3112 3 fuentes puntuales

8/18/2019 3112 3 Fuentes Puntuales

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LIBERTAD Y ORDEN

MINISTERIO DE AMBIENTE,VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL

República de Colombia

ÁLVARO URIBE VÉLEZPresidente de la República

JUAN LOZANOMinistro de Ambiente, Vivienda y Desarrollo

Territorial

CLAUDIA MORAViceministra de Ambiente

CESAR BUITRAGODirector de Desarrollo Sectorial Sostenible

HELVER REYESInterventor Contrato FONADE 2070389

CONSULTORK-2 INGENIERIA

EQUIPO TECNICO

Manuel I. Amaya(Gerente)

Carlos Echeverry(Director del Proyecto)

Amilcar Rizzo(Asesor)

Francisco Andrés LealIsabel Cristina Rey

Johanna Marcela Bastos(Ing. Consultores)

Anderson Carrillo MonteroDarinel Gónzalez Valle

(Ing. Auxiliares)

DISEÑO Y DIAGRAMACIÓNK2 INGENIERIA.

IMPRESIÓN

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Todos los derechos reservados.Apartes de los textos pueden reproducirse

citando la fuente.

S d ió t t l d b t i d l

DOCUMENTO DESARROLLADO EN ELMARCO DEL CONTRATO FONADE 2070389

Préstamo BIRFNo.7335-con el BancoInternacional de Reconstrucción y Fomento

para financiar la implementación del Programade Inversión Para el Desarrollo Sostenible

IDS


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TABLA DE CONTENIDO

1 DEFINICIÓN .................................................................................................................................................................... 11

2 NIVEL DE DETALLE ..................................................................................................................................................... 12 3 METODOLOGÍAS BÁSICAS DE ESTIMACIÓN DE EMISIONES ......................................................................... 14

3.1 MUESTREO EN LA FUENTE ................................................................................................................................. 14 3.2 FACTORES DE EMISIÓN ....................................................................................................................................... 17

3.2.1 Cálculo de emisiones por combustión................................................................................................................... 19 3.2.2 Cálculo de emisiones por proceso ........................................................................................................................ 20

3.3 BALANCES DE MASA............................................................................................................................................ 21 3.4 MODELOS DE EMISIÓN ........................................................................................................................................ 27

4 METODOLOGÍAS DE CÁLCULO POR ACTIVIDAD ECONOMICA.................................................................... 32

4.1 CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA INDUSTRIA LADRILLERA................................................................... 33 4.2 CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA CADENA PRODUCTIVA DEL VIDRIO................................................ 36

4.2.1 Producción De Vidrio ........................................................................................................................................... 36 4.2.2 Producción De Fibra De Vidrio ........................................................................................................................... 39

4.3 CÁLCULO DE EMISIONES PARA EMPRESAS DE GENERACIÓN ELECTRICA ............................................ 40 4.3.1 Cálculo de emisiones en turbinas a gas................................................................................................................ 41

4.4 CÁLCULO DE EMISIONES EN LA EXPLORACIÓN, PERFORACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE

HIDROCARBUROS ............................................................................................................................................................... 43 4.5 CÁLCULO DE EMISIONES PARA PRODUCCION DE PANELA........................................................................ 43 4.5.1 Proceso de Beneficio............................................................................................................................................. 43 4.5.2 Variables asignadas.............................................................................................................................................. 44

4.6 CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA PRODUCCIÓN DE CAL ......................................................................... 46 4.7 CÁLCULO DE EMISIONES PARA PRODUCCIÓN DE MEZCLA ASFALTICA ................................................ 48 4.8 CÁLCULO DE EMISIONES PARA CALDERAS ................................................................................................... 50

4.8.1 Carbón Bituminoso............................................................................................................................................... 50 4.8.2 Crudo de Castilla o Fuel Oil No. 6....................................................................................................................... 51 4.8.3 ACPM, Diesel, Fuel Oil y Kerosene .......... ........... .......... ........... .......... ........... ........... .......... ........... .......... ........... . 52 4.8.4 Gas Natural........................................................................................................................................................... 52 4.8.5 Madera...... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... ........... .......... ........... .......... ........... ........ 52

4.9 CÁLCULO DE EMISIONES PARA PRODUCCIÓN DE COQUE.......................................................................... 53 4.9.1 Emisiones.............................................................................................................................................................. 54

4.10 CÁLCULO DE EMISIONES PARA INCINERACIÓN DE RESIDUOS ................................................................. 56 4.11 CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA PRODUCCIÓN DE CEMENTO.............................................................. 57 4 12 CÁLCULODE EMISIONES PARA LA PRODUCCIÓN DE CONCRETO 59


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4.16.1 Proceso de Ácido Débil.................................................................................................................................... 76 4.16.2 Procesos de Ácido Concentrado...................................................................................................................... 76 4.16.3 Proceso Directo ............................................................................................................................................... 76 4.16.4 Proceso Indirecto............................................................................................................................................. 77

4.17 CÁLCULO DE EMISIONES EN LA PRODUCCIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO................................................... 79 4.18 CÁLCULO DE EMISIONES EN LA PRODUCCIÓN DE FERTILIZANTES......................................................... 79

4.18.1 Producción de Sulfato de Amonio.................................................................................................................... 79 4.18.2 Producción De Roca Fosfórica........................................................................................................................ 81

5 FACTORES DE EMISIÓN NACIONALES .................................................................................................................. 83 5.1 SECTOR PULPA, PAPEL Y CARTÓN.................................................................................................................... 84 5.2 SECTOR FABRICACIÓN DE AZÚCAR................................................................................................................. 85 5.3 SECTOR SIDERÚRGICO ........................................................................................................................................ 86 5.4 SECTOR CEMENTOS.............................................................................................................................................. 87 5.5 SECTOR LADRILLERAS Y PRODUCTOS DE ARCILLA EN GENERAL .......................................................... 88 5.6 SECTOR CUEROS ................................................................................................................................................... 89

6 CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARA EL INVENTARIO DE DIOXINAS Y FURANOS ............................... 90

6.1 GENERALIDADES.................................................................................................................................................. 90 6.2 FUENTES DE EMISION DE DIOXINAS Y FURANOS HACIA LA ATMÓSFERA............................................. 91 6.3 CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARA LA ESTIMACIÓN DEL INVENTARIO ............................................. 91

6.3.1 Objeto y Criterios de Estimación.......................................................................................................................... 91 6.3.2 Categorías de Fuente de Emisión para Dioxinas y Furanos ................................................................................ 92 6.3.3 PRESENTACIÓN DEL DOCUMENTO INVENTARIO DE EMISIONES DE DIOXINAS Y FURANOS .......... ... 94

6.4 FACTORES DE EMISIÓN POR DEFECTO ............................................................................................................ 94

7 CONSIDERACIONES QUE AFECTAN LAS EMISIONES........................................................................................ 95

7.1 FACTORES DE DISEÑO Y DE PROCESO............................................................................................................. 95 7.2 PROCESOS QUE POR LO GENERAL SE OMITEN .............................................................................................. 96

8 EQUIPOS DE CONTROL DE CONTAMINACIÓN DEL AIRE................................................................................ 98

8.1 CICLONES................................................................................................................................................................ 98 8.2 FILTROS................................................................................................................................................................... 99 8.3 INCINERACIÓN .................................................................................................................................................... 100 8.4 ABSORCIÓN.......................................................................................................................................................... 101 8.5 CONDENSACIÓN.................................................................................................................................................. 102

8.6 PRECIPITADOR ELECTROSTÁTICO ................................................................................................................. 102 8.7 ADSORCIÓN.......................................................................................................................................................... 103 8.8 REDUCCIÓN SELECTIVA ................................................................................................................................... 103

8.8.1 Reducción Selectiva Catalítica .......... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... ........ 103 8.8.2 Reducción Selectiva No Catalítica............ .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... . 104

8.9 LAVADOR.............................................................................................................................................................. 105

9 PROCEDIMIENTO DE CODIFICACIÓN DE DATOS............................................................................................. 106


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LISTADO DE TABLAS

Tabla 1. Resultados de un CEM para una caldera que quema petróleo ...................................................................................... 16 Tabla 2. Orden de preferencia para los métodos de estimación .................................................................................................. 31 Tabla 3. Factores de emisión en los procesos de trituración, molienda, tamizado en la fabricación de ladrillos y productos

cerámicos...................................................................................................................................................................................... 34 Tabla 4. Factores de de emisión en la cocción de ladrillos y productos cerámicos................. .......... ........... .......... ........... .......... 34 Tabla 5. Identificación de etapas presentes en el caso de estudio........ .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... ... 35 Tabla 6. Resumen de resultados obtenidos para el caso planteado para estudio de la industria ladrillera.......... .......... ........... . 35 Tabla 7. Emisión de PST, NO X y SO2 durante la etapa de cocción del caso de estudio de la empresa ladrillera ......... ........... ... 36 Tabla 8. Factores de emisión para la fabricación de vidrio para botellas......... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... 37 Tabla 9. Resultados de emisiones para la Cristalería CRISOR como caso particular de estudio .......... .......... ........... .......... ..... 39 Tabla 10. Factores de emisión para la producción de fibra de vidrio. ........................................................................................ 40 Tabla 11. Factores de emisión para turbinas no controladas a gas.......... .......... ........... ........... .......... ........... .......... ........... ........ 42

