda, absorción de luz por otras especies y transmisión de luz por otros mecanismos. Estrictamente hablando, el coeficiente de absorción (K) es diferente para cada longitud de onda de la luz. A menos que dicho coeficiente se mantenga constante en todo el intervalo de longitud de onda utilizada, no se cumplirá la ley de Beer.
Dicha ley tampoco se cumplirá si dos o más especies químicas absorben la longitud de onda de la luz utilizada y cada una de ellas lo hace con un diferente coeficiente de absorción.
Finalmente, si se mide la absorción de una solución fluorescente, cabe la posibilidad de que no se cumpla la ley de Beer. Las desviaciones de esta ley también se producen cuando se determina un amplio rango de concentraciones. El intervalo de concentraciones que guardan la linealidad con la absorbancia varía con cada sustancia.

En las diversas técnicas de AA que se utilizan, se produce la absorción de energía de longitud de onda adecuada y una cuantificación similar por el sistema óptico y electrónico del espectrofómetro al que se encuentra adosado el accesorio correspondiente, o sea nebulizador / quemador en llama, horno de grafito ó generador de hidruros / vapor frío. Todas las metodologías citadas son muy versátiles y contando con un buen surtido de lámparas permite abordar campos analíticos en áreas como química clínica, toxicología, medio ambiente, metalurgia, bromatología, industria farmacéutica, edafología, etc.. Permite analizar cualquier muestra que se encuentre en disolución o que mediante un método u otro sea factible de disolverse.
Al trabajar con niveles de detección en el orden de las ppb (μg/l) es imprescindible una escrupulosa descontaminación de todo el material empleado y un extremo cuidado de la pulcritud analítica en todos los aspectos del proceso analítico.

Instrumentación de absorción atómica:
Los instrumentos de absorción atómica tienen los siguientes componentes :
- Fuente de luz. Una de las fuentes más ampliamente empleada en EAA es la lámpara de cátodo hueco. Estas lámparas son diseñadas para emitir el espectro atómico de un elemento; se utilizan lámparas específicas para el elemento que se va a determinar.
La lámpara de cátodo hueco produce una luz de longitud de onda específica para el tipo de metal en el cátodo. En algunos casos, se utiliza una aleación para obtener un cátodo de varios elementos.
Como gas de relleno normalmente se utiliza neón o argón a una presión de algunos milímetros de mercurio. Como ventana se utiliza cuarzo o un vidrio especial que permite la transmisión de la longitud de onda apropiada.
Entre los dos electrodos situados en el interior de la lámpara de cátodo hueco se aplica una corriente de forma que el metal chisporrotea desde el cátodo hacia las bases situadas en el interior del envoltorio de vidrio. Cuando los átomos metálicos colisionan con los gases, neón o argón, pierden energía y emiten su radiación característica.
En un sistema libre de interferencias, sólo los átomos del metal a analizar absorberán la luz característica emitida por el metal procedente del cátodo hueco cuando atraviesa la celda.
- Celda de absorción. Produce los átomos de la muestra. Se hace necesario generar un vapor atómico en el paso del rayo de luz de la fuente.
La especie atómica se logra por atomización de la muestra, siendo los distintos procedimientos utilizados para llegar al estado fundamental del átomo lo que diferencia las técnicas y accesorios utilizados.
- La técnica de atomización más usada es la de AA con llama, que nebuliza la muestra y luego la disemina en forma de aerosol dentro de una llama de aire acetileno u óxido nitroso-acetileno.
- Otra técnica de atomización es la electrotérmica, que utiliza el horno de grafito como accesorio. El método consiste en colocar la muestra diluida dentro de un tubo de grafito, que luego es calentado con una resistencia eléctrica pasando por distintos intervalos de temperatura para secar, calcinar y finalmente atomizar la muestra en el rango 2200-2700 ºC.
- Una tercer metodología denominada generación de hidruros aprovecha la cualidad de algunos elementos tales como As, Sb, Sn, Se, Bi y Te de formar hidruros volátiles bajo un ambiente reductor, los que una vez generados en condiciones especiales son trasladados por un gas portador a una celda de cuarzo la que es calentada a una temperatura optimizada para producir la atomización del analito a medir. Una variante la constituye la técnica de vapor frío, utilizada para la detección de mercurio. Esta técnica aprovecha la facultad del mercurio de emitir vapores monoatómicos a temperatura ambiente.

