casa abierta al tiempo - 148.206.53.84148.206.53.84/tesiuami/uam5045.pdf · el análisis de un...

Casa abierta al tiempo

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA PLANTEL IZTAPALAPA.

ESTUDIO ENTROPIC0 DEL INVERNADERO MUNDIAL.

PANTOJA HINOJOSA GABRIEL DAVID.

1 Agosto de 1996.

ÍNDICE

TEMA PAGINA.

Justificación Marco Teórico.

ANTECEDENTES TE~RICOS

Fundamentos termodinámicos Primer principio de la termodinámica. Segundo principio de la termodinámica Sistemas cerrados. Sistemas abiertos. Estado de referencia.

CAPITULO 1 TEORÍA DE LA EXERGÍA.

1.1 Fundamentos teóricos de la exergía. 1.2 Características de la exergía y exergía de

flujo de materia. 1.3 Exergía de flujo de calor 1.4 Exergía química. 1.5 Método de análisis exergético 1.6 La exergía como un sistema de comparación

1.7 Método de bloques estándar de la energía.

1.7.1 Balance de energía 1.7.2 Metodología de un análisis

exergético. 1.8 Estimación de la energía y la exergía usando el método de contribución.

1 2

10

11 12 13 14

14 15 16

17

17

CAPITULO 2. ANÁLISIS TERMO ECON~MICO.

2.1 Costo beneficio de la conservación de la energía. 23

2.2 Análisis termo económico 24 2.3 Comportamiento de modelado de costos. 28 2.4 Derivación de la ecuación de costos. 28 2.5 Estrategia termo económica. 29

CAPITULO 3. EXERGÍA Y ECOLOGÍA.

3.1 La exergía en el contexto de la ecología. 3.2 Medio ambiente. 3.3 Contaminantes del aire. 3.4 Legislación y tendencias de reglamentación. 3.4.1 Normas oficiales mexicanas. 3.5 Efectos de la contaminación del aire. 3.5.1 Medición del impacto ambiental. 3.6 La tierra como un sistema termodinámico. 3.6.1 Características físicas de nuestro sistema termodinámico. 3.7 Tecnología de limpieza. 3.7.1 Partículas. 3.7.2 Control de gases y vapores. 3.7.2.1 Control de óxidos de azufre. 3.7.2.2 Control de óxidos de nitrógeno. 3.7.2.3 Reacciones fotoquimicas atmosféricas.

CAPITULO 4. METODOLOGÍA DE CALCULO.

31 32 35 37 38 40 41 42 45

49 50 50 51 51 52

4.1 Ecuaciones termodinámica que describen

4.2 Diagrama de flujo para el cálculo de exergía. 56 4.3 Base de datos. 57

la atmósfera.(METEOROLOGÍA). 53

CAPITULO 5 . ANALISIS TERMODINAMICO.

5.1 Consideraciones. 5.2 Recapitulación y definición de alcances. 5.3 Análisis de la base de datos cuantificada. 59 5.4 Observaciones y conclusiones.

Apéndice 1 . Apéndice 2. Apéndice 3 .

58 59

60

NOTACION UTILIZADA.

Masa Numero de moles Calor Calor transferido en forma reversible Perdida exergetica Fuerza de hccion. Energía Exergía. Exergia quimica Exergia Fisica Exergia Potencial. Exergia cinetica Entalpia Entropía Entalpia específica Entropia específica Capacidad Calorífica Incremento variable Densidad Sumatioria Potencial quimico Coeficiente de Estefan Boltsman. Velocidad Factor de costos Altura Humedad relativa. Relación de presiones. Gravedad. Presión Volumen Constante de los gases.

J

T W

i

P

Wf

Coeficiente de Joule Thomson. Constante de temperatura atmosférica. Temperatura. Trabajo. Trabajo de flecha. Elemento iésimo.

Antecedentes teóricos. Anáíisis exergético

La verdad es que un día, al abrir las ventanas de la historia, el hombre contemporáneo se encuentra con la realidad ambiental y con la idea de que se esta suicidando.

Francisco Viscaino M. 1975.

JUSTIFICACION

El análisis de los balances exergéticos es de gran interés ingenieril ya que es una herramienta poderosa para la optimizacion del uso de la energía. El ahorro y uso eficiente de la energía nos otorga un criterio confiable en la toma de decisiones a nivel económico.

En el presente trabajo se abordarán los balances a nivel exergético, sus antecedentes, sus características y ventajas, para enfocar nuestra atención posteriormente al análisis del proceso básico de la combustión.

A nivel mundial y naturalmente en México la combustión de combustibles fósiles es el principal mecanismo de generación de energía útil, de ahí su relevancia, máxime que al ser utilizada en la generación de potencia su eficiencia esta limitada por el principio de Carnot.

El análisis exergético, en cuanto a procesos físicos y químicos, comienza a otorgarcele la importancia que merece ya que muestra claramente las pérdidas energéticas en cada elemento del proceso, necesario para el diseño de máquinas y programas de manufactura, así como también la evaluación dc las pérdidas en todo el sistema. Este balance es usado por ingenieros dedicados al ahorro de energía y por teóricos de la termodinámica como ''potencial termodinámico".

El análisis de un balance de exergía ofrece la posibilidad de generalizar y referirnos a diferentes objetos de estudio, para así realizar evaluaciones económicas, ecológicas y energéticas. Es en estos tres aspectos que se pondrá una especial atención en el desarrollo del trabajo.

En cuanto al tema ecológico, es importante su estudio para todo ingeniero ya que existen diferentes aspectos relevantes de la contaminación como es el impacto social y desarrollo económico, que el ingeniero busca tener con el menor costo ecológico posible, y el aspecto normativo el cual rige la actividad industrial. En estos dos puntos se considera a la exergía de gran ayuda.

En el caso de la elaboración de proyectos de inversión, el combate a las emisiones contaminantes exige del proyectista cumplir con normas ecológicas así como el uso óptimo de los recursos, donde los conceptos exergía y uso óptimo están íntimamente ligados.

Existe una nueva filosofía en el mundo científico con respecto a la contaminación que busca cuidar nuestro medio ambiente y que podríamos resumir con base en otro principio relativo a otra rama: TAN BAJO COMO RAZONABLEMENTE SEA POSIBLE.(

1

Antecedentes teóricos. Anáiisis exergético

principio ALARA’) aplicado a la protección radiología pero que refleja la búsqueda del adecuado desarrollo industrial. Sin embargo el beneficio social y su interacción con las economías de las empresas no es muy claro; ¿Como evaluar su impacto en el desarrollo de las actividades productivas?. Es claro que existe tal impacto sin embargo ¿ Cual es su magnitud económica? así como también la evaluación del costo de la contaminación atmosférica que no ha sido claramente elucidado.

El uso de la energía o mejor dicho, el mal uso de ésta, conlleva en forma natural a la contaminación del medio ambiente debido a la irreversibilidad de los procesos. La evaluación del grado de esta contaminación y su efecto económico es el principal

objetivo que nos hemos propuesto en el presente trabajo con el deseo de desarrollar la metodología de análisis.

MARCO TEÓRICO DE REFERENCIA.

Se realizará un análisis del proceso de la contaminación por combustión de combustibles fósiles con base en el análisis exergético, para lo cual se establecerá un sistema de referencia, que nos permita cuantificar la “energía utilizable” desde el punto de vista del estado muerto de los elementos químicos, comprendiéndose dentro del estudio tópicos tales como es el mezclado como un proceso fisico, al cual no se le asigna el mismo estado de referencia.

Estos aspectos, procesos tanto fisicos como químicos, serán analizados por ser de importancia en el análisis económico en el cual se consideran todos los factores que involucran el proyecto a estudiar.

El sistema de análisis exergético es enmarcado conceptualmente por varios autores al establecer definiciones generales como es el estado de referencia o estado muerto. Estos autores y muchos otros sucesores establecieron múltiples estados muertos o de referencia para realizar el estudio de los fenómenos de su interés. Así de acuerdo a la problemática a resolver y cumpliendo con ciertas “reglas” (Cap. 1) se propondrá el sistema de referencia adecuado. En el presente trabajo se propondrá un sistema de referencia que parte los componentes y características atmosféricas del aire no contaminado, que es nuestro objeto de estudio, para io cual el análisis de la exergía química es la ruta más lógica de acción.

2

Antecedentes teóricos. Análisis exergético

ANTECEDENTES TE~RICOS.

' Io no dije que era posible, yo solamente dije que era cierto.

Charles Richet.

FUNDAMENTOS TERMODINAMICOS.

La termodinámica es la rama de las ciencias fisicas que trata de diversos fenómenos de energía y las propiedades relacionadas de la materia, especialmente en lo que se refiere a las leyes de transformación de calor a otras formas de energía, y viceversa, donde, la termodinámica clásica toma en cuenta el punto de vista macroscópico o a gran escala.

En termodinámica como en otras ciencias es importante establecer el objeto de estudio, sus delimitaciones, el medio que lo rodea y sus interacciones. Para lo cual se usan las palabras; Sistema, frontera del sistema, entorno, alrededores y universo. Los parámetros o propiedades de estado que definen a los alrededores se denotarán por un subíndice "cero" como To, Po etc. a diferencia de los del sistema T. P, V.(Fig. 1).

ALRED ED O RE S .

FRONTERA.

SISTEMA.

T . P , V . n

Q W

To P o . Vo - n

Fig. 1

En esta figura se muestran las definiciones de frontera, sistema y entorno, así como también los posibles intercambios energéticos que se pueden presentar entre un sistema y si entorno, como son: en trabajo y el calor.

3


Por ejemplo tenemos que el agua saturada a 1 atm y 100 grados centígrados tendrá definido su estado por dos de sus propiedades; presión y temperatura. Un estado del sistema cs determinado por sus propiedades de estado instantáneo, es decir, es independiente del proceso o "camino seguido" para llegar a aquel estado. Así toda propiedad de una substancia que solamente dependa del estado y no de la manera por la cual fue alcanzado es una fiinción puntual6.

En forma opuesta tenemos las funciones de trayectoria que dependen del proceso. Así por ejemplo, las fiinciones de trayectoria como son: el trabajo y el calor intercambiado; en un diagrama P Vs V, son el área representada bajo la curva (fig. 2), donde se observa que será diferente según el camino seguido.

A continuación se describe en forma gráfica el proceso irreversible por la trayectoria 2 y el proceso reversible como la trayectoria 1, en donde el área encerrada por la trayectoria 2 y su proceso de retorno al estado inicial "a" es el trabajo que podemos obtener, al cambiar de el estado "at' al "b" nuestro sistema.

funciones puntuales P,T,H. S. E etc. funciones de trayectoria. W, Q

P 1

I A A

I v 1

V

figura 2. En esta gráfica se observa que el área bajo la curva es el trabajo y depende de la

trayectoria seguida.

4


Como anteriormente se mencionó la termodinámica estudia las transformaciones de la energía de manera que para ello se han establecido sus principios fundamentales.

La convección de signos adoptada en este trabajo es que tanto la energía, en cualquiera de sus manifestaciones, como la materia que entra al sistema se le asigna un signo positivo.

PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA.

Este establece que existe una relación de la energía con las funciones de estado T, P, i1, V. y esta relación permite evaluar su magnitud. A partir de esta relación es posible además concluir que en toda transformación de (la materia y) la energía (el balance) es conservativo.4

Por tanto un balance de un sistema como el representado en la Fig. 1 puede expresarse como:

A E = Q + W

SEGUNDO PINCIPIO DE LA TERMODINAMICA. El segundo principio establece la forma en que puede llevarse a cabo la

transformación de energía de algún tipo, como por ejemplo la interna U en trabajo mecánico. Así como también nos proporciona información sobre el sentido de dicha transformación. La segunda ley ha sido expresada de diferentes maneras para lo cual mencionaremos dos de las más aplicables a nuestro objetivo que son los enunciados de Clausius y de Kelvin-Plak6

a) Kelvin-Plunk. Toda transformación cíclica cuya única finalidad sea absorber calor de un cuerpo o una fuente térmica a una temperatura dada y convertirlo íntegramente a trabajo es imposible.

b) Cluusius. Toda transformación cíclica cuya única finalidad sea transferir una cierta cantidad de calor de un cuerpo frío a uno caliente, es imposible.

Es importante enfatizar el hecho de que en ambos enunciados aparece la fiase I' cuya única finalidad" Esto indica que una vez completado el ciclo, el sistema termodinámico correspondiente regresa a su estado inicial y los alrededores permanecen inalterados.

Intuitivamente de la descripción de la segunda ley podernos afirmar que existe una pérdida de energía y una tendencia de la naturaleza a evolucionar hacia un estado de mayor desorden. A estos estados de desorden se les denota por una S también nombrada entropia, la cual es una propiedad de estado.

Esta propiedad de estado se relaciona con la energía perdida por el sistema por medio de la siguiente ecuación. (ver apéndice A).

Donde Lw es el trabajo perdido. Por ejemplo: si se tiene un sistema cilindro pistón que se utiliza para comprimir un

j T d s > q+Lw (2)

fluido; el balance de energía que tenemos, lo podemos enunciar como.

5


- - -I__

Energía administrada = energía de fricción + cambio de la energía del sistema

ANALISIS DE SISTEMAS CERRADOS.

La energía aplicada ai pistón en forma de trabajo, es igual a la energía disipada por la Scción en sus paredes en forma de calor más la energía tomada por e! gas encerrado por el pistón para tener un cambio de estado.

;Error!Marcador no definido. ff es la tuerza de fricción. El calor perdido es SQ

AE=W,+Q,

A este proceso se le dice que es irreversible ya que existe cierta cantidad de energía que se " perdió" en el proceso, o sea que no fue tomada por nuestro sistema (el gas encerrado en el pistón) y fue transferida a los alrededores la cual denotamos por SQ.

Así planteamos entonces nuestro balance de energía y entropia de un sistema cerrado y estado estacionario de la siguiente forma.6

"Para cualquier proceso en equilibrio entre los estados 1 y 2, la primera ley de la termodinámica puede ser escrita como.

Ahora en el caso de el balance de entropia o de segunda icy del sistema, pistón, el proceso de compresión con una frontera no adiabática, como es este caso se tiene que:

Donde como podemos intuir, la segunda parte de esta desigualdad tiene un "déficit" que es una entropia generada.

Esta entropia generada la podemos conocer por tanto como.


Donde Sgen es una variable de trayectoria, no de estado, contrario al caso de las entropias de los estados 1 y 2. Por lo cual no debemos confundir estos dos "tipo" de entropia.

Dado que la entropía generada es una fiinción de trayectoria podemos encontrar por tanto que la entropia generada en un proceso A será por ejemplo mayor a la entropia B.

Para continuar con el balance de entropia y energía en sistemas abiertos a continuación haremos una paréntesis para definir un concepto que nos puede ayudar a entender a la entropia genera&.

Cuando una cantidad de energía puede ser convertida en su totalidad en trabajo, puedo afirmar que ésta energía es ordenada, así por ejemplo, si consideramos que no existen pérdidas de energía por fi-icción de ningún tipo en una maquina motriz que trabaje con prkcipio en la energía gravitacional o electromagnética, decimos que es una energía ordenada.

Así pues, en posteriores balances entrópicos se dará por entendido este hecho al no considerar las pérdidas entrópicas de energía potencial, cinética, eléctrica o magnética y en su caso se indicará.

Así para el caso isentrópico la cantidad de trabajo será el cambio entrópico del sistema y en el caso politrópico será el cambio éste trabajo más el calor transferido a los alrededores, por tanto si deseamos conocer el calor transferido lo podemos conocer como.

Q=ASpolit-ASisent

GQ=AS-ASs

.4NALISIS DE SISTEMAS ABIERTOS.

Consideremos el siguiente balance energético realizado a un sistema dado. dm 6Q 6w dE

(h, + y + g z d z - ( h , + y + g z 2 ) dt dt dt dt v2 -+-+-=- "1 dm

o bien: V dm v2 dE

ont 2 dt sal 2 at C>n(h, +'+gz1)--C>n(h2 +-+gz2)+@+6W =-

o O 0

Donde m, Q y W son derivadas con respecto al tiempo.

7


Como se mencionó anteriormente en el caso de un balance de entropía para sistemas cerrados, para el caso de sistemas abiertos el balance de entropía será:

C m s - C m s + - 86 I - as ent sal T d t

Al igual que en el caso del balance en un sistema cerrado, el grado de irreversibilidad o entropía generada es:

3s SQ . . sgen = - - - + C m s - C m s 2 O T sal ent

Así al multiplicar la ecuación 11 por To y restando de esta nueva ecuación la ecuación 9 tengo.

1 1 a 2 Ent 2 ik

I C( h +-V2 + g . - TOS) -C( h +-V2 + gz- @) --(E - TOS) (1 3) f sal

La cual es la función de disponibilidad también conocida como exergía. En donde el primer término de la derecha es el transporte de energía térmica y el segundo es la exergía mecánica o avaiable Work.

Todo este procedimiento de cálculo es posible realizarlo en una forma más simple por medio de la energía interna. de la 1" ley.

aQ I T(S,-S2) (15)

de la 2" ley dE=T(Sl-S2) + aW (16)

Que es justamente el último término de la ecuación 13.

W flecha es llamado por Kesting como avaible work, hecho comprensible dado que muchos autores identifican a la exergía como un trabajo máximo realizable o la cantidad de energía que se pierde al presentarse un cambio de estado, más sin embargo, es preferible llamar a esta función potencial energético. dado que nos muestra exactamente su significado la palabra potencial y su generalidad cuando hablamos de energía.

La ecuación muestra claramente porque algunos autores le asignan el concepto de pérdida de trabajo Goy Stodola es:

Wperdida=Wnecha máximo-Wflecha (19)

8


donde Wflecha es la igualdad de la función en 15 para el punto final en el proceso y Wflecha es el cambio de la energía interna.

ESTADOS DE REFERENCIA.

Una forma sencilla de entender lo que es un estado de referencia es mediante un similar, en la geometría si deseamos describir un punto en el espacio “n” dimensional, requerimos un conjunto de n vectores llamado sistema de coordenadas, cuando identificamos un número real con cada punto en estos ejes, entonces podemos asociar a cada punto en el espacio, una eneada de números reales recíprocamente, podemos asociar con cada eneada un Único punto en el espacio.

En termodinámica, a este espacio “n” dimensional le llamamos estado, al conjunto de n vectores se le llama propiedades de estado y al número de variables o vectores que pueden tener cualquier valor les llamamos grados de libertad.

el número de restricciones necesario para definir un estado o punto en el espacio n dimensional, según sea el caso.

Existe una relación entre los grados de libertad y

En termodinámica se conoce la relación como ley de los estados correspondientes. El estado conocido cono estado de referencia o estado muerto, es entonces un

punto definido por las variables T=To, P=Po y V=Vo. Un estado definido de esta forma será el origen y por tanto tendrá un valor cero de

exergía, o sea, no tendrá energía aprovechable, aunque hasta este momento no se ha definido el concepto de exergía, sus variables (To,Po y Vo) podrán tener cualquier valor como por ejemplo 25°C y 1 atm. Es claro desde el punto de vista termodinámico el concepto de energía aprovechable, por ejemplo, para el caso de un lápiz que dejamos caer desde una altura Z1 hasta una altura 22.

El estado 1 en el que se encuentra el lápiz estará definido como El(X, Y, Z, t) y el final E2. Por lo que la energía aprovechable será Ep=(z2-z1)

Si consideramos a todos los objetos sobre el plano de la meza (X,Y) con energía cero, definimos Eo (X;Y,Z2,t) donde Eo será el estado muerto o de referencia, el cual puede tener cualquier valor 22 que se desee imponer. Con Ep siempre igual a cero, donde Ep es una magnitud de cambio y no una propiedad de estado, por tanto no lo define, sin embargo, si define al estado muerto.

Esto es evidente dado que el estado muerto tiene un mayor número de restricciones y por tanto un menor grado de libertad. En forma convencional, por ejemplo, se define una temperatura ambiente y presión de una atmósfera, aunque algunas restricciones pueden ser arbitrarias, las cuales tienen por objeto simplificar el estudio específico de nuestro problema.

En conclusión, el balance exergético requiere de sutileza en la descripción de las variables a considerar, la definición del problema, las restricciones consideradas y el estado de referencia a utilizar.

Para definir el estado de referencia usado en este estudio combiene hacer algunas observaciones con respecto a sus variables relevantes.

9


Temperatura: La temperatura atmosférica es totalmente cambiante en un rango de entre 5"c y 35"c para nuestro lugar de estudio, ciudad de méxico, por lo ciial, para el cálculo de las concentraciones teóricas de los componentes ambientales necesarias para conocer la exergía quimica de nuestro estado de referencia fué necesario considerar todo este rango de temperaturas en nuestra base de datos de exergía. Sin embargo, para el calculo de exergía quimica en cuanto a su aporte reactivo se considerará una temperatura de 25 Oc. Presión: Dado que la presión atmosférica no es constante con respecto a la altitud, en nuestra base de datos se buscará considerar el rango de presiones posible en función de la altura de acuerdo a la ecuación 4.5, y para el cálculo de la exergía de reacción se considerará una presión de 1 atm. Humedad relativa. La humedad relativa es una variable que modifica las concentraciones de una mezcla de gases Ec. 4.10 por lo que por lo que cuando deseamos conocer el valor teórico de la exergía, para aire limpio, es necesario considerar esta humedad relativa la cual será considerada entre 1 O y 100% en nuestra base de datos, para el caso de exergía quimica de compuestos se consideró una humedad relativa de 60%.

10

Capítulo 1 Antecedentes teóricos.

CAPITULO 1 TEOIÚA DE LA EXERGÍA.

Con base en la primera y segunda leyes de la termodinámica, así como los conceptos de restricción de trabajo, es posible establecer un método general afín de construir un potencial termodinámico.

Leopoldo Garcia Colín 1970.

1.1 FUNDAMENTOS DE EXERGÍA.

"De una manera poética se puede decir que para un estado dado del sistema la materia almacena una cantidad determinada de energía. Cuando el estado cambia, la materia libera o usa una cantidad de energía proporcional al cambio. Una parte de esa energía se intercambia con el medio ambiente y ésta es la que representa las irreversibilidades del sistema.

Cuando nos comunicamos en forma oral con otra persona una parte del sonido llega a nuestro interlocutor y otra se pierde en el medio ambiente. Además una parte del sonido que llega al interlocutor no es asimilado por el mismo y se pierde en su interior sin llegar a ser procesado. A las primeras pérdidas se les llama irreversibilidades externas y las segundas se les denomina internas. A ambas se les denomina pérdida total por irreversibilidades o bien pérdida exergética"17.

Exergía. El trabajo útil máximo que puede obtenerse al llevar el fluido desde un estado inicial genérico hasta el estado muerto, con la sola intervención de la corriente del fluido por la que circula y el medio ambiente.

Rant33, sugiere que la exergía es la parte de la de la energía que puede ser transformada en energía mecánica.

Posteriormente después de cualificar a la energía es necesario cuantificarla para lo cual requerimos un sistema de referencia.

"la exergía es una cantidad de trabajo obtenible para cuando el sistema tiende en forma diferencial hacia el equilibrio con el sumidero al extraer esa cantidad diferencial de trabajo. "31

Las bases del análisis exergético fueron establecidas por G. Goy y A. Stodola. quienes en forma independiente enunciaron su ley y dice que: La pérdida de exergía B es producto de irreversibilidades de un proceso, son determinadas por el producto de la suma de los incrementos de las entropias de todos los cuerpos que toman parte en el proceso. La exergía para una substancia que fluye a través de una frontera fija del sistema puede escribirse como:12

EX, = EX - V(P - Po)

Análisis exergético de la contaminación ambiental. Proyecto final.25

Antecedentes teóricos. Capítulo 1

Donde V es el volumen, P es la presión del sistema Po es la presión del medio ambiente o estado de referencia y Ex z ha sido llamada por EvansI3 Essergy o Stagnation Exergy.

Si tenemos una frontera en movimiento será.

Ex, = Ex + V ( rv 1 6) * (p - po) Donde v es la velocidad relativa al flujo, rw es la proyección de la velocidad de la

frontera del sistema sobre la dirección de la velocidad V. Si calculamos efectos nucleares, magnéticos o eléctricos, la tensión superficial y otros,

la exergía del flujo de una substancia puede ser dividida en 4 componentes. Cinético E a , Exergía potencial Ex p, Exergía fisica Exph, y química Exch. Así la exergía total sera.

E s = E a + E++ E+h+ EX (1.3)

1.2 CARACTERISTICAS DE LA EXERGÍA Y DE LA ENERGÍA.

ENERGÍA.

* * * * *

Esta sujeta a la ley de conservación de la materia. Es una función de estado de la materia bajo consideración Puede ser calculada con base en cualquier estado de referencia Es directamente proporcional con su temperatura. En caso de gases ideales no depende de la presión.

EXERGÍA.

* Esta exenta de la ley de la conservación. * Es tunción de estado de la materia bajo consideración. * El estado de referencia es impuesto por los alrededores. * En procesos isobáricos es mínimo el recurso cuando se realiza a

Temperatura ambiente * Depende de la presión.

Consideremos en primer lugar un proceso de flujo de materia en régimen permanente. Si deseamos conocer el cambio exergía presente al llevar el fluido desde un estado inicial genérico hasta el estado de referencia, la energía obtenida es.

Análisis exergético de la contaminación ambiental. Proyecto finai.25


e = W , , + - ( v i - v 2 ) + g ( z o - z ) 1 2

Donde del primer principio de la termodinámica y considerando que la energía cinética y potencial son transformables íntegramente en trabajo útil. 13

e = W, (1.5)

Donde la energía mecánica máxima será para un proceso reversible.

Ai sustituir y despejar e se obtiene,

La ecuación es la exergía específica.

Así la energía máxima que puede obtenerse al llevar el fluido desde un estado genérico hasta el estado muerto se le ha denominado como la función de Darrieus que es igual a lo que se le llama exergía.

1.3 EXERGÍA DE UN FLUJO DE CALOR.

En el caso más general esta transferencia de exergía se representa por la ecuación 28.

(I. IO)

Si la transferencia de calor se realiza de forma isobárica el flujo de calor es igual a la variación de energía y puede calcularse fácilmente a partir del diagrama de estado.

En los procesos de frío en los que T es menor que To la ecuación tiene signo contrario a q. A medida que baja T, el valor cualitativo de frío es mayor. Esto hace que podamos comparar flujos de fiío y calor ya que la Ec 28. contiene a la vez características cualitativas y cuantitativas de cada energía.

Análisis exergético de la contaminación ambiental. Proyecto fina1.25

Capítuio 1 Antecedentes teóricos.

El método de análisis exergéticos es relativamente fácil de aplicar para la evaluación de sistemas y los resultados podrán otorgar al ingeniero un gran conocimiento de las características reales del mismo así como una de las formas de identificar las pérdidas de energía y promover su uso más eficientemente.

1.4 EXERGÍA QUIMICA.

La exergía química puede ser identificada con otros nombres dado que pertenece a una familia llamada potenciales químicos: entre estos potenciales químicos podemos identificar a la energía libre de Gibbs y la energía libre de Helmotz, que son difeTentes desde el puntos de vista de su definición.

La energía libre de Gibbs, se caracteriza por definir a todos lo elementos constitutivos con un valor cero y los compuestos con un valor diferente, cono en el caso del oxigeno, que tiene un valor cero como elemento porque se encuentra en la naturaleza como 0 2 .