Tabla 12. Factores de emisión para turbinas no controladas a gas.......... .......... ........... ........... .......... ........... .......... ........... ........ 42 Tabla 13. Factores de emisión para turbinas no controladas a gas.......... .......... ........... ........... .......... ........... .......... ........... ........ 43 Tabla 14. Factores de emisión para combustión de Gas Natural en Teas .......... ........... ........... .......... ........... .......... ........... ........ 43 Tabla 15. Factores de Emisión para combustión de leña y bagazo ............................................................................................ 45 Tabla 16. Factores de emisión para Horno rotatorio de carbón sin control .............................................................................. 47 Tabla 17. Factores de Emisión para Trituración en producción de cal............. .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... 48 Tabla 18. Factores de Emisión para plantas de mezcla caliente de asfalto con tambor............ ........... .......... ........... .......... ....... 49 Tabla 19. Emisiones para la empresa productora de mezcla asfáltica AsphalPlant...... ........... .......... ........... .......... ........... ........ 50 Tabla 20. Factores de Emisión para combustión de Carbón Bituminoso sin control. Caldera para carbón pulverizado......... 51

Tabla 21. Factores de Emisión para Crudo de Castilla o Fuel Oil No.6. Calderas con capacidad100 milones de BTU/h............. ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ....... 51 Tabla 23. Factores de Emisión para ACPM, Diesel, Fuel Oil y Kerosene............ ........... .......... ........... .......... ........... .......... ....... 52 Tabla 24. Factores de Emisión para Gas Natural. Caldera sin control............. ........... ........... .......... ........... .......... ........... ........ 52 Tabla 25. Factores de emisión para combustión de madera para calderas sin control............ .......... ........... .......... ........... ........ 53 Tabla 26. Emisiones calculadas para el caso de estudio seleccionado..... .......... ........... ........... .......... ........... .......... ........... ........ 53 Tabla 29. Factores de emisión para Hornos de Coque............................................................................................................... 55 Tabla 30. Factores de emisión para Hornos de Coque............................................................................................................... 56 Tabla 31. Clasificación de los incineradores de residuos ........................................................................................................... 56 Tabla 32. Factores de Emisión para incineradores de Residuos Hospitalarios........ .......... ........... .......... ........... .......... ........... ... 57 Tabla 33. Factores de Emisión para industrias de producción de cemento Pórtland (PST y PM 10) ........................................... 58 Tabla 34. Factores de Emisión para industrias de producción de cemento Pórtland (SO2. NO X , CO y CO2) ............................ 59 Tabla 35. Factores de emisión para la Producción de Concreto ................................................................................................. 60 Tabla 36. Factores de emisión de partículas para hornos de hierro gris........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... 64 Tabla 37.Factores de emisión estándar para emisiones de gases y plomo .................................................................................. 64 Tabla 38. Factores de emisión de partículas para hornos utilizados en la fundición secundaria de cobre y procesos dealeación (PST y PM10) .................................................................................................................................................................. 65


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Tabla 48. Factores de emisión para el proceso de producción de sulfato de amonio............. .......... ........... .......... ........... .......... 80 Tabla 49. Factores de emisión para la producción de roca fosfórica.......... ........... .......... ........... ........... .......... ........... .......... ..... 81 Tabla 50. Factores de emisión de PST y PM 10 en la producción de roca fosfórica. ................................................................... 82 Tabla 51. Factores de emisiones de SO2 del proceso de pulpeo Kraft. ........................................................................................ 84 Tabla 52. Factores de emisión de óxidos de nitrógeno (NO X )...................................................................................................... 84 Tabla 53. Factores de emisión de PST del sistema de recuperación en el pulpeo de Kraft. ........... .......... ........... .......... ........... ... 85 Tabla 54. Factores de emisión de VOCs en el proceso de pulpeo Kraft ...................................................................................... 85 Tabla 55. Factores de emisión sin control.................................................................................................................................... 85

Tabla 56. Factores de emisión para la producción de azúcar por inhibición, clarificación por centrífuga, evaporaciónmultiefecto y cristalización discontinua........................................................................................................................................ 85 Tabla 57. Consumo de bagazo por tipo de azúcar. ...................................................................................................................... 86 Tabla 58. Factores de emisión para la producción de productos de arrabio por reducción de mineral de hierro concoquización y alto horno. ............................................................................................................................................................. 86 Tabla 59. Factores de emisión para la producción de aceros por procesos semi-integral u horno eléctrico, con separaciónmanual de chatarra....................................................................................................................................................................... 86 Tabla 60. Factores de emisión para la producción de artículos de acería laminado en caliente, con cizallamiento, procesointegral. ........................................................................................................................................................................................ 86 Tabla 61. Factores de emisión para la producción de artículos de acería laminado en caliente, con cizallamiento, horno

eléctrico y proceso semi-integral.................................................................................................................................................. 87 Tabla 62. Factores de emisión para la producción de artículos de acería laminado en frío, decapado químico, recocidodiscontinuo por inmersión. ........................................................................................................................................................... 87 Tabla 63. Factores de emisión para la producción de cemento por vía seca con horno largo, combustible carbón. .......... ....... 87 Tabla 64. Factores de emisión para la producción de cemento por vía húmeda con decantación, combustible gas natural...... 87 Tabla 65. Factores de emisión para la producción de ladrillos refractarios por molienda discontinua, moldeo por prensado ycocción en continuo ...................................................................................................................................................................... 88 Tabla 66. Factores de emisión para la producción de artículos de arcilla con molienda discontinua, moldeo por extrusión, ycocción en continuo con carbón y secado artificial (aquí se deben incluir los chircales) .......... ........... .......... ........... .......... ....... 88

Tabla 67. Factores de emisión para la producción de artículos de arcilla de gres por molienda discontinua, moldeo porextrusión, secado artificial y cocción discontinua........................................................................................................................ 88 Tabla 68. Factores de emisión para la producción de cuero. ...................................................................................................... 89 Tabla 69. Matriz de selección para las categorías mayores de fuentes de emisión de Dioxinas y Furanos. Cada categoríacontiene subcategorías. ................................................................................................................................................................ 93 Tabla 70. Eficiencias de control típicas de un incinerador térmico para diferentes fuentes.......... .......... ........... .......... ........... . 100


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LISTADO DE FIGURAS

Figura 1. Diferentes niveles de un inventario de fuentes puntuales ........... .......... ........... ........... .......... ........... .......... ........... ........ 12 Figura 3. Ejemplos de factores de emisión................................................................................................................................... 18 Figura 4. Algoritmo para el cálculo de emisiones por combustión.............. .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ....... 19 Figura 5. Algoritmo de cálculo de emisiones por proceso ........................................................................................................... 20

Figura 6. Ejemplos de balance de materiales............................................................................................................................... 21 Figura 7. Esquema Balance de masa ........................................................................................................................................... 23 Figura 8. Análisis másico del material particulado en la operación de recubrimiento ........... .......... ........... .......... ........... .......... 24 Figura 9. Interfase de TANKS-Información del Tanque........ .......... ........... .......... ........... ........... .......... ........... .......... ........... ........ 27 Figura 10. Interfase de TANKS-Información del sitio.................................................................................................................. 28 Figura 11. Interfase de TANKS-Información del líquido ............................................................................................................. 28 Figura 12. Ejemplo de visualización en pantalla del WATER9......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ....... 29 Figura 13. Interfase Landfill ........................................................................................................................................................ 30 Figura 14. Interfase PM Calculator ............................................................................................................................................. 31 Figura 15. Diagrama de flujo de la elaboración del ladrillo ....................................................................................................... 33 Figura 16. Etapas básicas del proceso de fabricación del vidrio ................................................................................................ 37 Figura 17. Proceso de producción de energía eléctrica.......... ........... .......... ........... .......... ........... ........... .......... ........... .......... ..... 41 Figura 18. Ciclo de una turbina a gas.......................................................................................................................................... 41 Figura 19. Diagrama de flujo Proceso de Producción cal viva................................................................................................... 47 Figura 20. Diagrama de flujo de Producción de Mezcla Asfáltica .............................................................................................. 49 Figura 22. Diagrama de flujo de procesos para la producción de coque .......... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... 55 Figura 23. Proceso de producción de cemento ........................................................................................................................... 58 Figura 25. Reacciones involucradas en el proceso de fundición del hierro........ .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... 61 Figura 26. Procesos en una planta de fundición de hierro con planta de coquización............ .......... ........... .......... ........... .......... 62 Figura 27. Diagrama de flujo del proceso de Fundición de hierro....... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... ... 63 Figura 29. Esquema de la fundición primaria de plomo.............................................................................................................. 69 Figura 30. Estructura física básica de una refinería de petróleo.......... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... ... 74 Figura 31. Diagrama de flujo con las diferentes etapas posibles para la obtención de ácido nítrico .......... .......... ........... .......... 78 Figura 32. Diagrama de bloques esquemático de las dos vías principales de obtención del sulfato de amonio. ......... ........... ... 80 Figura 33. Esquema del proceso de producción de roca fosfórica .............................................................................................. 81 Figura 34. Diagrama de un ciclón ............................................................................................................................................... 99 Figura 35. Diagrama de un filtro............................................................................................................................................... 100 Figura 36. Diagrama de un precipitador electroestático.......................................................................................................... 103

