Contaminación atmosférica resultante del proceso productivo
en el Centro de Investigaciones Siderúrgicas



Por Jesús Ernesto Rodríguez García, José Aníbal Trotman Gavilán
Manuel de la Fuente Fernández y Ramón Mena Guzmán.

Tel.: 96827, ext.121.
e-mail: jesuse@dsit.cu


Resumen

En el presente trabajo se realiza un estudio de la contaminación creada por las partículas totales en suspensión (PTS), presentes en las emisiones a la atmósfera producto del proceso productivo del Centro de Investigaciones Siderúrgicas (CIS), como premisa para conocer su desempeño ambiental. Se definen las principales fuentes de contaminación que afectan el entorno de la planta de producción, se definen los parámetros y se caracterizan mediante indicadores propuestos, que definen las características físicas de los contaminantes. Se realiza una valoración semicuantitativa de la influencia de los principales factores climatológicos en la dispersión de los contaminantes emitidos a la atmósfera y se definió su distribución espacial, así como la interrelación del proceso de propagación con la ubicación físico-geográfica de la planta y su entorno.

Por último, los resultados alcanzados se comparan con los valores establecidos por normas cubanas e internacionales, y con resultados presentes en la bibliografía especializada, y se sigue un conjunto de métodos y/o técnicas que tributan al diseño del Sistema.
Palabras clave: Contaminación atmosférica, partículas totales en suspensión, calidad del aire.

Introducción
La principal fuente de contaminación de la atmósfera son las instalaciones industriales. Una gran cantidad de los desechos industriales están formados por polvos.

Los polvos se pueden clasificar en atmosféricos e industriales. El polvo industrial se forma como resultado de los procesos productivos. El polvo atmosférico incluye al industrial y el polvo, que surge por las tormentas de polvo del desierto, las cenizas de incendios y erupciones volcánicas etc.

 La protección de la atmósfera de la contaminación se le presta una atención especial por la comunidad internacional. En la mayoría de los países están establecidos los límites permisibles de emanaciones de sustancias nocivas a la atmósfera y al medio laboral.

El cumplimiento del límite de concentración permisible (LCP), exige el control sistemático respecto al contenido real del polvo en los gases industriales emitidos a la atmósfera. Dicho control permite garantizar los parámetros de protección e higiene normados, tener en cuenta el nivel de limpieza necesario para proteger la tecnología, conocer el desempeño ambiental de la organización, etcétera.

Para reducir al mínimo la contaminación por polvo existen diferentes modos y esta disponible, en el mundo, la tecnología adecuada para tales propósitos. La selección del dispositivo filtrante más adecuado se hace en función de la composición y la distribución granulométrica del polvo (material particulado), generado por el proceso productivo.

Como hemos señalado anteriormente, la contaminación industrial esta caracterizada por el vertido de los contaminantes al medio ambiente. Sin embargo el medio ambiente esta compuesto por diferentes elementos o componentes, entre los cuales se encuentra la atmósfera.

En este contexto es necesario señalar lo siguiente:

  • Existen muchos contaminantes en el aire. En el caso del proceso en estudio, una causa de generación de los mismos es la combustión incompleta en el proceso de obtención de calor para el secado de la materia prima; las impurezas del combustible, una inadecuada relación aire-combustible o temperaturas de combustión incorrectas son causas de formación de productos secundarios(contaminantes), como; monóxido de carbono, óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, cenizas finas e hidrocarburos no quemados, todos presentes en los gases emitidos a la atmósfera.
  • La presencia de material particulado en la contaminación atmosférica y en el aire ambiente del área de trabajo es generado fundamentalmente por los procesos mecánicos (secado, trituración, cribado etc.), que definen la actividad productiva, y porque no existe un sistema de manejo del material particulado.
  • El presente trabajo se refiere específicamente al estudio de la contaminación por polvo en suspensión (material particulado en suspensión) sobre el componente ambiental atmósfera, para lo cual es necesario especificar, las fuentes significativas que emiten contaminantes a la atmósfera y definir los parámetros o indicadores adecuados que permitan medir su comportamiento a través del tiempo.