La exergía química se define como la cantidad máxima de trabajo que podemos obtener cuando una substancia es llevada de un estado inicial a el estado muerto a través de un proceso químico y fisico reversibles resultando una transferencia de calor y materia hacia el medio ambiente, esto es, para una composición dada Xo, la cantidad de trabajo necesaria para sintetizar y obtener la substancia en consideración a condiciones de presión y temperatura constantes con descargas de calor y materia exclusivamente hacia el medio ambiente será:

Exq=/(H-Ho)-To( S-So)/T,P.z,v (1.11)

Es habitual calcular la exergía química considerando el estado inicial de la substancia, como el estado de equilibrio fisico el ambiente, definimos por esto a su temperatura To su presión Po. Así, las condiciones de la exergía química son dadas por una parte de la exergía substancial.

Al separar en dos parte la exergía química podemos podemos enfocarnos exclusivamente a la parte exergetica debida a las contribuciones de reacciones y concentraciones y considerar la parte fisica como son la exergía térmica, mecánica, potencial y cinética con valor cero para un posterior estudio.

La exergía de reacción Exr, es aquella que resulta de reacciones químicas necesarias para llegar a la composición inicial de la substancia y de substancias existentes como constituyentes estables del estado muerto, por ejemplo los constituyentes de la atmósfera, los océanos y la corteza terrestre.

La exergía debida al aporte de la concentración de las substancias, Exc es resultado del proceso necesario para igualar la concentración obtenida de un constituyente del estado muerto con las concentraciones base del estado muerto.

Por tanto, para calcular la exergía química, tendremos la suma de dos componentes:

Exqo=ZXjExqjo +Exxo (1.12)

,


cmrbiaredtianpo} Aim -


Los valores de cambio de constituyentes de la substancia en cuestión Exqjo(ver apedace 2) que calculamos a partir de las entalpias libres de formación de la substancia por medio de la ecuación:

Exx=AI-€x( 1 -To/T)-RTo(ZXj1nkjXj)

Donde kj es el coeficiente de reacción a la temperatura dada.

1.5 MÉTODO DE ANÁLISIS DE LA EXERGÍA.

El producto final del uso de los recursos energéticos es el trabajo que nosotros usamos para el movimiento de automóviles o tractores, bombeo de agua para nuestras ciudades e iluminación en las casas. El trabajo disponible es obtenido a partir de los recursos energéticos de alguna forma, por ejemplo la combustión del aceite o gas en plantas de potencia provistas de vapor de alta presión y temperatura para obtener trabajo a través de la turbina y el generador. Solamente a través de una evaluación del trabajo disponible en un sistema se puede tener una medida de las pérdidas en los procescs del sistema, lo cual es necesario para la conservación de la energía en diseño y operación .

Los procesos que son reversibles no ocurren en el mundo real y la transferencia de calor o la conversión de calor en trabajo de una forma en otra siempre resulta en alguna perdida de trabajo útil. Estas pérdidas ocurre en todos los procesos energéticos .

Ahora bien como se definió anteriormente la exergía es el trabajo disponible en un gas, fluido o masa como el resultado de la condición fuera de equilibrio relativa a las condiciones de referencia.

La ecuación general de la exergía es usada con fiecuencia bajo las condiciones en las cuales no se consideran los términos gravitacional y de momentum es:

EX =(h-ho)-To(S-So) (1.13)

Esta ecuación puede ser desarrollada en forma gráfica para los valores de la exergía que son siempre positivos en relación al sistema de referencia a diferencia de la entalpia y la entropia que en la literatura frecuentemente resultan positivos o negativos y cero, siendo calculados en procesos, especialmente en sistemas de refi-igera~ión.~~

El método de análisis exergético se basa en la evaluación del trabajo disponible en los diferentes puntos del sistema, en donde la cantidad y localización de la perdida de trabajo útil de un sistema puede ser determinado.

Un principio básico del método de análisis exergético es el cálculo basado en unas condiciones de referencia en las cuales el sistema no es capaz de realizar más trabajo.

El uso de los alrededores como sistema de análisis de exergía es más práctico cuando el sumidero para todos los procesos energéticos es común. Uno de los aspectos fundamentales concernientes a los sistemas de referencia es el poder simplificar la aplicación del balance dado que pequeñas variaciones en las condiciones del medio ambiente son

Análisis exerm5tico de la contaminación ambiental. Proyecto fina1.25

Antecedentes teóricos. Capitulo 1

donde la perdida de entropia es 4-7 y el incremento de la entropia del sistema es 4-7- 1-2 ose que es 3-7.

1.7 MÉTODO DE BLOQUES.

La exergía de la misma manera que la energía tiene dos formas fundamentales de manifestarse; la primera asociada a una transferencia de energía que no está acompañada por un flujo de materia, y la segunda asociada al contenido de exergía de la materia. En el primer caso la exergía es una función de transferencia (resultante de una energía en tránsito) y las maneras principales para efectuar dicha transferencia son las asociadas al trabajo EXW y al calor Exg. En el segundo caso la exergía es una propiedad de la materia Exm.

Un medio de análisis exergético para sistemas complejos es el uso de un método por bloque que consiste en un diagrama de flujo de sistemas individuales calculando procedimientos de varios procesos. por ejemplo las tablas que se muestran en la página 23 y 22 (tabla 4)

El procedimiento para realizar el análisis por el método de bloques, se inicia con un esquema de calculo requerido para estudiar el comportamiento del s i ~ t e m a . ~ ' ~ El diagrama puede incluir componentes convencionales de calculo de exergía como requerimientos de tiempo requerido.

La información básica del sistema, relativa a la exergía, es tabulada en forma numérica #?n donde las perdidas de exergía son categorizadas con relación a su causa. Este sistema es importante dado que la exergía como magnitud en un sistema puede determinar que tan efectivo es el diseño o los cambios de operación que pueden ser hechos para la conservación de la energía.

El análisis exergético comienza con un diagrama de flujo a través del sistema y usa la misma familia de herramientas para evaluar y comparar el proceso que el estudio energético.

balances: para la exergía en cada elemento independiente. Relaciones de transporte: Relaciones cinéticas Propiedades termo estáticas.

Análisis exergético de la contaminación ambiental. Proyecto find. 2 5

cuilibietirltanpo} míi -

Antecedentes teóricos. capítulo 1

Los balances exergéticos son aplicados a cada sección relevante de un sistema. El potencial que motiva un cambio es un artículo, un artículo diferente a la energía, la energía potencial (exergía) representada como la capacidad de causar cambio.

Un importante punto es la capacidad de producir un cambio, la exergía, no se encuentra en equilibrio con el medio ambiente en generai, sino con el estado muerto que puede ser diferente, no es simplemente la diferencia de energía Ea - Eb sino que debe llevarse a un estado fbndamental para obtener el máximo de provecho.

Escribir un balance en estado estable para la exergía es exactamente como escribir un balance de energía excepto por una diferencia. Mientras la energía se conserva la exergía puede perderse. Entonces los términos de transporte de energía(transf0rmación) pueden ser evaluados mediante relaciones como las siguientes.

3RArSSjO ~ 9 & 32&tSdd: Cuando la energía y la exergía son transportadas vía una fuerza de torque, la cual otorga un momentum angular tenemos la exergía de este proceso como.

- w0)Ia = (w - w0)z (1.14)

En donde WI es la potencia de o flujo de energía.

3RAMPOU& 7&&mJCO. La energía y exergía en flujo a una temperatura T es I = TIS y PA = (T-To)Is, por combinación de estas dos expresiones la exergía corriente(en transición) puede ser escrita en términos de la energía corriente como.

PA trnnhn = (1 - ?o / ?q)Q. (1.15)

De manera contraria a la exergía del trabajo, cuyo valor es igual a la cantidad de trabajo de acuerdo con la definición de exergía, la exergía del calor es diferente de la cantidad de calor. Esta exergía es igual a la cantidad máxima de trabajo que puede obtenerse a partir de una cantidad dada de calor Q a la temperatura T mediante una máquina reversible operando entre esa fuente a una temperatura T constante y un depósito de calor a una temperatura To constante.

JRdUP)8&7& 9u4mJcO transportes de materia "j" son:

3tRmJCO. Los flujos de energía y exergía asociado con los

TÉRMICA: I& = TIS (1.16)

PA=(T-To) Is (I. I 7)

QUÍMICA. IE = p I s (1.18)

Donde en éste caso p es el potencial químico.


cusrbiertsdtienpo} Aim -


Las relaciones de transporte de energía se han visto como productos de propiedades termostáticas y los transportes de exergía pueden entonces ser evaluados por medio de la determinación de propiedades termoestáticas donde un pre requisito para la evaluación de los transportes de exergía es la selección de un estado muerto.

1.7.2 METODOLOGÍA DE UN ANÁLISIS EXERGÉTICO.

En principio es ventajoso ilustrar gráficamente el diagrama de flujo en el cual se definirán las fionteras del sistema; indicar los flujos de entrada y salida en forma esquemática y cuantificada.

Posteriormente se evalúan los transportes aunando la información del gráfico, esto es la exergía transportada.

Usando las propiedades termo estáticas la exergía total puede ser calculada por medio de las ecuaciones (a,b,c y d);

En respuesta a la segunda ley calculamos la eficiencia exergética, como se muestra en

La tabla ldel apéndice 2 y la figura 1 del mismo muestra la forma de presentar los la Ec 33.

resultados de un análisis exergético.

1.8 ESTIMACIÓN DE LA ENERGÍA Y LA EXERGÍA USANDO EL MÉTODO DE c ONTRIBUCI~N.

El método de contribución consiste en asumir que la energía y/o exergía transferida se obtuvo a partir de contribuciones y perdidas individuales Tabla 1 - 1. Para la predicción de la entalpia química específica y la exergía química específica para un material líquido o gaseoso, propiedades esenciales para el análisis termodinámico y síntesis en los procesos del sistema, ha sido desarrollado en dos grupos y su rango de aplicabilidad de cada uno es referido al aspecto de ser compuestos simples u o r g á n i c ~ s . ~ ~ ~ ~

El método de grupo de contribución, el cual es basado en asumir que las propiedades del material se obtuvieron a partir de la contribución de las propiedades de los grupos atómicos constitutivos provistas de una cantidad conveniente para establecer la estimación de las propiedades de ambas presentes y no presentes en el material.

Este grupo de contribuciones puede ser empleado no solamente para compuestos xgánicos conocidos sino además para nuevos compuestos orgánicos los cuales serán sintetizados o descubiertos.

El estado de referencia convencional para la medición de las propiedades termodinámicas, las cuales son colectivamente especificadas por todos los elementos conocidos en sus estados puros, la temperatura de 25 grados centígrados y presión de 1 Atmósfera, ha sido enormemente aceptado como la base de calculo en las tunciones



caloríficas termodinámicas. Adoptando un estado de referencia diferente puede naturalmente dar un valor diferente de esas fhciones.

Es posible que un compuesto o substancia pueda tener un contenido de exergía negativo y estos resultados puedan ser erróneos si se selecciona un sistema de referencia erróneo, por tanto es deseable especificar uno que en teoría sea consistente, sin generar un Contenido negativo de la exergía para cada especie de material.

Con un estado de referencia definido por la temperatura y la presión de los alrededores de cada elemento contenido en el material estará definido el estado de referencia de la substancia, en otras palabras, se requiere una substancia de referencia para cada elemento conocido teniendo la substancia de referencia un valor definido y único.

El método de grupo de contribución se fiindamenta en la premisa de que algunas propiedades y funciones de una substancia pueden ser consideradas como aditivas de átomos individuales o ligados en la molécula de una substancia.

Tres aproximaciones son posibles. La primera aproximación se basa en asumir que las propiedades de los átomos de la molécula son linealmente aditivos; esta consideración es frecuentemente llamada ley del orden cero. El segundo acercamiento nos dice que las propiedades de las cadenas en una molécula son aditivas; esta consideración es frecuentemente llamada ley de primer orden. Desafortunadamente la exactitud de las leyes de orden cero y primero para la estimación de propiedades es relativamente baja y su aplicabilidad es un tanto limitada. La tercera aproximación consiste en asumir que las propiedades de los grupos atómicos en una molécula, cada una de las cuales contienen átomos y cadenas, es aditiva. El asumir este es llamado ley de tercer orden.

En adición a la aditividad de un grupo de propiedades, este método además aplica que la magnitud de la contribución de un grupo de restos invariantes en diferentes substancias.a6

Análisis exergético de la contaminación ambiental.

h l b i e i t i d W } mh -

Proyecto finai.25


"T FIGURA X

Grafíco de un ciclo Rankin correspondiente a el ejemplo de análisis exer@ico para un sistema.

Los balances de materia energía y exergía de un ciclo ranquin son entonces representados de la siguiente forma:

BALANCE DE MASA.

EQUIPO BALANCE

1 2 3 4 5 6 O

1+2

CALDERA CONDUCCION TURBINA

CONDENSADOR BOMBA

PREC ALENTADOR M I E N T E

CALDERA+CONDUCCI~ N

m 1 +m8=0 ml+m2-Am2=0

m3 -m4+m7m+Am4=0 m4+m5=0

m5+m6-m7-m8=0 Am2-Am4=0

m5+m6-m7-m8=0 -m2+m8-Am2=0



,perdidade la exergía.

A

B

C

D

1 2 3

4 5 6

O 1 +2

tipode perdidas

in eficiencia en la bomba.

irreversibili dad por calentamiento del aire. flujodegas hacia la atmósfera

combustión

BALANCE DE ENERGÍA

método para la reducción de la perdida. Mejorar los componentes de diSe80.

Mejoramiento en transferencia de calor y reducir la presión mínima. Reducción de la temperatura perdida o el cargo del calor del proceso industrial.

Inherente al sistema; no puede ser reducido con la tecnología presente.

EQUIPO BALANCE

Motivo de la perdida en el sistema.

perdidas insignifícantes de la bomba en el sistema.

Calentamiento de aire las pérdidas exergéticas son menores que la exergía recobrada. Gran cantidad de BTü perdidos de esta forma pero de baja calidad sin una mayor perdida de energía intensiva en el sistema. importantes perdidas de exergía en la mayoría en energía intensiva de sistemas

CALDERA CONDUCCION

TURBINA

CONDENSADOR BOMBA

PREC ALENT ADOR

AMBIENTE c ALDERA+CONDUCCI~

ml h 1 +m8h8+Q 1=0 mlhi+m2h2-Amh2=0

m3 h3-m4h4+m7h7+Amh4- Q4=0

m4h4+m5h5+W 5=0 m5 h5+m6h6-m7h7-m8 h8=O

W5=0 m5+m6-m7-m8=0

-m2h2+m8h8-Amh2+Q 1=0

A d - A m h 4 - Q 1 +Q4+W3 -

N

PERDIDAS DE EXERGÍA EN UNA PLANTA DE GENERACI~N.

causas de la perdida.

Fricción, turbulencia en el fluido, fiicción- cojinete. Transferencia de calor a través de la temperatura y presión gota. desperdicio de calor flujo hacia la atmósfera

