TOPICOS DEL CURSO DE TECNOLOGIA DE PROCESOS I

AIRE Se conoce como aire a la mezcla de gases que forma la atmósfera terrestre, sujeta alrededor de la tierra por la fuerza de la gravedad.El aire es un manantial de oxígeno para la combustión, es el medio por el que se transmiten los sonidos, en él ocurren muchos fenómenos físicos, es un gran laboratorio en el que continuamente se producen las reacciones químicas más diversas.

El aire interviene en procesos biológicos, respiración de las plantas y los animales, la descomposición y las oxidaciones industriales. Almacena agua y lo devuelve a la tierra en forma de lluvia.

Composición del aire:

En la presente tabla se puede ver la composición en volumen de los constituyentes del aire.

Tabla 1: Composición del aireCOMPOSICION % EN VOLUMEN

COMPUESTOS PRINCIPALES %

Nitrógeno (N2) 78.090

Oxigeno (O2) 20.950

Argon (Ar) 0.930

Dióxido de carbono (CO2) 0.032

COMPUESTOS MENORES %

Neon (Ne) 0.0018

Helio (He) 0.00052

Metano (CH4) 0.00015

Criptón (Kr) 0.0001

Hidrogeno (H2) 0.00005

Oxido nitroso (N2O) 0.00002

Monóxido de carbono (CO) 0.00001

Xenón (Xe) 0.000008

Ozono (O3) 0.000002

Amoniaco (NH3) 0.0000006

Dióxido de nitrógeno (NO2) 0.0000001

Oxido nítrico (NO) 0.00000006

Dióxido de azufre (SO2) 0.00000002

Sulfuro de hidrogeno (H2S) 0.00000002

Propiedades físicas:

Es de menor peso que el agua. Es de menor densidad que el agua. Tiene Volumen indefinido. No existe en el vacío. Es incoloro, inodoro e insípido.

Propiedades químicas:

Reacciona con la temperatura condensándose en hielo a bajas temperaturas y produce corrientes de aire. Esta compuesto por varios elementos entre ellos el oxigeno (O2) y el dióxido de carbono elementos básicos para la vida.

Capas o regiones de la atmósfera:

Troposfera: Alcanza una altura media de 12 km. (es de 7km. En los polos y de 16km. En los trópicos) y en ella encontramos, junto con el aire, polvo, humo y vapor de agua. Estratosfera: Zona bastantemente fría que se extiende de los 12 a los 50km de altura; en su capa superior (entre los 20 y los 50km) contiene gran cantidad de ozono (O3).

Mesosfera: Zona que se sitúa entre los 50 y los 100km de altitud; su temperatura media es de 10°C; en ella los meteoritos adquieren altas temperaturas y en su gran mayoría se volatilizan y consumen.Ionosfera: Empieza después de los 100km. Y va desapareciendo gradualmente hasta los 500km de altura. En esta región, constituida por oxígeno (O2), la temperatura aumenta hasta los 1000°C. Exosfera: Comienza a 500km. de altura y extiende más allá de los 1000km; está formada por una capa de helio y otra de hidrogeno. Después de esa capa se halla una enorme banda de radiaciones (conocida como magnetosfera) que se extiende hasta unos 55000km de altura, aunque no constituye propiamente un estrato atmosférico.

Figura 31: Capas De La AtmósferaFuente: Libro Química Elemental Moderna Inorgánica de Celso-Jacobucci

La calidad del aire es una indicación de cuanto el aire esté exento de polución atmosférica, y por lo tanto apto para ser respirado.. Las principales fuentes andrógenas de contaminación del aire son:Las fábricas o instalaciones industriales, que no tienen los filtros adecuados para las emisiones aéreas; Centrales termoeléctricas; Vehículos automotores con motor de combustión interna La calidad del aire puede ser comprometida también por causas naturales como por ejemplo:Erupciones volcánicas; Vientos fuertes con transporte de partículas en suspensión. La lucha contra la contaminación atmosférica se desarrolla en los siguientes frentes:En el control de las fuentes de contaminación andrógenas y fijación de estándares adecuados para las emisiones; y Monitoreo de la calidad del aire y determinación de estándares mínimos, a partir de los cuales se desencadenan las medidas excepcionales de limitaciones de emisiones.