El Centro de Investigaciones Siderúrgicas (CIS) surge como planta piloto para las investigaciones preliminares del proyecto de la Siderurgia del norte de Oriente. Al demostrarse la inviabilidad del mismo, la planta piloto devino centro de Investigación-producción. Por una parte se utilizaba la antigua planta piloto para la investigación de los residuos minerales del proceso Carón del níquel, por otra se instala una planta de preparación mecánica de minerales, destinada a la clasificación y molienda de diferentes tipos de carbón. Este proceso productivo genera diferentes impactos que actúan sobre factores ambientales, alterando su estado normal, entre los cuales podemos destacar como más significativo; la generación de polvo.

No se ha encontrado datos en la literatura que puedan usarse para conocer la cantidad de polvo emitido en una instalación como la de estudio, ya que ésta depende, entre otros factores, del grado de trituración y de las características técnicas de la instalación.

Sin embargo aceptando las evidencias que aporta la observación y otras técnicas utilizadas para la identificación de impactos y fuentes generadoras de contaminantes al aire, y teniendo en cuenta que la instalación procesa un promedio de hasta 10 000 toneladas al año de carbón de diferentes granulometrías, que existen serias limitaciones en el diseño del sistema para la captación de polvo, etc., se puede pensar que un porcentaje mínimo de emisiones de polvo contaminaría el ambiente laboral, los suelos y la vegetación en el entorno de la instalación, y que en presencia de condiciones favorables afectará a la zona aledaña.

En Cuba, el Ministerio de Ciencia Tecnología y Medio Ambiente (CITMA) ha concebido, dentro de sus objetivos estratégicos en la esfera del medio ambiente, el fortalecimiento del Sistema de Control y Gestión Ambiental en correspondencia con los problemas y necesidades nacionales y territoriales.

En consecuencia con dichos objetivos, resulta necesario elevar la gestión ambiental a un plano superior en el nivel empresarial. En términos prácticos significa el diseño e implantación de Sistemas de Monitoreo de los aspectos ambientales de las entidades que tributen al Sistema Nacional de Monitoreo Ambiental (SNMA).

En este contexto el Ministerio de la Industria Sidero-Mecánica y la Electrónica (SIME), del cual forma parte el CIS, ha implantado una estrategia para poder abordar y solucionar los problemas de agresión ambiental existentes en sus centros y empresas productoras para lo cual ha identificado entre sus principales problemas: la carencia de sistemas de monitoreo de afluentes y desechos en las entidades.

Esto ha conllevado a que dentro de los principales lineamientos y acciones de la política ambiental del SIME estén: la caracterización y monitoreo de las emisiones a la atmósfera de las industrias altamente contaminantes.

Calidad del aire: Es necesario señalar que la contaminación del aire es definida como cualquier condición atmosférica, en que las sustancias presentes producen un efecto adverso medible en la salud del ser humano, de los animales y vegetales, o un daño físico en los materiales. Los niveles o categorías de la contaminación de la atmósfera (Calidad del Aire) son caracterizados por las concentraciones de las sustancias contaminantes en espacio y tiempo, dadas en mg/m–3 a temperatura y presión normalizadas (TPN) (NC 111:2002).

Material particulado: El material particulado se divide frecuentemente en diferentes clases, que incluyen polvo fino (menor que 100 µm de diámetro), polvo grueso (más de 100 µm de diámetro), vapores (0,001-1 µm de diámetro) y neblinas (0,1-10 µm de diámetro).El material particulado de acuerdo al tamaño tiene una vida media en suspensión que varía desde unos cuantos segundo hasta varios meses. Las partículas entre 0,1 y 1 µm tienen velocidades de asentamientos pequeñas. Las partículas mayores que 1 µm tienen velocidades de asentamientos significativas pero aún pequeñas. Las partículas por encima de 20 µm tienen grandes velocidades de asentamientos y se eliminan del aire por gravedad fundamentalmente.

Dentro de los contaminantes atmosféricos importantes que se monitorean comúnmente están: los sólidos totales en suspensión PST (menor que 100 µm de diámetro), partículas en suspensión de £ 10 mm de diámetro aerodinámico PM10 (polvo fino, fracción respirable) y las partículas con 2,5 micrómetros o menos de diámetro aerodinámico PM2,5 (polvo fino, fracción respirable). La razón fundamental de esta especificación se debe a que las partículas más pequeñas son más peligrosas para la salud de los seres humanos porque son capaces de alcanzar la zona inferior de los pulmones.

Objetivo general
Desarrollo del Sistema de Monitoreo de la calidad del aire del CIS.