transferencia energética irreversible de la reacción química y calor. I

Anáiisis exergético de la contaminación ambiental. Proyecto fina1.25

~atimadtianpo} m -

Capítulo 1

E

F

G

H

~~~~

transferencia de calor en el flujo de los gases de combustión

ficción mecánica

Hidráulica

Calor de desperdicio del condensador, agua de enfiiamiento.

Transferencia de calor a través del gradiente de temperatura.

fricción de cojinetes.

turbulencia en flujo de fluidos, perdida de energía por efecto del viento. perdida de el calor con los alrededores.

creación de un flujo de temperatura, uso de revestimiento , mejoramiento de la transferencia de calor. Mejoramiento del diseño de componentes y mejorar lubricación Mejoramiento del diseño de conductores de fluidos.

Reducción de la temperatura de desperdicio; recu brimiento de espa cios.

tomado de ref. 3. tabla 1-1

Antecedentes teóricos.

Un mejor recurso de perdidas de exergía en sistemas de energía intensiva.

Generalmente pequeñas respecto a otras pérdidas.

Signiñcativa perdida de exergía en la mayoría de los sistemas.

Gran cantidad de Btu rejection pero de baja calidad, así la perdida de exergía no es signifícativa relativa a otras.

Anáiisis exergético de la contaminación ambiental.

CadElQldtianpo} Am -

Proyecto fina1.25


TIPO DE PROCESO.

Flujo de calor

eléctrico

momentum flujo de

gravitacional

Temoeléctrico

fricción. Meelting,

freezing reacción química

transferencia de

calor radiativo. Mezclado isoténnico.

Esta. tabla ejemplifica las perdidas de exergía en una planta generadora de potencia y en la misma referencia podemos encontrar otros ejemplos como el caso de un sistema de refrigeración sin embargo un aspecto más general de este análisis de bloques lo tenemos como:

Para el uso de la metodología por bloque de la exergía, requerimos de las ecuaciones pertinentes que utilizaremos en el desarrollo del trabajo; por lo cual, mencionaremos en primer termino todas ellas, en forma de tabla

POTENCIAL TIPO DE CAMBIO DE ECUACI~N QUE SE FLUIDO ENTROPÍA. EXERGÉTICA. MANEJA Diferencia de CALOR dQ I dT T,dQIT temperatura diferencia de C O m N T E I. 12R/T TJ'RIT voltaje velocidad V; -52 vz' -q2 MAslco (c, + c1 +..)- r,ccl 2gJT G. 2 g f l

diferencia de MASA M. m(Z, - Z,>(g/g,Y T,m(Z, - Z,Xg/g,Y altitud fuerza dQ

T T electromotriz CALOR Y ,diferencia de CORRIENTE. voltaje

diferencia de CAMBIO DE M T KAhlT entalpía FASE.

químico

diferencia de CALOR Q. temperatura

+(I2 RIT T, - +(12RIT)

presión puntual MASA M. (P2 - WJ T o e 2 -WJ

potencial CALOR Q. NlOL, -P*) T,NIOLl - P o )

fourth-power &&0(q4 - q4) &ulF@3T,'-T: -4T0T,')

presión parcial MASA M. R, MP2 - 4) TOR1 w p 2 - 4)


Capítulo 2 Exergía y Economía.

CAPITULO 2.

ANALISIS TERMOECONOMICO

No es difícil ver que la planificación de las finanzas en el trabajo científico se puede reducir a una forma muy simple según el cual se efectúa en la realidad; pero se enmascara en el plan temático.

Piotor Lenidovich Kapitsa.

2.1 COSTO BENEFICIO EN LA CONSERVACI~N DE LA ENERGÍA.

Durante el siglo XIX la eficiencia con la cual los recursos energéticos heron utilizados en baja y relativamente constante, sin embargo, a fines del siglo XiX el consumo energético se incremento dramáticamente, al igual que su eficiencia, sin embargo la eficiencia entrópica del recurso energético es del orden del 10%. Por lo cual entendemos que los prospectos de la conservación de energía es muy significativa si se mejora la eficiencia de conversión desde la materia prima al estado final.Z4

La gran motivación para mejorar la eficiencia es el aspecto económico. La necesidad de grandes cantidades de combustible hicieron de la energía un artículo relativamente caro; esto hizo valer el desarrollo tecnológico y las inversiones de capital en equipo eficiente. Más sin embargo surgieron barreras en la conservación de energía entre las que encontramos la limitación de capital, distintos criterios de los usuarios respecto a energía entre energía y utilidades reguladas y el aspecto de la relación entre inversión inicial, costos de operación y tiempo de recuperación de la inversión.

Dado que la exergía es un valor que provee una llave cómoda para la contabilidad de costos de energía uti1 entendemos que tiene varias ventajas, como son:

COSTOS: Cuando hablamos de un proceso químico o un sistema que tendrá varios productos, entonces los propios aportes energéticos en términos de costo requieren balances de exergía.

Cuando un sistema energético o una planta de proceso se diseña, cada componente del sistema o proceso se selecciona óptimamente mediante balance de combustible y costos de capital. Donde la exergía provee las razones para establecer el costo unitario de combustible.

ESTUDIO DE FACTIBILIDAD: En este caso nos sirve para considerar los costos mitarios de exergía y compararlos con otras alternativas.

Con base en formalizaciones teóricas se ha encontrado que para la comprensión de un sistema planta, una buena idea consiste en considerar que se encuentra este sistema inmerso en dos medios.

DISEÑO OPTIMO:

Análisis exergético de la contaminación ambiental (..-.- A A Proyecto final


a) Un medio fisico descrito por una presión de referencia, una temperatura de referencia y un potencial químico de referencia.

b) Un medio económico descrito por un sistema de precios de referencia dados Ci que incluyen el costo de capital.

Con un sistema inmerso en un medio económico, todas las energías y materiales de interés son evaluadas de acuerdo con su potencial económico(costos). La función de criterio es la medición de los costos, donde una función típica es:

donde llamaremos a esta ecuación función criterio.

donde el primer términoZC3 es el costo de nivel máximo de almacenamiento, El segundo ZZ es el costo de procesamiento mecanismo de competición material contenido y el tercero ZCpP es el valor de uso de productos. La fiinción será minimizada.

La idea de acoplar el medio fisico y el flujo de costos no es nuevo pues Manson y Bendict en una publicación de 1949 reportaron algunos ejemplos.

2.2 ANÁLISIS TERMO ECON~MICO:

El precio total de los productos ha de ser igual a la suma de los costos de las materias primas o recursos consumidos, más los costos de personal, estructura y capital. En la figura se esquematiza el flujo de inversión, de modo que todos los costos generados por el proceso son recogidos en los productos.

Capital Otros costos.

Materia prima y10 Proceso productivo. Producto recursos

FIGURA 2.1

Si representamos por Zn el costo total del recurso genérico i, por Zpj el del producto genérico j y por ZC el capital y otros costos fijos, se verificará el si&iente balance:

Análisis exergético de la contaminación ambiental Proyecto final


Podemos expresar la ecuación anterior en hnción de los costos unitarios medios Zn y Zpj y de las cantidades nri consumidas de cada recurso y npj producidas de cada p r o d ~ c t o : ~ ~

cnPj z , - = c n,,zri +z, (2.3)

Cuando sólo hay un producto, la Ec 2.3 permite determinar su costo unitario.

Para el caso ,cuando hay "n" productos, son precisas n-1 ecuaciones más con dicho fin, ecuaciones que son formuladas de acuerdo con la política de cada empresa que explote el proceso y dependerá de su estructura, circunstancias y objetivos.

Las magnitudes termodinámicas de un proceso son absolutamente objetivas, Las económicas, en cambio, tienen un carácter subjetivo y pueden depender de los criterios que aplique la empresa. Esto no significa en modo alguno que las formulaciones económicas tengan menos rigor que las termodinámicas, sino que el tratamiento económico riguroso suele requerir la aplicación de criterios que dependen de la situación concreta analizada.

Uno de los objetivos del análisis termo económico es la determinación de los costes Zpj mediante una combinación adecuada de los recursos de la termodinámica y de la economía. y otro objetivo es la optimización de los costos

El análisis termo económico investiga el compromiso Óptimo entre la reducción de la sumatoria de los "nnZn" y el aumento de ZC, que conduzca a un mínimo de Zp.

Ejemplo de una análisis termo económico.

Para una planta de cogeneración.

hAlisis exergético de la contaminación ambiental I r k . - Am Proyecto final

Capítulo 2

7

CICLO DE COGENER4CIÓN.

I I I

I I

I I caldera

Exergía y Economía.

Turbina L . - - - - - J I I

I

Alternador

I

Como ejemplo, tan solo se presentarán las fórmulas generales y su justificación.(i) En primer lugar el balance económico de la caldera de acuerdo con 2.2.

npzp = nczc +zc ( 2.5)

Donde np y Zp representan, respectivamente, el flujo exergético del vapor primario y ?,u costo por unidad de exergía respectivamente, nc y ZC las magnitudes homólogas del combustible y Zc el costo anualizado de la caldera más otros fijos.

Así para los costos unitarios.

Expresión en la que cc=np/nc representa el rendimiento exergético de la caldera. Ahora para el turbo alternador su balance económico es:

(2.7) neze + naza + n b z b = npzp + zt

Análisis exergético de la contaminación ambiental Proyecto final -0.- A


Si suponemos que el coste de los tres productos ha de ser el mismo por unidad de ,ixergía contenida. Este criterio es aplicable cuando la electricidad como el vapor del proceso se generan para uso propio.

La ec adicional será

Ze=Za=Zb (2.8)

Substituyendo 2.7 en 2.6

Donde ct es el rendimiento exergético global del turbo alternador:

ne +n, +nb c* = nP

(2. I O)

Los costos por unidad de exergía iguales conduce a costos por unidad de masa de vapor diferentes. Como es de esperar, resulta un valor inferior para el vapor de baja, que es el de menor exergía especifica.

En los casos considerados hasta este momento hemos manejado costos z medios. Estos no son siempre adecuados. Cuando se trata de analizar la conveniencia de aumentar o disminuir la producción de uno o varios productos, hay que utilizar un análisis incremental. Su hndamento consiste en cargar la producción de exergía incr5mental con el costo total necesario para su obtención.

Evidentemente, son posibles otros criterios, según circunstancias. Por ejemplo, cuando todo el vapor de proceso generado se destina al consumo propio, se puede aplicar el criterio de electricidad subproducto, se asignarán a Z, y Z, los costos a que resultaría el vapor de alta y de baja presión si se generase directamente con calderas de alta o de baja presión.

Cuando toda la energía eléctrica producida se destina a consumo propio, puede asignársele un costo igual al precio a que habría que pagarla a la empresa suministradora. El vapor de proceso se consideraría de hecho como un subproducto de la generación de energía eléctrica y su costo se determinaría basándose en su exergía, como antes.

Considerando que la electricidad se produce exclusivamente para su venta, y el vapor se consume enteramente en el proceso, es razonable asignar costos iguales al vapor primario y de proceso por unidad de exergía y cargar el costo fijo del turbo alternador sobre la energía eléctrica producida.

Análisis exergético de la contaminación ambiental 011.- mi

Proyecto final

Capítulo 2

2.3 COMPORTAMIENTO MODELADO DE COSTOS.

Exergía y Economía.

El cálculo de exergías y disipación de costos requiere de una descripción matemática del comportamiento del sistema y los costos.

Un nivel de detalle apropiado en la comparación de alternativas de diseño es la descripción del comportamiento y los costos de cada subsistema para todas las descripciones. Puede efectuarse por medio de la subdivisión de subsistemas en otros pequeños subsi stemas.

Las relaciones esenciales descritas en cada subsistema, las ecuaciones; para balance de masa, energía, y costos en términos de los parámetros de capacidad (por ejemplo área, tasa de masa, energí a,...) son con forme a la ecuación de costos el inicio. Estos parámetros pueden ser implementados para inducir la influencia de variables como presión, temperatura o eficiencia. Cuando no hay suficientes grados de viabilidad.

por ejemplo. El costo de producción de flujo de exergía mecánica puede ser asignado al proceso

de presión puntual. Esta asignación hace evidente que los costos por unidad de pérdida de presión paga el cambio de intercambio de calor.

Otra contabilidad aproximada es propuesta por Gagigioli26 por la cual el costo de entrada de energía y el costo del mecanismo de proceso es conocido como producto de exergía de uso dentro del sistema. El precio de disipación de su entrada de exergía. Este tipo de contabilidad permite la comparación de subsistemas alternativos produciendo el mismo producto exergía. La contabilidad aproximada es el más simple de usar y frecuentemente oportunidades relevantes para mejorar los cuales no son conocidos del comportamiento del sistema. Esto no es relevante como una inversión de capital en una parte de la planta puede afktar la generación de entropía en otra.

2.4 DERIVACI~N DE LA ECUACI~N DE COSTOS.

cuando los costos de un device son mejor evaluadas en términos de sus variables geométricas, las ecuaciones de costos se pueden derivar en términos de variables de comportamiento. Las variables geométricas y de comportamiento son generalmente relacionadas con las funciones de diseño. Las variables y las relaciones de diseño determinan juntas los grados de libertad. Estos casos son:

1) Comportamiento esencial de las variables que determinan así el device del sistema, igual a los grados de libertad. En este caso el problema es de cambio de variables.

2) Cuando las variables son menos que los grados de libertad, el costo es minimizado con respecto a al exceso de estos y el desarrollo de los costos mínimos es la ecuación de costos.

3) Cuando las variables son más que los grados de libertad. En este caso las restricciones adicionales son impuestas.

Análisis exergético de la contaminación ambiental Proyecto final m

Capítuio 2 Exergía y Economía.

Definicion de medio ambiente fisico-economico

2.5 ESTRATEGIA TERMO ECONÓMICA.

-

E n concepto de diseño la creatividad es mucho mayor que el análisis. La creatividad se usa en la introducción de cambios significativos en los diagramas de flujo, así el análisis alternativo como opción a descubrimientos y creaciones ocurren como consecuencia de una estrategia. La siguiente figura muestra un diagrama de flujo referente a una estrategia o plan.

Fig. 2.3 Diagrama de flujo de estrategia termoeconómka.

I Diseño conceptual 1

1 Opt ¡mi z a ción Precios sombra. J Optimo esperado) Distribucibn de contabilidad

Sensibilidad de variables de frontera.

I

A

tos detallado.

.4náiisis exergético de la contaminación ambiental Proyecto final R9p. -.*


Para comenzar el proceso, el ingeniero define tan exhaustivamente el problema como le es posible en cuanto a entradas y salidas de energía y las funciones de costo. Entonces los estados de referencia ambos físico y económico son definidos. El siguiente paso es el desarrollo de la descripción matemática del sistema y sus perspectiva de este análisis.

Como lo indica la estrategia después de definir al sistema es necesario encontrar al menos una solución factible de estas ecuaciones. posteriormente modificando los flujos de entrada y salida tenemos un conjunto de soluciones. Estos pasos dan como comparación el costo de capital y pérdida de exergía en cada zona, los cuales así nos muestran el comportamiento del sistema.

Análisis exergético de la contaminación ambiental Proyecto final

mmd-

Capítulo 3 Exergía y ecología.

CAPITULO 3. EXERG~A Y ECOLOGÍA.

Quizás el obstácuio mayor a la reforma real y

En el peligro de que continuemos actuando

David Rockefeller.

duradera esta en la 'I naturaleza humana."

así "como de costumbre".

3.1 LA EXERGÍA EN EL CONTEXTO DE LA ECOLOGÍA.

Las emisiones contaminantes hacia el medio ambiente son en su gran mayoría derivados de un mal uso o un uso deficiente de la energía. De esta forma la contaminación puede asociarse a la generación de la entropía debido a las irreversibilidades de los procesos contaminantes.

Es por ello que el estudio de estas perdidas de exergía, anergía, nos permite conocer en forma precisa el impacto ambiental que se tiene en fiinción del uso de la energía.

Las fbentes de contaminación atmosférica de tipo antropogénico emiten una variedad de partículas y gases contaminantes que interaccionan entre sí disminuyendo su concentración. Además de esto, el viento actúa transportando los contaminantes y promoviendo su mezclado. Algunos contaminantes pueden participar en reacciones químicas mientras son transportados resultando una calidad del aire del receptor determinado por el tipo y cantidad de contaminantes emitidos.

La preparación de un análisis de impacto en la calidad del aire se basa en elementos técnicos, fig. 3.x sin embargo además de las consideraciones técnicas , los elementos de juicio socio político son un factor de consideración. Los procesos socio políticos determinan su aceptación y potencial éxito Como se muestra en la figura 3.x La evaluación y uso de resultados en la toma de decisiones aterriza en el dominio socio político.

I

IINTERACI~N ATMOSFÉRICA CALIDAD DEL AIRE

\ EMlClONES

CONT MINANTES / \ EFECTOS

\ RECEPTORES

.eiálisis exergético de la contaminación ambiental. Proyecto final. 3 1

cuslbiertirltianpo mi -

Capítulo 3 Exergía y ecologla.

Este marco nos muestra la necesidad de involucrar algunos tópicos como el de salud y los efectos de contaminación considerando la sumatoria de factores con diferente importancia y el criterio en cuanto al impacto y su cuantificación.

Uno de los problemas ai que se enfrentan los estudiosos del problema de la contaminación es la falta de una definición precisa de esta. Existen autores que enlistan un conjunto de elementos que se encuentran en la atmósfera pero que no deben encontrarse y los llaman contaminantes. Algunos mencionan, por ejemplo, al di oxido de carbono como contaminante debido ai volumen de emisiones crecientes que se tienen y ai creciente efecto invernadero que provoca mientras otros lo consideran un elemento constitutivo de la atmósfera.

Considerando esto, en este trabajo, se decidió emplear la definición de contaminante de acuerdo con lo siguientes conceptos.

El contaminante pude ser materia o energía, o debiéramos hablar de anergía? basada en el impacto ambiental que se tenga, se considera una variable con propiedades extensivas que rompe el equilibrio ecológico.

Entendemos la ecología como interacciones entre los componentes de los nichos ecológicos y equilibrio ecológico es la interacción ordenada entre componentes del ecosistema. Existen diferentes formas de modificar el equilibrio ecológico. a) modificando un componente del ecosistema (biocenosis y/o biotipo). b) modificando algún factor del ecosistema (edáfico, biótico, físico.) y c) modificando la interacción entre los componentes y/o nichos del ecosistema.

3.2 MEDIO AMBIENTE.

La dimensión del medio ambiente son definidas como una tasa y puede ser ademas elaborada y categorizada de la siguiente forma.

1 Ambiente fisico. tierra y clima. Vegetación y vida salvaje en las áreas naturales. Tierra de alrededores, usos y características fisicas del área. Infraestructura/ servicios públicos. niveles de contaminación del aire. Niveles de ruido. Niveles de contaminación del agua.

Facilidades y servicios Centros de empleo y facilidades de comercio

Existencia de un sitio de significado histórico, arqueológico o arquitectónico. Áreas escénicas, vistas y naturai land scape.

Niveles empleo y Recursos Base económica. Tierra de valor.

L Ambiente social.

3 Ambiente estético.

4 Ambiente económico.



Ante las distintas formas de modificar al medio ambiente podemos comprender que "todo" tiene la capacidad de ser un contaminante y a su vez que 'I

nada 'I es un contaminante si se usa o interrelaciona adecuadamente. Por esto, el objetivo es disminuir los contaminantes mediante la eliminación del desperdicio y mal uso de la energía y la materia que puede en un momento dado convertirse modificador del equilibrio ecológico natural.

en un

Fig. 3.1 Interacción de los medios abióticos y los elementos bioticos con el se humano.

INTERACCI~N ATMOSFÉRICA.

En combinación con la cantidad y tipo de contaminantes primarios emitidos, la interacción atmosférica determina la calidad del aire del receptor, incluye la meteorología(di1ución y mezclado y transporte de contaminantes) y los procesos químicos(transformación de contaminantes primarios inestables a Contaminantes secundarios.). La extensión de la dilución, transporte mezclado y cambio químico entre las fuentes y los receptores determinan la calidad del aire, así por ejemplo, con forme

Análisis exergético de la contaminación ambiental. Proyecto final. 3 3


aumenta la distancia entre la fuente y el receptor, el mezclado y la dilución de los contaminantes normalmente se incrementa.

FUENTES ANTROPOGÉNICAS DE CONTAMINACIÓN.

1.

2.

3.

4.

5.

6 .

7.

8.

9.

Recursos de combustión externa. Combustión de carbón, aceite, gas natural, madera. Disposición de sólidos de desperdicio. incineración de desperdicios, lodos Swage. Máquinas de combustión interna. Vehículos, maquinas diesel y de gasolina en la industria, turbinas de gas, aviones. Pérdidas por evaporación. gasolineras, refinerías. Procesos químicos industriales. Ácido adípico, carbón, amonio, explosivos ácido nítrico, ácido fosfórico, plásticos pinturas y barnices, tinta de impresión, detergentes, azufre, etc. Industria de agricultura y alimenticia. procesos de secado, ahumado, deshidratación, fermentación etc. Industria metalúrgica. producción primaria de aluminio, manufactura metalúrgica del coque. etc. Industria mineral. concretos asfálticos, manufactura de calcio, cemento protland. Industria del petróleo. refinación, destilación, craking, reforma catalítica, polimerización.

10. Industria de la madera. proceso químico de la pulpa, operaciones de beneficio.

1 1. Recursos misceláneos. %egos forestales, caminos, operaciones de construcción pesada.

3.2 CONTAMINANTES DEL AIRE.

El término medio ambiente no se encuentra definido en la national enviromental policy act, sin embargo en la sección 102 del acta, el medio ambiente se debe interpretar en forma tal que incluye parámetros fisicos, sociales, culturales, económicos y estéticos.

En este contexto se define al medio ambiente como el complejo de esos factores que afectan individuos y comunidades y determinan su forma, carácter, interrelación y sobreviviencia.

Parámetros ambientales como fiinciones definidas, se pueden establecer y categorizar, para ello en este trabajo se usa la idea de alrededores que establece que la región de interacción consta de un área geográñca en la cual su frontera no es definida por municipios y estados sino por montañas, colinas y cuerpos de agua.



Kriptón Oxido de nitrógeno

La relación entre contaminación del hire y la salud en estudios muestran algunos puntos de relevancia como: 1) Establecer niveles en los cuales los efectos adversos son observados. 2) Desarrollar la correlación de respuesta de humanos y animales 3) Obtener más información epidemiológica, elementos que han servido para establecer la normativa con que contamos.

Convencionalmente se acepta la composición del aire como una mezcla de varias especies químicas:

1 .o 0.05

TABLA DE LA COMPOSICI~N DEL AIRE LIMPIO.

Hidrogeno Xenón Vauores oreánicos

Nitrógeno 780,900 Oxigeno 209,400 Ama ....

0.5 0.08 0.02

Helio 5.2 Metano 11.0-1.2

8.95X108 I I

2.74X 1 O8

1.52X107

6.56-737x1 O2 I 3.43X103 9.OOXl o2 4. 13X1O1 I

I

4.29X 1 O2 I .... I

Tabla tomada de "Energy ecology and enviroment."

Para lo cual las especies que no aparecen en la tabla y en la medida que se encuentren en concentraciones suficientemente altas para alterar el equilibrio ecológico natural, se consideran contaminantes.

Los contaminantes son clasificados en dos categorías: Primarias y secundarias, lo cual es relacionado de acuerdo a la matera en que se introducen los contaminantes en la atmósfera. Los contaminantes primarios son aquellos que se producen directamente por fuentes fijas y móviles como el COZ, los secundarios son los derivados de las reacciones atmosféricas, por ejemplo, el ozono.

Anfilisis exergético de la contaminación ambiental. Proyecto finaí.35

cmraepidtianpo k m -


TABLA DE MECANISMOS DE REACCI~N

1 . 2. 3 . 4. 5 . 6 . 7. 8. 9. 10. 1 1 . 12. 13. 14. 15.

NO2 + hv -+ NO +O O + O2 + M + 0 3 +M 0 3 + N O + N 0 2 + 0 2 0 3 + N 0 2 + N 0 3 + 0 2 NO3 + NO2 + 2HN03 NO + NO2 + 2HN02 HN02+ hv + OH +NO CO+OH + C02+H20 H02 + NO + OH +NO2 HOZ + NO2 + "02 + 0 2 HC + O -+ 0 2 a R 0 2 HC + OH + PRO2 HC + O3 + yR02

R02 + NO2 -+ PaN. ROL + NO -+ NO2 + &OH

Otra distinción se hace entre los contaminantes estables e inestables, los primeros son aquellos que no participan en los procesos químicos de la atmósfera y los segundos participan en la formación de contaminantes secundarios. Entre los estables tenemos al monoxido de carbono, partículas, etc. y para los inestables el oxido de nitrógeno, ozono e hidrocarburos.

Anáiisis exergético de la contaminación ambiental. Proyecto f i d . 3 6

capftulo 3 Exergfa y ecología.

TABLA 3.2 DE CONTAMINANTES DEL AIRE

ORIGINADO POR AMBIENTES URBANOS

Di oxido de sulfur0 (S02) Partículas Monóxido de Carbono. Hidrocarburos Óxidos de nitrógeno Oxidantes fotoquimicos. ESPECIALMENTE PELIGROSOS.

plomo mercurio CONFORMADOS PARA RECURSOS ESPEC~FICOS

Arsénico clorine gas hydrogen cloride cobre Manganeso Nikel Vanadio OTROS (POR EJEMPLO)

Nitratos Sulfatos plomo Materia orgánica polinuclear Fluoritos Olor

Cadmio Asbestos

Zinc Bario Boro Cromo Selenio Pesticidas Substancias Radiactivas

Alergogenos Aldehidos Amonio fósforo Berilio En la tabla 3.2 se presenta un listado de los contaminantes del aire más comunes.

Aerosoles biológicos Etileno Ácido hidroclorico sulfitos de hidrogeno hierro.

3.4 LEGISLACION Y TENDENCIAS DE REGLAMENTACI~N.

Se reconoce que la contaminación del aire por combustión es necesaria e indispensable para un desarrollo de la actividad humana. No se puede simplemente dejar de emitir estos contaminantes mientras se sigan utilizando los hidrocarburos y el carbón como


r*Apítulo 3 Exergía y ecología.

energéticos, por lo cual se deberán establecer los limites máximos permisibles, pensando en contaminar lo menos posible, (principio ALARA). Para conseguir lo anterior es necesario definir algunos aspectos como es el de la calidad del aire.

Las leyes tienen como objeto reglamentar la actividad humana en busca de una vida armónica, ante esto existe un conjunto de elementos a considerar.

a) Definición del problema a solucionar. b) Acciones a realizar. c) Aplicación y cumplimiento por medio de acciones punitivas.

El aspecto legislativo deberá considerar el impacto ecológico, específicamente en cuanto a los daños a flora y fauna tanto fisiológicos como psicológicos provocados por la contaminación de la atmósfera.

constantemente con respecto al tiempo y a la evolución de la tecnología. La normativa tiene carácter de transitoria, pues los niveles y valores se modifican

3.4.1 NORMAS OFICIALES MEXICANAS.

Las normas mexicanas referentes a la conservación del medio ambiente, son relativamente recientes y datan del año de 1994. Todas ellas se identifican por sus denominaciones NOM-OXX-Ecol- 1994. propuestas por la secretaria de desarrollo social y editadas en el diario oficial de la federación.'

Referente a la contaminación atmosférica encontramos siete propuestas las cuales a la fecha se considera su modificación con el objeto de establecer sanciones más fuertes para el infiactor.

NOM-O91 -ECOL- 1994: En ella se establecen los máximos permisibles de emisiones de bióxido de azufre y material particulado a la atmósfera proveniente de las plantas de fundición de cobre y zinc.

Estos límites se exceptúan en caso de arranque se pide el cumplimiento de pruebas de monitoreo y de opacidad y de acuerdo a normas mexicanas2

NOM-086-ECOL-1994: Esta norma es de gran interés debido a que establece la calidad de los combustibles que se usan en fuentes móviles y fijas. Como es conocido, las emisiones de compuestos de azufre y otros componentes como el plomo son estrictamente dependientes de el combustible utilizado en la combustión por lo que al establecer la norma de calidad de cada combustible en cuanto a su contenido de plomo, azufre, aromáticos, ole finas, color, benceno, número octano, aditivo detergente dispersante, etc. Todas estas pruebas son elaboradas de acuerdo a las normas ASTM.

En el apéndice 4 se presentan las normas a las que se hace referencia en su todidad. La forma de realizar estos monitoreos y la definición de los conceptos de opacidad son rigurosamente

definidos en el proyecto de ley. (Ver apendice 4)

Análisis exergético de la contaminación ambiental. Proyecto find.38


NOM-075-ECOL-1994. Establece los niveles máximos permisibles de emisión a la atmósfera de compuestos orgánicos volátiles proveniente del proceso de los separadores agua-aceite de las refinerías de petróleo. En esta norma deseo dejar indicado que tan solo se pide una tener un control como mínimo de 95% pero considero que en separadores de mayor capacidad se debe exigir un control más estricto considerando además que esto es posible ya que a mayor capacidad los mecanismos de control son o pueden ser más precisos justificándose su inversión.

NOM-076-ECOL- 1994 Establece los niveles máximos permisible se hidrocarburos no quemados, monóxido de carbono u óxidos de nitrógeno provenientes del escape de los vehículos automotrices nuevos en planta, así como de hidrocarburos evaporativos provenientes del sistema de combustible.

NOM-077-ECOL- 1994 Esta norma busca establecer el procedimiento de medición para la verificación de los niveles de emisión de la opacidad del humo proveniente del escape de los vehículos automotores en circulación que usan diesel como combustible.

NOM-078-ECOL-1994 Establece los niveles máximos permisibles de emisión a la atmósfera de ácido flurhidrico y su método de medición en plantas productoras del mismo.

NOM-085-ECOL-1994 Establece los niveles máximos permisibles de emisión a la atmósfera de partículas, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, bióxido de azufre, neblinas de ácido sulfürico y partículas suspendidas, así como los requisitos y condiciones para la operación de los equipos de calentamiento indirecto por combustión y emisiones de bióxido de azufre en los equipos de calentamiento directo por combustión utilizando fuentes fijas, que usan combustibles fósiles líquidos o gaseosos o cualquiera de sus combinaciones.

A la fecha se han modificado estas normas siendo más estrictas, los niveles máximos permisibles son mas rigurosos y para su establecimiento se comienza a considerar el gasto económico que se tiene al presentarse periodos de contingencia ambiental. En los periodos de contingencia ambiental, parte de la industria y el parque behicular es totalmente detenido, lo cual nos refleja no solo la relación socio política y de salud publica con el establecimiento de las normas sino el grado de deterioro ambiental.

Toda esta normativa se espera cada día más rígida en cuanto a sus niveles máximos permisibles debido a el creciente impacto a la salud y al medio ambiente que se tiene en nuestro país aun cuando en el presente es igual al o menos rigurosa que muchos países desarrollados.

3.5 EFECTOS DE LA CONTAMINACI~N DEL AIRE.

Sin efectos, la contaminación ambiental no existiría y evaluar el impacto en la calidad del aire sería innecesario.

La salud relacionada a los efectos de una exposición, dados obtenidos a partir de animales sometidos a exposiciones han sido la mejor herramienta para establecer los niveles a los cuales se presentan efectos adversos, estableciendo correlaciones entre la respuesta humana y animal obteniendo más información epidemiología.

Los actuales estándares de calidad del aire presentados en la tabla, primarios y secundarios han sido adoptados para seis contaminantes, los primeros estándares definen el


capitulo 3 Exergía y ecologia.

nivel de calidad del aire para proteger la salud pública en general . Los secundarios definen la calidad del aire a la cual será protegido el bienestar público ( Por ejemplo materiales y vegetación.)

TABLA DE CALIDAD DEL AIRE ESTÁNDAR.

TIEMPO PROMEDIO

ESTÁNDAR PRIMARIO

ESTÁNDAR SECUNDARIO

OBJETIVOS GENERALES.

CONTAMINA NTE Ozono 1hr Para prevenir

irritación en ojos y posible disfunción pulmonar en personas con enfermedades crónicas y prevenir daño en la vegetación Para prevenir interferencia con la capacidad de transportar oxigeno a la sangre. Para prevenir posibles riesgos de salud pública. Para prevenir irritación pulmonar

Monoxido de carbono.

8hr

1hr

Dióxido de nitrógeno

promedio anual 100pg/m3 O. 05 ppm

100pg/m3 O.05ppm

dióxido de anifre

promedio anual 80pg/m3 0.03ppm

365pg/m3 O. 14ppm .....

.....

......

1300pg/m3 O.05ppm

24 hr.

3hr Para prevenir olores.

Partículas suspendidas.

Tasa geométrica anual.

24 hr.

60pg/m3

15opg/m3

Para prevenir efectos a la salud atribuibles a las exposiciones continuas. para reducir formación de oxidantes

Hidrocarbonos, corregido por metano.

3hr 160pg/m3 0.24ppm

1 60pg/m3 O. 24ppm



3.5.1 MEDICI~NDEL IMPACTO AMBIENTAL.

Un paso fiindamental en el análisis de impacto ambienta consiste en definir cuantitativamente las cantidades medibles a evaluar de los impactos y el desarrollo de fórmulas para calcular estas cantidades. El impacto ambiental debido a la contaminación atmosférica es definido por la emisión total debido a las dos fiientes básicas de contaminación; móviles y fijas de tal manera que el impacto ambiental será descrito como:

A)Para el caso de fuentes movibles. Proyectos residenciales. Ci Fe3 *(viajes/día)*(Vehículos/morada)*(# moradas)

Proyectos industriales. Ei4 Fe*@AA5 )*(Promedio de viajes/DAA)*(TW6 )

B)Para el caso de fiientes fijas.

Proyectos residenciales. Ci Fe7 *(Consumo en ft3/morada)*(# moradas)

Proyectos industriales. Ci8 Fe*@UP9)*(consumo en ft3/ft2DUP)

(CAP ) - CADP loo CAAP

Por medio de todos los factores del impacto ambiental podemos podemos evaluar económicamente el costo de la contaminación, esto es debido a que los impactos ambientales que origina la contaminación son los elementos de criterio para evaluar su costo.

CEC:

ZFf Suma de factores econimico-físicos. =FS Suma de factores economico-sociopolíticos,

Costo Económico del efecto de la Contaminación.

CEC=ZFf+ CFS

Factor de emisión de contaminantes en g/min i es el iesimo contamintante y se realiza la suma sobre todos los contaminantes. Densedad de area arendable. Tasa de uso vehicular en Knddía. Factor de emisión de contaminantes en g/min i es el iesimo contamintante y se realiza la suma sobre todos los contaminantes. Densidad de uso de piso en m2

Análisis exergético de la contaminación ambiental. Proyecto final .4 1

c i a ~ d t * i p o him -

capitulo 3 Exergía y ecología.

donde.

xFf= Zm *Impacto meteorológico + Zex *Impacto emisión contaminantes.. . . .

Es justamente el segundo término el de interés desde el punto de vista termodinámico y para el cual Zex son los costos exergéticos de la contaminación atmosférica.

3.6 LA TIERRA COMO SISTEMA TERMODINÁMICO.

Las leyes de la termodinámica, antes citadas, sobre un área general tan lejos como conozcamos no dejan de cumplirse, pareciera dificil en principio ai pensar en la segunda ley de la termodinámica, por ejemplo, la tendencia de todos los sistemas a tener un máximo de desorden lo cual es compatible en un mundo tan complejo como el nuestro3’.

La tierra puede ser vista como un sistema cerrado, la cual recibe energía solar parte de la cual regresa al espacio pero no existe intercambio de materia. Con este sistema cerrado, enormes cantidades de energía y materiales son transformados continuamente, bajo la influencia de la radiación solar y la biomasa sintetizada por simples constituyentes para formar estructuras complejas las cuales soportan nuevas formas de vida biológica más complicada. Todo es usado y rehusado una y otra vez. A través del ciclo del carbón, el ciclo del nitrógeno y el ciclo del agua. Los materiales son purificados y rehusados de una manera sustancial. ¿que lección podemos dibujar de este simple ejemplo de desarrollo sostenible para configurar nuestra sociedad.? y sin embargo se piensa que el crecimiento de una población siempre sucede a expensas de otra.

El tecnosistema de hoy puede ser dibujado como un sistema, en un proceso industrial típico, la materia prima o combinación de materiales son pie para un proceso en el cual brindarlo el reactivo con cada otro para producir un producto, desafortunadamente la mayoría de las reacciones producen cierta cantidad de desperdicios. Mientras que los subsistemas biológicos no presentan estas desventajas aso como el uso adecuado de la energía ya que esta se dosifica estrictamente para resolver !os problemas específicos haciendo del ecosistema y tecnosistema un conjunto que pueden ser vistos termodinamicamente como un sistema abierto, esta son las diferencias fundamentales entre estos y que con ayuda de la exergía pueden acortarse al conocer la dosis precisa y los mecanismos para otorgar esta energía y/o materia.32

Si la diferencia entre sistema cerrado y abierto es solamente la materia que transferimos es posible incluir la producción de desperdicios en el sistema y entonces convertirlo en cerrado, el problema es que la tasa de producción de estos desechos e enorme y su presencia en forma diluida exagera el problema, por esto entendemos que los factores económicos, tecnológicos y de posible uso (desarrollo sustentado) determinan las acciones a seguir. 18

Anáíisis exergético de la contaminación ambiental. Proyecto finai.42

Capitulo 3 Exergia y ecologia.

Como se ha mencionado el comportamiento natural que nos dice que la naturaleza tiende a aumentar su entropía podemos en forma general decir que la entropía de nuestra mezcla de gases atmosféricos puede ser descrita en forma simplista de la siguiente manera.

AS = - R S NtLnNi

Donde Ni denota la fracción molar del componente i en la mezcla final con el rango de N cercano a cero o a la unidad el logaritmo es siempre negativo y la entropía de la mezcla siempre es positiva, como debe ser, indica un incremento en la entropía por el aumento en el desorden.

La operación inversa de separar componentes mezclados requiere energía e ingenio, U n realidad, todos nuestros procesos de separación, que son gran parte del campo de la ingeniería química, dependen de diferencias relativas entre las especies a separar sea por su punto de evaporación diámetro de partículas etc. y como consecuencia de esto, decimos que "toda técnica de separación resulta solamente en una diferencia de distribución." algo que tiene gran resonancia en cuanto a lo tratado ya que la distribución de substancias se asocia tanto a entropía(orden) como a contaminación (grado de concentración de elementos que alteran el equilibrio ecológico "desorden").

El rol de la energía solar en un número de procesos naturales es muestra de una forma general en la figura 3. En esta figura vemos que la energía que llega a la tierra del sol es balanceada por la reradiación de la mayoría de la energía que regresa al espacio y una pequeña energía hacia el espacio por otros procesos.

Todos los balances son delicados y el balance de energía en la tierra no es la excepción: La tierra no presenta calentamiento y enfriamientos a excepción de las eras geológicas.

La radiación que llega a la tierra es conformada por luz visible, rayos ultravioleta y rayos infrarrojos. Donde un aumento en la cantidad de rayos ultravioleta que llega a la tierra puede cambiar la vida en nuestro sistema. La tasa de cáncer de piel y otras formas de cáncer pueden incrementarse rápidamente y un incremento drástico puede destruir la vida en la tierra. Si continuamos hacia abajo como en el caso de los rayos ultra violeta reradiados por ia atmósfera( contenido de ozono) observamos que un 43% de la energía es reradiada como rayos infrarrojos que comúnmente llamamos calor. y el resto de la energía es como lo indica el diagrama rerradiada y usada.

El rol de la energía solar en un número de procesos naturales es muestra de una forma general en la figura 3. En esta figura vemos que la energía que llega a la tierra del sol es balanceada por la reradiación de la mayoría de la energía que regresa al espacio y una pequeña energía hacia el espacio por otros procesos.

La radiación que llega a la tierra es conformada por luz visible, rayos ultravioleta y rayos infrarrojos. Donde un aumento en la cantidad de rayos ultravioleta que llega a la tierra puede cambiar la vida en nuestro sistema. La tasa de cáncer de piel y otras formas de cáncer pueden incrementarse rápidamente y un incremento drástico puede destruir la vida en la tierra. Si continuamos hacia abajo como en el caso de los rayos ultra violeta reradiados por la atmósfera( contenido de ozono) observamos que un 43% de la energía es reradiada como


CllidJktadtimlQo m -

Capítulo 3 Exergía y a l o g i a .

rayos infrarrojos que comúnmente llamamos calor. y el resto de la energía es como lo indica el diagrama rerradiada y usada.

fig. 3,2 gráica del balance energético de la tierraz. Relación de la radiación solar incidente que interactúa con la tierra y radiación reflejada.

3.6. i CARACTERÍSTICAS F~SICAS DE NUESTRO SISTEMA TERMODINÁMICO.

La atmósfera se encuentra compuesta químicamente por una mezcla de gases donde predomina el nitrógeno y oxigeno,(aire). y se considera con un espesor mayor a 1 .O0 Km. no definido con precisión debido a la disminución gradual de la densidad. La atmósfera se encuentra dividida por zonas en: Troposfera, estratosfera, mesosfera, termósfera y exósfera.

La troposfera se extiende desde el suelo a unos 1 1 Km. de altura media, y es en donde se encuentran nubes, tormentas y lluvias. La temperatura desciende con la altura hasta alcanzar -60 grados, en la tropo pausa que señala el paso a la estratosfera la temperatura asciende hasta O grados, 50 Km. de altura,(estrato pausa). Desde ese punto hasta los 85 Km. de altura, mesosfera, la temperatura vuelve a disminuir y más arriba está la termósfera donde la temperatura crece con la altitud.*l


caprhiio 3 Exergía y ecología.

Fig. 3.3 gráflca del perfll de temperaturas con respecto a Z.

Al observar esta gráfica podemos entender fácilmente lo que se ha dado en llamar inversión térmica que es un comportamiento en el cual la temperatura aumenta en las zonas atmosféricas donde se esperaría su disminución.

La atmósfera actúa con todo nuestro planeta como es de esperase ya que se encuentra inmerso en ella y por ello conforma al planeta en cuanto a sus dos aspectos, biótico y abiótico de la siguiente forma.

1) Actúa como agente moderador en la acción directa de los rayos solares. 2) Interviene químicamente con sus componentes; vapor de agua, oxigeno y

3) Mecánicamente por la acción del viento desgastado, puliendo y redondeando la anhídrido carbónico; hidratando, oxidando y carbonatado los minerales y rocas.

superñcie terrestre.

Así también conforma a flora y fauna por su acción química y mecánica y la configuración física del hábitat.

Como se ha definido, por ecología entendemos que existen interrelaciones entre el factor biótico y su medio ambiente que los conforma, por lo cual para tener una evaluación


capitulo 3

I I I

Exergía y ecología.

1 ón

~~~ ~ ~

económica de contaminación requerimos saber como impactará esth en el sistema ecológico, para lo cual se propone el siguiente esquema representado en la tabla 3.1.