Figura 37. Bosquejo de operación para la reducción catalítica ................................................................................................ 104 Figura 38. Lavador Venturi........................................................................................................................................................ 105


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LISTADO DE ABREVIATURAS

a Año (365 días)A Nivel de actividadAl2O3 AlúminaAP-42 Compilation of air pollutant emission factors (compendio de los factores de

emisión de contaminantes del aireBHP Boiler horse powerBtu/h Unidad de flujo volumétrico, British thermal unit per hour (unidad térmica

británica por hora)C CarbonoCaO Oxido de calcioCaCO3 Carbonato de calcioCCE Comisión para la Cooperación EconómicaCDD Combustible Derivado de Desechos

CEM Continuos Emission Monitoring (monitoreo continuo de emisiones)CEN Comité Europeo de NormalizaciónCH4 MetanoC8H18 OctanoCIIU Código de Clasificación de Actividades Industrialescm Unidad de longitud, centímetroCNP Éter de 2,4,6 – triclorofenil – 4’ - nitrofeniloCO Monóxido de carbonoCOP Contaminantes Orgánicos Persistentes

CO2 Dióxido de carbonoCORANTIOQUIA Corporación Autónoma Regional del Centro de AntioquiaCORPOICA Corporación Colombiana de Investigación AgropecuariaCORINAIR Corine: Coordination of Information on the Environment in Europe - Community

Programme (Inventario Central de Emisiones Atmosféricas)Cprom Concentración promedioCS Concentración de partículas en el gas de escapeDANE Departamento Administrativo Nacional de EstadísticaDCB Diclorobenceno

DCE 1,2 – dicloroetanoDP Desechos PeligrososE Estimado de emisión para la fuenteEMEP Cooperative Program for Monitoring and Evaluation of the long-range transmission

of air pollutants in Europe (Programa Concertado para la Vigilancia Continua(Monitoreo) y Evaluación del Transporte a Larga Distancia de ContaminantesAtmosféricos en Europa)

EPA E i l P i A (A i d P ió A bi l d l E d


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FET Factor de Equivalencia de Toxicidadg aceleración de la gravedad, 9.8 m/s2

g/g-mol Unidades de peso molecular, gramos por gramo-molGLP Gas Licuado de Petróleoh Unidad de tiempo, horasHARP-HAZ Harmonized Quantification and Reporting Procedures for Hazardous Substances

(Procedimientos Armonizados de Información y Cuantificación para SustanciasPeligrosas)

HCl Ácido clorhídricoHCT Hidrocarburos totalesHNO3 Ácido nítricoH2O AguaH2SO4 Ácido sulfúricoIDEAM Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de ColombiaIPCS International Programme on Chemical Safety (Programa Internacional de

Seguridad para Sustancias Químicas)IPPC Integrated Pollution Prevention and Control of the European Union (Prevención y

Control Integrados de la Contaminación en la Unión Europea)in Unidad de longitud, pulgadasISO Organización Internacional de EstandarizaciónK Constante de generación de metanoKcal/Kg Unidad de consumo energético, kilocalorías por kilogramoKg Unidad de masa, kilogramoKg/h Unidad de flujo másico, Kilogramo por horaKg/Kmol Unidades de peso molecular, kilogramo por kilogramo-molKPa Unidad de presión, kilopascal (equivale a 1000 Pa)l Unidad de volumen, litro

Lo Potencial de generación de metano de la basuraLb Unidad de masa, libraLD Límite de DetecciónLRTAP Long Range Transboundary Air Pollutants (Contaminantes del Aire

Transfronterizos de Largo Alcance)m Unidad de longitud, metrom3 Unidad de volumen, metro cúbicoMf Masa de partículas recolectadas en la muestra del filtromg Unidad de masa, miligramos

MJ /Ton Unidad de consumo de energía, 1*10*6

Julios por toneladamm Unidad de longitud, milímetroMph Unidad de velocidad, millas por horaMr Masa de partículas recolectadas en la muestra de enjuagueMWprom Peso molecular promedio del contaminanteMSW Municipal Solids Wastes (Desechos Sólidos Municipales)N2 Nitrógeno


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OSPAR Comission for the Protection of the Marine Environment (Comisión para laProtección del Ambiente Marino del Atlántico Norte-Este)

p Para (especificando la nomenclatura de compuestos aromáticos)P Presión atmosférica (Pa)Po Presión atmosférica al nivel del marPa Unidad de presión del Sistema Internacional de Unidades (Pa)PCB Bifenilos PolicloradosPCDD Dibenzo – p – dioxinas policloradasPCDF Dibenzo – furanos policloradosPCP Penta – clorofenolpH Potencial de hidrogeno, puede considerarse medida del grado de acidezPM Material particuladoPM2.5 Material particulado menor a 2.5 micrómetrosPM10 Material particulado menor a 10 micrómetrosPNA Plan Nacional de Aplicación (según el Convenio de Estocolmo sobre COP; NIP:

Nacional Implementation Plan)PNUMA Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente ppm Unidad de concentración, partes por millónpsia Presión medida con respecto al vacío totalPST Partículas suspendidas totalesPVC Policloruro de ViniloQ Tasa de flujo volumétrico del gas de escape en condiciones estándarQ comb Consumo de combustibleQ prom Tasa promedio de flujo de gas en la chimeneaQ VOC´S Emisión de Compuestos orgánicos volátilesR Tasa de consumo de calorSCR Selective Catalytic Reduction (Reducción Selectiva Catalítica)

SI Sistema Internacional de UnidadesSNAP Selected Nomenclatura for Air PollutionSNCR Selective Non-Catalytic Reduction (Reducción Selectiva No Catalítica)SO2 Dióxido de azufreSO3 Trióxido de azufre SO4

-2 Ión sulfatoSOX Óxidos de sulfuroT Temperaturat Unidad de masa, tonelada métrica (1000 Kg)

TCB TriclorobencenoTEM Tasa de emisión en masaTEMa Tasa de emisión en masa de la actividadTOC Compuestos orgánicos totalesUIS Universidad Industrial de SantanderUV UltravioletaV Volumen molar a presión y temperatura estándar


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1 DEFINICIÓN

De acuerdo con el Decreto 948 de 1995 una fuente de emisión es toda actividad, proceso u

operación, realizada por los seres humanos, o con su intervención, susceptible de emitircontaminantes al aire.

Las denominadas fuentes fijas son todas aquellas situadas en un lugar determinado e inamovible,aún cuando la descarga de contaminantes se produzca en forma dispersa. Dichas fuentes fijaspueden ser puntuales (aquella que emite contaminantes al aire por ductos o chimeneas) odispersas (cuando los focos de emisión de una fuente fija se dispersan en un área, por razón deldesplazamiento de la acción causante de la emisión, como en el caso de las quemas abiertascontroladas en zonas rurales o las emisiones fugitivas o dispersas de contaminantes por actividades

de explotación minera a cielo abierto).Las fuentes puntuales incluyen entre otros a los siguientes sectores industriales: químico,petrolero y petroquímico, de pinturas y tintas, de automóviles, de la celulosa y papel, del hierro yel acero, del vidrio, de la generación de electricidad, del asbesto, del cemento y la cal así comodel tratamiento de residuos peligrosos. Además de las plantas localizadas en zonas industriales ylas fuentes que afecten el equilibrio ecológico de una zona o país.

Para el control de dichas emisiones atmosféricas se promulgo el Decreto 02 de 1982 en el cual seestablecen en el capítulo IV normas especiales de emisión de partículas para algunas fuentes fijasartificiales: calderas a base de carbón, fábricas de cemento, industrias metalúrgicas, plantasproductoras de asfalto y mezclas asfálticas, y otras industrias, y el decreto 948 de 1995 que en suartículo 73 reglamenta los casos que requieren del permiso de emisión atmosférica como uninstrumento para que las autoridades ambientales realicen la verificación del cumplimiento de lasnormas de emisión vigentes.


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2 NIVEL DE DETALLE

Las fuentes puntuales se pueden inventariar a tres niveles de detalle:1 • Nivel de planta: se refiere a una planta o instalación que puede contener varias actividades

emisoras de contaminantes.• Nivel puntual o de chimenea: es el lugar exacto en donde ocurren las emisiones al aire libre.• Nivel de proceso o de segmento: representa las operaciones o procesos que integran la planta.