Objetivos específicos
Como objetivos específicos se plantearon los siguientes:
1. Precisar cualitativa y cuantitativamente la influencia negativa de la contaminación producida por la actividad productiva del CIS, sobre el componente ambiental «atmósfera» en el entorno de la planta de producción.
2. Establecer y/o definir los parámetros (indicadores ambientales), que permitan monitorear los impactos ambientales producidos por el material particulado en suspensión, emitido a la atmósfera, generado por el proceso productivo del CIS.
3. Evaluar la conformidad de las operaciones que conforman el proceso productivo en cuanto a los patrones y normas establecidos para el control de los contaminantes (material particulado en suspensión).
4. Definir el proceso de dispersión que sufren los contaminantes (material particulado), emitidos a la atmósfera.

Materiales y métodos
A lo largo del trabajo se desarrolla un proceso de elaboración metodológica, que finalmente culmina en el diseño del Sistema de Monitoreo.

La metodología aplicada para el muestreo, mediciones y análisis de los contaminantes (material particulado), esta basado en la literatura especializada, los Objetivos Estratégicos del CITMA en la Esfera del Medio Ambiente, las resoluciones contenidas en el Sistema Nacional de Monitoreo Ambiental (SNMA), y la investigación desarrollada en el cuerpo de la tesis. Entre los métodos utilizados se encuentran:

1. Técnicas de identificación y medición de los impactos producidos por el polvo de carbón (material particulado) emitido a la atmósfera. Para la identificación de los elementos impactantes (acciones) y de las variables ambientales impactadas se emplean un grupo de herramientas de gran valor para la toma de las decisiones tales como: encuestas (realizadas en la comunidad aledaña al Centro), método de las matrices causa-efecto, encuentros con expertos de temas de los residuales y medioambientales.

2. Modelo físico-matemático para el cálculo de la dispersión de polvo de carbón en la atmósfera: Los modelos de dispersión permiten calcular la concentración de contaminantes a nivel del suelo y a diversas distancias de la fuente, sirven para predecir como los contaminantes se dispersan en la atmósfera, determinar zonas de influencia de los mismos y puntos donde debe realizarse su monitoreo. Para aplicar el modelo del transporte y dispersión de contaminantes del aire es necesario recopilar información del punto de emisión (altura, contaminante emitido etc.) y de los factores meteorológicos.

3. Selección de los parámetros a monitorear: En el monitoreo de emisiones a la atmósfera, se pueden medir varios parámetros, la selección de estos dependerá de los objetivos del monitoreo, de los insumos utilizados, de la tecnología empleada, para lo cual se seleccionarán los indicadores más importantes, en nuestro caso se evalúa la información existente sobre el proceso de producción, además se parte de los indicadores establecidos por el CITMA a través del Sistema Nacional de Monitoreo Ambiental para caracterizar la calidad del aire y los utilizados por otras entidades.

Los gases de combustión (arrastrando el polvo), del proceso de preparación mecánica del carbón son colectados y conducidos por ductos y emitidos a la atmósfera a través de la única chimenea (altura 20 m, diámetro 0,30 m), existente. Los parámetros definidos para el caso de la Chimenea son: Caudal, PTS y PM10. La elección esta en correspondencia con el alcance de este trabajo.

4. Principios de selección de los sitios de muestreo: Para la elección de los puntos de muestreo en esta zona se tiene en cuenta las características de las fuentes emisoras, la concentración de los agentes contaminantes en las emisiones de combustión procedentes del proceso y lo definido en el punto 2.

5. Método de muestreo del material particulado emitido a la atmósfera en el proceso de producción del CIS: El método escogido para el muestreo clasifica dentro de los métodos basados en la sedimentación preliminar, los mismos permiten determinar la concentración másica del polvo elemento indispensable para establecer los niveles de contaminación existentes. La muestra resultante de su aplicación da la posibilidad de determinar la composición granulométrica del polvo recolectado (material particulado), elemento importante para el cumplimiento de los objetivos trazados en el trabajo.

El equipo utilizado consta de un tubo muestreador (simbol) que sirve para la toma de muestras. Las muestras se toman in situ en un orificio situado en la chimenea por el cual se introduce el equipo para poder determinar la concentración del material particulado emitido a la atmósfera, lo cual se realiza tomando el peso del simbol antes y después de la toma de muestra. Además consta de un medidor con conectores de plástico; la escala de lectura es en pulgadas de agua y de pies por minutos, (tubo pitop de 8 pulgadas), termómetro y medidor de caudal.