Y vida cantidadde a n i d . l a p . 1 interacción I

Acción uímica

biótico

conformaci L ón de flora y fauna

interacción.

de rocas y suelo.

Acción

estructura

I confonnaci I animai.

Ante la interacciones que se tienen entre la atmósfera y los aspectos bióticos y abióticos podemos considerar a los efectos que se tienen debido a una alteración atmosférica de la siguiente manera.

I I composición I I concentraciones.

CAMBIO EN LA COMPOSICI~N ATMOSFÉRICA TABLA 3.2

Ante los cambios ecológicos se prcsentan cambios económicos que podemos englobar en dos grandes partes que son: modificación de la actividad humana y cambio en la materia prima y bienes de capital.

1) Los cambios climáticos originan cambios en cuanto a la actividad humana. 2) El aumento o disminución de poblaciones animales y vegetales genera,

enfermedades(bacterias y hongos). modificando la productividad humana, cambio en la generación de bienes debido a cambio de flora y fauna para alimentación y generación de satisfactores.

~~~

Análisis exergético de la contami&ción ambiental. Proyecto fina1.46


ampado al Actividad humana ~ Modificación del medio ambiente medioambiente

3) Aumento de afecciones y enfermedades por un ambiente agresivo ( Composición presencia de del aire, grado de acidez, presencia de partículas, presencia de bacterias,

substancias tóxicas, generación de lluvia ácida.)

Con ayuda del conjunto de elementos que modifican en orden progresivo al M.A. y posteriormente a la economía, tenemos el campo de acción de la termodinámica y en específico de la exergía como se presenta a continuación.

econónico del

desequilibrio.

correctivas

I I d b I

I reglamentos I u incentivos fiscales. c I I

Estimulos financieros a I I Consecuencia

Modificaciones a la I

Modificacines del

impacto ecológico.

Modificación de la b ctividad económica C I I I

FZGURQ 3.4

Al mismo tiempo se puede generar acciones preventivas, tales como la búsqueda de nuevas tecnologías de bajo impacto ecológico, bajo costo usando como herramienta base el


capfhllo 3 Exergía y ecología.

análisis exergético y el estudio de impactos ambientales en cada nuevo proyecto con sustentación en lo balances exergéticos.

Se ha observado que la actividad humana modifica al ambiente, para nuestro caso que nos interesa en este trabajo, el uso de energéticos para el proceso de combustión se tiene:

1) Relación entre la generación de energía y la generación de elementos

2) Relación entre la actividad humana y el gasto energético; transporte, generación

3) Gasto económico necesario para restaurar las condiciones ambientales iniciales

contaminantes que impactan al M.A.

de bienes, generación de servicios etc.

anterior a la contaminación por combustión.

Dado el conjunto de contaminantes atmosféricos por combustión se tendrán impactos ecológicos-económicos tales como:

a) Impactos sobre los recursos bióticos. b) Impactos sobre la salud humana.

3.7 TECNOLOGÍA DE LIMPIEZA

Con la necesidad de mejorar nuestro medio ambiente se ha desarrollado la tecnológica encaminada a prevenir y evitar los procesos contaminantes. Así como también tomar las medidas paliativas del problema de la contaminación por combustión de hidrocarburos. En el aspecto energético y ecológico. A continuación se muestra un listado de técnicas de limpieza del medio ambiente.

El proceso de separación es central para la mayoría de los problemas de contaminación en que se involucran varias fases. También la reducción del desperdicio en la industria es un elemento sinónimo del incremento en la eficiencia de la industria de los procesos de separación. No obstante al tener una mezcla en los residuos, estos deben separarse para darles el tratamiento adecuado para disminuir el impacto ambiental.

Cuando los componentes son separados uno de otro y la cantidad de energía requerida para tal efecto de separación es la mínima requerida, esta viene definida por la entropía de mezclado de los componentes, esto es:

AS = -RT(X,(Lna,x,)+(Lna,x,)) Ec 3.2



PROCESO DE

MICRO SEPARACI~N

FILTRACI~N

FILTRACI~N ULTRA

Dado nuestro interés en los procesos de separación en gases se tiene.

TIPO DE FUERZA

MICRO PORO. PRESION MEMBRANA

HIDROSTÁTIC

HIDROSTÁTIC

A MICRO PORO PRESION

A

ADSORCI~N

I X W R S A

SEPARACI~N DE

DIFUSI~N

DIRJSION

I DE LIQU I TABLA 3.3

SEP ARACIÓN DE

SALES Y EN CONVECCION LIBRE.

MÉTODO APLIC ACIÓN

ADSORCION CLARIFIC ACI

ELECTRODIA LISIS

SEPARACION DE GASES

MEMBRANAS DELÍQUIDOS

INTERCAMBI GRADIENTE O IONIC Y DE CATIONIC0 O POTENCIAL POLÍMEROS PRESIÓN DE HIDROSTÁTIC ABSORCI~N A DE LIQU MEMBRANA GRADIENTE CON QUÍMICO ABSORCI~N

CARGA ELECT DE

DES SALINIZACIÓ

PARTÍCLJLAS SOLUBILIDAD

DE MEZCLA DE GASES

N SEPARACION

DIFUSIÓN VÍA CARRIER

I

AGUA ULTRA PURA.

relación ente varias tecnologías de separación con respecto al tamaño de partículas.

3.7.1 PARTÍCULAS .

La eficiencia total de colección de partículas suspendidas en el flujo de contaminantes, es un parámetro generalizado que se emplea para indicar el nivel de operación de un dispositivo para la limpieza de gases. Así que, la eficiencia total de colección, por peso, se pronostica con el conocimiento de 1) de la distribución en masa o peso entre el tamaño de partículas de polvo considerado y 2) la eficiencia de colección como una función del diámetro de la partícula.

Análisis exergético de la contaminación ambiental.

- ca8adiutadtisnpo

Proyecto finai.49

a h


3.7.2 CONTROL DE GASES Y VAPORES.

La adsorción es un proceso de separación que se basa en la capacidad que tienen ciertos sólidos para remover en forma prefereiicial componentes gaseosos de una corriente. La adsorción es una técnica especialmente útil en los casos en que:

1) El gas contaminante no es combustible, o es dificil de quemar. 2) El contaminante es lo suficientemente valioso para justificar su recuperación. 3) el contaminante se encuentra en una concentración muy diluida en el sistema de

escape. El proceso de adsorción se clasifica ya sea como química o fisica y tiene múltiples

usos. Recientemente se han desarrollado tamices moleculares para el control de emisiones de SO2 NOx y Hg. En estos casos, el diámetro de los del poro de los aluminosilicados oscila entre 3 a 10 amstrongs.

3.7.2.1 CONTROLDE ÓXIDOSDEAZUFRE.

La generación de los óxidos de azufre es principalmente producida por la generación

Los métodos generales de control para reducir las emisiones contaminantes por la de electricidad y la industria motivado por la presencia de azufre en los combustibles.

combustión de los combustibles fósiles son tres.,

A. Cambio en un combustible con bajo contenido de azufie gas natural, gas licuado, petróleo con bajo contenido de azufre y carbón con bajo contenido de azufre Construcción de chimeneas altas a fin de aumentar la dispersión atmosféri ca Utilización de métodos de desulfuración de los gases de combustión in situ.

B.

C.

3.7.2.2 CONTROL DE ÓxIDOS DE NITRÓGENO.

Los óxidos gaseosos estables del nitrógeno incluyen NO (monoxido de nitrógeno), N20(di oxido de nitrógeno), N205(pentóxido de nitrógeno) y en forma inestable el NO3.

Las fiientes de los NO, se deben al uso de combustibles fósiles. A escala nacional, aproximadamente la mitad de los óxidos de nitrógeno provienen de fuentes estacionarias, el resto proviene de las hentes móviles. La cantidad de los óxidos de nitrógeno dispersada en la atmósfera se puede reducir de dos maneras. El primer método consiste en controlar la reacción que produce el contaminante. La segunda posibilidad, se podría remover el contaminante después de formado siendo su termodinámica de formación es la siguiente.

N,+O, -2NO Ec 3 .5


~abimtaaltimQJ AT!& -


1 2

NO+-O, +NO, Ec 3.6

La f0rmación de 10s NO, depende de la temperatura y se presenta normalmente a una temperatura de 1,900 K Existen dos maneras de evitar su formación.

1. Evitar las altas tasas de liberación de calor que generan altas temperaturas. 2. Alcanzar altas tasas de remoción de calor para evitar altas temperaturas.

3..7.2.3 REACCIONES FOTOQUIMICAS ATMOSFÉRICAS.

Algunas reacciones que ocurren en la atmósfera no serían posibles a menos que se dispusiera de una cantidad relativamente grande de energía proveniente de alguna fiiente. Por ejemplo la disociación del oxígeno molecular requiere de alrededor de 500 KJ/gmol.

A pesar de que la absorción de un fotón de energía puede coaccionar algunos cambios posibles en la molécula, la principal preocupación en los estudios foto químicos atmosféricos la constituye el fenómeno de la disociación química.

La formación del ozono es un ejemplo de esta y consiste en una cadena de reacciones. (tabla 3.4) En cuanto a el papel de los hidrocarburos en la foto química atmosférica la complejidad en las reacciones se debe a que todavía no se ha podido delinear en su totalidad la fotoquimia de la atmósfera inferior. Por esto tan solo enunciaré algunas reacciones que se presentan en la atmósfera.

Análisis exergético de la contaminación ambiental. Proyecto final. 5 1

CAPITULO 4 METODOLOG~A DE CÁLCULO.

La perfección de los medios y la confusión de los

fines parecen ser los signos de nuestra era.

Albert Einstein.

4.1 ECUACIONES TERMODINÁMICAS QUE DESCRIBEN LA ATM~SFERA (METEOROLOG~A.)

Como se observo en capítulos anteriores para el análisis exergético de nuestro medio ambiente es necesario definir a nuestro sistema de referencia, para lo cual usaremos algunos conceptos de meteorología definidos en el capítulo 3, como el de gradiente térmico con respecto a la altura del nivel del mar y el de humedad relativa que enunciaremos de la siguiente forma.

* Se considera la atmósfera como una columna estacionaria de aire en un campo gravitacional * Se considera un comportamiento aproximadamente adiabático. * No hay fricción e inercia

Para aire seco se considera como gas ideal

Entre las consideraciones que se hacen podemos afirmar que el medio ambiente es una mezcla de gases que se comporta como un gas perfecto y que es confinado entre unas fronteras definidas por la estratosfera y la tierra la cual se somete a un calentamiento por la radiación solar y el albedo presente con un perfil de temperaturas respecto a la altura sobre el nivel del mar definido por la ecuación.

T = T, -PZ

Y así también se muestra un gradiente de presiones que es descrito por una ecuación hidrostática muy conocida que dice:

dp -g& -- -- P RT

Capítulo Cuatro. Base de datos y programa de calculo Exergetico.

Así con ayuda de estas dos ecuaciones podemos definir la presión y la temperatura del gas con respecto a la altura substituyendo la ecuación 2 en 1 para tener descrita esta propiedad en una ecuación matemática.

- gdz - ~ - dP P R(T-PT)

(4.5)

Al conocer la presión del gas confinado y su temperatura así como su composición es posible conocer sus propiedades y su exergía teniendo así una base de datos que nos describe nuestro sistema sin contaminacion.

Entre otras propiedades que pueden ser calculadas se encuentra la exergía de un gas en una mezcla por medio de la ecuación:

(4.6) 4 4

E, = RT ln-

Así con todas estas ecuaciones podemos calcular las propiedades de nuestro sistema no contaminado que será el estado muerto del sistema, esto es un sumidero variable, creando así una base de datos.

La contaminación ambiental altera nuestro estado muerto modificando t la composición de la mezcla de gases como su exergía. Para el caso de nuestros tecnosistenias será el sumidero, asi que el medio ambiente sufrirá cambios observables que modifican la eficiencia de las maquinas termicas al modificar su sumidero. A continuación se presentan algunos factores que modifican el sumidero o ambiente.

Humedad relativa. El agua en forma de vapor puede ser incorporada a una masa gaseosa hasta cierto

límite en el cual se dice que el espacio está saturado y la presión del vapor cuando se alcanza el equilibrio aumenta más, esta es la presión del vapor de saturación, Ps, la cual varia directamente proporcional con la temperatura.

Así podemos considerar al gas seco y al añadirle el vapor de agua, la ecuación del estado del vapor de agua es. Análisis Exergético de la contaminación ambiental. proyecto final.

Capítulo Cuatro. Base de datos y programa de calculo Exergético.

PV =( 1 + O.ó/r)RdT (4.7) R, = cte.delxas

Hr r = r , - 100

Pv= RT

Donde e es la relación del peso molecular del vapor de agua al del aire seco. Si la masa del gas es la suma del vapor y la mezcla de gases podemos definir la

humedad específica como. Pogira'Ptotai (4.1 O)

En donde la Humedad relativa la definimos como una relación de presión total a la presión de saturación por medio de la ecuación de rv.

r,=P/Ps (4.11)

Así la ecuación que nos describe la presión de vapor para el caso de saturación está dada por:

2353 T

log PS = 9.451 - - (4.12)

Con este conjunto de fórmulas es posible tener un programa de computo que se

El programa se ha estructurado de tal forma que calcula el mapa de exergia del medio ambiente sin contaminacion para una localidad determinada. Este se considera el estado de referencia bajo el cual se compara con el ambiente contaminado.

describe en la figura como un algoritmo para el cálculo de la exergía.

Una vez que se tiene el sistema de referencia, se procedió a calcular la exergía que se pierde debido al proceso de contaminación con ayuda de datos experimentales obtenidos de los sistemas de monitoreo ambiental de la ciudad de México(1) para algunos contaminantes gaseosos.

Análisis Exergético de la contaminación ambiental. proyecto final.

Casa abierta al tiempo}

Capítulo Cuatro. Base de datos y programa de calculo Exergético.

ENTRADADEDATOS i'

lectura de datos

T,Presion parcial

calculo de la presion total

calculo de la exergía

exergía total. I del sistema T,P,exergía

r-5 lectura de datos

Calculo de presión

Calculo de las exergías del

aire y contaminantes

Exergía total de mi

sistema

Escribir lo valores

de T, P, y exergía.

la exergia de aire sin y con contaminantes

Grafica C02 Vs T

FIG. 4.1

Análisis Exergético de la contaminación ambiental. proyecto final

Casa ableita a! tiernpa}

Capítulo Cuatro. Base de datos y programa de calculo Exergetico.

Al observar el diagrama de flujo, una vez que se calcula el mapa de exergia del medio ambiente sin contaminacion, referencia, se calcula el del memdio ambiente con contaminacion

Para ello se obtienen las características del sistema como son la humedad relativa, la altura sobre el nivel del mar y las presiones parciales de los contaminantes y su temperatura.

Una ves que tenemos estos datos procedemos a calcular las exergias correspondientes.

Para despues graficar las para encontrar la diferencia de exergías y analizar esta propiedad termodinámica.

Análisis Exergético de l a contaminación ambiental. proyecto final.

Casa abieitd al iienipo}

Exergía y Economía. capitulo 5

CAPITULO 5

A N ~ I S I S TERMODINÁMICO.

El propio conocimiento es valioso solo en la medida en que ayuda a afrontar las contingencias bajo las cuales ese auto conocimiento ha surgido.

B.F. Skiner. Más alla de la libertad y la dignidad.

5.1 CONSIDERACIONES.

En el análisis de estos valores exergéticos obtenidos por medio de el procedimiento de cálculo descrito en el capítulo anterior se pone de manifiesto que las variables a considerar son:

1. Espaciales(s) 2. Tiempo(t) 3. Temperatura(T) 4. Humedad relativa.(Hr)

En primera instancia, para el cálculo se considera la variable espacial fija (constante) y la temperatura como variable independiente en vez del tiempo. Esto es, dada que la temperatura se pude considerar proporcional a la hora del día Aunque esta consideración es relativa, es una primera aproximación al modelo.

Los cálculos exergéticos realizados para una sustancia gaseosa, como se representa en la Ecuación 5.1, es pues, la exergía del trabajo de expansión isotérmico reversible, desde el estado "i" al estado muerto o de referencia. En una disolución gaseosa ideal la exergía química Eq de cada componente i de aquí que el balance quede como:

E, = cxiEx , - R T , x x i ln- PO rl

Estas evaluaciones se realizaron con datos obtenidos de la red de monitoreo ambiental utilizados en los cálculos de exergía, los cuales se presentan en las de tablas 5.1 a 5.3 y las gráficas 5.5 , 5.2 y 5.3 a continuación.

En los cálculos se considero las variables de temperatura, tiempo y espacio, sin considerar la humedad relativa, debido a que es posible simplificar los cálculos considerando al aire seco. Esta simplificación valida siempre que se sume el aporte de exergía del agua cuando sea conveniente.

Análisis exergético de la contaminación ambiental Am Proyecto final

capitulo 5 Exergía y Econom’a.

En el anexo se presentan las tablas con los cálculos realizados. Es importante hacer notar que el balance de exergía global es

y no se consideraron las exergías de las reacciones químicas foto térmicas de las substancias gaseosas por salirse de los objetivos del presente trabajo.

5.1 RECAPITULACI~N Y DEFINICI~N DE ALCANCES.

Po medio del calculo del impacto ambiental podemos calcular económicamente el fenómeno de la contaminación, recordemos la estructura de análisis para resolver el yroblema original que es el calculo económico del efecto de la contaminación.

1 1 Salud humana

I IMPACTO AL MEDIO AMBIENTE

Fisicoquimicos. Meteomlogla

Quimica del aire. I

~~~~~w~~ Economico I Sistemas comparativos.

Ley pública Adminisbación pública.

Demografia Comportamiento social

Organizacibn social.

CONTAMINACI~N. DEL PROCESO DE LA

CALCULO ECONOMICO

Del esquema encontramos que se conoce el impacto fisico de la contaminación calculado a partir del estado inicial del sistema o estado de referencia y su estado final, así como la exergía requerida para llevar este sistema a su estado inicial.

La evaluación de costos para llevar a cabo este proceso también son conocidas y a partir de ello podemos conocer los costos de llevar nuestro sistema de un estado a otro, sin embargo, si deseamos conocer cual es el costo debido al efecto de la contaminación, es necesario conocer los impactos a la salud humana, los sociales y a edificaciones.

Calculamos entonces la exergía necesaria para llevar a cavo este proceso para una zona especifica, Ciudad de México, delimitada pur su zuna geográfica y monitoreada en puntos estratégicos.

5.2 ANÁLISIS DE LA BASE DE DATOS CUANTIFICADA.

Análisis exeraético de la contaminación ambiental Proyecto final

Exergía y Econom'a. capihllo 5

En los datos analizados de la red de monitoreo ambiental se considero la exergía por

El cálculo de fiacciones molares para conocer la exergía de mezclado del CO, 0 3 , mol necesaria para mezclar la substancia i en la atmósfera.

NOx y NO2 se obtuvo a partir de la definición de partes por millón como:

lppm = Vol de contaminante. 1x106 vol del aire + contaminante.

5.3 OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES.

Se puede observar que en el proceso de mezclado de dos o más substancias requerimos mayor energía cuanto mayor sea la concentración de los componentes de las mezclas para llevarla a cabo', sin embargo, como es conocido de la segunda ley de la termodinámica, el proceso dos o más substancias es un proceso irreversible y espontaneo. Con esto quiere decir que en una dirección, el Droceso se lleva a cabo con un intercambio de energía de pequeña magnitud y en el otro requerirá de una cantidad superior.

Esto es debido, obviamente, a la naturaleza de gran ir reversibilidad de los procesos de mezclado en fase gaseosa.

De aquí se desprende que si bien los costos de la energía dcrivados del mezclado de las substancias contaminantes puede ser considerado como bajo o prácticamente nulo, el costo energético que eventualmente tuviera que gastarse para realizar la operación inversa es muy elevado.

La exergía de mezclado, como se aprecia en las gráficas es de -1.8j/mol a - 152.4j/mol para el NOx, para el NO2 entre -O.C)j/mol y -177.33j/mol en tanto para el CO es Oj/mol a --146.434j/mol. Esto nos lleva a concluir que la contaminación por emisión de NO2 son desde el punto de vista económico más importantes que los otros contaminantes.

Análisis exergético de la contaminación ambiental

k m csm&hlt3dtimoo

Proyecto final

- m S a, a m O

O r .=

ci

.- E

L

5 5 8 E l-

a, U U

m a, U

L - v) O U m Q O o

- .-

L

oci

P (o-

w- TI- Ki- ci-

)r

.. Y

u) (o S O N

(o

c a,

- CI

NE 4 E i - o

!!! O c O

a, U

c, .-

E

U a,

a, U u) O U (o

u) O c,

m a m a

*- mi ni-

v) m c O N m c a, P

m

- - .- E O

O E c, .- c O E a, U

ü m

v) O Y

- a) t N

m k c3

(0 Y

- m m

ol

<c

N I

.b!? I?? ~

' I I '

Nu?. Y ? ? 8

- I I - I I

a ) a ) m m m m m m k m c o a , a.?<9

Y ? ? ? 0 a ) O N

I

;t a)

4 I - e h

- a O c

ri Y 0

m t N : ? - m a) t

(D O cv m h

v!

<.i ?

t

4 2 m

ol O z > X O z Q 2 O

4 o w r o a :: W

.- W

W W

v) W

X

n

a 2 a >

- - - 4 4 I

- m a u? m m r

I

m

4 z m

ci O

a a o 4 w z o a

w w n

a

Q >

O

o

W

h

0

W

v) W

9

- (o N O 0)

o Li - a) (o

L t k4

- r t

m t

t .-

I

- Qo N

m N '9

.- I

- N N m 9 b p:

.- m r

I

Q) Q) m

- Q) Q)

(9 6 m .-

I

m O

.- I -

- . m r

con! ?'I

NVI

m a

- N O m o .- .-

I - VI O I- ?

m Q) m

(o N O

Qo m .- LO ? m

- m (o

Q) v! I

m N a)

c! m ?

O 5 F ¿i 6 2

O

n

a

W

N O 2 4 W n a a

a

ci 2 9 o a z a >

.I

c3 u 2 u

4

I I I I I I I I , O O O O O O O O <o e N O a0 <o d. N

O

v) N

O N

v) r

O -

In

O

a n

n d w

O I

O

s! Ii I- d a O I- o Lu n

a (v O 2 4 Lu

w

n a

5 w a d LLI n z 9 o a s a >

*- o

O s: O O O O O O rn O rn O c 7 N N 7 7

(iow/ri WJ!OWX~

O 2 O 8 a 2 n O n a 6 5 a

5

4 Lu

N

Lu P

c3

X

b-

Lu

O v)

O

E

Z

I I I I I I I 7 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 cv ? J - ? T i ~ C ~ : p

BIBLIOGRAFIA.

1)Virgilio Moring Faires termodinámica. edición. 1976, Editorial Uthea.

2)Wilson R. and J Jones. energy, ecology and the Envoriment. academic press. Inc.

3)Morán Chapiro. Termodinámica. Editorial Limusa. Edición 199 1.

4)Raund Woote. Enviromental impact analysis handbook. Editorial Mcgraw hill. edición 1978.

5)Allan Johanson. Clean tecnology. Editorial Lewis Publishers 1985.

6)Leopoldo Garcia Colin. Introducción a la termodinámica clásica. Edit trillas 1988.

7)Ileana Velasco Ayaía. Notas de curso de física nuclear.(UAM-I) Departamento de IPH.

8)Seinñreld P. Air Pollution. Fisical and chemical fiindamental. California institute of tecnology 1980.

9)James Marshall. El aire en que vivimos. Editorial Diana 1982.

1O)Weinsner. Higrometeorology Scool o f civil Engenieering Wesley 1975.

1l)Mejer & S. E. Jorgensen. Ecology buffer capacity.

12)L Borel. Theorie General de le exergie et applications practiques. Partes 1 , 2, 3. Articulos1979. Catedratico de:Ecole politecnic federale de lausanne (Suiza)

13)Evans and P. Kadaba. Essargetic fiintional analysis for process design and synthesis. Articulo.Georgia Institute o f thecnology 1969.

14)J. H. Shien & T. Fan. Energy and esergy estymation using the goup contribution method. Articulo.Catedrático de la universidad de Kansas.

15)El Sayed. & M. Tibus. Strategic use o f thermoeconomics for system improvement. Masachuset Institute o f thecnology.

16)Jan Szargut. International progress in second law anaiisys. Silesian Technical University, Poland 1956.

17)John E. Ahern. The esergy method o f energy systhems análisys. Editorial John Wiley & Songs.

18)Richard A. Gaglioli. Eficiency and costing, second law análisys processes. Catolic University o f America American chemical societyl983.

19)Shien & T. Fan. Estimation of energy (entaipy) and exergy (avaiability) contens in structurally complicated materials. Kansas State University.