Figura 1. Diferentes niveles de un inventario de fuentes puntuales

Por lo general la información sobre fuentes puntuales se recopila por medio de encuestas o visitasa los establecimientos, así que se debe revisar que cuenten con los siguientes elementos deinformación:

A nivel de planta:

• Nombre de la planta• Identificación de la planta• Ubicación geográfica• Contacto en la planta (nombre, teléfono, fax)• Número de identificación de la actividad industrial (Código de Clasificación de Actividades

Industriales (CIIU))P d ió (f i t i i b d t )


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A nivel de proceso/segmento:• Datos a nivel de proceso (materias primas, corrientes de proceso)• Datos de operación (real, máxima y de diseño)• Parámetros del combustible• Equipo de control y eficiencias• Emisiones por segmento• Unidades de emisión

Los datos de emisiones inventariadas a nivel de proceso o de planta, pueden ser extrapolados afuentes o plantas similares. Este tipo de extrapolación es el que se usa para hacer estimaciones deemisiones de fuentes puntuales similares a aquellas que ya fueron caracterizadas plenamente y endonde se tienen estimaciones confiables de emisiones.

Esta es una de la ventajas que ofrece inventariar las emisiones a nivel de proceso, además que selogran datos más específicos y precisos con los cuales es posible verificar las estimaciones de lasemisiones en toda la planta y se facilita el desarrollo de regulaciones, el cumplimiento, rastreo yotorgamientos de permisos ambientales. No obstante las limitaciones en los recursos hacen que las

emisiones generalmente se inventaríen a nivel de planta o de chimenea.


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3 METODOLOGÍAS BÁSICAS DE ESTIMACIÓN DE EMISIONES

A nivel mundial existen diversas entidades que se encargan de determinar los métodos demedición de emisiones contaminantes en fuentes fijas, entre los que sobresalen la Agencia de

Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), el Comité Europeo de Normalización (CEN) y laOrganización Internacional de Estandarización (ISO).

Sin embargo, la mayor parte de los países que cuentan con reglamentación para fuentes fijas(incluida Colombia) utilizan los siguientes métodos propuestos por la EPA para determinar lasemisiones contaminantes:• Muestreo en la fuente• Factores de emisión• Balance de masa

• Modelos de emisión

3.1 MUESTREO EN LA FUENTE2

El propósito del muestreo en la fuente es determinar la concentración del contaminante en unacorriente de gas o la tasa de emisión del contaminante de una chimenea o del escape de unproceso. Midiendo la concentración del contaminante en un volumen conocido de gas ydeterminando la tasa de flujo del gas en una chimenea es posible calcular la tasa de emisión en

masa del contaminanteDebido a la complejidad técnica del muestreo en la fuente, se requiere de tiempo y equiposespecializados para obtener datos de emisiones con altos grados de exactitud y válidos paranumerosos contaminantes de una fuente. Por esto el costo de realizar un muestreo de este tipo enuna planta puede ser muy alto; sin embargo, si se aplica correctamente este método, puedeproporcionar una mejor estimación de las emisiones de una fuente que los factores de emisión o elbalance de masa.

El uso de datos de muestreo en la fuente reduce el numero de suposiciones relacionadas con laaplicabilidad de factores de emisión, las eficiencias del equipo de control de contaminaciónatmosférica, las variaciones del equipo o las características del combustible que son aplicadas atipos similares de fuentes de emisión.

Los datos de un muestreo en la fuente deben usarse para estimar emisiones, solo si los datos seobtuvieron en condiciones representativas de la operación normal de proceso; además estos datosd i ió d t l ti l i i l d f t i l ió


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• Una tasa de carga de masa o una tasa de emisión (masa de contaminante emitida por unidadde tiempo).

• Un factor de emisión (masa de contaminante emitida por unidad de actividad del proceso).

Ejemplo:Calcular la tasa de emisión en masa, TEM, en kilogramos por hora (Kg/h) y la tasa de emisión enmasa de la actividad TEMa de partículas de una caldera con una tasa de consumo de calor R de 110MMkJ/h, teniendo en cuenta la siguiente información:

Volumen de la muestra de gas: ∆V = 0.57 metros cúbicos normales (Nm3)

Masa de partículas recolectadas en la muestra de enjuague: Mr = 5.0 miligramos (mg)Masa de partículas recolectadas en la muestra del filtro: Mf = 8.4 mgTasa de flujo volumétrico del gas de escape en condiciones estándar: Q = 26.270 metros cúbicosnormales por hora (Nm3/h);

El cálculo de las emisiones comienza con la determinación de la concentración de partículas en el

gas de escape, CS:

Cs = (Mr + Mf) / ∆∆∆∆V= (5.0 mg + 8.4 mg) / 0.57 Nm3

= 23.5 mg/Nm3

Ahora se establece la tasa de emisión en masa, TEM, en kilogramos por hora (Kg/h):

TEM = Cs x Q/(106)

= 23.5 mg/Nm

3

x 26.270 Nm

3

/h/(10

6

mg/Kg)= 0.62 Kg/h

Este dato de emisión se puede expresar también por unidad de actividad como un factor deemisión para así obtener la tasa de emisión en masa de la actividad (TEMa):

TEMa = TEM / R= 0.62 Kg/h / (110 MMkJ/h)

= 0.0056 Kg/MMkJ

Una alternativa para el muestreo manual en la fuente es el monitoreo continuo de emisiones(conocido como CEM por su sigla en ingles), que permite evaluar la variación del proceso con eltiempo. Un sistema CEM consiste de una bomba para extraer la muestra gaseosa de la fuente, deuna serie de instrumentos o de analizadores para analizar un contaminante específico en el gas yde un sistema de adquisición de datos para registrar la información con el tiempo.


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Figura 2. Sistema de monitoreo continuo de emisiones

Ejemplo:Tabla 1. Resultados de un CEM para una caldera que quema petróleo

PeríodoO2

(%V)SO2

(ppmv)NOX

(ppmv)CO

(ppmv)Tasa de Flujo de Gas en la

Chimenea (Nm3/h)

11:00 2.1 1004.0 216.2 31.5 33.9640

11:15 2.0 1100.0 200.6 25.5 34.3610

11:30 2.1 1050.0 216.7 25.1 32.891011:45 1.9 1070.0 220.5 20.8 34.8900

12:00 1.9 1070.0 213.8 19.4 34.7490

Promedio: 2.0 1058.8 213.6 24.5 34.1710

Calcular la tasa promedio de emisión, TEMprom de CO para todo el período de muestreo y la tasa deemisión de actividad, TEMa de CO suponiendo que el consumo de calor de la caldera, R es de 118MMkJ/h

Para el cálculo de la tasa de emisiones de CO se necesitan la concentración de CO promedio Cprom ,la tasa promedio de flujo de gas en la chimenea Q prom,, el peso molecular promedio delcontaminante, MWprom y el volumen molar a presión y temperatura estándar, V:

TEMprom = Cprom x MWprom x Q prom (1000 x V x 106 )


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3.2 FACTORES DE EMISIÓN3

Un factor de emisión es una relación entre la cantidad de contaminante emitido a la atmósfera conuna unidad de actividad asociada a dicha emisión, como por ejemplo la cantidad de materialprocesado o la cantidad de combustible usado.

En este caso la emisión se obtiene multiplicando el factor de emisión dado por la cantidad dematerial o combustible procesado:

E = A X FDonde:E = Estimado de emisión para la fuente (a nivel de proceso)A = Nivel de actividad (por ejemplo material producido)F = Factor de emisiones controladas (por ejemplo, Kg de contaminantes emitidos/t de materialprocesado)

Si el factor de emisión fue desarrollado sin considerar la operación de un equipo de control,entonces se incorpora el término de efectividad del sistema de control (1-ER/100); por lo tanto,

la ecuación queda así:

E = A x F x (1 - ER/100)Donde:E = Estimado de emisión para la fuente (a nivel de proceso)A = Nivel de actividad (por ejemplo, material producido)F = Factor de emisiones no controladas (por ejemplo lb de contaminantes emitidas/t de materialprocesado)ER = Eficiencia general en la reducción de emisiones totales, expresada en porcentaje, que es

igual a la eficiencia del equipo de captura, multiplicada por la eficiencia del equipo de control. Sino hay un equipo de control, entonces, ER =0.

La EPA realizó una recopilación de factores de emisión para contaminantes criterio denominadaAP-42. En Colombia también se han realizado estudios que suministran algunos factores deemisión.

Los factores de emisión de la EPA están clasificados en A, B, C, D, E – “A” se considera el másconfiable para un tipo dado de fuente - probablemente se basa en mediciones en la fuente; y “E”

es considerado el de más baja precisión y esta dado por la falta de análisis a un númerosignificativo de fuentes con esas características.

No obstante cabe aclarar que con frecuencia, los factores de emisión se basan en informaciónlimitada y es posible que no representen a las emisiones reales con fidelidad.


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Figura 3. Ejemplos de factores de emisión

Ejemplo:Calcular las emisiones anuales de NOX de una caldera sin sistema de control en una plantatermoeléctrica (consumo de calor>100 millones de Btu/h) que quema gas natural. El consumoanual de gas natural es de 40 millones de metros cúbicos.

Desarrollo:FNOX = 8800 Kg/10

6 m3 (Tomado del AP-42. Tabla 1.4-2)Q comb. = 40* 10

6m3/año

ENOX = FNOX x Q comb.= 8800 x 40= 352000 Kg/año

Información necesaria para evaluar factores de emisión• Identificación de las fuentes de emisión: Es necesario realizar una descripción de las fuentes

de emisión teniendo en cuenta las variables que afectan la emisión.