Para el muestreo se consideran los siguientes elementos: concentración del material particulado, condiciones del proceso, medición de la velocidad y flujo de gases y medición de la temperatura de los gases de salida. La metodología empleada corresponde a la instrucción para trabajos peligrosos SDT-CC-I-06 “Determinación de Pérdidas de Polvo”. Implantado por el Sistema de Gestión de la Calidad (SGC) de la empresa del Níquel Rene Ramos Latour de Nicaro.

El caudal en la chimenea se determina a través del registro de velocidades utilizando un manómetro tipo U y tubo pitot. El tiempo de muestreo se determina en 30 min: NC 39: 1999. Calidad del aire. Requisitos higiénico-sanitarios.

6. Método de caracterización granulométrica del polvo de carbón emitido y determinación de las concentraciones: Hasta este punto se identifican y definen las fuentes generadoras de la contaminación en el área de estudio, los sitios de muestreo y la recolección de muestras representativas de la contaminación. Ahora queda por definir los métodos para determinar las concentraciones de los contaminantes (polvo en suspensión), en las emisiones y las características granulométricas de los mismos, teniendo como premisas: las características del contaminante, su estado físico, el cumplimiento de los objetivos trazados y posibilidades objetivas de acceso a las técnicas.

El más conveniente, por lo fácil de su aplicación, precisión de los resultados y estar disponible para el CIS, es el método de difracción láser.

Desarrollo
Resultado del diagnóstico del estado de la calidad del aire en el CIS

Utilizando las técnicas de identificación y medición de los impactos (encuestas a la población aledaña, método de la matriz causa-efecto, entrevistas con expertos sobre el tema), se pudo determinar las principales acciones e impactos generados por el proceso productivo del CIS.

Acciones impactantes más significativas (fuentes generadora):
Contaminación en el área de secadero.
En esta zona se genera polvo en la descarga del material secado a la banda transportadora, incrementando el riesgo de enfermedades respiratorias por la cantidad de polvo (material particulado), en suspensión en el área laboral.

Trituración y cribado

El proceso de preparación mecánica del CIS consta de las operaciones de secado, trituración y cribado por tamaños sobre la materia prima: coque metalúrgico y/o carbón antracita. Esta es una de las operaciones fundamentales que más aporta a la contaminación del ambiente laboral.

La trituración del carbón se realiza en una trituradora de cono, la cual se conecta a una instalación de cribado que retiene las partículas de tamaño superior a las especificaciones que se desean obtener para que vuelvan a ser trituradas, las partes mencionadas integran el equipo CMD-27I. Las partículas de tamaño adecuado son recogidas en una tolva intermedia de donde son llevadas al área de ensacado por bandas transportadoras. Durante todo este proceso es donde hay una mayor generación de polvo, que impactan directamente el medio ambiente laboral y la zona aledaña al proceso y donde no existe un sistema para aspirar el polvo generado por el equipo.

Contaminación por los transportadores de banda.
Los transportadores de banda presentes en el proceso productivo, al no estar hermetizados, también generan emisiones de polvo que ayudan a incrementar la contaminación general. Además la auto trituración del material producto del frotamiento entre los pedazos de carbón, los choques contra las paredes de los equipos (tolvas y secadero). Todo lo anterior contribuye al incremento de la generación de polvos.

Contaminación de polvo en los gases de combustión

El polvo contenido en los gases de combustión tecnológicos y de ventilación del proceso de preparación mecánica de minerales emitidos a la atmósfera, contienen una cantidad no determinada de material particulado. De acuerdo con su formación y características físico- químicas clasifican como polvos mecánicos.

Las partículas del polvo mecánico son relativamente grandes: de unos micrones a unas decenas de micrones. Por su composición química y de fase el polvo mecánico es muy similar al material de carga o entrada. La emisión de partículas sólidas en suspensión en los gases de combustión también se forman como consecuencia del calentamiento del carbón en pedazos dentro del horno lo que provoca que el material se agriete y se desmenuce, provocando que halla una disminución en el tamaño medio de los pedazos de carbón y un aumento de los polvos en sus diferentes clasificaciones los cuales son arrastrados por el aire proveniente del Ventilador de tiro forzado y emitidos a la atmósfera.