20)Fratzser. Calculation o f exergy for chemical processes. Tech. University Merseburg.

21)Ger.S. Tai, K. Matsushige & T. Goda. Chemical Exergy of organic matter in wastwater. Sciences publishers. United Kongdom.

22)David R. Morros and J. Szargut. Standar chemical exergy of some elements and compounds on the planer heart. Artículo 1958.

23)Othoma & Sukeiro Gotoh. Aplicatyon o f the exergy concept to a resourses recovery system. Natl Inst. Environ Sudies.

24)Brzstowski. Toward a second law taxonomy of combustion processes. Univeristy o f Waterloo. Ontario Canada.

25)SzargLlt. Standar chemical exergy o f typical aqueous solution. Bulletin of polish academy of shences. 1974 Vol 7.

26)Najaratan. Reference pothencial for the second law performance of combustion processes. Indian Institute thecnol.

27)Santiago R. Oliver. Ecologia y subdesarrollo en america latina. Editorial Trillas.

28)Constantino Alvares Medina. Optimisación energética de procesos industriales. UAM-I 1992.Departamento de IPH:

29)José Ma. Montes Villalon. Optimización energética de procesos industriales. Universidad Politécnica de Madrid.

3O)Ahern. The exergy method of energy sistems análisys.

3 1)Vaiero y George Tsatsaronis. Energy cost and optimization. ECOS Zaragoza España 1992.

APÉNDICE 1.

Considerando un sistema abierto en cuyas fionteras hay intercambio de materia con el entorno y considerando como caso particular el sistema cerrado, sin reacciones químicas ni nucleares tenemos.

Balance de materia.

6me - 6ms = dM

Balance de energía.

c 3 Balance de entropía.

s 6 m , - s 6 m , + -+ 6Q 6Sg = d ( a M ) T

6Sg 2 o

Balance de Exergía.

( h - Tos) . Sm, - ( h - Tos)s Sm, + ( &)Sme - (&-) Sm, + &I( i + $) - SW - TSS

Si todos los procesos de intercambio de calor y trabajo del sistema fberan reversibles, el balance de exergía en condiciones estacionarias estaría cerrado. Ya que al no existir disipaciones, este balance nos informa de que las capacidades de realizar trabajo se han aumentado o disminuido en una cantidad que corresponde al trabajo intercambiado con el exterior. Esta situación es la ideal e inexistente. Así que debe existir un término en el balance de exergía que dé cuenta de la situación. Este término es ToSSg. Se denomina exergía perdida o destruida y tiene dimensiones de energía como los demás términos del balance.

Gouy-Stodola nos dice: "La exergía perdida en un proceso en cualesquiera siempre vale TOGSg., Aunado con la ley de la aditividad de la exergía, consecuencia de la aditividad de la entropia generada y de la definición de exergía perdida se obtiene que:

Siendo n el número de ir irreversibilidades que ocurren dentro del sistema en estudio. La utilidad de esta ley es evidente, ya que si se quiere mejorar un equipo se puede cuantificar selectivamente el efecto de cada uno de los sub procesos sobre el rendimiento total del equipo.

Donde es importante hacer notar que el alor intercambiado en el proceso es irrelevante en el balance de energía libre así como también este balance es independiente de las condiciones de sumidero a diferencia del exergético. En la energía libre de Gibbs se toma cn cuenta una temperatura de referencia de 298.16 K o 273 K; que puede o no coincidir con la selección hecha para el balance de exergía.

APENDICE 2

ENERGÍA LIBRE Y POTENCIALES QUIMICOS DE LOS COMPONENTES DE UNA MEZCLA.

La energía libre de una mezcla de sustancias, aparte de depender de la fase, temperatura, y presión, es función también de las cantidades de las substancias que forman la mezcla. Supongamos una mezcla que contiene nA moles de la substancia A y nB moles de la de B, al añadir a esta muestra, a temperatura y presión constante, una pequeña cantidad de A dnA. La energía libre de la mezcla aumentará a una cantidad dG, que depende de la naturaleza de A, de la cantidad añadida y de la composición de la mezcla a la que se añade. La variación de energía libre por unidad de cantidad añadida es dG/dnA.

Está claro que esta magnitud, dado que nos indica como varia la energía libre al añadir o eliminar A de la mzcla a T y p constantes, controlará la espontaneidad del movimiento de A hacia la fese o desde ella en tales condiciones; será por tanto, el potencial químico de A:

a3 (-1 T,p,r~,~ = p A

&4

por tanto la energía libre del sistema vendrá dada por:

la composición de la mezcla puede expresarse mediante las fracciones molares, definidas por

XA=nAinA+nB XB=nB/nA+nB

Ec. 4 Ec. 5

por tanto al dividir la ecuacion 3 entre nA+nB se obtiene la ecuacion para la energía libre por mol de la mezcla.

g=pAxA+pBxB Ec. tí

Esta ecuación se generaliza, añadiendo los términos adecuados, a sistemas de tres, cuatro o más componentes, y cuando se considera el estado gaseoso, no es posible

despreciar la dependencia del pntencial químico con la presión por lo que es definido como:

G=G"+nRTlnp/p" Para p"=latm.

Definiendo G=G"+nRTln p

pi=G/ni

Ec. 7

Ec. 8

Ec. 9

por lo que el potencial químico es definido en términos de pa presión como:

p=p"(T)+RT In p Ec.10

donde el término RT in p es pues, una medida de la diferencia de energía libre

Ec.11 entre el vapor a la presión p y a la presión unidad:

p -po(T)= RT In p

Es importante aclarar que la ecuación se difinió para un gas ideal y por tanto es necesario modificar esta ecuación para gases reales. (En este trabajo las condiciones de presión latm y temperatura, entre 5 y 35 grados centígrados permiten considerar gas ideal.)

La Secretario de Desarrollo Social por conducto de la Procuraduria Federal de Protección al Ambiente, ,,ará e! cumplmiento de la presente norma oficial mexicana.

incumplimiento de la presente norma oficial mexicana sera sancionado conforme a lo dispuesto por la General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente, su Reglamento en materia de Prevención y

SANCIONES

:n!rol de la Contaminación de la Atmósfera y demás ordenamientos juridicos aplicables. . 8, BlBLlOGRAFlA

Code of Federal Regulations. pari 53 to 60. Enviromental Protection Agency, 1 at. of july, 1990. U.S.A. (Código de Reglamentaciones Federales. Parte 53 a 60, Agencia de Protección Ambiental. Julio l o . de 1990. Estados Unidos de America) American Petroleum institute Report 1990 U.S.A (Reporte del Inclituto Americano del Petróleo 1990. Estados Unidos de América).

9. CONCORDANCIA CON NORMAS INTERNACIONALES Esta norma oficial mexicana coincide parcialmente con la Norma Federal de los Estados Unidos USEPA-

2

nteresadbs dentro ( len sus comentario: en Rio €Iba ptirner

oración del proyect

:uatro.- El President,

ABLECE LOS NIVE GANICOS VOLATil E DE LAS REFINER

iisión a la atmósfera ites de las refinerias

?tróleo en su proceso

átiles que participan I

j fracciones del petrole

Jales que se utiliza par;

itmósfera.

fija o estacionaria ca

;tos orgánicos volátiler .ho fijo o flotante. i e control para evitar Is en cuenta los aspectos

rrollo Social, en el caw 10 el periodo en que Sa

10, VIGENCIA I 10.1 La presente norma of cia1 mexicana entrará en vigor al día siguiente de Su publicación en el Diario jficial de la Federación.

10.2 En un periodo no mayor de noventa días naturales contados e partir de ia entrada en vigor de esta -3rma oficial mexicana, Petróleos Mexicanos presentara a la Procuraduría Federal de Protección al Ambiente

leara su aprobación. el programa 'para la instalación de equipos anticontaminantes que permitan a las .&erias de petróleo cumplir con lo establecido en este instrumento a partir del 10. de enero de 1998. En dicho programa, se señalará riombre y ubicación de las refinerías de petroleo, así como la fecha en que se ,corporarán al msmo.

pROi'ECT0 de Vorma Oficial 3lexicana NOM-076-ECOL-1994, Que establece los niveles máximos permisibles JC emisión de hidrocarburos no quemados. monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno provenientes del escape de 10s behículos automotores nuri'os en planta, así como de hidrocarburos eiaporativos provenientes del sistema de combustible. que usan gasolina, gas licuado de petróleo, gas natural y otros combustible? alternos, con peso bruto iehicular major de 3.85': kilogramos.

41 margen un sello con el Escudo Nacional, que dice: Estados Unidos Mexicanos.- Secretaria de Desarrollo sacial.- Comité Consul!ivo Nacional de Normalización para la Proteccion al Ambiente.

GABRIEL QüADRI DE LA TORRE, Presidente del Comité Consultivo Nacional de Normalizacion para la Protección Ambiental, con fundamento en los artículos 45, 46 fracción I I y 47 de la Ley Federal sobre Metrologia y Normalización, me permito ordenar la publicación en el Diario Oficial de la Federación del proyecto de norma oficial mexicana NOM-076-ECOL-1994, que establece los niveles máximos permisibles de emisión de hidrocarburos no quemados, rnonóxido de carbono y óxidos de nitrógeno provenientes del escape de los vehiculos automotores nuevos en planta, así como de hidrocarburos evaporativos provenientes del sistema de combustible, que usan gasolina, gas licuado de petróleo. gas natural y otros combustibles alternos, con peso bruto vehicular mayor de 3,857 kilogramos.

El presente proyecto de noma oficial mexicana se publica a efecto de que los interesados dentro de los siguientes 90 dias naturales, contados a partir de la fecha de su publicación, presenten sus comentarios ante el Comité Consultivo Nacional de ki3rmalización para la Protección Ambiental, sito en Río Elba numero 20, ler Piso, Colonia Cuauhtémoc. Código Postal 06500, Mexico, D.F.

Durante el plazo mencionado, los anAi!sis que sirvieron de base para la elaboración del proyecto de norma, estaran a disposición del publico p a a su consulta en el domicilio del Comité.

México, Distrito Federal, a veintinueve de marzo de mil novecientos noventa y cuatro.- El Presidente del Comité, Gabriel Quadri de la Torre.- Rubrica

MAXIMOS PERMISIBLES DE EMISION DE HIDROCARBUROS NO QUEMADOS, MONOXIDO DE CARBONO Y OXIDOS ¿iE NITROGEN0 PROVENIENTES DEL ESCAPE DE LOS VEHICULOS AUTOMOTORES NUEVOS EN PUNTA, AS1 COMO DE HIDROCARBUROS EVAPORATIVOS PROVENIENTES DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE, QUE USAN GASOLINA. GAS LICUADO DE PETROLEO, GAS NATURAL Y OTROS COMBUSTIBLES ALTERNOS, CON PESO BRUTO VEHICULAR

-

I ~

PROYECTO DE NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-076-ECOL-1994, QUE ESTABLECE LOS NIVELES

' MAYOR DE 3,857 KILOGRAMOS.

I

:!

'T

4 - E

. . . . . . ,;. 3,

..... ..... . . . . ......... .- . . .- ~ - -.

; . . . . . . . . . . . . . _ _ .--* I

.. ..... -.

I .

1; :. ...... ..... .. . _ . - ,

F, 1)

4

. I b .- , ' 1

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . _ _ . ! ..... , ' <

. .

I

. l -

:/ma Capaclo'ad

War de 3,858 a lbles alternos.

DIARIO OFICIAL (Primera Sección) 3 1

Tabla 2

klotor que se utilizara para la propulsión de vehiculos automotores con peso bruto vehicular mayor de .,, kilogramos que usan gasolina, gas licuado de petróleo, gas natural y otros combustibles alternos. .

u Ario modelo del

vehículo

-7994

7 9 9 5 - 1997

7 9 9 8 en adelante

I 1 Niveles máximos permisibles de emisión

~- ~ Y <Gramos de contaminante por caballo de fuerza de potencia al freno por hora.

s2 Gramos de contaminante por prueba, aplicable Únicamente a combustibles liquidos.

*3 Esta cifra estara sujeta a revisión y nunca exceder& de 5 O

6. VIGILANCIA La Secretaria de Desarrollo Social por cor,ducto de la Procuraduría Federal de Protección al Ambiente, es itoridad COI :Tpetente para vigilar el cumplimiento de la presente norma oficial mexicana. l . SANCIONES :I incumplimiento de la presente norma oficial mexicana, sera sancionado conforme a lo dispuesto por la General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente, su Reglamento en materia de Prevención y /rol de la Contaminación de la Atmósfera y demás ordenamientos jurídicos aplicables. 1. BlBLlOGRAFlA :ode of Federal Regulations 40, part 81 to 99, revised juiy 1990 U.S.A. (Código de Reglamentaciones ?rates. 40, parte 81 a 99 revisado en julio de 1990, Estados Unidos de América.) 1. CONCORDANCIA CON NORMAS INTERNACIONALES Esta norma oficial mexicana coincide parcialmente con la Norma Federal de los Estados L'nidos de )rica (USEPA) 90. IO. VIGENCIA .a presente norma oficial mexicana entrará en vigor al día siguiente de su publicación en el Diario Oficial I Federación.

II'ECTO de Norma Oficial Mexicana NOM-077-ECOL-1994, Que establece el procedimiento de medición para rificación de los niveles de emisibn de la opacidad del humo proveniente del escape de los vehiculos automotores rculación que usan diesel como combustible. !?E

,41 margen un sello con el Escudo Nacional, que dice: Estados Unidos Mexicanos.- Secretaria de Desarrollo Social.- Comite Consultivo Nacional de Normalización para la Protección al Ambiente.

GABRIEL QUADRI DE !A TORRE, Presidente del Comité Consultivo Nacional de Normalizaciórl para la Protección Ambieptal, con fundamento en los artículos 45, 46 fracción I I y 47 de la Ley Federal sobre Metrologia y Nor:zialización, me permito ordenar la publicación en el Diario Oficial de la Federación del proyecto de norma oficial mexicana NOM-077-ECOL-1994, que establece el procedimiento de medicion para la verificación de los niveles de emisión de la opacidad del humo proveniente del escape de los vehiculos auiornotores en circulación que usan diesel como combustible.

El presente proyecto de norma oficial mexicana se publica a efecto de que los interesados dentro de los siguientes 90 días naturales, contados a partir de la fecha de su publicación, presenten sus comentarios ante el Comité Consultivo Nacional de Normalización para la Protección Ambiental, sito en Río Elba número 2Q ler . Piso, Colonia Cuauhtémoc, Código Postal 06500, México, D.F.

Durant:? el plazo mencionado. los análisis que sirvieron de base para la elaboiación del proyecto de norma, estaran a disposición del publico para su consulta en el domicilio del Comité.

Mexico, Distrito Federal, a veintinueve de marzo de mil novecientos noventa y cuatro.- El Presidente del Comité, Gabriel Quadri de la Torre.: Rúbrica.

PROCEDIMIENTO DE MEDICION PARA LA VERlFlCAClON DE LOS NIVELES DE EMISION DE LA OPACIDAD DEL HUMO PROVENIENTE DEL ESCAPE DE LOS VEHICULOS AUTOMOTORES EN CIRCULACION QUE USAN DIESEL COMO COMBUSTIBLE.

PROYECTO DE NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-077-ECOL-1994, QUE ESTABLECE EL

?.I, ' :*r j

la verificación de los ni,,( rCUlaCiÓn que usan diese

iento y operación de cent

erizado por éstas, en el del escape de los

la presion atmosférica y a

3 de control de emisionef

de control de emjsione, su fabricante para este is

?S de cordrol de emision&

n para el funcionamienfo aunque el componente

j las condiciones necesarp

a una velocidad angularq

I

j vehículo automotor mistente en una p la lenta hasta su veioci

aceleración del motor. )PaCímetrO, el cual de

ante.

>fiércoles 12 de junio de 1994 DIARIO OFICIAL (Primera Sección) 33

5.4.2 Que en el caso de transmisiones automáticas, el selector se encuentre en posición de tac;onamientos o neutral y en el caso de transinisiones manuales o semiautomaticas, esté en neutral y con

5.4.3 Las condiciones que debe reunir el vehículo para someterlo al procedimiento de medición previsto esta norma son: 5.4.3.1 El técnico debe revisar que al vehiculo no se le haya perdido, modificado o incapacitado cualquier

tamp onente de emisiones o elemento de diseño que ha sido incorporado o instalado en el vehículo, por el fabricante del mismo con el propósito de cumplir con las normas de control de emisiones aplicables a la ,,nidad.

5.4.3.2 El técnico debe asegurar que el escape del vehículo se encuentre en perfectas condiciones de funcionamiento y que no tenga ningun agujero que pudiera provocar una dilución de los gases del escape o una fuga de los mismos.

5.5 Los siguientes dispositivos del vehiculo deben encontrarse en buen estado y operando ,&cuadamente:

5.5.1 Filtro de aire. 5.5.2 Tapones del depósito de aceite y del tanque decombustible, bayoneta del nivel de aceite del carter y

s,stema de ventilación del carter. 5.6 El vehículo programado para someterse al procedimiento de medición deberá prepararse en los

terminos sisuientes: 5.6.1 El motor deberá estar eri sondtciones normales de funcionamiento. El agua del sistema de

enfriamiento. el aceite lubricante y e . combustible deberan estar a la temperatura normal de operación especificada por el fabricante.

5.6.2 El motor no debera someterse a un periodo prolongado en ratenti que preceda a la prueba, ya que esto alterará el resultado final.

5.7 El procedimiento de medición de humo a la salida del escape de los vehículos automotores en circulación que usan diesel como combustible, cera el siguiente:

5.7.1 Con el motor operando en marcha lenta y sin carga, se acciona el acelerador hasta obtener la intervención del gobernador en un lapso entre 2 y 3 segundos y cuando se obtenga ésta se suelta el pedal del acelerador hasta que el motor regrese a la velocidad de ralenti y el opacimetro se estabilice en condiciones mínimas de lectura.

5.7.1.1 No se tomaran en cuenta las lecturas del opacimetro, mientras la velocidad del motor sea menor de las rpm de marcha lenta.

5.7.2 La operación descrita en el párrafo anterior deberá efectuarse seis veces como mínimo, verificando ia calibración del opacimetro al concluir la serie. Se registraran los valores máximos obtenidos en cada una de las aceleraciones sucesivfts, hasta obtener cuatro valores consecutivos que se sitúen en una banda, cuyo intervalo sea igual a 0.25 m- y no formen una secuencia decreciente. El coeficiente de absorcion a registrar sera el promedio aritmetico de estas cuatro lecturas.

5.7.3 Si el vehículo cuenta con multiples salidas de los gases de escape, el coeficiente de abcorcion a registrar, es el promedio aritmético de las lecturas obtenidas en cada salida. La prueba se considerará válida I

sólo cuando las lecturas extremas obtenidas, difieran por no más de 0.15 m- , si es mayor se tomara la lrctura más alta.

5.7.4 El técnico deberá anotar cada valor de coeficiente de absorción registrado en la hoja de verificación, as¡ como el promedio de estos valores, de acuerdo con los incisos anteriores.

5.7.5 El nivel de opacidad promedio registrado en la serie de prueba debe ser igual o inferior al valor limite de opacidad previsto en la norma oficial mexicana correspondiente para considerar que el vehículo I pasa la prueba satisfactoriamente.

5.8 Los responsables de los centros de verificación deberán ajustar el opacimetro diariamente y ponerlo , en condiciones normales de operación, antes de iniciar las verificaciones descritas en e! Anexo 3.

5.8.1 La calibración del opacímetro, deberá realizarse de acuerdo con las especificaciones del fabricante el cual deberá tener las característicc; establecidas en el anexo 1 de la presente norma ofic.;al mexicana

5.8.2 La calibración del opacimetro deberá realizarse en un laboratorio de calibración aci.editado por la !

Secretaria de Comercio y Fomento Industrial en los términos de la Ley Federal Sobre Metrologia y 5

Normalización, cada tres meses en condiciones normales de operación, independientemente de que SE i realice cada vez que se sustituya alguna de sus partes o haya sido sometido a mat4enimiento y reparación.

mediciones con un filtro graduado, el cual deberá colocarse entre la fuente emisora de'luz y el receptor (celd: E fotoeléctrica). Esta operación deberá realizarse tres veces, anotando los valores obtenidos en la hoja dt ' registro (Anexo 2) donde se trazan las curvas de calibración del aparato de medición, en la hoja de gráfica: del mismo anexo.

5.9 El procedimiento previsto en la presente norma oficial mexicana deberá colocarse en un lugar visiblc en todos los centros de verificación públicos y privados autorizados.

e

es el embrague sin accionar.

:

I

i I

'

5.8.3 Para comprobar si el opacimetro se encuentra perfectamente ca1,arado se deberá realiza1

..

<; 4 . <

J . .

de las pruebas realizad, ficacion. por medio de di

municipios son las autor I .

conforme a lo dispuesto It0 en Materia de Preven 3plicables.

U.S.A. (Código Feder; Jnidos de América),

ublicación en el Diario 01

nimo de 8 horas por dia vismo, en la que se prE ¡entos de energía eféctr

durante la prueba con ximetro. ión a velocidad constant, a de gas de escape est

j e l gas. deberá tomarse y la celda fotoeléctrica. E

nedición, una en unidad as escalas tendrán el ran

'cries internas o efectos ( 7erficies internas en negl

: iibinados de reflexión 3ra de humo se llena co

;Puesta espectral similar a / 570 nm; menor que el 4

1, deberá ser tal que la nsidad de la luz recibida

$"

L k , l c \ 2 2 (IC 111111,) d, I'N.1 i ) l ZKIO O i l ( IAL i I + imcr'i í c i c ion ) 1 5

k- Cuando la longitud efectiva L de un tipo de opacimetro no puede ser calculada directamente de su yeometria la longitud efectiva L debera ser determinada por el metodo descrito en esta norma o a traves de la correlacion con otro tipo de opacimetro para que la longitud efectiva sea conocida La relacion entre la escala lineal O - 100 y el coeficiente "K" de absorcion de la luz es dado por la formula

1 N

K = - - in(^--) L 1 O0

en donde- L = La longitud efectiva del paso de la luz a través de la muestra del gas. N = Una lectura en la escala lineal K 2 Valor correspondiente del coeficiente de absorción. La precrsion de lectura del opacimetro deberá contar con una exactitud de 0.025 m , en coeficiente d e absorción de 1 7 m-l Re:,>uesta del Opacimetro. El tiempo de respuesta del circuito eléctrico de medición, siendo el tiempo necesario para que la ¿aratuid iridlcaciro ak3nce el 90 porcierito de la escala completa con la inserción de una pantalla ¿ompletdmen:e oDscurectda en la celda fotoelectrica deberá ser de O 9 a i 1 segundos La ariiortiyuaco- del circuito electric0 de medición deberá ser tal que la sobre-lectura iriiciai p?' arriba a la lectura final constante, despues de cualquier variacion momentanea en la salida ( p i ; ejeinplo la cahbración con pantallas), nc excederá el 4 porciento de esa lectura en la escala de unidades lineales El tiernpo de respuesta del opacimetro. el cual se debe al fenómeno fisico de la cámara de humo, es el tiempo que transcurre desde el principio de la entrada del gas a la cámara hasta el llenado completo de la camara de humo; este tiempo no debera de exceder de 0.4 segundos. Durante todo el tiempo de trabajo, la estabilidad debe ser menor a 4 porciento en la escala de uiiidades lineales Tener una repeiibilidad de no mas de 0.05 m-' de la lectura en la carátula indicadora del opacinietru -1 cuando una pantalla entre 1.6 m es

introducida entre la fuente de luz y la celda fotoeléctrica durante 5 mediciones sucesivas de una misma fuente El tiempo de estabilidad (calentamiento), debe ser menor de 10 minutos despues del encendido Las lecturas del analizador, no deberán verse afectadas por variaciones de voltaje de I 1 0 porciento Presion del gas durante la medición y del aire para la limpieza. Presion del gas de escape en la camara de humo no debe variar de la presión atmosférica por mas de 75 nim d i manometro de agua. Las variaciones en la presion del gas que se mide y pel aire para limpieza 1 io deberán causar que el coeficiente de absorción varie por mas de 0.05 m- , en el caso de un gas que tenga un coeficiente de absorción de 1.7 m- l . El opacinietro deberá estar equipado con dipositivos adecuados para medir la presión en la camara de humo. Los limites de variación en la presión de gas y en el aire para limpieza en la &mara de humo, deberan ser establecidos por el fabricante del opacimetro. Temperatura del Gas. En cada punto de la cámara de humo la temperatura del gas deberá estar entre 70" C y una temperatura maxima especificada por el fabricante del opacimetro, de forma tal que las lecturas sobre el rango de temperatura no varie por Tás de 0.1 m-', cuando la cámara este llena con gas que tiene un coeficiente de absorción de 1.7 m .

El opacirnetro deberá estar equipado con los dispositivos adecuados para la medición de la teir;veiatura en la cámara de humo.

-1

-1 y 1 8 m -', y conocido dentro de una tolerancia de O 025 m

m) Especificaciories Basicas para la Instalacion de Upacimetros de Muestre0 La relacion del area de seccioil transversal de la sonda con respecto al tubo de escape no debe ser inferior a 0.05 La Lorltrapresion medida en el tubo de escape cerca de la entrada para la sonda no excedera de 75 mm da manometro de agua La sonda debe ser u11 tubo con un extremo abierto dirigido haua adelante en el eje del tubo de escape o del tubo (-3 extensión. si este esta requerido Debera estar situado en una secciori donde la dictribucion del hiirno sea aproximadamente uniforme Para lograr lo anterior, la sonda debera estar colocada ert el Jbo de escape tan lejos del niotor como sea posible Si es necesario la sonda puede

es 22 dejunio de 1 9 -===a

o del tubo de esG cion recta de 6D n longitud en direcQ unión. ides del motor la p esta norma. Esto, a máxima velocid; resion de la mueS escape o en el tul

I escape en la ab6

xios como sea PO

;metro. Se deben t desviacicn puedf

? escape cuando r

'O

-n!re aire del exten ;ea posible como 3 estar inclinado h filos donde se p~ es 'ape para ais13 2diciones r y el opacimetro 's contenidos en E

)eléctrica. o entre )acidad constante; e opacidad uniforn gas es normaimel

Jra hi del opacime, :i de forma :al que

i la corrección a s

nente COT el gas d la luz. ceberá sc

'dida. 3r las pulsaciones sensor de muestre( we de expansión 1 .ape. ?n el paso de una b normalmente, y a

la prueba con un

lad es N y la de la

",. .