Industria contaminante

CFCUtilizados en los sistemas de refrigeración y de climatización por su fuerte poder conductor, son liberados a la atmósfera en el momento de la destrucción de los aparatos viejos. Utilizados como propelente en los aerosoles, una parte se libera en cada utilización. Los aerosoles utilizan de ahora en adelante otros gases sustitutivos, como el CO2. Monóxido de carbonoEs uno de los productos de la combustión incompleta. Es peligroso para las personas y los animales, puesto que se fija en la hemoglobina de la sangre, impidiendo el transporte de oxígeno en el organismo. Además, es inodoro, y a la hora de sentir un ligero dolor de cabeza ya es demasiado tarde. Se diluye muy fácilmente en el aire ambiental, pero en un medio cerrado, su concentración lo hace muy tóxico, incluso mortal. Los motores de combustión interna de los automóviles emiten monóxido de carbono a la atmósfera por lo que en las áreas muy urbanizadas tiende a haber una concentración excesiva de este gas hasta llegar a concentraciones de 50-100 ppm,[] tasas que son peligrosas para la salud de las personas. Dióxido de carbonoLa concentración de CO2 en la atmósfera está aumentando de forma constante debido al uso de carburantes fósiles como fuente de energía[] y es teóricamente posible demostrar que este hecho es el causante de producir un incremento de la temperatura de la Tierra. [] Monóxido de nitrógenoTambién llamado óxido de nitrógeno (II) es un gas incoloro y poco soluble en agua que se produce por la quema de combustibles fósiles en el transporte y la industria. Se oxida muy rápidamente convirtiéndose en dióxido de nitrógeno, NO2, y posteriormente en ácido nítrico, HNO3, produciendo así lluvia ácida. Dióxido de azufreLa principal fuente de emisión de dióxido de azufre a la atmósfera es la combustión del carbón que contiene azufre. El SO2 resultante de la combustión del azufre se oxida y forma ácido sulfúrico, H2SO4 un componente de la llamada lluvia ácida que es nocivo para las plantas, provocando manchas allí donde las gotitas del ácido han contactado con las hojas.[2]SO2 + H2O = H2SO4La lluvia ácida se forma cuando la humedad en el aire se combina con el óxido de nitrógeno o el dióxido de azufre emitido por fábricas, centrales eléctricas y automotores que queman carbón o aceite. MetanoEl metano, CH4, es un gas que se forma cuando la materia orgánica se descompone en condiciones en que hay escasez de oxígeno; esto es lo que ocurre en las ciénagas, en los pantanos y en los arrozales de los países húmedos tropicales. También se produce en los procesos de la digestión y defecación de los animales herbívoros. OzonoSu concentración a nivel del mar, puede oscilar alrededor de 0,01 mg kg-1. Cuando la contaminación debida a los gases de escape de los automóviles es elevada y la radiación solar es intensa, el nivel de ozono aumenta y puede llegar hasta 0,1 kg-1.Las plantas pueden ser afectadas en su desarrollo por concentraciones pequeñas de ozono. El hombre también resulta afectado por el ozono a concentraciones entre 0,05 y 0,1 mg kg-1, causándole irritación de las fosas nasales y garganta, así como sequedad de las mucosas de las vías respiratorias superiores

CONTAMINANTES A MONITOREAR EN FUNCIÓN A PRINCIPALES FUENTES

FUENTE CONTAMINANTE Vehiculo intenso trafico CO2,CO,SO2,PM – 10,PM – 25Domicilio(leña) PM – 10,PM – 25, COIndustria domestica/carbón SO2, PM – 10,PM – 25Industrias/consumo combustible residual SO2, PM – 10,PM – 25Pesqueras H2S,PMFundición SO2Cemento PM – PM – 25Generación eléctrica/carbón SO2,PM – 10,PM – 25Generación eléctrica/gas natural NO2 , H2S []

Unidades para el monitoreo de la calidad del aire:

Tabla 2: Composición del AireCOMPONENTE UNIDADES

Monóxido de Carbono (CO) PPMDióxido de azufre (SO2) PPMDióxido de nitrógeno (NO2) PPMOzono (O3) PPMOxido de nitrógeno (NO) PPM