La emisión admitida de partículas sólidas en suspensión en los gases de combustión debe ser inferior a 100 mg/m3. Su separación se consigue por los métodos bien conocidos como son los ciclones, filtros de mangas, electro filtros, etcétera.

Impactos más significativos

Los impactos más significativos que actúan sobre el medio ambiente se relacionan a continuación:

  • Generación de polvo de carbón en el proceso de cribado y trituración de la materia prima, que contamina fundamentalmente el medio laboral y eventualmente la zona cercana a la planta.
  • Contaminación del aire en el medio laboral producto de la generación de polvos por salideros y falta de hermeticidad.
  • Contaminación laboral por el polvo generado en la transportación por la banda y en las descarga de la misma (descarga en la zona de embase, descarga a la banda en la salida del secadero).
  • Contaminación del aire atmosférico por la emisión por chimenea de polvo.
  • Deterioro de la flora por la deposición de grandes cantidades de polvo sobre el suelo en zonas cercanas a la planta de producción.

Análisis de la dispersión de contaminantes (material particulado), en la atmósfera

Factores claves en la posible distribución y magnitud de la contaminación en el entorno de la Planta de producción lo constituyen en primer lugar el tamaño de las partículas presentes en las emisiones, las condiciones físico-geográficas de su ubicación, el régimen de vientos existente en la zona etc. Para el análisis de la dispersión se parte de las condiciones del clima, debido a la influencia determinante que poseen sobre los resultados del modelo.

La determinación de la contaminación atmosférica se realiza a escala local (NC 111: 2002) En esta escala la dispersión de los contaminantes depende fundamentalmente de las características climáticas: velocidad y dirección del viento la temperatura ambiente y los parámetros que definen la fuente emisora.

Se realizaron estimaciones de la dispersión de los contaminantes tanto para el carbón para insuflado como para el de ajuste, principales productos finales del proceso productivo. Para el cálculo de la concentración máxima y la distancia entre la fuente (chimenea), y el punto donde se ubica esta, se utilizó un programa en MICROSOFT EXCEL 2002, confeccionado por el grupo de calidad del aire del departamento de Física y el Centro de estudios del Medio Ambiente del ISMM Antonio Núñez Jiménez, de Moa, basado en el algoritmo de cálculo contenido en la norma cubana NC 93-02-202: 1987. Requisitos higiénicos sanitarios: Concentraciones máximas admisibles, altura mínima de expulsión y zonas de protección sanitaria.

Como resultado de la modelación se obtuvo el perfil de las concentraciones del contaminante a nivel del suelo, según la línea central en la dirección predominante del viento y condiciones climáticas desfavorables, para los procesos de obtención de carbón para insuflado y carbón para ajuste respectivamente (Figs. 1 y 2).

Dispersión de contaminante en la atmósfera en el proceso de obtención de carbón
para insuflado

Teniendo en cuenta las características del proceso de obtención de carbón de insuflado se obtienen los siguientes resultados.

La concentración máxima se obtiene a 41 metros de la fuente (19,51 mg/m3), superando lo estipulado por la norma cubana (NC 93-02-202: 1987), que es de 0,15 mg/m3. Además según nuestro modelo teórico la contaminación, por polvo, supera lo estipulado, para el caso de la producción de carbón para insuflado, hasta una distancia de 1 171 m en la dirección predominante del viento.

Tabla 1. Parámetros para el cálculo de la dispersión
de partículas bajo condiciones desfavorables. Carbón para insuflado
Parámetros

Símbolo

Unidad

Valor

Constante de estratificación térmica atmosférica.

A

-

200

Flujo máximo de la sustancia contaminante

M

g/s

21,31

Coeficiente de precipitación del contaminante.