• Nivel de actividad: Es una medida del nivel real del tamaño o nivel real del establecimiento

industrial, que se utiliza para afectar el factor de emisión para fuentes que no estáncontroladas. Para fuentes de emisión de procesos industriales, corresponde a la tasa deproducción (por ejemplo: masa de producto por unidad de tiempo). En fuentes de área queinvolucran procesos continuos o por lotes o cochadas, es la cantidad de material transferido.Para otras categorías puede ser el área superficial que se puede alterar por fuerzasmecánicas o el viento. Si se tiene un sistema de control de emisión, el factor de emisióndebe afectarse por el término adicional que refleja la fracción de control.


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3.2.1 Cálculo de emisiones por combustión4

La información para estimar las emisiones por combustión de una industria en particular consisteen determinar la capacidad del equipo de combustión, el consumo y tipo de combustible utilizado,sistema de control de emisiones y horarios de operación.

Para los equipos de control, se analiza lo siguiente: si el equipo se encuentra relacionado al puntode generación del contaminante, el tipo de equipo, contaminante que controla y eficiencia delequipo.

El siguiente algoritmo resume la metodología a seguir:

Figura 4. Algoritmo para el cálculo de emisiones por combustión


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3.2.2 Cálculo de emisiones por proceso5

Se debe analizar cada equipo u operación para cada etapa del proceso e identificar los factores deemisión adecuados por medio de una revisión de la información proporcionada por la empresa y eltipo de actividad de la misma También si cuenta con equipos de control, y en este caso tenerinformación de su grado de eficiencia. La figura 5 nos ilustra la metodología a seguir.

Para un mejor entendimiento de los cálculos que se deben realizar, más adelante se presentanalgunos ejemplos representativos de diferentes procesos.

Figura 5. Algoritmo de cálculo de emisiones por proceso


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3.3 BALANCES DE MASA

Los balances de masa involucran la cuantificación de un flujo de un material que entra y sale deun proceso donde las diferencias entre las entradas y salidas son asumidas como descargas alambiente.

Los balances de masa pueden ser usados solamente cuando los flujos de entrada y salida puedenser claramente identificados, por lo que no deben ser utilizados en procesos en los que el materialreacciona para elaborar los productos, o en los que sufre cualquier otro cambio químicosignificativo, a menos que dichos procesos estén bien caracterizados.

En general, el uso del balance de materiales o de masa para determinar las emisiones totales deun proceso es sencillo y poco costoso; sin embargo, pequeños errores en los datos en losparámetros de cálculo (presión, temperatura, concentración del flujo, caudal, eficiencias en loscontroles, etc.) pueden resultar en grandes errores en las emisiones estimadas.

Figura 6. Ejemplos de balance de materiales

Para estimar la emisión de sustancias contaminantes a la atmósfera por medio de balance demasas, se deben tener en consideración diferentes actividades, las cuales se presentan acontinuación:6

• Información general de la actividad industrial: Es necesario describir las actividades que se


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• Información del proceso o procesos que generan emisiones: Para obtener la informaciónsobre los procesos que generan emisiones, se puede utilizar un diagrama de flujo y ladescripción de los procesos que se están analizando. Es importante incluir los componentesmás representativos y los equipos de control de emisiones al aire que se utilizan.Adicionalmente, es necesario incluir la máxima tasa de operación de los equipos, las tasasnormal y promedio de operación, los tipos de combustibles que utiliza (si aplica), la tasa dealimentación del combustible (si aplica) y las horas de operación. Si el proceso se realiza porlotes o cochadas (tipo batch), es necesario suministrar información sobre la duración y elnúmero de lotes por día.

• Organización del procedimiento para la estimación de emisiones: La evaluación de emisionespor balance de masas se debe desarrollar con la misma rigurosidad que demanda unamedición directa. El balance de masas es aplicable tanto a un proceso como a cada una delas operaciones unitarias, por lo tanto se deben tener en cuenta la siguiente información:

- Identificar las operaciones unitarias, que son fenómenos en los cuales los cambios otransformaciones se realizan por medio o a través de fuerzas físicas

- Identificar los procesos unitarios, que son fenómenos en los cuales los cambios otransformaciones se realizan por medio o a través de reacciones químicas

- Identificar las entradas y salidas, lo cual se puede realizar a través de un diagrama de flujo.En sistemas de producción complejos, donde existan varios procesos independientes, sepuede preparar un diagrama de flujo general, mostrando todos los procesos, cada unorepresentado por un bloque y preparar diagramas de flujo para cada proceso individual,indicando en detalle sus operaciones unitarias y procesos unitarios.

- Cuantificar las entradas o insumos, teniendo en cuenta que todos los insumos que entran aun proceso u operación, salen como productos y como residuos. Los insumos de entrada a unproceso u operación unitaria pueden incluir, además de materias primas, materialesreciclados, productos químicos, agua, aire y otros posibles insumos.

- Cuantificar las salidas como residuos o productos.

- Realizar el balance de masa, teniendo en cuenta que la suma de todas las masas que entranen un proceso u operación, debe ser igual a la suma de todas las masas que salen de dicho

proceso u operación (es decir, la suma de masas de los productos, residuos y de todos losmateriales de salida no identificados). Los materiales de salida no identificados,generalmente se atribuyen a pérdidas de insumos y productos por derrames, fugas y otrascausas similares, cuyo origen no puede ser detectado y, por ende, sus masas no pueden sercuantificadas.

Se recomienda indicar los puntos de entrada y salida del sistema donde se realice el balance,


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Figura 7. Esquema Balance de masaDonde:ME = MI1 + MI2 + MI3 + … + MIN MS = MP + MR + MN ME = MS M = MasaE = EntradaS = SalidaI = InsumoP = ProductoR = Residuo/EmisionesN = No identificado

Teniendo cuantificadas y definidas las entradas y las salidas del proceso, se define si lo que sedesea realizar es un balance de masa para algún componente en específico presente en el procesou operación, para de esta forma determinar el tipo de balance de masa a emplear.

La ecuación característica de un balance de masa general es la siguiente:Masa que

entraMasa que

saleMasa

AcumuladaMasa que

entraMasa que

saleMasa

Acumulada

Cuando se desea realizar un balance másico específicamente para alguno de los componentespresentes en el proceso y que este intervenga en alguna reacción química, entonces el balancemásico se expresa de la siguiente forma:

Componente Aque entra

Componente Aque sale

Componente A

Acumulado

Componente Agenerado

Componente A

consumido

Solo se emplean si existe una reacciónquímica



Componente A

Acumulado


Componente A

consumido


En ambos balances el termino relacionado con la acumulación es decir el que se encuentra a la


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• Descripción de los equipos y otros elementos: En esta sección se hace referencia a los equiposdel establecimiento industrial asociados a las emisiones contaminantes. Se deben incluircuando menos la información relacionada con las condiciones de operación de los equipos oprocesos durante la realización del estudio, así como las condiciones de operación de losdispositivos de control de emisiones durante el análisis, incluyendo el rango de operación(porcentaje de la capacidad de diseño) a la cual los equipos operan durante el estudio.

• Identificación de los sitios de muestreo: Se debe identificar la ubicación de los equiposasociados a las emisiones y los sitios en donde se realizó el muestreo, lo cual se puede realizarmediante un plano a escala de las líneas de producción.

• Validación de datos: Es necesario indicar el procedimiento de validación de datos y las fuentesde información utilizadas para realizar la validación.

Ejemplo:7 Calcular las emisiones anuales de partículas (PST) de una operación de recubrimiento de unasuperficie, utilizando 1800 L/año de recubrimiento. La densidad promedio del recubrimiento es de

1.2 Kg/L, y el promedio de sólidos de 35% en masa. La eficiencia de transferencia delrevestimiento es de 40%, y la eficiencia del equipo de control es 95%.


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Inicialmente el sistema será solamente la operación de recubrimiento, de esa forma:Componente A

que entraComponente A

que saleComponente A

AcumuladoComponente A

generadoComponente A

consumido




Componente AAcumulado


Componente Aconsumido


El término a la derecha de la igualdad es cero (0), debido a la continuidad del sistema analizado,en la operación de recubrimiento no existe alguna reacción química, luego los dos términosrelacionados con este aspecto también son eliminados de la ecuación y el balance queda reducidoa la siguiente expresión:


Componente Aque sale 0


Componente Aque sale 0

Donde el Componente A que entra será el material particulado que ingresa a la operación derecubrimiento, el cual se calcula de la siguiente forma:

PM (entra) = (1800 litros/año) x (1.2 Kg/litro) x (35/100 sólidos)= 756 Kg sólidos/año

El material particulado PST que sale del proceso es la suma de los sólidos que salen adheridos alproducto final (teniendo en cuenta que la eficiencia en la transferencia del recubrimiento es del40%) más los sólidos que son dirigidos hacia el sistema de control (emisión gaseosa no controlada).