Acido sulfhídrico (H2S) PPMPartículas menores a 10 micras (PM) -10ug/m³Partículas suspendidas totalmente (PST) ug/m³Plomo (Pb) ug/m³Cobre (Cu) ug/m³Fierro (Fe) ug/m³Cadmio (Cd) ug/m³ Níquel (Ni) ug/m³Temperatura (T) °CHumedad Relativa (RH) % de Hum. ReVelocidad del viento (WSP) metros por segundoDirección del viento (WDR) grados

MÉTODOS EQUIVALENTESCONTAMINANTE MÉTODO EQUIVALENTESO2 Espectrometría de absorción óptica diferencial con

calibración in situ.Método de la pararosanilinaMétodo acidimétricoCromatografía por intercambio de iones.Método de hidróxido de potasio/glicerol por espectrofotometríaMétodo de carbonato de sodio/glicerol por cromatografía de intercambio de iones.

PM-10 Microbalanza oscilante de elementos iónicos (TEOM)Analizadores de absorción por reducción beta.Por transducción gravimétrica de oscilaciones inducidos.Método gravimétrico de muestrador de bajo volumen equipado con cabezal PM-10.

CO Método de zeolita/cromatografía de gases con detector FID

NO2 Espectrometría de absorción óptica diferencial con calibración in situ.Métodos modificados de Greiss-SatzomannMétodo de trietanolamina por espectrofotometría.

O3 Quimioluminiscencia con etileno Espectrometría de absorción óptica diferencial con calibración in situ.Cromatografía gas/solidoMétodo HBKIMétodo 1,2 dipiril etileno/espectrofotometríaMétodo de KIMétodo de nitrito de sodio/carbonato de sodio/glicerina por cromatografía de iones.Reflactancia del índigo carmín

Pb Espectrofotometría de absorción atómica sin flama.Espectrofotometría de emisión de plasma acoplado inducidoEspectrofotometría FRX energía dispersiva.Espectrofotometría FRX longitud de onda dispersiva.

H2S Fuorescencia UV.

Acondicionamiento del aire:El acondicionamiento de aire consiste en regular las condiciones en cuanto a la temperatura, humedad, limpieza y el movimiento del aire adentro de los locales.Entre los sistemas de acondicionamiento se cuentan los autónomos y los centralizados. Los autónomos producen el calor o el frío y tratan el aire. Los centralizados tienen un/unos acondicionador/es que solamente tratan el aire y obtienen la energía térmica (calor o frío) de un sistema centralizado.El acondicionamiento de aire se efectúa en verano para: enfriamiento y deshumectación, y en inviernopara: calentamiento y humectación.Las operaciones comunes en invierno y verano: ventilación, filtrado y circulación, estos procesos deben realizarse automáticamente, sin ruidos molestos y Con el menor consumo energético.Las personas desarrollan sus actividades con comodidad a una humedad relativa de 50 a 60% y a una temperatura de 20 a 25°C, estas condiciones se consiguen artificialmente para los teatros, casas trenes, hoteles, oficinas, fábricas, etc. A continuación se presenta un esquema del acondicionamiento de aire.

Figura 32: Acondicionamiento Del Aire

1.- Cámara de purificación2.- Purificación3.- secado o humedecimiento4.- calentamiento o enfriamiento5.-Calentamiento posterior6.- aire con temperatura y humedad ideales7.- habitación8.- aire circulante en la habitación9.- aire fresco10.- higrómetro11.- termostato12.- regulación

Fraccionamiento del aire: Para obtener Nitrógeno y Oxígeno se efectúa el fraccionamiento del aire, tal como se detalla en el presente diagrama de flujo.

ESTÁNDARES NOMINALES DE CALIDAD AMBIENTAL DE AIRE

Figura 34: Diagrama de Flujo del Fraccionamiento del Aire Tabla 3: Descripción de los Equipos

CODIGO EQUIPO

D-110D-310D-319

Torre de lavado.Columna de destilación.Expansión instantánea.

H-101H-205, H-206H-207, H-208H-311, H-314

Filtro de aire.Separadores.Separador intercambiable de acetileno.Separador intercambiable.

G-102 Compresor de triple efecto.

E-111 Bomba.

V-201, V-202, V-203,V-204

Serpentines.