F

-

3

Parámetro (f)

f

Ms-2 ºC-1

0,76

Coeficiente de condición de emisión (m)

m

-

0,94

Velocidad específica

Vm

m/s

0,67

Coeficiente de condición de emisión (n)

n

-

1,83

Altura de la chimenea

H

m

20,00

Temperatura del gas

Tg

ºC

70,00

Temperatura del aire

Ta

ºC

24,00

Diferencia de Temperatura ΔT = Tg – Ta

ΔT

ºC

46,00

Caudal total de la mezcla de aire y gas

V

m3/s

0,48

Diámetro de la boca de la chimenea

D

m

0,30

Velocidad de salida de la mezcla de gases y aire

W

m/s

6,81

Concentración Máxima

Cm

mg/m3

19,51

Velocidad Critica del viento

Um

m/s

0,67

Distancia desde la Chimenea al punto donde Cm

Xm

m

41

Coeficiente (do)

d0

-

0,50

Coeficiente (d)

d

-

4,18

Leyenda:

  • Datos físicos de la chimenea; altura (H); diámetro de la boca (D).
  • Parámetros utilizados para el cálculo, tomados de la NC 93-02-202: 1987 e incluidos en el programa de cálculo; constante de estratificación; (A) coeficiente de precipitación del contaminante en el aire (F); parámetro (f); Coeficientes de condiciones de emisión a la atmósfera de la mezcla de gases y aire (m) y (n); Velocidad Critica del viento (Um); Distancia desde la Chimenea al punto donde Cm es máxima (Xm); Coeficiente (do); Coeficiente (d).
  • Datos obtenidos en la metodología de toma de muestra; flujo máximo de la sustancia contaminante expulsada al aire (M); Velocidad específica del contaminante (Vm); Temperatura del gas (Tg); Temperatura del aire (Ta); Diferencia de Temperatura ΔT = Tg – Ta; Caudal total de la mezcla de aire y gas (V); Velocidad de salida de la mezcla de gases y aire (W).
  • Datos calculados por el programa; concentración máxima (Cm); distancia desde la chimenea al punto donde Cm (Xm).


Fig. 1. Concentración de polvo emitido por chimenea según NC 93-02-202: 1987.

Dispersión de contaminante en la atmósfera: carbón para ajuste

Teniendo en cuenta los datos característicos del proceso para obtener carbón para ajuste se obtiene los siguientes resultados.

La concentración máxima de contaminantes (PTS), se obtiene a 48 m de la fuente (57,83 mg/m3), superando lo estipulado por la norma cubana que es de 0,15 mg/m3. Además según nuestro modelo teórico la contaminación, por polvo, supera el límite establecido, hasta una distancia de 2 521 m, en la dirección predominante del viento (Fig. 2).

Tabla 2. Parámetros para el cálculo de la dispersión
de contaminantes bajo condiciones desfavorables. Carbón para ajuste
Parámetros

Símbolo

Unidad

Valor

Constante de estratificación

A

-

200

Flujo máximo

M

g/s

75,86

Coeficiente de precipitación

F

-

3

Parámetro (f)

f

Ms–2 ºC–1

0,22

Coeficiente de condición de emisión (m)

m

-

1,08

Velocidad específica

Vm

m/s

0,83

Coeficiente de condición de emisión (n)

n

-

1,63

altura de la chimenea

H

m

20,00

Temperatura del gas

Tg

ºC

130,00

Temperatura del aire

Ta

ºC

24,00

Diferencia de Temperatura ΔT = Tg – Ta

ΔT

ºC

106,00

Caudal de la mezcla de aire y gas

V

m3/s

0,40

Diámetro de la boca de la chimenea

D

m

0,30

Velocidad de salida

W

m/s

5,60

Concentración Máxima

Cm

mg/m3

57,83

Velocidad crítica del viento

Um

m/s

0,83

Distancia desde la chimenea al punto donde Cm

Xm

m

48,00

Coeficiente (d)o

d0

-

0,50

Coeficiente (d)

d

-

4,81

Leyenda:
Se aplica lo expuesto en la leyenda de la tabla 1, con los datos obtenidos para el caso de la obtención de carbón para ajuste.


Fig. 2. Concentración de polvo emitido por chimenea según NC 93-02-202: 1987.

La información obtenida hasta aquí es de gran ayuda para la evaluación del impacto de los contaminantes a la atmósfera, pero no resuelve el problema de la definición de la distribución espacial de este, así como la interrelación del proceso de propagación con la ubicación físico-geográfica de la planta y su entorno.

Para dar solución a esta problemática se utilizó la información de los vientos dada por rumbos atendiendo a la frecuencia de ocurrencia y a la velocidad media histórica. En la tabla 3 se brindan los parámetros utilizados. Con esta información se realizó el cálculo del factor eólico para tantos perfiles de concentración (10 KM) como rumbos de vientos utilizados y se regularizó una rejilla con paso 3x3 m con el empleo de un interpolador Krigging (Fig. 3.1).