- Filtro monocromático y detector. Todos los sistemas de absorción atómica utilizan, respectivamente, monocromadores y fotomultiplicadores para aislar una señal luminosa espectralmente pura y medir la intensidad de dicha señal.
La selección de una fuente especifica y de una longitud de onda particular de la fuente, permite determinar la concentración del elemento seleccionado en presencia de otros. La longitud de onda aislada por el monocromador incide directamente sobre el detector.
El detector mide la intensidad de la luz y amplifica la señal. El detector es un fotomultiplicador que produce una corriente eléctrica dependiente de la intensidad de la luz incidente. La corriente eléctrica del fotomultiplicador es procesada por la electrónica del elemento; se produce una señal que es una medida de la atenuación de la luz en la celda de muestreo.
- Pantalla. Muestra la lectura después de que han sido procesadas por el instrumento electrónico.

Análisis de Mercurio en Muestras Ambientales

Recolección y tratamiento previo de la muestra

Peces
Una vez capturados, los especímenes deben identificados (para su ubicación en la cadena trófica), medidos y pesados. Luego colocados en bolsas plásticas y almacenados en hielo para su transporte al laboratorio. Las submuestras para el análisis deben ser obtenidas empleando cuchillos plásticos a partir del músculo dorsal cortando aproximadamente de 5 a 20 gramos de cada espécimen o extrayendo el hígado (mayor acumulación de metales por su poder destoxificador) o el cerebro, almacenándolas en frascos plásticos a una temperatura de -20°C hasta su análisis.

Algas

La parte de la planta utilizada para el análisis es la raíz. Durante la recolección, las raíces de las plantas deben ser lavadas con el agua del cuerpo de donde se extrajeron varias veces antes de ser almacenadas en bolsas plásticas y transportadas al laboratorio en hielo. En el laboratorio las plantas deben ser enjuagadas nuevamente con agua destilada y secadas al ambiente sobre papel absorbente antes del análisis.

Digestión de las muestras
En el proceso de digestión las muestras son solubilizadas y el mercurio es liberado de la matriz biológica o ambiental. Todas las muestras analizadas deben ser digeridas utilizando una mezcla de ácidos nítrico y sulfúrico por un tiempo de tres horas a temperatura controlada entre 100-110 °C

Análisis de mercurio

El análisis de mercurio total puede realizarse empleando espectroscopía de absorción atómica mediante la técnica de vapor frío.
La técnica de vapor frío aprovecha la facultad del mercurio de emitir vapores monoatómicos a temperatura ambiente.
El método es basado en la conversión rápida de los compuestos oxidados de mercurio (Hg2+) a su forma volátil (Hg0) a través de la reducción con SnCl2 (dicloruro de estanio). El mercurio elemental formado en la mezcla es desplazado por burbujeo con aire o acarreado por un gas inerte a un y transportado en forma de vapor hasta la celda de absorción del equipo situada en la trayectoria óptica del instrumento. La concentración del metal en la muestra es determinada empleando una curva de calibración.

Características de la medición – Técnica de vapor frío

- Técnica: Absorción atómica sin llama (vapor frío)
- Para análisis de Hg
- A temperatura ambiente puede formar vapor atómico
- Las muestras se tratan con SnCl2 o NaBH4
- El vapor de Hg se arrastra por un gas inerte hasta la célula de medida
- Longitud de onda: 253.7 nm
- Es muy sensible (1 ppb)
Control de calidad del método
El análisis de muestras ambientales como pescado y algas implica la determinación de pequeñas concentraciones de mercurio (μg/g). La obtención de estos datos analíticos requiere el cumplimiento de ciertas condiciones para garantizar una alta confiabilidad de los resultados. Los criterios de control de calidad que debe poseer un procedimiento analítico son: linealidad, exactitud,
precisión y límite de detección, entre los más usuales.