E-318 Refrigerante supletorio.

K-206, K-208, K-301,K-312, K-313, K-315,K-316, K-317, K-321

Válvulas de descompresión.

Descripción del Proceso de Fraccionamiento:

Por (1) se succiona el aire, en el filtro (2) se separan las impurezas sólidas y se lleva a un compresor de triple efecto (3), en el primer efecto se el aire a 8 atm. Y pasa después a la torre de lavado (4) recorrida por lejía de sosa, el aire purificado en esta torre de lavado se comprime en los efectos 2 y 3 hasta 80 atm., refrigerando después de cada efecto para eliminar la gran cantidad de energía liberada, el aire comprimido y desprovisto de agua desde (6) pasa al sistema en contracorriente (7 y 8) En (7) circula en contracorriente oxígeno y en (8) nitrógeno procedentes del aparato de fraccionamiento (15), los restos de agua se depositan en los separadores (9 y 10). En el separador intercambiable de acetileno (11) se separa el acetileno que se haya podido captar del aire. Ahora el aire frío pasa a los dos aparatos de contracorriente (12 y 13), encontrándose en contracorriente en (12) nitrógeno frío y en (13) oxígeno frío a la salida de (12 y 13) el aire tiene casi la temperatura de licuefacción de – 183oC y se le hace pasar por el aparato de fraccionamiento, en el que, después de atravesar la válvula de descompresión (14) se descomprime a 5 atm. En (15) con lo que se produce la licuefacción de todo el aire.

El aire procedente de (15) se liquida en la columna de presión (16). El nitrógeno que hierve más bajo -195.8ºC, se evapora en gran parte y asciende, mientras permanece abajo en estado líquido un aire enriquecido en oxígeno 35%. Se hace pasar a éste por el separador

CONTAMINANTE PERIODO VALORFORMA ESTÁNDAR

MÉTODO DE ANÁLISIS

SO2Anual 80

Media aritmética anual

Fluorescencia UV

24 H 365NE más de una vez al año

Separación inercial

PM-10Anual 50

Media aritmética anual

Separación inercial

24H 150NE más de 3 veces al año

Filtración(gravimétrica)

CO8H 1000

Promedio anual morí

Infrarrojo no dispersivo

1H 3000NE más de una vez al año

Método automático

NO2Anual 100

Media aritmética Anual

Quimioluminiscencia

1H 200NE más de una vez al año

Método automático

O3 8H 120NE más de 24 veces al año

Fotometría UV (método automático)

PbAnual 0.5

Media aritmética mensual

Método PM-10

Mensual 1.5NE más de 4 veces al año

Espectrofotometría de absorción atómica

H2S 24HFluorescencia UV (método automático)

K-206

K-208

K-312

K-313

intercambiable de dióxido de carbono (17) y por la válvula de decomprensión (18) hasta la columna superior (16a) y se le expande a 0.5 atm, se separa nitrógeno y oxígeno. El oxígeno fuertemente subenfriado se separa líquido sobre la placa (21a), el nitrógeno del interior del condensador, todavía comprimido a 5 atm se liquida y fluye en parte por el canal (19) y en parte en los platos perforados, donde ayuda a la completa separación de nitrógeno y oxígeno.

El nitrógeno líquido se hace llegar a través de la válvula de descompresión (22) con lo que tiene un ulterior enfriamiento, se saca el nitrógeno puro gaseoso de la cúpula (23) del condensador principal y descomprimiéndolo a través de (28) en la columna superior, después de pasar por el refrigerante supletorio (26).

El gas nitrógeno puro sale de la columna superior por (29) y actúa sucesivamente en los refrigerantes (12 y 8) a contracorriente sobre el aire nuevo que entra en la instalación. A su salida (31) se ha calentado bastante y se le conduce a su punto de destino.

El oxígeno sale por (24) y pasa los aparatos de contracorriente (13 y 7) donde refrigera al aire que viene en sentido contrario, sale por (30) y se le conduce a su destino.