Tabla 3. Parámetros de viento utilizados para el cálculo del factor eólico
Rumbo

Frecuencia, %

Velocidad media, km/h

N

1

21

NNE

14

20

NE

18

20

ENE

22

26

E

8

22

ESE

6

18

SE

4

14

SSE

1,3

14

S

1

1

SSW

0,9

0,3

SW

1,5

0,1

WSW

4

0,1

W

5

0,1

WNW

2,5

0,2

NW

1

0,1

NNW

2

0,5

Para el cálculo de la sombra topográfica (líneas de visibilidad) se empleo el Modelo Digital del Terreno MDT elaborado por la Agencia de Investigaciones Regionales de GEOCUBA. Esta información es valiosa pues permitió definir el límite de propagación de los contaminantes atendiendo a la barrera que produce el relieve y que evita la mayor propagación de este; no obstante las zonas aledañas a esta pudieran estar seriamente afectadas por las partículas emitidas. Con una línea gruesa de color marrón se representó en la figura 3.1 una barrera muy próxima a la isolínea de concentración igual
a 0,15 mg/m3.


Fig. 3.1. Mapa de dispersión de contaminantes en las zonas aledañas.


Fig. 3.2. Ampliación de la figura III.5. Muestra las zonas más afectadas.

Cálculo de las concentraciones y caracterización granulométrica del polvo generado por el proceso productivo del CIS

Concentraciones del polvo en las emisiones por chimenea.
Fueron tomadas dos muestras según la metodología descrita en el punto 5 (Materiales y métodos).
Los resultados obtenidos se muestran en la tabla 4.

Tabla 4. Parámetros de la fuente principal de emisión
de partículas a la atmósfera y resultados de la toma de muestra

Producto

Fuente

Altura,m

Diámetro,m

Temp. gases de salida,
oC

Flujo
total,
m3/min

Muestra,
g

Carbón ajuste

Chimenea

20

0,30

70

28,85

13,3094

Carbón insuflado

Chimenea

20

0,30

130

23,72

57,1864

Se obtuvieron dos muestras representativas: una por cada producto final obtenido en la planta.
A cada muestra se le realizó un análisis por el método de Difracción de rayos láser para determinar las características granulométricas. Se determinaron las concentraciones del material particulado en los siguientes rangos: ≤5,00 µm; ≤10 µm: ≤50 µm (Tabla 5).

Tabla 5. Concentración de las muestras de polvo emitidas a la atmósfera
para cada producto obtenido. Resultados del análisis granulométrico
No

Lugar de muestreo

Material particulado

 

 

Tipo de producto

Concentración emitida, mg/m3

≤5 µm,
%

≤10 µm,
%

≥20 µm, %

1

Chimenea

Carbón para insuflar (antracita)

191 914,78

6,45

13,28

71,61

2

Chimenea

Carbón para ajuste (coque)

 44 308,26

11,90

21,70

54,77

Proceso de obtención de carbón para insuflar: Análisis de los resultados

  • El polvo emitido a la atmósfera posee una concentración de 191 914,78 mg/m3 resultado que supera con creces lo admitido internacionalmente (100 mg/m3; Banco Mundial) (Tabla 5).
  • Lo anterior representa para nuestro proceso, teniendo en cuenta el tiempo de operación, pérdidas de 8% del material alimentado.
  • La producción de carbón para insuflar asciende como promedio a las 3 200 TM al año, de acuerdo a las pérdidas mencionadas, representan 256 TM/año de polvo de diferentes granulometrías emitidos a la atmósfera.
  • Según los resultados del análisis granulométrico 13,28% de las partículas que conforman las 256 TM de polvos emitidas a la atmósfera al año clasifica como PM10. Esto representa la emisión de
    34 TM de polvos finos o fracción respirable a la atmósfera al año.
  • De acuerdo al mismo análisis granulométrico 71,61% de las partículas que conforman las 256 TM de polvos emitidas a la atmósfera al año clasifican como polvos sedimentables, significa la emisión de 183 TM de polvos gruesos o sedimentables a la atmósfera al año (Tabla 5).