PM (producto)= 756 Kg/año x (40/100)= 302 Kg sólidos/añoPM (emitido antes del control)= 756 – 302 = 454 Kg PST/año

Ahora bien, para determinar la emisión total de PST a la atmósfera después de haber sido tratadoslos gases con algún sistema de control cuya eficiencia es del 95% se tendría:PM (emitido antes del control)= 454 Kg PST/añoPM (recolectado por el sistema de control)= 454 x (95 /100)= 431Kg PST/añoPM (emitido después del control)= 454 – 431 = 23Kg PST/año

Finalmente se puede concluir que la emisión de PST anual que tiene la operación de recubrimientoindicada, aún después de aplicar su sistema de control de emisiones es igual a 23Kg PST/año.

En este ejemplo el balance de materiales se simplifica porque se supone que todo el material quese está balanceando es emitido a la atmósfera. Sin embargo, existen situaciones en las que estasuposición no siempre es razonable. Por ejemplo, si se usa un dispositivo de control destructivo,como un incinerador o una unidad de oxidación catalítica en el escape, una parte de los VOCs


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varias operaciones se evapora en el punto de disposición, más que en el punto de uso, ya que estaspérdidas pueden presentarse fuera del área cubierta por el inventario.

De la misma manera, en algunos procesos de evaporación no es posible emplear balances demateriales, debido a que la cantidad de material perdido es demasiado pequeña para serdeterminada con exactitud usando los procedimientos de medición convencionales. Por ejemplo,la aplicación de balances de materiales a los tanques de almacenamiento de productos delpetróleo por lo general no es factible, debido a que las pérdidas por operación son demasiadopequeñas con respecto a la capacidad total promedio del tanque. En estos casos, es preferible

aplicar otras técnicas de estimación de emisiones como factores de emisión o modelos.

Otro caso particular que se presenta en el análisis de los procesos industriales, es cuando haypresente reacción química. Para estos casos, el planteamiento del balance debe realizarseestrictamente por componentes (o elementos químicos presentes) y para cada uno de ellos se debeaplicar la siguiente ecuación:











Cabe resaltar que es necesario conocer o establecer previamente la reacción química que sedesarrolla en la etapa estudiada del proceso.

Ejemplo:En cierto equipo de combustión (caldera u horno) se “quema” octano (C 8H18), con aire en excesodel 200% respecto al teórico; determine la composición en moles de la mezcla gaseosa que seobtiene como producto de dicha combustión8.

Desarrollo: La reacción de combustión con aire típica es la siguiente:

C8H18+ 13 O2 + N2 → 8 CO2 + 9 H2O + ½ O2 + N2

Al aplicar el 200% de exceso de aire (el doble de aire teórico para la combustión) y teniendo encuenta que éste está compuesto por 21% oxígeno y 79% de nitrógeno (aproximadamente), entoncesla reacción de combustión se pude reescribirse de la siguiente forma:

C8H18+ 2*(13) O2 + [2*(13)*(79/21)] N2 → 8 CO2 + 9 H2O + 2*(13)* ½ O2 + [2*(13)*(79/21)] N2 C8H18+ 26 O2 + 97.8 N2 → 8 CO2 + 9 H2O + 13O2 + 97.8 N2

La cantidad de las moles totales del gas obtenido como producto es:Moles totales = mol (CO2)+ mol (H2O) + mol (O2)+ mol (N2)

= 8 + 9 + 13 + 97.8 = 127.8 Moles de producto

Ahora bien el análisis de la composición del gas de combustión producido es:CO 8 l CO /127 8 l t t l * 100 6 26%


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3.4 MODELOS DE EMISIÓN

Los modelos de emisión están basados en ecuaciones empíricas desarrolladas para ciertos procesosy tipos de fuentes.

Generalmente estas ecuaciones son desarrolladas por computadoras, de manera tal que un grannúmero de ecuaciones e interacciones pueden ser ejecutadas con facilidad. Los requerimientos dedatos para los modelos son variables, pero en la mayoría de los casos, se necesita cuando menosun parámetro físico de la fuente en la cual el modelo será aplicado para estimar las emisiones.

Si bien los modelos están diseñados para producir estimaciones más exactas que las obtenidas confactores de emisión, la exactitud de la estimación siempre dependerá de la calidad de los datoscon que se alimente el modelo y de los supuestos en que se base. Por lo tanto, antes de decidirutilizar un modelo como la alternativa para un tipo específico de fuente es importante compararlas necesidades del modelo de emisión con los datos disponibles.

Algunos de los modelos de emisión usados para fuentes puntuales son:

• TANKS:9 software que calcula emisiones al aire a partir de líquidos orgánicos en tanques dealmacenamiento. Este programa requiere los siguientes datos para calcular las emisiones:

Información del tanque: tipo de tanque (tanque vertical de techo fijo, tanque horizontal detecho fijo, tanque de techo flotante externo, tanque de techo flotante interno o tanque detecho flotante externo en forma de cúpula), diámetro y largo (en pies), volumen de trabajo,frecuencia de llenado, color y estado de la pintura del tanque y características del techo (paratanques flotantes hay una pantalla de entrada de datos aparte).


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Figura 10. Interfase de TANKS-Información del sitio

Información del líquido: identificación de los componentes químicos y propiedades del líquidoalmacenado (categoría química), con el fin de determinar la presión de vapor del líquido.


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Figura 13. Interfase Landfill

Una sesión típica de LANDFILL consiste en 7 pasos:- Abrir un estudio de rellenos sanitarios

- Seleccionar los parámetros del modelo para calcular las emisiones.- Definir los parámetros de operación del relleno sanitario- Usar las funciones de utilidad- Adaptar el modelo para un escenario específico- Reportar emisiones- Guardar el estudio de rellenos sanitarios

• PM Calculador12: estima emisiones de material particulado de fuentes puntuales. Este

software usa información del AP-42 para determinar emisiones de PM10 (material particuladocon un diámetro menor de 10 micrones) y PM2.5 en procesos en los que se usan equipos decontrol.

Su desventaja es que maneja como datos de entrada los códigos de clasificación de la fuente yde los dispositivos de control, los cuales en Colombia no son usados, ya que aquí se usageneralmente la Clasificación Internacional Industrial Uniforme de todas las actividades


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4 METODOLOGÍAS DE CÁLCULO POR ACTIVIDAD ECONOMICA

La industria manufacturera es el mayor componente causante de emisiones dentro de las fuentesfijas. Según la Encuesta Anual Manufacturera del año 2004 elaborada por el DANE, en el paísexisten 7249 grandes industrias, de las cuales 21% corresponde a industrias relacionadas con lafabricación de productos alimenticios, que participan con 31% de la producción bruta nacional.

La fabricación de productos químicos cuenta con 8% de las grandes industrias del país y participacon 14% de la producción bruta nacional. De igual manera, la fabricación de coque y de productosde la refinación del petróleo contribuye con 10% de la producción bruta nacional, a pesar que sólocuenta con menos de 1% de las industrias del país.Por otro lado, actividades como fabricación de prendas de vestir y teñido de pieles, así comofabricación de productos de caucho y de plástico, tienen una participación de 11% y 7% en elnúmero de empresas, respectivamente, a pesar que sólo contribuyen con el 4% y 5% de la

producción bruta nacional.

Por esta razón, de estas y otras actividades características del país se presentan de forma masexplicita sus metodologías para estimar emisiones del siguiente tipo de actividades industriales:

• Ladrilleras y otros productos cerámicos no refractarios• Producción de vidrio• Producción de fibra de vidrio• Calderas• Generación de energía eléctrica• Exploración, perforación y explotación de Hidrocarburos• Refinación de petróleo• Tanques de Almacenamiento de líquidos orgánicos.• Producción de Panela• Tostado de café y cacao• Producción de alimentos concentrados para animales• Producción de cal• Producción de mezclas asfálticas• Producción de coque• Producción de cemento• Producción de concreto• Incineración de residuos• Fundición de metales (fundición de hierro gris, fundición secundaria de cobre y otras

aleaciones y fundición de hierro y aceros fundición de zinc plomo y aluminio)


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4.1 CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA INDUSTRIA LADRILLERA

En la producción de ladrillo y otros productos cerámicos hay diferentes procesos donde se generanemisiones atmosféricas, como lo son la extracción, molienda, tamizado, mezcla, moldeo, secado ycocción.

La figura 15 esquematiza las diferentes etapas del proceso de fabricación de ladrillo.


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Tabla 3. Factores de emisión en los procesos de trituración, molienda, tamizado en la fabricación de ladrillosy productos cerámicos

FE PST FE NOX FE PM10 CALIDAD DEL

FACTOR DE EMISIONTIPO DE FUENTE

Kg/tarcilla

Kg/tarcilla FE PST FE NOX FE PM10

Almacenamiento (Intemperie) 7.718 No aplica ND No aplica

Molienda y tamizado en base húmeda 0.01135 No aplica 0.0010442 E E

Molienda y tamizado en base seca 3.859 No aplica 0.24062 E E

Molienda y tamizado en base seca con filtro 0.0028148 No aplica 0.0014528 E E

FE PST FE NOX FE PM10 CALIDAD DEL

FACTOR DE EMISIONTIPO DE FUENTE

Kg/tladrillos

producidos

Kg/tladrillos

producidos

Kg/tladrillos

producidos FE PST FE NOX FE PM10

Trituración inicial con filtro ND No aplica 0.000590 No aplica E

Conformado con filtro (contenido dehumedad del material entre 5 - 9%,solamente)

ND No aplica 0.003600 No aplica E

Secado artificial 0.077000 No aplica ND E No aplica

Secado artificial con quemador adicional ND 0.044492 ND No aplica E No aplica

Fuente: Tabla 11.3-1 y Tabla 11.3-3 AP-42 Capitulo 11.3 “Brick and structural Clay product manufacturing”

Para el cálculo de emisiones en el proceso de cocción usamos el factor de emisión correspondienteal tipo de horno usado (en este caso Hoffman). Los factores de emisión propuestos para lasdiferentes tecnologías de hornos empleados en esta industria se registran en la tabla 4.