DI ARIO OFICIAL, (Primera Sección) 37 ,firrmle\ 32 dc junto de 1994 a

Con la longitud conoi:ida Lo llena en el mismo gas de prueba. la lectura en la escala lineal opacidad es No y la te mperatura del gas principal expresada en grados Kelvin es To La longitud efectiva s~ ! ra

de

La prueba se repite por lo menos con cuatro gases de prueba, dando lecturas uniformemente espaciadas

La longitud efectiva L del opacimetro será el promedio aritmético de las longitudes efectivas obtenidas Y el ,tre las lecturas 20 y 80 en I ; I escala lineal

,,tablecidas para cada uno dt? los gases. A N E X O 2

I Tr LECTURAS REGISTRADAS

8

I

M E D I C I O N O P A C I D A D

--------- L -I_

-I

V A L O R P R O M E D l O -_L_

VALOR DEL Fil -TRO - O P A C I D A li

- í IPACIDAD DEL FILTRO

FECHA PROXIMA VERlFlCAClON NOMBRE Y FIRM/ 4 DEL TECNICO

4YENO 3

Descripción Origen Datos del centro Número de folio del ceirtificado Se alimenta al equipo Número de centro Lo genera el program a Fecha de prueba Lo genera el progran',a Tipo de verificación alimenta al equipo Datos del Propietar ¡o Nombre Tarjeta de Circulacicln Domicilio Tarjeta de Circulaciim Colonia Tarjeta de Circulacic 5n Código Postal Tarjeta de Circuiaci ón Delegación o munic:ipio Tarjeta de Circulaci on Estado Tarjeta de Circulac ion Datos del Vehicul b

Lectura del 0dómc:tro Tablero del Vehiclilo

Formato

N

N

D

A

A

A

A

N

N

N

N

Caracteres

25

25

15

5

2

2

7

I

i

1

a

2

1

'I

1

a1

.1 4

- >

1

s i p I 12 ' a 5 2 1 o 01 ppmv promec 5 2 2 G o6 ppmv promer

n L

70

15

7

2

1

3

8

2

I

t

1

4

4

1

e Normalización para la ? la Le) Federal sobre 1 de la FederaciOn del maximos permisibles de ictoras del mismo :eresados dentro de I, n sus comentarios an n Rio Elba número 21

:ación del proyecto d

a h - El Presidente dt

R E C E LOS NIVELES :o Y SU METODO DE

ron a la atmósfera de

sli?rcoies 22 de junio de 1994 DIARIO OFICIAL (Priinera Ssccicini 79 c

3, REFERENCIAS NMX-AA-23 Terminologia NMX-AA-09 NMX-AA-IO N MX-AA- 54

4. DEFINICIONES 4.1 Información meteorológica Es aquella relativa a la velocidad, dirección de vientos, humedad relativa, temperatura, presión

4.2 Muestreo de chimeneas El procedimiento por medio del cual se determina la Concentración de los contaminantes conducidos a

través de una chimenea de descarga, utilizando equipos especiales y técnicas específicas para cada tipo y características de los contaminantes a muestrear.

NMX-AA-35

barométrica y estabilidad atmosférica de los periodos de medición perimetral.

4.3 Muestreo perimetral El procedimiento por medio del cual se determina la concentración neta de contaminantes. en estudi:? ,

4.4 Nuevos proyectes Las instalaciones industr:aies productoras de ácido fluorhidrico que operen pos!e:ior a IO preser?!e n>rniz 4.5 Planta existente La instalación !ndustrial productora de ácido fluorhidrico que haya operado antes de la en!"zda en v i p C!C

4.6 Procesos de elaboración de acido fluorhidrico El proceso de transformación donde se utiliza como materia prima, la fluorita como mineral y ácicic'

5. ESPECIFICACIONES 5.1 El límite maximo permisible de fluoruros totales por la chimenea de gases residuales del proceso

Plantas existentes .., 100 grnonelada Nuevos Proyectos . _ . 50 grffonelada 5.2 Para plantas existentes el límite maximo permisible de emisión de fluoruros inorgánicos gaceosc

provenientes de la fabricación de acido fluorhidrico fuera del límite del predio de la empresa no dcbera s: superior a:

Pcha concentración registrada viento abajo.

la presente norma.

sulfurico, teniendo como subproducto el ácido fluorhidrico al 99% de pureza mayor.

expresado como fluoruro de Hidrógeno (HF) por cada tonelada de producto liquido base 100% de pureza es.

5.2.1 0.01 ppmv promedio 24 hrs.; a nivel de piso 5.2.2 0.06 ppmv promedio 24 hrs.; a nivel de piso 5.2.3 0.04 ppmv promedio 24 hrs.; a nivel de piso Las concentraciones anteriores deben ser la diferencia de la concentración medida viento abajo p v i v

arriba de la fuente emisora y referida a 250 C y 760 mmHg. 5.3 Para nuevas plantas el limite máximo permisible de emisión de fluoruros inorganicos gaseost

provenientes de la fabricación de acido fluorhidrico fuera del limite del predio deberá ser menor a 0.004 ppn promdeio 24 hrs.; a nivel de piso.

5.4 Todas las plantas productoras de ácido Ruorhidrico, deberán contar con sistemas de control ( \

emisiones fugitivas extraordinarias, debidas a cualquier causa que las motive. que garanticen el máxir ' control del proceso.

residuales del proceso de fabricación de ácido Ruorhídrico durante el primer añc oe vigencia de la prese:- norma oficial mexicana.

5.6 A partir del segundo año de la entrada en vigor de la presente norma, todos los procesos fabricacion de ácido fluorhidrico deberán contar con los sistemas de monitoreo continuo en las chimeneas ' descarga de gases residuales, y cuyos gráficos podrán ser solicitados por la autoridad competente : cualquier momento.

5.7 Durante los dos primeros años de vigencia de la presente norma, el muestreo perimetral en torne< limite de propiedad para determinar las concentraciones a nivel de piso deberá realizarse con muestreadc. I

tipo manual y al menos dos veces por año con intervalo de cuatro meses o cuanao la autoridad lo requiera : periodo minirno de evaluación deberá ser de siete diac cada vez, incluyendo en el reporte condiciones operación asi como la información meteorológica correspondiente al periodo de muestreo.

A partir del tercer año de la entrada en vigor de la presente norma oficial mexicana el muestreo perinie deberá realizarse en forma'continua y con equipo autornatico.

5.5 Se harán mediciones isocinéticas dos veces por ano en las chimeneas de descarga de gas

6. VIGILANCIA La Secretaria de Desarrollo Social por conducto de la Procuraduria Federal de Protección al Ambiente,

la autoridad competente para vigilar el cumplimiento de la presente norma oficial mexicana

'"'1 G E Fi C I A

le agosto de 1994

iunales del .................. 87

4

sin efectos San Pablo, .................. 88

Delegación .................. 89

protección .................. 90

#O05192 .. 92

deras en la .................. 94

.................. 94

.................. 95

!s máximos ? nitrógeno, requisitos y rnbustibn y corn bustión alquiera de .................. 1

Jstria de la ..................... 11

Jfacturados .................. I?

I Desarrollo 'adierna L., .................. 123

! Desarrollo irturo León .................. 124

desarrollo, Jbicado en .................. 126

SEGUNDA SECCION SECRETARIA DE DESARROLLO SOCIAL

[llargen un sello con el Escudo Nacional que dice Estados Unidos Mexicanos - Secretaria de Desarrollo

.?c al

"AERIEL QUADRI DE LA TORRE Presidente del Comite Consultivo Nacional de Normalizacion para la

teccion Ambiental Lon fundamento en los articulos 45, 46 fraccion I I y 47 de la Ley Federal sobre

. ; ~oog ia y Ncrmalizacion me permito ordenar la publicacion en el Diario Oficial de la Federacion del

Lecto d-. iJi?. ia Oficial Mexicana P13M-085-ECOL 1994 que establece los niveles maximos permisibles

emisic a la almosfera de particulas monoxido de carbono oxidos de nitrogen0 bioxido de azufre

eblinas de acid0 sulfurico y particulas suspendidas asi como los requisitos y condiciones para la operacion

.? 10s equipos de calentamiento indirecto por cornbustion y emisiones de bioxido de azufre en los equipos de

aientamiento directo por combustion utilizados en fuentes fijas que usan combustibles fosiles Iiquidos o ;aseosos o cualquiera de sus combinaciones

El presente proyrclo de Norma Oficial Mexicana se publica a efecto r;r que los interesados dentro de los

. p e n t e s 90 dias naturales contados a partir de la fecha de su publicacion, presenten sus comentarios ante

. ;omite Considllivr Nacional de Norrnalizacion para la Proteccion Ambiental. sito en Rio Elba numero 20 piso Colonia Cliauhleinoc Codigo Postal 06500 Mexico D F

Durante el plazo mencionado los analisis que sirvieron de base para la elaboracion del proyecto de

-arr ia estaran a dispocicion del publico para su consulta en el domicilio del Comite

Mexico Distrito Federal a veintiocho de junio de mil novecientos noventa y cuatro - El Presldente del

3mte Gabriel Quadri de la Torre - Rubrica

PROYECTO DE NORMA OFtClAL MEXICANA NOM-085-ECOL-1994, QUE ESTABLECE LOS NIVELES

4IAXIMOS PERMISIBLES DE EMISION A LA ATMOSFERA DE PARTICULAS, MONOXIDO DE CARBONO

3XIDOS DE NITROGEN0 BlOXlDO DE AZUFRE NEBLINAS DE ACID0 SULFURIC0 Y PARTICULAS

XJSPENDIDAS AS1 COMO LOS REQUISITOS Y CONDlCiCNES PARA LA OPERACION DE LOS

EQUIPOS DE CALENTAMIENTC INDIRECT@ POR COMBUSTION Y EMISIONES DE BlOXlDO DE AZUFRE

EN LOS EQUIPOS DE CALENTAMIENTO DIRECTO POR COMBUSTION UTILIZADOS EN FUENTES

'IJAS OUE USAN COMBUSTIBLES FOSILES LlQUlDOS O GASEOSQ', O CUALQUIERA DE SUS OMBl NAC IC" ES

1 1 OBJETO

Esla Norma Oficial Mexicana establece los niveles maximos permisibles de emision de particulas,

yonoxido de carbono oxidos de nitrogeno, bioxido de azufre, neolinas de acido sulfurico y humo asi como

9s requisitos y condiciones para la operacion de los equipos de calentamiento indirecto por cornbustion y Emisiones de bioxido de azufre en los equipos de calentamiento directo por combustion utilizados en las

'Jentes fijas que usan combustibles fosiles Iiquidos y gaseosos o cualquiera de sus combinaciones

Se exceptuan los equipos domesticos de calentamiento de agua y las estufas domesticas los anafres y

9s asadores

i io pitot

gases que fluyen

tiger: ; en los gases

ucto

en contacto directo c

recto con los material

acuerdo al consumo

nbustoleo, gasóleo. 0 cualesquiera de

materiales o sustanu

io. luz y calor

gases producto de w

iilicen simultaneamen

1

o cualesquiera de II

1.9. ~ ~ u i p o de combustión existente

€1 instalado ylo el proyectado y aprobado para su instalacion por la autoridad competente antes de la

cion de la presente Norma Oficial Mexicana.

,,,O, ~ q u i p o de combustión nuevo

ci ,nstalado por primera vez, por sustitución de un equipo existente o aprobado por la autoridad *-

lente. en fecha posterior a la publicación de la presente Norma Oficial Mexicana. ...- ,,If. ~ e d i c i ó n puntual

Ld que se realiza en un tiempo no mayor a 5 minutos y cuando el análisis se efectua al mismo tiempo o

((rr:,c de los siguientes 60 minutos y en gráfico presenta discontinuidad.

1 2 Medicion continua

a que se realiza sostenidamente en un periodo de tiempo no menor a 60 minutos y su gráfico no

..ií.-:a discontinuidad El resultado de la medición continua es el promedio del periodc muestreado.

, 13. Numero de mancha

E: valor numeric0 que se obtiene al comparar la mancha producto del paso de un cierto volumen de gas

d* ,anlb~sfion por un papel filtro con las tonalidades de la escala patrón equivalente.

4 14. Operacion de arranque del equipo de combustión

E! inicio de operación de los procesos de combustión.

4 15, Operacion de soplado

La itmpieza de hollin de los tubos de una caldera mediante la inyección de aire. vapor u otro fluido a

3csion

4.16. Reparación o modificación mayor

La que involucra una inversión mayor al 50% del costo de reposición de un equipo nuevo de igual

:rcacidad.

4.17. Zona metropolitana de la Ciudad de Guadalajara

El area integrada por los siguientes municipios del Estado de Jalisco: Guadalajara, Ixtlahuacán del Rio,

ibquepaque. Tonalá. Zapotlanejo y Zapopan.

4.18. Zona metropolitana de la Ciudad de Mexico (ZMCM)

El area !:;tegrada por las 16 Delegaciones Politicas del Distrito Federal y los siguientes 17 municipios del

Csiado de México: Atizapán de Zaragoza, Coacalco, Cuautitlán de Romero Rubio, Cuautitlán Izcalli, Chalco

4 Covarrubias. Chimalhuacán, Ecatepec, Huixquilucan, Ixtapaluca, La Paz, Naucalpan de Juárez,

Wahualcoyotl, San Vicente Chicoloapan. Nicolás Romero, Tecámac, Tlalnepantla y 7 ,?ltitlán.

4.19. Zona metropolitana de la Ciudad de Monterrey

€1 area integrada por los siguientes municipios del Estado de Nuevo León: Monterrey, Apodaca, General

Embedo, Guadalupe, San Nicolás de los Gsrza, San Pedro Garza Garcia. Santa Catarina y Juárez.

4.20. Zonas criticas

Para los efectos de esta Norma Oficial Mexicana, se consideran zonas criticas (ZC), por las altas

wnt rac iones de contaminantes de la atmósfera que registran, las zonas metropolitanas de Monterrey y

rjuadaiaJara; los centros de población de: Coatzacoalcos-Minatitlán. en el Estado de Veracruz; : ' .

lados de Hidalgo y de

Tipana. en el estado

quipos de combustlo,,,

quipos de combusti&,

nonoxido de carbono,

xJstion de las fuentes

2 Y 3

que utilicen en forma

caso de equipos de I combustibles liquida

ecuacion (1 )

IIicar el consumo de

de 43.000 MJlhr. de

mbustion mayores de

medio ponderado por

lerdo a los siguientes

-i

1 1

La Secretaria de Desarrollo Social dentro del plazo de 120 dias naturales posteriores a la publicacion de

Norma Oficial Mexicana propondra los mecanismos para la verificacion seguimiento y control de los ,alores indicados asi como para acreditar su cumplimiento por parte de las fuentes emisoras La formulacion

dichos mecanismos se Sujetara a la Ley Federal sobre Metrologia y Normalizacion y demas disposiciones

,ri,jicas aplicables

5 4 Todo sistema de cornbustion de calentamiento indirecto que se instale y opere en el periodo 1994 al

31 de diciembre de 1997 debera cumplir con los limites de emision de oxidos de nitrogeno consignados en la

íabia 1 LOS limites de las Tablas 1 y 2 deberan ser alcanzados con base en la aplicacion de medidas

primarias como la inslalacion de quemadores de alta eficiencia y baja emision de oxidos de nitrogeno

,yeccion de soluciones acuosas de urea inyeccion de vapor o manejo de aire

5 5 La operacion de soplado que requieran los equipcs de cxnbustion de proceso continuo que utilicen

-.,mbustibles Iiquidos debera efectuarse con una frecuencia de por lo menos una vez por turnll cada ocho

o de acuerdo a las especificaciones del fabricante El tiempo de soplado no debera exceder de 25

.. nu tos por soplador o deshollinador cuando se trate de - quipos con capacidad mayor a 43 023 hlJ'hr y de

4 3 minutos para los menores

ir

5 6 LOS niveles maximos pern.isibles de emision a la atmosfera de neblinas de acido sulfurico en equipos

de combustion con capacidad termica mayor de 5 250 hlJjhr que utilizan combustibles fosiles Iiquidoc son

establecidos en la Tabla 3 de esta Norma

5 7 El combustoleo pesado que surta Petroleos Mexicanos a partir del 1 de enero de 1998 tendra un

contenido maximo de azufre de 4% en peso El cornbustoleo hidrotratado que surta Petroleos Mexicanos a

partir del 1 de enero de 1998 tendra un contenido maxirno de azufre de 14' en peso El combt,stoleo ligero

que ofrezca Petroleos Mexicanos a los giros menores de 43 O00 MJih situados en zonas criticas tendra un

contenido maximo de 2% a partir del 1 de enero de 1998 Petroleos Mexicanos certificara en las facturas de

mbarque ael combustoleo el contenido de azufre expresado en porciento en peso Se calculara la descarga

bioxido de azufre a la atmosfera en equipos que usen combustoleo con base en el consumo de

combustoleo y en el contenido de azufre de dicho combustoleo certificado por Petroleos Mexicanos

6 REQUISITOS Y CONDICIONES PARA LA OPERACION DE LOS EQUIPOS DE COMBUSTION

6 1 Requisitos

6.1 1. Los responsables de los eqtitpos de combustion de las fuentes fijas referidas en esta Norma Oficial

Mexicana deben observar segun proceda los siguientes requisitos de operacion

6.1.1.1. Llevar una bitacora de operacion y mantenimiento de los equipos de combustion medicion y

analisis de las emisiones y de los certificados de calidad del combustible empleado

6.1 1 2. La medicion y analisis de las emisiones deben realizarse con la frecuencia y metodos que se

indican en la Tabla 4

6.1.1.3. Los metodos equivalentes a que se refiere la Tabla 4 tendran que ser los que se consideran en el

Anexo 1 de esta Norma Oficial Mexicana o algun otro que demuestre la misma precision con previa

autorizacion de la autoridad correspondiente

6.1.1.4. El analisis tipo Fyrite (via humeda) solo es valido para propositos de la determinacion del peso molecular

6.1.1.5. El analisis de neblinas de acido sulfurico se debera llevar a cabo de acuerdo al metodo de via

humeda con torino o con otro metodo alterno siempre y cuando sea aprobado por la autoridad competente

edan 15 minutos y la

O00 MJlhr y 18 horas

I el punto 5 5 de esta

1 azufre rnonoxido de

IS establecidos en las

etente

er descar:adas a la

las emisic'.es debera

termica del equipo de

a. (MJíhr)

m o . (MJIKg)

dos en el Anexo 2

ral de Protección al

', en su caso, de los

e la presente Norma

iforrne a lo dispuesto

iento en Materia de

ridicos aplicables

Jlicacion en el Diario

numeral 5.3 de esta

o n F.

n

:

m W D

-

a, I

C e, m - 2 D

W m -

? a X

W VI

!?

L

L

W C - Q

I

C Lu

m

% W VI

m 1

K m

n

- 5 z C al O

al Y O al 0

io

o>

s

.. .

r - Zona metroi, 3 la de Mexico

Otraszonas : L - 4 r

Resto del pc

- __ -

.. _ -

I :

(1) Concentr P~ + t ida envolumen de O

ME

1 .t.L i De 5,250' 43,000

3e- i' 110,000 I

1.

' 9

t

IF-

Ill Z K I O 01 I ( I \ I f i cg i i i i J , i \ C C L I O I ~ ) O I ,,111', I dc .i!.!O\lO Jc IO94 w

TABLA 3

NIVEL MAXIM0 PERMISIBLE DE NEBLINA DE ACID0 SULFURIC0

4

fl ZONAS m d m 3 (1)

1994 a 31 de diciembre de 1" de enero de 1998 en 1997 adelante

s n a metropolitana de la Ciudad 40 30 de Mexico

=ras zonas criticas del pais 60 55 - I I

Testo del pais I 125 90

(1) Concen:!dcion referida a condiciones de 298'K (25°C) 101,325 pascales (760 mmHg), base seca y 5% p,, durnen de O2

TABLA 4

MEDICION Y ANALISIS DE GASES DE COMBUSTION

e--.. ZAPACIDAD )EL EQUIPO )E :OMB:JSTION

)e 5,250 a i3,OOO

F 4 T O n I10,000

PARAMETRO FRECUENCIA DE MEDICION TIPO DE COMBUSTI 1 BLE

MINIMA DE MEDICION _- -- -. -

densidad de 1 vez cada 3 puntual (3 muestras); mancha liquido - humo meses co 1 vez cada 3 continua (minimo durante 45 líquido y gas

COZ. CO, 02. 1 vez por mes puntual (3 muestras); orsat o liquido y gas N2 equivalente (2) p-lrlecla s una vez por isocinetico (minimo durante 60 liquido

Neblina de

, de hollin

meses minutos); celda electroquímica o equivalente (1) -

ano minutos); 2 muestras definitivas (3)

ácido sulfúrico una vez por continuo (minimo durante 45 líquido y gas año minutos), quimiluminiscencia o NOx

eauivalente una vez por puntual por torino; infrarrojo liquido ano no dispersivo o equivalente s o 2

una vez por continuo (minimo durante 45 liquido y gas minutos); infrarrojo no

co mes

dispersivo o electroquímico COZ, CO, 02 , diario puntual (3 muestras); orsat o liquido y gas N2 equivalente Partículas una vez por isocinético (mínimo durante 60 liquido totales año minutos); 2 muestras

Neblinas de definitivas

acido sulfúrico 1 vez cada 6 continuo (minimo durante 45 liquido y gas meses minutos), quimiluminiscencia o

equivalente COZ, CO, 02, una vez por puntual (3 muestras), orsat o liquido ygas

equivalente N2 turno Farticulas 1 vez cada 6 isocinético (mínimo durante 60 liquido to!ales meses minutos), 2 muestras

NOX

--

definitivas __ - Neblinas de ácido sulfúrico __ NOX

o2

permanente continua; uimiluminiscencia liquido y gas (4) con registragor como minimo permanente coniinua; campo magn,ético o líquido y gas

eauivalente. con reqistrador

.. - ...... _- ....... - ...... ,:Oh '.4M I 3 , ,4 t\ TE

..... .......... . - - - . - - . . - . . , Biiia i o

Prop 3n:i

Butilmi)

Pr3p lerio

Mota-io

Petrcleo : i farc'

G;iscliin 3

Diwt I

Gasó ec

Comt uc t6 i113 p25 íiC(

. . . . ... . . . . . l . . . .

... ................ . - - - .. . . -.-

.... . . . . . . . . . . . .

. . . . . - - _ - . - . . 1 - . . -

..- .. - . .

I-------. .--

1 -- ..- ..... -- ... _- ........... ...... - .... - ... ---- ..... .......... ..... . . . . . . . . . . . . .

... . - . . . . . . . .

..... .... . . . . ..... ........ -___ - ................ . . . . . . . . . . _ .__ .

........... ... . . . . . . . . . . . 1 __- ~ . . ~

-.------. 1 Comt us to -!o ligc ro

--.- . . . . .. - .. - . . . . . . . t G 3s [ . I > .

u ----. --__. ...........................

.

. . .. . . :f L .. Y .

. . . . .... - - 8 - '_ .. . -~ . . . .

51' .

4 !I

e9

55

4s

4;

15

42

42

43

...... -~ . . -, .

..

, -. - .- ~ -, . -.

_. . .- .. ~ ~

....... - .- ~ ....... . . .

_- - .. .- * .

~. ~ - . - _" . - - 4

..... ..

. . . --^I. .. .̂ ... .. ... .--

* , , , j ' C I ! I 1 :, -::

9;:

5 2 0 tic scpticiiihrc Jc 1094 y

I

p"

ill \ - \ I i t t i ' \ 20 < I C \Ll\IiLiiIhit IIL l ' j k ) - I _ - - z - -

p ~ O ) ECTO de Yormn Oficial \ le\icnna ~ 0 1 1 - 0 9 i - E ( ' O I -1994. Out eitahlrrr lo\ iiniitrs nid\inior prrmizihleL ,misiones :I 1.1 atinósfera de bih\ido de :iLiifre j nintcrial particulado prn\eiiientr de l a \ pl.int.as de funtltcion (jC

r m a r g e n un sello con el Escudc Nacional que dice Estados Uniaos Mexicanos - Se:rs.'aria de Desairolic social - Comite Consultivo Nacimal de Normahzacion para la Proteccion Ambiental

GABRIEL QUADRI DE LA T3qRE Presidente del Comite Consultivo Nacional de Z 3 - w zocion pa-a ia pro(eccion Ambiental con funuaqento en los artimlns 45 46 fraccion I 1 y 47 de 12 ~ e y Zeceral sobre Metrologia y Normalizacion me permito m i m a r Io publrcacior en el Diario Oficial de la Federacion de¡ L,rsyecto de norma oficial mexicana YOPv1-OC1-~COL-1994 que establece los limites T a x mcs permisibles 3e emision a la atmosfera de b ox 00 de azufre y matenal particulado provenienie de ¡as c a i ' a s d e fiindicion de cobre y de zinc

El presente proyecto de norma oficial mexicana se publica a efecto de que los inte'esajos dentro de los Siguientes 90 dias naturales contados a partir de la fecha de su publicacion presenten s3s ca?ientariss alTte el Comite Consultivo Nacional de Normalizacion para la Proteccion Ambiental site en 9 c Eiba nLmero 22 ier piso colonia Cuauhtewoc codiqq posta' 06500 Mexico D F

Durante el plazo mewonadc ics aral iss que sirvieron de basi para la elaba 29 de orovectc de ?orma estaral. a dispos,cicn de! p ~ b ' ~ 3 para su consulta e r el domici - del Comite

Mexico Distrito Federal a 10s treinta cL,?frc FI o-esidente del Comite Consiil! J Z Nacia-21 de horrnalizacio? para la Proteccion Am. e-'a Gabriel Quadri de la Torre - Fiiibrica

PERMISIBLES DE EMISION A L A ATMOSFERA DE BiOXlDO DE AZUFRE Y MATERIAL PARTICULAD3 ~ROVENIENTE DE LAS PLANTAS DE FUNDICION DE COBRE Y DE ZINC

! (le zinc. - --_ -

uc dias del mes de agosto de mil novecientca - r v rn ta

NORMA OFICIAL MEXICANA NOl"-091 -ECOL-1994, QUE ESTABLECE LOS LIMITES h1AXib'S.S

1 OBJETO Esta norma oficial mexicana establece los limites rncximos permisibles de einisic-es a la ati!iosfer de

2. CAMPO DE APLlC4CION Esta norma oficial mexicana es de observancia obligatoria para los responsables de las Dlantas de

3 REFERENCIAS NOM-AA-9 NOM-AA-10

NOM AA 23 NOM AA 35

NOM-AA-54

NOM-AA-55

NOM-AA-56

4 DEFINICIONES 4.1 Fundicion primaria de cobre La instalacion de cualquier proceso intermedio comprendido en la produccion de cobre primario a partir

4.2 Fundicion primaria del zinc La instalacion o cualquier proceso intermedio comprendido en la produccion de zinc s-imario u oxido de

zinc a partir de la merla conceíitrada ae sulfuro de zinc a traves del uso de tecn ¿as electroliticas o pirometalurgicas

fiioxid0 de azufre (SO,) y material pa.ticulado provenien:? de las plantas de fundicion oe x s r e y di. zinc

fundicion de cobre y de zinc

Determinacior del flujo de gases en cin conducto por medio del tubo p 'o: Deterrninacion de la emision de particdas solidas contenidas en los gases que se descargan por un conductc Nomenclatura para definir los terminos utilizados en contaniinacion a Deterrninacior de bioxijo de carbono rnonoxido de carbono y oxige.2 en 10s gases de c a m . stion Contaminacior ritvlosfeTiia drterrninacion del contenido de humedad e- los gases fluyen por un coriducto metodo gravinietrico Contaminacior atmosferica-fuentes fijas determinacioii de bioxido de az,% en gases que fluyen por Jn conductc Contaminacicn atvosferi-a fuentes fij?s dettvminacion de bioxici? df 3zJ're triorido de azufre y neblinas de acido sulfuriro en los gases que fluyen por un cc-?dcto

que

de la mena concentrada de sulfuro de cobre a traves del uso de tecnicas pirornetalurgicas

4 3 Horno de reverbero *

Dispositivo en el cual se realiza la func'icicn de la mena concentrada de siilfiiro de c ~ p - 2 y en ia cLIil el

4 4 Horno de soplo El horno de reduccion e n el cual mena concentrada de sulfuro de cobre y otros G ? ~ ~ J C ~ O S se cargan y

4 5 Secador La unidad en la cual la mena concentrada de sulfuro de cobre cargada se calienta e r ia píesencia de aire

para eliminar una porcion de humedad de la carga previendo que menos de un 5% del sJfuro contenido en dicha carga es eliminado