Proceso de obtención de carbón para ajuste: Análisis de los resultados

  • Concentración del material particulado emitida: 44 308,26 mg/m3 (Tabla 5).
  • Lo anterior representa para nuestro proceso, teniendo en cuenta el tiempo real de operación, pérdidas de 2,30% del material alimentado.
  • La producción de carbón para ajuste asciende como promedio a las 1 200 TM al año, lo que representa 27,6 TM/año de polvos de diferentes granulometrías emitidos a la atmósfera.
  • Según los resultados del análisis granulométrico 21,70% de las partículas que conforman las
    27,6 TM de polvos emitidos a la atmósfera al año clasifican como PM10. Significa la emisión de 5,99 TM de polvos finos o en suspensión a la atmósfera al año.
  • De acuerdo al mismo análisis granulométrico 54,57% de las partículas que conforman las
    27,6 TM de polvos emitidos a la atmósfera al año clasifican como polvos sedimentables, esto representa la emisión de 15 TM de polvos gruesos o sedimentables a la atmósfera al año.

Podemos resumir que se emite una gran cantidad de polvo fino (fracción respirable;
partículas ≤ 10 µm) al aire atmosférico. Estas partículas son las más importantes para el análisis del impacto pues por sus tamaños tienden a formar suspensiones mecánicamente estables en el aire, pudiendo ser trasladadas a grandes distancias por la acción de los vientos, causando diferentes efectos en zonas distantes de las fuentes de emisión.

En el caso de las emisiones de polvo sedimentable; estas partículas permanecen en suspensión en el aire durante períodos de tiempo relativamente cortos, sus efectos son más acusados en las proximidades de las fuentes que las emiten en nuestro caso los mismos se pueden observar en el área circundante de la planta de producción donde se depositan eliminando la flora.

La presencia mayoritaria, en los gases por chimenea, de partículas superiores a los 10 µm que como se ha dicho constituyen los polvos sedimentables esta dada por el arrastre de los polvos mecánicos que surgen en los procesos de desagregación mecánica de los minerales como el nuestro.
La concentración de material particulado emitido a la atmósfera tanto en la obtención de carbón para insuflar como en la de carbón para ajuste (Tabla 6), supera lo establecido internacionalmente (100 mg/m3).

Tabla 6. Concentración del material particulado emitido
a la atmósfera. Límite máximo permisible

 

Valores

Parámetro
(material particulado)

CIS

Banco Mundial

Carbón ajuste

 191 914,78 mg/m3*

100 mg/m3***

Carbón insuflado

 44 308,26 mg/m3**

100 mg/m3***

Leyenda:
* Emisión de partículas por chimenea (obtención de carbón insuflado).
** Emisión de partículas por chimenea (obtención de carbón ajuste).
*** Fuente: http://sisbib.unmsm.edu.pe/BibVirtualData/Tesis/Ingenie/

Como se puede comprobar la concentración de partículas sólidas en los gases que emitimos a la atmósfera, en el caso de nuestro proceso productivo, supera en demasía el límite establecido para tales efectos afectando la calidad del aire en el entorno de la empresa.

Etapas para la ejecución del Sistema de monitoreo
A partir de la experiencia acumulada en la investigación se propone un conjunto de etapas para la ejecución del monitoreos de la calidad del aire (material particulado emitido a la atmósfera), del CIS.

Conclusiones
1. Las concentraciones de material particulado emitido a la atmósfera supera los valores máximos establecidos por el Banco Mundial (no tenemos regulaciones respecto ha este aspecto en el país).
2. Se proponen los indicadores PTS y PM10, como adecuados para establecer el estado de la calidad del aire en el las emisiones a la atmósfera.
3. Las concentraciones de polvo en suspensión (PTS), (PM10), presentes en las emisiones a la atmósfera superan lo establecidas por normas nacionales y/o internacionales afectando la calidad del aire en el entorno de la planta de producción.
4. Con los análisis realizados se obtuvo: las fuentes de mayor generación de polvo, el tamaño de las partículas de los elementos contaminantes y la concentración de los mismos
5. Los modelos teóricos utilizados en el trabajo permitieron definir la zona de impacto del polvo emitido a la atmósfera por nuestra instalación.

Recomendaciones

1. Crear las condiciones técnicas necesarias para la vigilancia sistemática del polvo sedimentable y gases de combustión por constituir un indicador indirecto de contaminación del aire.
2. Desarrollar un estudio de factibilidad económica para la inversión del sistema de captación de polvos y/o depuración de gases.
3. Implementar un Sistema de Gestión Ambiental en la organización para el control sistemático de su desempeño ambiental.