Tabla 4. Factores de de emisión en la cocción de ladrillos y productos cerámicos

TECNOLOGÌASFNOx

(Kg/t decarbón)

FSO2 (Kg/t decarbón)

FPST (Kg/t decarbón)

Hornos Periódicos

Horno Pampa 8.387 14.68 32.04Horno Colmena 2.07 3.63 7.92Hornos continuos

Horno Hoffman 1.03 1.8 3.938Horno Túnel 0.26 0.46 0.99Horno Vagón No hay No hay 1.51*

Cál l d l G A S l b l l d l d d ll


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almacenados bajo techo, a fin de iniciar con el secado, en el cual se retira el exceso de humedadpor medio de la temperatura ambiente. Por último se realiza el proceso de cocción en un hornotipo Hoffman, cuyo principio de operación es el desplazamiento de fuego a lo largo de sutrayectoria. Se usa como combustible carbón mineral pulverizado (2 t/día).

La producción mensual en la Ladrillera Arcillas&Arcillas es de 2800 toneladas, lo que equivale auna producción promedio de 330000 ladrillos.

Calcular las emisiones de PST, NOX y SO2 generadas en los diferentes procesos de la planta.

Desarrollo:Primero se identifican las emisiones durante cada etapa del proceso.

Tabla 5. Identificación de etapas presentes en el caso de estudio

ETAPA PST SO2 NOX

Almacenamiento x - -Molienda x - -Conformado x - -Secado x x XCocción x x X

Para las etapas de almacenamiento, molienda y conformado (fuentes dispersas del proceso defabricación) se determinan las emisiones de material particulado teniendo en cuenta los factoresde emisión que presenta la EPA para dichos procesos:

Teniendo en cuenta la información de la producción de la ladrillera, de la materia prima apilada(para la etapa de almacenamiento) y los factores de emisión, se aplica la siguiente ecuación (nohay equipos de control):

E = A x FDonde:E = Estimado de emisión para la fuente (a nivel de proceso)A = Nivel de actividad (material producido)F = Factor de emisión

EPST (Molienda) = 4.25 Kg/t * 2800 t/mes * 12 meses/año = 142800 Kg/año = 142.8 t/año

De manera similar se calculan las otras emisiones; la tabla 6 registra los resultados obtenidos paralos procesos de almacenamiento, molienda y conformado.

Tabla 6. Resumen de resultados obtenidos para el caso planteado para estudio de la industria ladrillera

ETAPAPRODUCCION EPST


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Donde:E = Estimado de emisión para la fuente (a nivel de proceso)A = Nivel de actividad (cantidad de combustible)F = Factor de emisión

Por ultimo se obtienen los siguientes resultados:

Tabla 7. Emisión de PST, NOX y SO2 durante la etapa de cocción del caso de estudio de la empresa ladrillera

ETAPAEPST

(Kg/día)ENOX

(Kg/día)ESO2

(Kg/día)

Cocción 7.87 2.06 3.6

4.2 CÁLCULO DE EMISIONES PARA LA CADENA PRODUCTIVA DEL VIDRIO

Los productos de la cadena del vidrio hacen parte del sector productor de minerales no metálicos,

al igual que los productos de cerámica y cemento, y se encuentran agrupados en el sector CIIU-361.

La cadena de vidrio, productos de vidrio y fibra de vidrio está altamente integrada porcomponentes nacionales, desde las materias primas básicas hasta el producto final. El componenteimportado en la fabricación de vidrio y objetos de vidrio no supera el 16%, y específicamente en laproducción de espejos y fibra de vidrio no pasa de 19%. Sólo algunas materias primas provenientesde la industria química son importadas13.

En Colombia, la cadena de producción de vidrio esta conformada por los siguientes productos:• Vidrio plano grabado• Vidrio plano liso (empleado en construcción, empresa automotriz, alimentos y farmacéuticos).• Envases (48% de la producción total del sector de vidrio)• Cristalería• Vidrio para alumbrado• Vidrio de seguridad templado• Fibra de vidrio

4.2.1 Producción De Vidrio

La fabricación de vidrio y de productos de vidrio consta básicamente de cuatro etapas: Mezcladode materias primas y vidrio reciclado, fusión, moldeo y recocido.

La materia prima utilizada consiste básicamente en: arena silícea, ceniza de soda, caliza,


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Figura 16. Etapas básicas del proceso de fabricación del vidrio14

Los productos fabricados en este proceso corresponden a vidrio plano, vidrio para envases yobjetos de vidrio prensado y/o soplado.

Para este tipo de industrias pueden distinguirse dos tipos de emisiones, unas propias del procesode combustión (con emisión de partículas) y otras debidas al propio proceso de fabricación delvidrio en los hornos. Es durante la operación de fusión de las materias primas es cuando se produce

la mayor cantidad de emisiones atmosféricas. Estas consisten tanto en material particulado, comode gases, las cuales están asociadas al funcionamiento de los hornos de fundido.

Las emisiones de material particulado son debidas a la volatilización del material contenido en elbaño fundido, el cual al combinarse con los gases presentes es emitido en forma de condensado. Elmaterial particulado puede contener metales pesados (arsénico, plomo, cadmio, etc.),dependiendo de las materias primas utilizadas.

Los gases emitidos consisten principalmente de óxidos de nitrógeno (NOX), los que se forman

debido a las altas temperaturas alcanzadas en el horno y a la presencia de nitrógeno tanto en elaire de combustión como en las materias primas en fusión.

También son emitidos óxidos de sulfuro (SOX), formado principalmente a partir del azufrecontenido en el combustible, y en menor medida en las materias primas. Como regla general sepuede suponer que todo el nitrógeno y azufre contenido tanto en las materias primas como en elcombustible, es emitido en la forma de NOX y SOX.

15 La tabla 8 resume algunos de los factores deemisión para la producción de vidrio para botellas.

Tabla 8. Factores de emisión para la fabricación de vidrio para botellas

FE PST FE PM10 FE CO CALIDAD DEL FACTOR DEEMISIONTIPO DE FUENTEKg/t prod Kg/t prod Kg/t prod FE PST FE PM10 FE CO

Manipulación de la materia prima 0.00 ND 0.00 B No aplica BFormado y finalización 0.00 ND 0.00 B No aplica Bfusión sin control 0 70 0 66 0 10 B E B


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FE NOX FE SO2 FE VOCs CALIDAD DEL FACTOR DEEMISIONTIPO DE FUENTE

Kg/t prod Kg/t prod Kg/t prod FE NOx FE SO2 FE VOCs

Manipulación de la materia prima 0.00 0.00 0.00 B B B

Formado y finalización 0.00 0.00 4.40 B B B

fusión sin control 3.10 1.70 0.10 B B B

fusión control con depurador húmedo

de baja energía 3.10 0.90 0.10 B B B

fusión n control con depurador venturihúmedo

3.10 0.10 0.10 B B B

fusión control con filtro de manga 3.10 1.70 0.10 B B B

fusión con control con ESP 3.10 1.70 0.10 B B B

Fuente: Tabla 11.13-1. Tabla 11.13-3 y Tabla 11.1353 AP-42 Capitulo 11.13 “glass fiber manufacturing”

En Colombia la industria del vidrio tiene básicamente dos grandes sectores: envases de vidrio yvidrio plano.

Ejemplo:En la cristalería “CRISOR” se produce vidrio para botellas, con una producción de 7000 t/mes.

En la etapa de fundido se utiliza un horno de fusión con depurador Venturi, el cual tiene unaeficiencia de remoción del 90%. Se usa como combustible carbón a razón de 10 t/día y lafrecuencia de trabajo es de 24 h/día y 7 días a la semana.

Desarrollo:Teniendo en cuenta la información de la producción de la cristalería, los factores de emisión y laeficiencia del equipo de control, se aplica la siguiente ecuación:

E = A x F x (1 - ER/100) E = Estimado de emisión para la fuente (a nivel de proceso)A = Nivel de actividad (vidrio producido)F = Factor de emisiónER = Eficiencia general en la reducción de emisiones totales, expresada en porcentaje (90%)

Entonces se tendría:

E = A x F x (1 - ER/100)EPM10 = 7000 t prod/mes * 1mes/30días * 1día/24h * 0.66Kg/t Prod * (1 – 0.9) = 0.642


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Tabla 9. Resultados de emisiones para la Cristalería CRISOR como caso particular de estudio

CONTAMINANTEEMISIONES DURANTE LA FUSIÓN DE

VIDRIO PARA BOTELLAS(Kg Contaminante/h)

PST No hay disponible factor de emisión (ND)PM10 0.6420CO 0.0972NOX 3.0138

SO2 0.0972VOCs 0.0972

4.2.2 Producción De Fibra De Vidrio

El proceso de producción de fibra de vidrio se fundamenta en la transformación de la materiaprima (principalmente borosilicatos) en fundiciones homogéneas a altas temperaturas.