4 6 Tostador La unidad en la cual la mena concentrada de sulfciro de zinc cargada se calienta en la presencia de aire

Toda maquina de

4.7 Maquina de aglutinacion El horno en el cual las calcinas son calentadas en presencia de aire para aglonierarlas en una masa dura

calor necesario para la fundicion se prove prin ariamente por combustion de combustible t m i

forman capas separadas de escoria fundida y la mata de cobre

Para eliminar una significante porcion (mas del 10%) del sulftiro contenido en la carga aglutinacion que elimine mas de 10% de la carga de sulfuro se debe considerar como un tostador

Porosa llamada aglutinado

- . . IJN

ibre que tiene corn; 3 cubre

de la combustion lac pero no incluye enir emisiones a la

i tes

camente un metal

W

l e Fzufre y maten; idos en la Tabla 1 d

rma sficial mexicar

I o iniprevistos. de I(

jer las 2 horas y pa citados con la plaii 3 esto a condicioni base las 24 hrs y u

cion del proceso y l o debera sobrepai

OS y los convertidoi 5 8 hr para liberar I

;an corresponder E )mento Industrial,

e fundición de cobr ia, como las pruel

ido de azufre comc que serán registra 1 promedio de 6 hc

erá ser utilizado F ion de una muestr: 1 hora y se separi -e Posteriormente mna bárica. Si as ana NMX-AA-55-1: snte autorizado pc

IMX-AA-10-1974. I ncluye ia extracció EI tiempo pinim'

I de O 85 m (en S

F ¿

( f'riincr,i ~ ~ C I O I I i i \l,t iw\ 2 0 LIC. wpiicnibrc dc. 1994

5 4.2 Opacidad :

DI IRIO Of iCII\I - ---

Las pruebas de cumplimiento para la opacidad proveniente de las plantas de fundicion de cobre y zinc ,cluvendo tanto el uso de un monitoreo continuo colocado en la corriente de gas de salida como las pruebas ,termitenles

5 4 3.1 Monitoreo continuo de la opacidad se debera monitorear y registrar en forma continua la opacidad de los gases emitidos de cualquier

..aquina de secado o de aglutinados se debera reportar cualquier periodo de 60 minutos en el cual fa 2pacidad promedio medida por el monitoreo continuo sobrepase el nivel impuesto por la norma

5 4.3 2 Determinacion de la opacidad por pruebas intermitentes s e debera utilizar el metodo establecido en la Norma Mexicana NMX-AA-l-Íg72 para aeterminar la

,paGIdad de la corriente de gas de salida y confirmar el funcionamiento del dispositivo de monitoreo continuo

TABLA 1 LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES EN LA MEDICION DEL COBRE Y DEL ZINC

Vigente a Contaminante Limite Proceso Tipo de Fuente - partir de: Afectado FClNDlClONES DE COBRE

Plaitas Nbevas 1 de mayo de ' 7 - 1 1995 (prorxeoio F 1 -:-xs d e 650 ppmv [ - Tc?s!adores

Plantar Existentes

hrsi ' a c c p de

j"s'a?:arer carvei t dc-es y G 3'iiaS CIF i? - tdü

Material 50 mg1NM2 o - Secadorc de Particulado 20% opacidad cowent adcs

1 de mayo de S F 2000

6 h í s ) ~ S J S

convertidores y Plan:as de ac dc

650 ppmv - Hornos de (promedio de reberbero de

coqvertidsres

1 de mayo de so2 2005

6 hrs sopio y sus

I 60 mg'NM3 * Cecacsres de

Concen?rados Material

Particulado o 2 c c I I opacidad 1 colectores de ' 11

FUNDICIONES DE ZINC -

650 pp' . * Tos:adores L

(proved 2 O F a r e a s 2. 2 1 de mayo de so2 Plantas Nuevas

1995 1 1 5 1

Materia 1 50 mg NM3 C 0 Agtdt>iado

Plantas existentes 1 de mayo de so; 650 ppv * Tcs'adores

particulado 20% opacidad

1997 (promedio 6 planias de acid0 hrs)

. Material 50 mg NM? o - Piantas de acid0 particulado 2O0h opacidad y Lotectores de

FOlVO

6. VIGILANCIA La Secretaria de Desarrollo Social por conducto de li Procuraduria Federal de Proleccion del Ambiente.

7. SANCIONES El incumplimiento a las disposiciones contenidas en la presente norma oficial mexicana. sera sancionado

:nforme a lo dispuesto por la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Proteccion del Ambiente. sü ,eglamento en Materia de Prevencion y Control de la Contaminación de la Atmósfera y demas 'Jenamientos jurídicos que resulten aplicables.

5 la dependencia competente para vigilar el cumplimien!o de la presente norma oficial mexicana

8. BlBLlOGRAFlA 8.1 Air 8 Waste Management Association (AWMA), "Air Pollution Engineering Manual", 1992 (Asociacion

a:a el Manejo del Aire y Residuos, Manual de Ingeniería de la Contarninacion del Aire. 1992. 8.2 "American Bureau of Metal Statistics, Non-Ferrous Metal Data", 1990 (Oficina Americana de

s!adisticas de Metales, Información de Metales no Ferrosos) 1990. 8.3 Environment Canada, "Air Pollution Emissions and Control Technology, Primary Copper Indust$"'

kporte EPS 3-AP-82-4, Julio 1982. (Medio Ambiente de Canada, Emisiones de Aire Contaminado , y !&nologia de Control. Industria Primaria del Cobre). . I

h e dc 1994

gical Society of

.e Performance

mdarizacion de

rocess Fugitive 5 Emisiones de

:tors Volumen 1 de Factores de

3 Standards for n Ambiental de

-

"La Sociedad

45012-741002a,

nidos y Mexico' laridad.

? I Diario Oficial

2 Normalización

5n atmosférica y ión de vapores & - dización para la y Federal sobre Federación del i atmosférica y recuperación de :ico. os dentro de los ;omentarios ante Elba número 20.

del proyecto de

znta y cuatro.- E Gabriel Quadn

INTAMINACION ROS PARA LA STACIONES DE

ámetros para k de au!oconsurri

.esionarios de la

i la acción de U ie las emisione io, además de la las unidades

)n de un sister ,sfera. Se evali

\1,1rtes 2 0 ( I C .cpiic.riilire de 1904 DIARIO OFICIAL (Primera Sección) 2 I -- tando el sistema instalado en un laboratorio de prueba por el método establecido en la Norma Oficial ifex ica n a N OM -0 9 3- ECO L - 1 994. 4.3 Especificaciones Técnicas Las especificaciones generales vigentes para proyecto y construcción de estaciones de serviciQ

,.a~oradas por PEMEX-Refinación 4.4 Estación.de Autoconsumo ~i establecimiento para el despacho de gasolinas y diesel, así como de aceites y grasas lubricantes a los'

,ehi:~los de empresas particulares e instituciones gubernamentales, que se suministran directamente de .,,gsitos confinados. a los !anques de dichos vehiculos " 4.5 Estación de Servicio

€ 1 establecimiento destinado a la venta de gasolinas y diesel al público en general, suministrándolos cilrectamente de depósitos confinados a los tanques de los vehiculos automotores, as¡ como de aceites y -

* 4.6 Pistola de Oespacho Es un dispositivo para suministrar y regular el flujo de combustible, localizado en la parte terminal de las

*,-g~t-ras pruvenientes del dispensarlo suministrador y se inserta en la toma del tanque de ~ l,-j:~namieiitc de combustible del vehiculo automotor.

4.7 Pruebas de Hermeticidad ?.letodos dilizados para comprobar la inexistencia de fugas de hidrocarburos en las estaciones de

lubricantes

. : ~ ; ~ n ~ u r i : I/ estaciones de servicio de Recuperacion de Vapores

Es un conjun:o de accesorios, tuberias. conexiones y equ:pos especialmente diseriados para recuperar y .2ntrolar la emision de los vapores de gasolina producidos en las operaciones de transferencia de este ". :-mbustible en las estacicnes de servicio y estaciones de autoconsumo, que de otra manera serían emitidos hremente a la atmósfera El control de las emisiones de vapores de gasolina en las estaciones de servicio,

divide en dos fases denominadas Fase I y Fase I I . 4.9 sistema de Recuperacion de Vapores Fase I

\ " . ! ' I

Consiste en la instalacion de accesorios y dispositivos para la recuperación y control de las emisiones de,. ,spores de gasolina durante la transferencia de gasolina del autotanque al tanque de almacenamiento de'' -9mbustible de la estación de servicio o de autoconsumo. Los vapores recuperados son transferidos del. &que de almacenamiento hacia el autotanque y finalmente se llevan a la terminal de distribución de PEMEX :ara su tratamiento.

4.10 Sistema de Recuperacion de Vapores Fase I1 Consiste en la instalacion de accesorios y dispositivos para la recuperación y control de las emisiones c&.

.spores de gasolina generados durante la transferencia del combustible del tanque de almacenamiento al ~'

,~ntculo autom3tor. Los vapores recuperados son transferidos desde el tanque del vehiculo hacia el tanqu.e, :? aimacenamiento En su caso los vapores excedentes que no puedan ser recuperados son controlados -diante un sistema de procesamiento de vapores para evitar su emisión a la atmósfera.

4.1 1 Tasa Volumétrica VaporíLiquido Es la relacian entre el volumen de vapores recuperados y el v2lumen de combustible cargado al tanque

:-i automotor multiplicada por 100. y medida inmediatamente jbqto a la pistola de despacho durante el --ado del tanque del vehiculo.

4.12 Tanqiie de Almacenamiento Recipiente de cuerpo cilindrico destinado a almacenar combustibles, constituido por dos contenedores\.,

4.13 Unidad de Procesamiento de Vapores Excedentes Es un componente del sistema de recuperación de vapores que evita la emisión a la atmósfera de 106,.

4.14 Valle de México El area integrada por las 16 Delegaciones Politicas del Distrito Federal y los siguientes 30 municipios del-

.i ', :oncéntricos con espacio anular entre ambos.

Japores recuperados por el mismo, que excedan la capacidad de almacenamiento del tanque.

Sstado de Mexico Acolman. Arnecameca. Atenco, Atizapán de Zaragoza, Coacalco, Cuautitlán de Romero -ublo Cuautitlán Izcalli. Chalco de Covarrubias, Chicoloapan, Chimalhuacán, Ecatepec, Huixquilucan, r!apaluca. La Paz. Melchor Ocanipo, Naucalpan de Juárez, Nezahualc5yotl. Nextlalpan. Nicolas Romero, :'tumba. Ozumba. Tlalnepantla, Tecamac. Teoloyucan, Tepotzotlán, Texcoco, Tlalmanalco, Tultepec.. -Jtitlán y Zumpango.

5. RFQUISITOS, ESPECIFICACIONES Y PARAMETROS 5.1 LCd eficiencia en laboratorio del sistema de recuperación de vapores de gasolina debe ser superior al

?O% comprobable por laboratorios de prueba acreditados ante el Sistema Nacional de Acreditamiento de

. _

-aboratorios de Prueba (Sir "iLP) De acuerdo al método establecido en la Norma Oficial Mexicana NOM- :93-ECOL-1994

5.2 Los sistemas de recuperación de vapores de gasolina instalados en las estaciones de servicio deben :mplir con una tasa vo!um&trica vaporlliquido menor o igual a 190%, como promedio de la prueba realizada !e acuerdo ai metodo establecido en la Norma Oficial Mexicana NOM-093-ECOL-1994.

5.3 Los sistemas de recuperación de vapores que tengan una tasa volumétrica vaporlliquido superior a\ como promedio de la prueba realizada de acuerdo al método establecido en la Norma Oficial Mexicana-'

'iaM-093-ECOL- 1994. deberan contar con unidades de procesamiento para eliminar los vapores excedentes'. 2:ovenientes de los tanques de almacenamiento en las estaciones de servicio o de autoconsumo.

5.4 Para la construcción e instalaciones requeíidas de tanques subterráneos de almacenamiento, tuberias !!sPensarios y todos los accesorios que conforman la estación de servicio o de autoconsumo, se debe cumplil

de septiembre de 1994

rios del servicio, adem& Servicio establecidas

e ser superior al 80% e,, , de almacenamiento y a a sera evaluada con el to. ales rigidos y contar con ición. No se permite \a

talarse una válvula iiento superficiales d e b

de 4 m. sobre el nivel de que se ubiquen en una mo puertas y ventanas),

:on la linea Vertical de m a linea ae ventilacion. nsumr: que cuenten con la eficiencia "in situ" de

ies de almacenamiento

ecuper-cion de vapores istible y recuperación de

, i . , :~p 2 0 de wptieinbre de 1994 DIARIO OFICIAL (Primera Seccion) 23 6 c VIGILANCIA Y. La secretaria de Desarrollo Social por conducto de la Procuraduría Federal de Protección al Ambiente, asi

-%.no los Gobiernos del Distrito Federal y del Estado de Mexico, se encargarán de vigilar el cumplimiento de *-,resente norma oficial mexicana %' SANCIONES ;'I Tkmplimiento a las disposiciones contenidas en la presente norma oficial mexicana, será sancionado

a lo dispuesto por la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente, su ;?31amento en materia de Prevención y Control de la Contaminación de la Atmósfera, La Ley de Protección

:+lente del Estado de México y los demás ordenamientos juridicos que resulten aplicables.

8,j Código de Reglamentos Federales, 40, parte 53 a 60 revisado en julio de 1990. Estados Unidos de

0.2 Especificaciones Generales para Proyecto y Construcción de Estaciones de Servicio,

' 8, BlBLlOGRAFlA

,fleamerica. Pemex.

I ?12 8.3 Código de Reglamentos de California, norma 461, enmendada el 7 de julio de 1989.

g. CONCORDANCIA CON NORMAS 1NTERNAClONALES

Estados ~ go5 de Norteamerica.

Esta norma oficial mexicana concuerda básicamente con parte de la norma 461 del Estado de California, ; .5dús Unidos de Norteamérica

10. VIGENCIA 10.1 La presente norma oficial mexicana entrará en vigor al día siguiente de su publicación en el Diario

+,';al de la Federación . 10.2 A efecto de que las estaciones de servicio cumplan con los términos de la presente norma oficial ..,,lcana. Petróleos Mexicanos establecerá un programa de reconversion de las estaciones de servicio en el . se señalara nombre y ubicación de las estaciones de servicio que se incorporarán al programa y la fecha

l;;3~e lo haran. 1,kxico D F , a 22 de julio de 1994 - El Presidente del Comite Consultivo Nacional de Normalizacion para

riera W e 10s de ic :coteccion Ambiental, Gabriel Quadri de la Torre - Rúbrica gasolina Fase I I I ' - i se deberá verificar la .uctiva. fectuarse una prueba de

le al método de prueba * instalar una unidad de lvenientes del tanque de liendo con lo siguiente: ltura minima de 3 m. ;ineración y los venteos

incineración y cualquier

, Que establece el método de prueba pafa ción de vapores de gasolina en estaciones de

de Normalización para la . de la Ley Federal sobre ¡al de la Federación del I método de prueba para . , de gasolina en estaciones

e que los interesados dentro de los on. presenten sus comentarios ante ¡ental. sito en Rio Elba numero 20, peracion de vapores en

l e un material resistente xterior del edificio de la

I r

? mil novecientos noventa y cuatro.- El Protección Ambiental, Gabriel Quadri

NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-093-ECOL-1994, QUE ESTABLECE EL METODO DE PRUEBA :QA DETERMINAR LA EFICIENCIA DE LABORATORIO DE LOS SISTEMAS DE RECUPERACION DE :PORES DE GASOLINA EN ESTACIONES DE SERVICIO Y DE AUTOCONSUMO. t I. OBJETO

Esta norma oficial mexicana establece el metodo de prueba para evaluar la eficiencia de laboratorio de los 'mas de recuDeraci0r-t de vapores de gasolina en estaciones de s e n k i o y de autoconsumo. El método se ñnlica en la certificación de los prototipos de los sistemas de recuperación de vapores de

2. CAMPO DE APLICACION Se aplica para evaluar la eficiencia de laboratorio de los sistemas de recuperación de vapores de gasolina ostaciones de servicio y de autoconsumo. 3. REFERENCIAS

4. DEFINICIONES 4.1 Capturador de Vapores (boot) El dispositivo diseñado especialmente para efectuar la captura de vapores de gasolina durante el 3acho de gasolina al vehículo. 4.2 Eficiencia "In situ" Es un parámetro que indica el porcentaje de control de vapores de gasolina debido a la accion de un -ma de recuperación de vapores. Se determina mediante la evaluación integral de las emisiones

Terminologia

y) dc 5cptieinhre de 1994

el vehiculo. además de laa aves de las unidades a con. el procedimiento y a

w

3 acción de un sistema % síera. Se evalua estandos la presente norma ofi%

tanque de gasolina de u sistema de recuperación 6

tanque de gasolina de u 1 estación de servicio 0 4

:S y grasas lubricantes a k uministran directamente 0

1 general, suministrándc& ires, asi como de aceites

ecoieccion en un dispositii , de aquellas emisiones ( ;olectadas por el sistema I 3s emisiones de vapores I

) en la parte terminal de I la toma del tanque

mbustible cargado al tanq )la de despacho durante

licable tanto para la ca !ración de vapores. do de medicihn graV¡m& rior. gasolina de un sistema ga convencional) y emisio

nte equipo básico y en

CANTIDAD

2 1

blilric'; 20 de septiembre de 1993 DIARIO 01 'ICIAL (Primera Sección) 25 +

-Arrestador de Rama 2 -Ventilador radial de alto rendimiento 2 1

-Adsorbedor de medición con carbón activadc? 3 -Adsorbedor de comparación con carbón activado 1 -Conexiones rápidas para el suministro de aire 1

-Tomacorrientes a prueba de explosion 1 -Balanza con una precision minima de O. 1 g 1 -Caja de conexiones eléctricas a prueba de exolosión 1 -Manhetro/vacuómetro de -1 3 a 13 em. de cc4umna de 1

-Barómetro 1 -Termómetro 1 -Cronómetro 1

comprimido I

r'

agua

5.2.2 El aparato de medicion de vapores de gasolina puede tener el siguiente equipo adicional.

EQUIPO CANTIDAD

a) b) Extintor c) Manta extintora d)

Caballete de transporte del equipo

Caballete de transporte para ventilador

Todos los componentes de tipo eiectrico, antiestatico y 'o mecánico deben estar disetiados a prueba de

6. PREPARACION DE LA PRUEBA 6.1 Preparación El equipo de medición debe ser instalado en un puiito adecuado en la estación de servicio o de

se requiere el uso de una balanza para pesar los adsorhedores, que cuente con una precisión minima de c1 9.

6.2 Medidas de preparación 6.2.1 Se debe verificar la velocidad de carga de la pistola en su posicion de carga maxima. Este valor'es

I-cesario para ajustar el flujo de aire del equipo de mediciC'n. El valor de la velocidad de carga de gasolina jebe estar comprendido entre 35 y 45 litros/min

6.2.2 Se debe multiplicar la velocidad de carga de gasolina por un factor de 1.5 y ajustar el flujo de aire k n e! rotámetro del equipo para las medidas de emisiones básicas. Para calibrar el equipo durante las pruebas de emisiones remanentes, se aplica un factor de 0.75

6.2.3 Se debe asegurar que los adsorbedores de medicich y comparación se limpien con un flulo de aire :.ariamente antes de efectuar la primera medicion, a fin de a.jegurar la adaptación de los adsorbedores a las condciones atmosféricas del dia de medición, estabilizadiis para la primera medición. Es suficiente un tiempo de aereación de 20 minutos.

6.2.4 La limpieza de los adsorbedores se debe hacer mediante una aereación con el ventilador radial de alto rendimiento.

6.2.5 Se deben pesar los adsorbedores de medición y coniparacion e instalarlos en el equipo. El peso'de ioc adsorbedores se debe tomar antes de la medición, especialmente el del adsorbedor de comparación.

6.3 Preparación de los vehiculos para la medición 6.3.1 El acondicionamiento del tanque de gasolina del vehículo automotor debe seguir los siguientes

6.3.1.1 Vaciar el tanque totalmente 6.3.1.2 Llenar el tanque completamente con el combustible de la estación de servicio o de autoconsumo

donde se hace la prueba. 6 3.1.3 Vaciar el tanque nuevamente por completo. 6.3.1.4 Agregar combustible hasta el 20% de la capacidad del tanque, segun las especificaciones del

fabricante. 6.3.1.5 Tapar el tanque y dejarlo reposar durante 30 minutos, para su acondicionamiento. Esto asegura

we se tenga un 90% de saturación de vapores en el interior del tanque. 6.3.2 En caso de que el tanque del vehiculo automotor venga cubierto por una puerta, ésta se debe quitar.

3espués del acondicionamiento del tanque. su tapón no se dete quitar hasta el momento de la medición. 6.3.3 El tanque de los vehiculos automotores utilizados para la prueba debe ser acondicionado con el

combustible obtenido de la propia estación de servicio o de autixonsumo. 6.4 Procedimiento de medición 6.4.1 Colocar el equipo de medición descrito en el punto 5.2.1 adicionando combustible hasta el 80% de la

Wacidad del tanque, haciendo uso de la pistola convencional (sin recuperación de vapores). Esta prueba es la Primera determinación de emisiones básicas ( EB1).

6.4.2 Retirar el equipo de medición y vaciar el tanque hasta un 20% de su capacidad. Tapar el tanque y esperar 30 minutos para lograr la saturacion de vapores de gasoiina en el interior del tanque.

explosión.

autocOnSUm0.

,

Dasos:

3.. 1 1 1 Iker j s ?~ECCIP j C i i ccriio n I I - 3 una mi E' tra 3e treinta d - i i J l o s I war-c $-?IF y 3c -o cilincrn 4: diferc-+es fjbric:aJcg; en Mexi:!: en los último , 1- aFo~> y :e dektli 3 pl,c,-r P I rné o , 3 i n la p es?iite Norii d Ificial Fkx iana

1

c

3 V E i)ICIrOP.I DE LAS EMISIONES HASICAS Y LAS EMISIONES REhlt',ZEN íE:j 2 3 ' i i i pishila de c v j a sin recu, :iCn de /;,pores, en sus mc& para ga jo n.z c m plonc 5

3.1 - 3 pi-toa de carlja cond€ not (sin revupxaaón de vapo iedr usaT f en otro p w t : ::ir;? le la Tiisma bo rba de :i,t*lWjtible tiicieiido uso de ur d irio d3blz e s c soliria, rr 5- r i 15 mndi-:ic iies q ~ e presente 83 toniba qi e tenga instalam IP rt?cuot?r; :icin de vapor k > I 1;)

3 ? i s e,-ii-iones irrranentes : I lebei m ?d r con la pisto J ji carsn íel oizteri ia l e cuperac I 1 ) I ' 3 ( cirrc.1.F mdient 3

3 : I , I me 11: ron de Las emisiort. iasicas 1 ' (:e les remanetite; ;e deb i i et?ctJa* "0s 3.ecis PCII ! iiiic 1 o or ccnlxr ie a lo e ecido ell el purto 6 4 de tsLi r orrna ?:la1 rnexic i ia

( !e la tasa ce rexper t ae vapxs i de hidrocarturis se ddi-:! efe:tuai c n lo; promeci 1 Ir 5 le rredi2i37 relatiiix c. los i i t r3S de cornbust!cilt! c a y dos, api'icc id83 las sigiit! ''

tiidrh. lis sisterias de reci t ?-acton de iapores de gasc~l -a i-iedir I? , c h i ; si»res ka

I JL r jaa olina c1-1 plomo el ie'ro de a 3oq-iilla es de 3k' y -salina s in ~ l o i r i e i de 1/2

U , I n , iE vapore j en uri rang I d + i? 5 litto<, rnir

Jn la p stoh ide ci g~ convencio ial jebe coin .id r :on a i l i ? I ce la pi 4ols dcl eqi 11

i :I ~

LQ DE LA -rAsh. DE UPEWAXIN O€ VAPOhEC CE HIOkOCARE3t.lR IS

- I c r i e s ETA--EEI - ER * ....... .1

E8 hi? i

ETA- inHC .... .., .. .2 E&

IC - : e

J 114: t E s

Tasa ce rezuperaci: Í l e vu>or?s de gasolina Prome j (3 de las e'ritsi mes h i s C ~ C del grupo de vehiaio itornotoff5 ledidos. referid volumer cie combils t e Icargaco, expresado en grai os de Jepor?s d e cisol i ia zmr Iitrc. combustible ProrneJio de las errisiines wrarientes del grupo de dehiculns aL tornci'c es nieaidos. referidti al volumer de ComhiJst ble cargado, exprl-;arlo eri gramos de va >ore, de gasJI 1 ' por litro de combust Promejio de la masa de hidrocirauros recuperados en el +a que Je aim; ceriiqniento, refendo ai volumer d e combust ble cargado por el gvLpo de ,rhic 110s m'31710 ores expres3do eri granios le vaporP?s de gasolina por Iitrc de CC~IIJUS ible

'

i Rs

r IHC :

'0 de septiembre de 1994

, adicionando Combustible xperación de vapores de

I% de su capacidad Tapat gasolina en el interior del

, adicionando combustible ;uperación de vapores de 2) 1% de su capacidad Volve

punto 5.2.1, adicionando pistola convencional (sin

básicas (EB2).

indose que esta encaje sea as¡, se debe utilizar un

3 división de la misma Se Jrándose que no salga aire stoia. La carga de gasolina mes. apores (boot) del vehiculo equipo de medicion.

latamente pesarlos. Toma stro de control. .[bedor de comparación nc

DE RECUPERACION DE 3 Y DE AUTOCONSUMO o seis y ocho cilindros coi ?berá aplicar el método dt

ES iedir las emisiones básica 3 gasolina con plomo y su >a sin plomo es de 112")

usarse en otro punto dc doble de gasolina, con lai cuperación de vapores di

e la pistola del equipo di

isterna de recuperación d

ectuar dos veces por cad mexicana 4RBUROS ctuar con los promedios d

aplicando las siguiente

notores medidos, referido res de gasolina por litro dl

utomotores medidos, 3s de vapores de gasolina

? de almacenamiento, culos automotores, stible.

\l;irtes 2 0 L i c . wpricrnhrr de 1994 DI .? R I O OF 1 CIA I> (I'ririizra Sccciim) 7 7 $5.-

10. REQUERIMIENTOS ADICIONALES 2 ,l

.. 7

40.1 Instalación del sistema de recuperación de vapores E I fabricante del sistema es el responsable de la instalación y de sus posibles fal(as. 10.2 Temperatura de trabajo se debe realizar la prueba cuando la temperatura ambiente se encuentre por arriba de 5 grados

*2gtigrados de la temperatura promedio en invierno. Para la temperatura del combustible dentro del tanque F,:

2 no se imponen restricciones. Se deben registrar las temperaturas del combustible y del

10.3.1 Para la medición de la caída de presión y del flujo máximo o, en su caso, de la tasa volumétrica ,,criiiquido. se deben preparar puertos de muestreo en el lugar adecuado del sistema de recuperación de,

rar ,apc,es Los puertos de muestreo deben asegurar que se recolecten solamente los vapores recuperados que desprenden en este punto individual de bombeo.