Aire liquido:El aire líquido está compuesto de aire que ha sido licuado mediante aplicación de alta compresión en pistones y posteriormente enfriado a muy bajas temperturas. Es móvil y transparente, se obtiene por destilación fraccionada donde se evapora primero el nitrógeno – 196 ºC y luego el oxígeno - 183ºC.Contiene más oxígeno que el aire atmosférico (hasta 50%) a causa de que se licua con dificultad el nitrógeno. Debe ser conservado en un vaso Dewar a temperatura ambiente, el aire líquido absorbe rápidamente el calor y es esta la razón por la que se convierte rápidamente a su estado gaseoso. El aire líquido tiene una densidad de aproximadamente 870 kg/m3, aunque esta densidad nominal puede ser diferente en muchos casos dependiendo de la composición elemental del aire. Punto de fusión: -216.2 °C Punto de ebullición: -194.35 °CUsosSe emplea generalmente en la refrigeración de otras sustancias, así como fuente de nitrógeno, oxígeno, argón, y otros gases inertes.Los usos más frecuentes del aire líquido son la refrigeración industrial (por ejemplo es empleado para refrigerar los dispositivos de superconductividad) y de dispositivos de laboratorio (fundamentalmente detectores y cámaras de infrarrojo, detectores, etc.), en medicina, esterilización de instrumentos.

Numerosas sustancias orgánicas introducidas en él endurezcan y sean frágiles como el vidrio, así las carnes, los huevos, el caucho, el alcohol, la esencia de trementina, se endurecen y pueden ser pulverizados.Algodón o polvo de carbón impregnados en el aire líquido arden como pólvora.

Figura 35: Porcentaje Del Aire Líquido Destilado

El calentamiento globalEl calentamiento global es un término utilizado para referirse al fenómeno del aumento de la temperatura media global, de la atmósfera terrestre y de los océanos, que posiblemente alcanzó el nivel de calentamiento de la época medieval a mediados del siglo XX, para excederlo a partir de entonces.[]El calentamiento global está asociado a un cambio climático que puede tener causa antropogénica o no. El principal efecto que causa el calentamiento global es el efecto invernadero, fenómeno que se refiere a la absorción por ciertos gases atmosféricos—principalmente H2O, seguido por CO2 y O3—de parte de la energía que el suelo emite, como consecuencia de haber sido calentado por la radiación solar.[3] El

efecto invernadero natural que estabiliza el clima de la Tierra no es cuestión que se incluya en el debate sobre el calentamiento global. Sin este efecto invernadero natural las temperaturas caerían aproximadamente en unos 30 °C; con tal cambio, los océanos podrían congelarse y la vida, tal como la conocemos, sería imposible. Para que este efecto se produzca, son necesarios estos gases de efecto invernadero, pero en proporciones adecuadas. Lo que preocupa a los climatólogos es que una elevación de esa proporción producirá un aumento de la temperatura debido al calor atrapado en la baja atmósfera.Respuestas al calentamiento globalMitigaciónLas propuestas dirigidas a mitigar los efectos del cambio climático se basan en definir áreas de intervención, propugnar la implantación de energías renovables y difundir usos más eficientes de la energía. Algunos estudios estiman que la reducción de emisiones perjudiciales podría ser muy significativa si estas políticas se mantienen en el futuro.[]AdaptaciónOtras respuestas políticas incluyen la adaptación al cambio climático. La adaptación al cambio climático puede ser planificada, por ejemplo, por el gobierno local o nacional, o espontánea, realizada en privado sin la intervención del gobierno.[] La capacidad de adaptación está estrechamente vinculada al desarrollo económico y social.[] GeoingenieríaOtra respuesta política es la ingeniería del clima (geoingeniería). Esta respuesta política a veces se agrupa con la mitigación.[] La geoingeniería no ha sido probada en gran medida, y las estimaciones de costos confiables no han sido publicadas.[] La geoingeniería abarca una gama de técnicas para eliminar el CO2 de la atmósfera o para bloquear la luz solar. Protocolo de Kioto[]Las emisiones que se acordaron limitar en los siguientes Gases Invernadero: Dióxido de carbono (CO2), Metano (CH4), Óxido nitroso (N2O), Hexafluoruro de azufre (SF6), así como dos grupos de gases Hidrofluorocarbonos (HFC) y Perfluorocarbonos (PFC). Estos gases deben limitarse en los siguientes sectores: energía; procesos industriales, disolventes y otros productos; agricultura, cambio de uso de la tierra y silvicultura; y desechos.[]