Laboratorios afines
La técnica del vapor frío requiere sólo del uso de la óptica del equipo de absorción atómica, es decir, se usa a flama apagada, y el medio de reacción externo puede ser llevado a cabo en un generador de Hidruros, pero las celdas y reactores usados son diferentes; de este modo, este elemento se analiza siempre en último lugar.
Dado que es un análisis especial, Buck Scientific ha lanzado su equipo específico para análisis de Mercurio por el método de Vapor Frío (USEPA 245.1), reportando resultados de hasta 0.01 mg. de Mercurio, sin necesidad de usar el equipo de Absorción Atómica. Este equipo permite una mayor versatilidad en el laboratorio, pues no sacrifica tiempo de análisis y puede usarse en paralelo con los demás análisis.

· IACA Laboratorios "Análisis multidisciplinarios de alta complejidad"
(Bahía Blanca)
Los análisis bromatológicos tienen una importancia capital para determinar la calidad de los alimentos.
Todos los alimentos contemplados en el Código Alimentario Argentino, Normas MERCOSUR, Regulaciones de SENASA, etc., son procesados habitualmente en este Laboratorio.
Alimentos cárneos y afines, productos grasos, lácteos, farináceos, azucarados, frutas y hortalizas, aceites comestibles, miel, aguas y bebidas, productos estimulantes, correctivos y coadyuvantes, alimentos dietéticos, aditivos alimentarios, presentan requisitos analíticos cada día más exigentes y requieren alta complejidad para su correcto monitoreo.La miel y los aceites comestibles (oliva, maíz, girasol, colza, soja) ocupan sectores analíticos especiales.
Tecnología Principal
Absorción atómica con llama, horno de grafito Zeeman, generador de hidruros / vapor frío junto con la cromatografía líquida y gaseosa son herramientas imprescindibles en el control de calidad de productos de exportación.

· INTI – Química, Laboratorio de Análisis de Trazas:
Teléfono4753-5749/ 4755-6104
E-mailquimica@inti.gov.ar
Sitio web
www.inti.gov.ar/quimica/
ContactoLiliana Valiente: valiente@inti.gov.ar

· PerkinElmer Argentina 2006
Desde 1997 PerkinElmer Argentina ha ido consolidándose como una de las empresas líderes en el mercado argentino en la provisión de instrumental analítico de la más alta calidad y en soporte técnico.

· Analítica SA
Con más de 17 años de trayectoria en el mercado de la instrumentación analítica, nuestra empresa tiene como objetivo la provisión de equipos y accesorios para el laboratorio de control de calidad y desarrollo en la industria así como equipos para educación, investigación y contralor en el ámbito universitario e institucional. Complementando la amplia línea de instrumentos para el laboratorio, ofrecemos también analizadores on line para atender diversas necesidades en control de procesos y monitoreo ambiental.
Analítica S.A.
Jorge Newbery 1840, Oficina 3 (C1426CXH) - Ciudad de Buenos Aires
Argentina Tel: +(54-11) 4772-4450 Fax: +(54-11) 4775-7549

Bibliografía:
- http://www.iaca.com.ar/
- http://www.uff.br/higiene_veterinaria/teses/yeda_wakasa_completa_mestrado.pdf
- reactivos.com/images/LIBRO_ MERCURIO_-_Olivero-Johnson-Colombia.pdf
- http://html.rincondelvago.com/tecnicas-de-laboratorio.html
- http://www.coirco.com.ar/programas/2000/5.html%20-%2025k
- www.inti.gov.ar/quimica/