En Colombia la fibra de vidrio es empleada en preparados químicos, materiales aislantes térmicos(sistemas de refrigeración), productos abrasivos, productos de asbesto, hilados, tejidos, artículoslaminados y materiales formados de aluminio y sus aleaciones, cajas fuertes y compartimientosblindados, puertas y sillas metálicas, cocinas, estufas y hornos para uso industrial, doméstico ycomercial, básculas y balanzas (excepto las empleadas en laboratorios), conmutadores,dispositivos protectores y equipos de control industrial eléctricos, aparatos telefónicos ytelegráficos para líneas eléctricas de comunicaciones, pilas y baterías para pilas, carrocerías ychasises para automotores, instrumentos quirúrgicos (médicos, odontológicos y veterinarios) ytambién en letreros y elementos publicitarios.

Este proceso industrial esta constituido por tres etapas elementales, las cuales al igual que losprocesamientos de minerales no metálicos son: la manipulación de las materias primas, lafundición y refinación del vidrio y finalmente la formación y acabado de la lana de fibra de vidrio.

El proceso inicia con la descarga de la materia prima (arena, feldespato, sulfato de sodio, bórax,ácido bórico, entre otros) mediante gravedad o vibración, palas de arrastre o incluso sistemas devacío. Una vez la materia prima tiene su debido proceso de preparación, es ingresada de formacontinua por el tope del horno de fundición, los cuales pueden ser recuperadores, regeneradores,unidades de fundición y hornos eléctricos (los tres primeros pueden ser alimentados por gas

natural o por aceites combustibles) en esos equipos se alcanzan temperaturas entre los 1500 –1700ºC; La mezcla de los materiales se realiza lentamente durante esta etapa medianteconvección natural por los gases generados por las mismas reacciones desarrollados por lacombustión o en algunos casos por la inyección de aire desde el fondo del equipo. Una vez seobtiene la fundición del vidrio se procede a la formación de la fibra (la cual puede ser paraproducir lana de vidrio que es empleada en materiales de construcción y aislamientos térmicos, ofib d id i “ il” fil d fib d id i ) l d f i i


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Figura 17. Proceso de producción de energía eléctrica

4.3.1 Cálculo de emisiones en turbinas a gas

Una turbina de gas consta básicamente de tres elementos: compresor, cámara de combustión, yturbina de expansión. El gas natural se inyecta en la cámara de combustión donde entra encontacto con el aire comprimido y se produce la combustión. Los gases calientes se dirigen a una

turbina de gas, donde la energía térmica de los gases se transforma en energía mecánica quemueve un generador.

Las turbinas de gas se utilizan como parte de diferentes plantas de combustión, tales comounidades de ciclo combinado y plantas de cogeneración. La figura 18 representa gráficamente elciclo de una turbina de gas.


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Los contaminantes sobre los que se encuentran los factores de emisión son:

• Óxidos de nitrógeno• Monóxido de carbono y dióxido de carbono• Compuestos orgánicos totales (TOC), como metano• Óxidos de azufre, como SO2.• Material particulado, considerado todo como PM10.

La emisión de cada uno de estos contaminantes para turbinas a gas natural sin ningún sistema de

control se determina multiplicando el factor de emisión dado en la tabla 11. por el nivel deactividad, que puede ser la cantidad de combustible usado.

Tabla 11. Factores de emisión para turbinas no controladas a gas

CONTAMINANTEFACTOR DE EMISIÓN

(Kg/106 m3)CALIDAD

PST NDSO2 55.48 B

NOX 5222 ACO 1338.24 AVOCs 34.27 D

Nota: Los factores de emisión están basados en un poder calorífico promedio del gas de 1020 BTU/scf.Fuente: AP-42 Capítulo 3.1. “Stationary Gas Turbines”

Por otra parte, cuando se utiliza como sistema de control de NOX la inyección de agua, vapor o lareducción catalítica selectiva (con inyección de agua), es posible determinar la emisión de NOX,

CO, N2O, TOC y NH3 pues se encuentran disponibles los factores, como se muestra en la tabla 12.Tabla 12. Factores de emisión para turbinas no controladas a gas

F

uentFuente: Guía Ambiental para termoeléctricas y procesos de cogeneraciónParte AIRE-Ministerio del Medio Ambiente. Colombia

FACTORES DE EMISIÓN PARA TURBINAS A GAS CON CONTROL

Inyección de aguaRelación

0.8 agua/combustible

Inyección de vaporRelación

1.2 agua/combustible

Reducción catalíticaselectiva

(inyección de agua)CONTAMINANTE

Factor de

emisión(lb/hp-h)

Factor de

emisión(lb/MMBtu)

Factor de

emisión(Lb/hp-h)

Factor de

emisión(lb/MMBtu)

Factor de emisión

(lb/MMBtu)

NOX 1.10 x103 0.14 9.75 x10-4 0.12 0.0088


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limpieza, clarificación y encalado, evaporación del agua y concentración de mieles, punteo ybatido, moldeo, enfriamiento, empaque y embalaje (Manual de caña de azúcar para producción depanela, 1998).

Apronte: Son las acciones de recolección de la caña cortada y su transporte desde el sitio decultivo hasta el trapiche.

Limpieza de los jugos: En esta etapa se retiran todas las impurezas gruesas no nutricionales.Consta de las operaciones de prelimpieza, clarificación y encalado.

Prelimpieza: El jugo crudo y sin clarificar se limpia en frío utilizando un sistema de decantaciónnatural por gravedad denominado prelimpiador.

Clarificación: Operación realizada en la paila “descachazadora”, se utilizan compuestos naturalescomo el balso, cadillo y guásimo que tienen acción aglutinante y permiten la formación de lacachaza, la cual queda flotando en el jugo y permite su separación.

Encalado: Se adiciona un poco de cal para regular el pH de los jugos. Un valor de 5.8 previene laformación de azúcares reductores y ayuda a la clarificación de los jugos porque hace flotar lamateria orgánica.

Evaporación y concentración: La evaporación del agua contenida en los jugos por calentamiento a96 ºC permite alcanzar la concentración de sólidos apropiada para la consolidación y moldeo de lapanela a 120 ºC, estas operaciones se llevan a cabo en pailas o fondos dispuestos en líneas. Losjugos se desplazan entre estos recipientes por paleo manual y, al finalizar su tránsito, sedenominan “mieles”.

Punteo y batido: Esta fase persigue la obtención del “punto”. Mediante paleo manual se incorpora

aire a las mieles en presencia de calor, operación que se lleva a cabo en la paila “punteadota”ubicada a continuación de las pailas evaporadoras.

Moldeo de la panela: En esta etapa se da la forma a la panela. El cuarto de moldeo costa de mesaspara las gaveras o conjuntos de moldes, bateas y el depósito para el lavado y escurrido de lasgaveras.

Empaque y almacenamiento: En esta etapa se realiza el empaque de la panela de acuerdo con lapresentación que el productor le desee dar. En los trapiches de algunas regiones como Antioquia

generalmente se empaca en bolsas de papel por 24 Kg (1carga = 4 bolsas = 96 panelas).

4.5.2 Variables asignadas

La siguiente es una guía de qué valores pueden asignarse para el cálculo de algunas variables en el


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10%, es decir que a partir de 1000 Kg de caña se producen entre 90 y 100 Kg de panela. Deacuerdo a las respuestas brindadas por los administradores y propietarios de 45 trapiches enlas encuestas realizadas en un inventario de emisiones en Antioquia (CORANTIOQUIA, 2005)esta relación se conserva en un rango similar ya que generalmente se reportó que una cargade caña, la cual puede tener un peso promedio de unos 220 Kg produce en el trapiche unabolsa de panela de 24 Kg, lo que equivaldría a un rendimiento Panela – Caña en peso de un10.91%. Por lo tanto en caso de no tener suficientes datos de campo o no tener la suficientecerteza de estos puede estimarse un rendimiento panela – caña de 10%.

• Combustibles: Relación Bagazo - Caña de AzúcarDe acuerdo a estudios de la FAO por cada tonelada de caña molida se extraen 0.35 toneladasde bagazo apto para la combustión (Fuente: www.fao.org), lo cual equivaldría a extraer un65% del jugo de la caña de azúcar. Sin embargo, específicamente para los trapiches panelerosen el medio colombiano es raro encontrar estos mismos niveles de extracción de jugo de cañay según el estudio “Mejoramiento Ambiental de los Trapiches Paneleros en el Municipio deGuadalupe – Antioquia” realizado por CORPOICA, el porcentaje de extracción de jugo es de54.5% en promedio. E

3112 3 fuentes puntuales

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