Se 10.3.2 Los puertos de muestreo se deben instalar sobre la linea de recuperación de vapores en unaj '

,etcl~n accesible dentro del dispensario como se ilustra en el esquema del anexo. :os volúmenes de vapores medidos se deben corregir a condiciones de presión atmosférica usando las

. ecuaciones'

ambiente -. i' jo.3 Conexiones de medición - ,

> - > P i v i = ?u vu .............. 3 . ' I

v u = PA v i .............. 4

P i = Pu + P .............. 5

Presión absoluta medida en el puerto de rnuestreo, expresada en pascales Volumen de vapores medido en el puerto de muestreo, expresado en metros cubicos Presión aimosférica, expresada en pascales. Volumen corregido, expresado en metros cúbicos.

Pu

Donde: p1= y1 = pu= vu= P= 10.3.3 En cada prueba debe medirse el volumen de combustibie despachado (L), utilizando para ello el

10.3.4 La tasa volumétrica vaporlliquido (T) debe calcularse con la siguiente ecuación:

Donde: T= Tasa volumétrica vaporiliquido, expresada en por ciento. '

vu= Volumen corregido. expresaeo en metros cúbicos.

1 j . CONDICIONES TECNICAS GENERALES PARA EL SISTEMA DE RECUPERACION DE VAPORES '1.2

F I U J O de combustible: Este debe ser reportado por el fabricante del sistema de recuperación de vapores , 3eSe encontrarse entre 35 y 45 Ilmin. La prueba del sistema de recuperacion de vapores se lleva a cabo-' :ir, el flujo reportado por el fabricante, pudiendo ser este menor sin quedar por debajo del minim0 establecido :5 limin.) ' - L

12. RECERTlFlCAClON Si el fabricante hace modificaciones a la tecnologia del sistema evaluado, este debe ser sometldo a ilnzi.

13. VIGILANCIA .o . La Secretaria de Desarrollo Social por conducto de la Procuraduria'Federal de Protección al Ambiente. asi

:3mo los Gobiernos del Distrito Federal, de las entidades federativas, y en su caso, de los municipios. se-*. +-:argaran de vigilar el cumplimiento de la presente norma oficial mexicana.

14. SANCIONES El incumpliento a las disposiciones contenidas en la presente norma oficial mexicana, sera sancionadc

::iforme a lo dispuesto por la Ley General del Equilibrio Ecologico y la Protección al Ambiente, su ;qlarnento en materia de Prevención y Control de la Contaminación de la Atmósfera y los demas :%r?amientos juridicos que resulten aplicables.

15. BlBLlOGRAFlA 15.1 Método de Prueba para Sistemas de Recuperación de Vapores para la República Cederal de

15.2 Reporte Final del Tüv Rheinland sobre el Proyecto de Investigación No. 10408508 de la Procuraduria

16. CONCORDANCIA CON NORMAS INTERNACIONALES Esta norma oficial mexicana concuerda basicamente con el Método de prueba para sistemas de

'ecuperación de vapores para la República Federal de Alemania. 17. VIGENCIA La presente norma oficial mexicana entrará en vigor al día siguiente de su publicación en el Diario Oficial la Federacion.

- ~~6xico. D. F . a 22 de julio de 1994.- El Presidente del Comité Nacional de Normalización para la "^-kcion Ambiental, Gabriel Quadri de la Torre.- Rúbrica.

, ~'

c

Presión relativa medida en el puerto de muestreo, expresada en pascales. ~ -.

I .. ,,,,jicador que se encuentra instalado en el dispensario.

T= VulL X 100 .............. 6

.. ~ , . L= Volumen de combustible despachado. expresado en metros cubicos. ,..

- .

- , nueva certificación.

:.-mania. (Version del 17 de marzo de 1992)

'ederal de Medio Ambiente de Alemania.

Y 4 .*

'-1tlt

O Y

creta

d. Ltbertac

mot¡\

I 3s

r 5

. - . / I I - . -.

1 c

i

r I

2 L

-c : c

1 ece

. ' 3 , lo

- ' ! el t

1 ,

3e '

- El

de C AFETALERA

DE C '/ EI virtud de

f i s c 3 actiial del

LERA ZARDAIN

d ccn Fi F C CZH-

on L oca1 Juridica de

con fundamento en

I 11' Apartado C,

nto Intericr de la ,'edito Pub ,co 134

odigo Fiscal de la

Itificar por Edictos

)s la resolución cuyo

dica

:ESOLUCION: 324-A-

2 DE 1994.

ADM I NI STRACl ON

L CENTRO DEL D.F.

I su situación fiscal en

i LA RENTA (DE LAS

S), IMPUESTO AL

ZOS Y MULTAS

DETERMINADAS:

:A N$16,610,681.65;

.GAD0 N$18,134 53;

55 Y MULTAS i IALIZACION Y LOS

I U E SE SIGAN

1 I

73 PERIODO DEL i

iMBRE DE 1988

xión.

julio de 1994.- La 3 Ingresos del Centro

1.- Rúbrica. I

i

-__--I Iliircoles 1 O de agosto dc I994 DIARIO OFICIAL (Primera Sección) 49

SECRETARIA DE DESARROLLO SOCIAL pROiECTO de Norma Oficial hlexicana S031-086-ECOL.-1994, que establece la calidad ecológica de los combustibles fósiles líquidos y gaseosos que se usan en las fuentes fijas y móviles.

AI margen un sello con el Escudo Nacional, que dice: Estados Unidos Mexicanos.- Secretaría de Desarrollo Social.

GABRIEL QUADRI DE LA TORRE, Presidente del Comite Consultivo Nacional de Normalización para la Protección Ambiental, con fundamento en los articulos 45, 46 fracción I I y 47 de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, me permito ordenar la publicación en el Diario Oficial de la Federación del proyecto de Norma Oficial Mexicana NOM-086-ECOL-1994, que establece la calidad ecológica de los combbstíbles fósiles líquidos y gaseosos que se usan en las fuentes fijas y móviles.

El presente proyecto de Norma Oficial Mexicana se publica a efecto de que los interesados dentro de los siguientes 90 días naturales, contados a partir de la fecha de su publicación, presenten sus comentarios ante el Comité Consultivo Nacional de Norrnsiización para la Protección Ambiental, sito en Rio Eiba número 20, ler . Piso, Colonia Cuauhtémoc, Código Postal 06500 fdéxico, D.F.

Durante el plazo mencionado, los análisis que s>rvieron de base para la eiaboración del proyecto de norma, estarán a disposición del público para su consulta en el domicilio del Comite.

---

Mexico, Distrito Federal, a veintiocho de dnio de mil novecientos noventa y cuatro.- El Presidente de; Comité, Gabriel Quadri de la Torre.- Rúbrica

ECOLOGICA DE LOS COMBUSTIBLES FOSILEZ LlQUlDOS Y GASEOSOS QUE SE USAN EN LAS FUENTES FIJAS Y MOVILES.

PROYECTO DE NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-086-ECOL-1994, QUE ESTABLECE LA CALIDAD

1. OBJETO

Esta Norma Oficial Mexicana establece la calidad ecológica de los combustibles fósiles liquidos y

2. CAMPO DE APLlCAClON

Esta Norma Oficial Mexicana es de observancia obligatoria en fa producción e importación de

3. REFERENCIAS

IMP-RP-QA-613

ASTM D 86-90

ASTM D 93-90

ASTM D 97-87

ASTM D 129-91

ASTM 130-88

ASTM D 235-87

ASTM D 287-87

ASTM D 323-90

ASTM D 381-86

ASTM D 445-88

ASTM D 482-91

ASTM D 524-88

ASTM D 525-86

ASTM D 613-86

ASTM D 976-91

ASTM D 1266-9;

gaseosos que se usan en fuentes fijas y móviles.

combustibles fósiles líquidos y'gaseosos.

DetErminación colorimetrica del aditivo IMP-DDCV-3 en gasolina comercial.

Standard Test Method for Distillation of Petro!eum Products.

Statdard Test Methods for Flash Point by Pensky-Martens Closed Tester.

Standard Test M e t h d for Pour Point of Petroleum Oils.

Standard Test Method for Sulfur in Petroleum Products (General Bomb Method).

Standard Test Method for Detection of Copper Corrosion from Petroleum Products by the Copper Strip Tarnish Test.

Standard Specification for Mineral Spirits.

Standard Test M-ethod for API Gravity of Crude Petroleum and Petroleum Products (Hydrometer Method).

Standard Test Method for Vapor Pressure of Petroleum Products (Reid Method).

Standard Test Method for Existing Gum in Fuels by Jet Evaporation.

Standard Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids (and the Calculation of Dynamic Viscosity).

Standard Test Method for Ash from Petroleum Products.

Standard Test Method for Rambsbottom Carbon Residue of Petroleum Products.

Standard Test Method for Oxidation Stability of Gasoline (Induction Period Method)

Standard Test Method for Ignition Quality of Diesel Fuels by the Cetane Method.

Standard Test Methods for Calculated Cetane Index of Distillate Fuels.

Standzd Test Methcd fo: Slilfur in P?lmleun Products (Lanip Method).

4 1 C I I T ;tti in

1 4 . 2 Eq::ipode cr, I r ;pos tOJ0 que SF

d i P,,;eso dec

C x e d mento

L, 4. Zona h'otropc

E I area citegrada

2- warriibias ct-

4 5. Zona hletrcdc

F area integrada

4 6. Zona Metropo

El área integrada E tedo, Guadalupt

4 7. Zona Fronteri.

~-:luye las sigliier

- Terminales

Terminal z o Ensenada F

- Terminal20

5 ESPECIFICI

5 i Las especific ' 3 t l e 1 a 12, y anex

5 2 Para la certific y ~ ~ S ~ O S O S se debe m i d ada combustib

6 VlGiLANClP

L? Sxretarla de 3 A t xiaad compete

7 SANCIONE?

Et incumpiimientc -?y ieneral del Eqc Smt-aI de la Contar

8 BlBLlOGRA

8 I Codigo40C America (c.

8 2 Codtgo del i azufre, re$ Pollution fro

9. CONCORD

Esta norma ofici' F 3 k r a l de los Estar A 3 TM)

16. VIGENCIA

Le presente Norr 2 'a ederación

e agosto de I994

LP) Gases (LP-Gas

, or API Gravity of ithod.

ileum Products by

L1 Color Scale).

erature Method).

Centrifuge Method

ural Gas Range by

! S .

(LP) Gases

IgraPhY

Universal Viscosity

ases and Propene

and Nonaromatics

Nectrometry.

by the Research

ation Fuels by the

iviation Turbosine,

elength Dispersive

Nectrometry.

nleaded Gasoline

-Dispersive X-Ray

/drogenolysis and

' Diesel Fuels by

iales o sustancias

Mi i rco les I O de agosto de 1993 DIARIO OFICIAL (Primera Sección) 5 1

4.2 Equipo de combustion

Dispositivo que se utiliza para realizar la combustión de un combustible,

4.3 Proceso de combustión

Procedimiento mediante el cual un sistema de equipos efectua la combustión de un combustible.

4.4. Zona Metropolitana de la Ciudad de México (ZMCM) El área integrada por las 16 Delegaciones Politicas del Disiíito Federal y los siguientes 17 municipios del

Estado de México: Atizapán de Zaragoza. Coacalco. Cuautitlán de Romero Rubio, Cuautitlán Izcalli, Chalco de Covarrubias, Chimalhuacán, Ecatepec. Huixquilucan. Ixtapaluca, La Paz, Naucalpan de Juárez. Nezahualcoyotl, San Vicente Chicoloapan, Nicolás Romero, Tecamac, Tlalnepantla y Tultitlán.

4.5. Zona Metropolitana de la Ciudad de Guadalajara (ZG)

El área integrada por los siguientes msnicipi31; de; Estado de Jalisco: Guadalajara, lxtlahuacán del Río.

4.6. Zona Metropolitana de la Ciudad de Monteírey (ZM) El área integrada por los siguierdes municipios del Es?ado de Nuevo Leon. Monterrey, Apodaca, ;eneral

4.7. Zona Fronteriza Norte (ZFN)

Incluye las siguientes terminales y sus áreas de influencia

- - Terminal Zona Occidente: Cananea, Cd Cbregón, Guaymas, Hermosillo. Magdalena, Nogales,

Tlaquepaque, Tonalá, Zapotlanejo y Zcipopan

Escobedo, Guadalupe, San Nicolás de los Garza. San Pedro Garza Garcia, Santa Catarina y Juarez.

Terminales de Ciudad Juárez y Tijuano.

Ensenada, Rosarito y Mexicali, y

Terminal Zona Norte: Avalos. Monclova, Nuevo Laredo y Reynosa. - 5. ESPECIFICACIONES

5.1 Las especificaciones de I U S combustibles fósiles licdidos y gaseosos, son las establecidas en las tablas 1 a 12, y anexos de la tabla 2, de esta Norma Oficial Mexicana.

5.2 Para la certificación de las especificaciones de la calidad ecológica de los combustibles fósiles líquidos y gaseosos se deberán utilizar los procedimientos establecidos por el Instituto Mexicano del Petróleo j;Mfj para cada combustible en particular, de acuerdo 2 las tablas anexas

6. VIGILANCIA

La Secretaria de Desarrollo Social pur conducto de la Procuraduria Federal de Protección al Ambiente, es

7. SANCIONES

El incumplimiento de la presente Norma Oficial Mexicana será sancionado conforme a lo dispuesto por la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente, su Reglamento en materia de Prevención y Control de la Contaminación de la Atmbsfera y los demás ordenamientos jurídicos aplicables.

la autoridad competente para vigilar el cumplimiento de la presente Norma Oficial Mexicana.

8 BlBLlOGRAFlA

8.1 Código 40 de Reglamentos Federales partes 53 a 60, revisado en julio de 1990, Estados Unidos de América. (Code of Federal Regulations 40, Parts 53 to 60, revised July 1990, U.S.A.).

8.2 Código del Departamento de Aire de Texas; control de la contaminación del aire por componentes de azufre, reglamento I I , revisado en mayo de 1989. (Code of Texas Air Control Board, Control of Air Pollution from Sulfur Compound:. Regulation I I , revised May 1989).

9. CONCORDANCIA CON NORMAS INTERNACIONALES

Esta norma oficial mexicana coincide coo normas internacionales tales como la Regulación del Código Federal de los Estados Unidos de America y con las de la Sociedad Americana de Prueba de Materiales (ASTM).

10. VIGENCIA

La presente Norma Oficial Mexicana entrará en vigor al día siguiente de su publicación en el Diario Oficial de la t ederación.

o :

- ^... . _ . . . .

,- .I ~ ;;;, ; - - /-

- . .. ._ . .- ' 3 ' : :a.

I

!

I I I

'1 I

I

I

i I I

I

. - . . - . .

.~ ... . , .-

1 La,, tempera'

2 LOS valores c : -:a=-

(Primera Sección) 53 Mikrcoles 10 de agosto de 1994 DIARIO OFICIAL c i

de agosto de 1994

TABLA 2

- NOMBRE DEL PRODUCTO MAGNA SIN. ZONA FRONTERIZA NORTE (ZFNJ

Método IMP Esp"ecificación

D 287-87 ó Informar

ispecificacion Unidad Propiedad

Peso especifico a 2014 "C

- Informar

D 1298-85

D 86-90 65 máximo

77/118 190 máximo 221 máximo 2 máximo

6/0 67 (6 5/9 5) 310 máximo

Destilación (1)

el 10% destila a

el 50% destila a

el 90% destila a

Temperatura final de rbuliición

Residuo de la destilación

Relacion vapor/liquldo (WL)

"C

"C

"C

"C

% volumen --

-.

(2)

(2)

D 2533-91 O (2)

D 4814-93

Anexo 2

D 323-90 (2)

-- negativa

002 máximo idar no. 1 máximo 4 máximo

300 minimo --

kg/cm2 man. (psig) Presión de vapor Reid

I -I

D 1266-91 6 0.1 O máximo Azufre % peso 6 (O 010) mAxirno D 2622-87

D 235-87 negativa Prueba Doctor o

azufre mercaptánico informar

82 minirno 87 mínimo

I (O 004) máximo informar

% peso D 3227-89 0.002 máximo

D 130-88 estándar no 1 máximo --

Corrosión al Cu, 3 horas a 50 "C

Goma preformada mg/l O0 ml 5 máximo D 381-86 - D 525-88 240 minimo Periodo de inducción minutos

intormsr 4.9 máximo erde claro (4) 280 mínimo

-- D 3237-90 6

D 31 16-89 6 0.0026 (0.010) máximo

D 3229-88 6

D 3348-91

Contenido de plomo

la Zona Fronteriza cepto en las Zona IFN)

Número de octano, (RON) D 2699-88 informar +- D 2700-88 82 minimo Número de octano, (MON)

87 minirno I--- O O01 (O 004) máximo

D 2699-88 6

D 2700-88

D 3231-89 -

lndice de octano (R+M)/2

Contenido defósforo

OBSERVACIONES:

(1) Las temperaturas de destilac16n corresponden a la presión atmosférica de 760 mm Hg

(2) Los valores de estos parametros se establecen en los Anexos 1, 2 y 3 de la Tabla 2. ultados de la

. . . . . . . . . - .

. . . . . . . . . .

. - . - . . . . . . .

. . . . . . _ _

. ...-- 54

.. _- ........... 27

- -. ~- -,

... -- . . . . .. i d

... .... - _ L .'

.... -.- . . . . . . ., . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - . . . . . . . . . . . _- . .. .. .-.

_ I .u I

. . . . . . . . . . . . . . . . . . - - . . - . - . . . . . . . . - t : , . .... - .. . . . . . . . . . ._ ........ _-.

.i i

l J

de agosto de 1994 f

ATiLlDAD (ZFN)

Enero D-4

(15.0)

ZONA OCCJDENTE zori4 NORTE

D-4 D-4

1

D -4

77

110

185

225

2

D-4 D -4

A ZFN

D-4 I D-4

xima VIL -_I__

-.-

I

--

D-4

A

Arril c-3

AA-I

ANEXO 3 DE LA TABLA 2

TIPO DE VOLATiLlDAD APLICABLE A LAS TERMINALES DE VENTA

c-3 c-3

c-3 c-3 ~-

Junio

Julio

AA- 1

AA- 1

Agosto

Septiembre

Octubre

Noviembre

Diciembre ___.

AA-I 8-2 R-2

AA-1 8-2 3-2

8-2 8-2 I:: - 2 .- ~

D-4 D-4 [I-4 -I___

0-4 D-4 [3-4 ~ - - .

\ I -_ .. __ .. . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . - ..

.. . . . - ......... ' e ; a . a

0 c -2 I' <,r'

E j % i i l : I ' i : r r c ': - . ,,,

J 1' . 71:

.. . . . . . . . . . . . . .

...................

...................

. -- - . .~ .

. ---_-I - ._ . _ _ ~ I - .. !c I -. r

...................... 3;r -1'3

3- ri ': - I l l

... "..I_ ...............

. --.-I ................ 'C T ? < ' 3

. - .. .........

... . . . . .

....... . . . . . . . .

7 l C < :'3 .. ..............

ve-( - ,. ;. , it

2'3. r ir1 i ns .. ................

... -..I_ ...................

TABLA 4

NOMBRE DEL PRODUCTO NOVA PLUS (1)

!OPOLITANAS (1) specificacion

informar

Unidad Metotlo IMP Especificaciones -- D 86-90

70 máximo

771121

190 maximo

225 máximo

2.0 máximo

O 4610.67 (6 519.5)

O. 15 máximo

- D 323-90

D 1266-91 ó ____

D 2622-87 -__.

D 130-58 estándar No 1 máximo

D 381-86 5 máximo

D 525-88 300 minimo -- D 3237-90 ó

D 2547-82 ó 0.0510 26 (0.211 O)

D 2599-87 L-

D 2 6 9 9 - a 81 minimo

Propiedad

Destilacion (2)

el 1 O Oío destila a

el 50 % destila a

el 90 O/> destila a

Temperatura final de ebullición

Residuo de la destilacion

65 maxirno 7711 18

190 maxirno 221 máximo

2 maxtmc - 60 (6 5-8 51 ZMCM 6-0 67 (6 5-9 51 i!ajira y Mc-terrey

T T cC

-C

O h volumen

Preston de \tapo¡ Reid kglcm' man ípsig) 2 10 rnaximc

Azufre Y peso

~ .-

negativa I O02 maximo

)dar no 1 maxim0 4 maximo

300 minim0

- Corrosion al Cu 3 horas a 50°C

. ____ rngl100 mi Goma preformada

minutos Periodo de induccion

$6 (O 010) maxim0 mlll (milgai) Tetraetilo de plomo

informar 82 minimo 87 minimo

O (O 004) maxim-o-

_- Numero de octano. (RON)

D 2700-.88 informar Numero de octano. (MON)

lndice de octano (R+M)/2 I

informar

Color 30 maximo axtmo hasta 1997 xtmo a partir de 1991

2 máximo

Visual (3) rojo (4j

IMP-RP-QA-613 280 minimo Aditivo detergente dispersaite (5) PPm

CBSERVACIONES:

(1) Obligatoria en todo el pais excepto en la Zona Metropolitana de la Ciudad de México (ZMCM) hasta 1997.

A partir de 1998, estas especificaciones regirán en todo el pais excepto en las Zonas Metropolitanas de las

ciudades de Mexico (ZMCM), Guadalajara (ZG), y Monterrey (ZM).

(2) Las temperaturas de destilacion corresponden a la presion atmosférica de 760 mm Hg.

(3) Para fines de comparación coloquense la muestra tipo y la Nova P!cs en botellas de 4 onzas

(4) El rojo debe igualar al de la muestra que SI ;repara en solucion acuosa con.

Compuesto Concentracion

CoC12.6H20 7 04 gil

K2Cr04 0.0208 gil

H2S04 I N 2.0 rnlll

(5) La determinación del contenido de aditivo detergente dispersante sirve para confirmar los resultados de la

dosificacion del mismo, al momento de la adición.

1 minimo 2 máximo

ierde claro (4)

280 minimo

partir de 1998, est; Guadalajara (ZG)

as

.esultados de la

. . I . . . . . . . . .

I

. . _ . -

_. ..... . . . . . L I : : : , = : : : E

- I . .

. . .

. . . . . . . . . . ";., .I - . < . -

1; A9113 y sedime I .- __ . -.--

'Jismsidad cinc

/ / I Ceniza:; , ......... -- ,)< ..... _- j l C13!c):

(1) Obligatoria

Metropolitanas

(2) Las temper

DIARIO OFICIAL (Primera Sección) 59 Miércoles IO de agosto de 1994 I

TABLA 6

agosto de 1994 i

3LITANAS (1)

ecificaci6n NOMBRE DEL PRODUCTO DIESEL SIN (1)

Propiedad

Peso especifico a 2014°C

Destilación (2)

temperatura inicial de ebullición

el 10 % destila a

el 50 % destila a

el 90 % destila a

temperatura final de ebullición

Temperatura de inflamación

Temperatura de escurrimiento

Temperatura de nublamiento

Numero de cetano o

indice de cetano

Azufre total

Corrosión al Cu. 3 horas a50" C

Carbón Ramsbottom

(en 10% del residuo)

Agua y sedimento

Viscosidad cinemática a 40°C

Cenizas

Color

Aromáticos

-

OBSERVACIONES:

(1) Obligatoria en la Zona Metropolitana de la Ciudad de México (ZMCMJ a partir de 1994 y para las Zonas '

!!

/j

I j Metropolitanas de las ciudades de Guadalajara (ZG) y Monterrey (ZM) a partir de 1995.

(2) Las temperaturas de destilación están corregidas a 760 mm Hg.

(3) De marzo a oi:ubre 0°C máximo; de noviembre a febrero -5°C máximo. I f

1:

;I

i' -z

Unidad I MétodoIMP Especificación

informar 1 máximo 7711 21

O máximo 5 máximo I máximo

).67 (7.0195)

5 máximo

- D 1298-85(90)

D 86-90

"C

"C

"C

informar

275 mdximo

informar

345 máximo I "C

informar "C

"C D 93-90

"C D 97-87

"C D 2500-91

r no. 1 máximo

máximo - 45 minimo

(3) O mínimo informar

I

D 6 13-86 1.079 (0.2l0.3)

48 minimo

I minimo nformar D 976-91

% peso UOP 357-80 6 nformar

i máximo

0.05 máximo .

I D4294-90

estandar no. 1 máximo i máximo

máximo 0.25 máximo

-.

minimo

máximo O 05 máximo YO volumen D 1796-83

centistoke

% peso D 482-91

1.914.1

0.01 máximo -; rojo (4)

O mínimo

2.5 máximo .-; 30 máximo 1

I D 1500-91

% volumen D 1319-89 6

D 2549-91 6

D 51 86-91

998 estas adalajara (ZG)

I

tados de la

. . . . . . . . ': , s; :i : I i:

. . . . ,"

2 5 - 1 a r c - ......

11 Lis !?,

.2; Df: T: .......... -- . K. - .............. . ...... . . . . . . . - . .

-- y =I--=:. .==

TAELP 5

.............. - . _-- ....... , iJr c,W ---== :: . . . . - -- . . . . . . . . . - ........... . . . .

, 3: ? ' . .

C C 2 9; ~3

. -- __ ...... , .....

...... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I .

h----

; 2 1E..í-:;l : I '1 1

. . I ......... -- .

agosto de 1994 d

ecificación

iformar

I máximo

mínimo

I máximo

iformar

mínimo

1 máximo

no. 2 máximo

5 máximo

I- -- j máximc

32/40 -

914 1

máximo

máximo

I

abe utilizarse en

- -

Miércoles I O de agosto de 1994 DIARIO OFICIAL (Primera Sección) 6 I

1

TABLA 9

NOMBRE DEL PRODUCTO GASOLEO INDUSTRIAL (1) (2)

Propiedad Unidad Método IMP Especificación

Temperatura de inflamación "C D 93-90 55 minimo

"C I D 97-87 I 10 máximo I Temperatura de escurrimiento

Viscosidad cinematica a 40°C I centistoke 1 D 445-88 I 4.1119.58

D 1552-50 ó

Azufre Oh peso D 2622-87 ó 2 0 máximo

D 129-91 -

Agua y Sedimento % volumen D 1796-83 0.2 máxime

Cenizas % peso D 482-91 0.01 máximo

OBSERVA C IO N E S :

(1) Este material es adecuado para combustión en flama abierta, por lo que no debe utilizarse en metores de combustión interna a diesel, al no satisfacer los requerimientos para dicho uso.

(2) El gasóleo industrial estará disponible en la ZMCM hasta el 31 de diciembre de 1997.

TABLA 10

NOMBRE DEL PRODUCTO COMBUSTOLEO PESA00

Propiedad Unidad Método IMP Especificación -

Temperatura de inflamación "C D 93-90 66 minimo

Temperatura de escurrimiento I "C I D97-87 1 15 máximo

Agua y sedimento I YO volumen I D 1796-83 I 1.0 máximo

Viscosidad Sayboit Furor a 5OoC segundo D 445-88 y 4751550

D 2161-87 - Viscosidad cinematica a 5OoC centistoke D 445-88 iooa/ i 166

D 1552-90 6

Azufre Oh peso D 2622-87 ó (1)

D 294-90 -.

OBSERVACIONES :

!I! Hasta el 31 de diciembre de 1997, el contenido mdximo de azufre del combustóleo procedente de las :efinerias ubicadas en Cadereyta, Minatitian, Salamanca, Salina Cruz y Tula, Hgo.. será de 4% en peso; y el de Cd. Madero, de 4.6% en peso. A partir del 1 de enero de 1998 el contenido máximo de azufre de cualquier combustóleo no excederd 4% en peso.

1

'YNTO DE! PART

IAD0.S 1 - 2 2-3 3 - 4

4 - 5 5- 1

SUPERFICIE -

casa abierta al tiempo - 148.206.53.84148.206.53.84/tesiuami/uam5045.pdf · el análisis de un...

Documents