1 18

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER

FACULTAD DE INGENIERA QUMICA

DEPARTAMENTO ACADMICO DE INGENIERA

CATERA:

Ciencias Ambientales

PRESENTADO A:

Ing. Jos Pomalaya Valdez

REALIZADO POR:

ALFARO ASTOHUAMN, ngel

ALUMNO DEL VIII SEMESTRE DE LA FIQ-UNCP

Ciudad Universitaria Huancayo Per

Julio del 2008

PROBLEMAS

DE CONTAMINACION DEL AIRE

2 18

1. Convierta los siguientes valores:

Solucin:

a. 500 ppb de CO, medidos a 293K y 101,3 Kpa a mg CO/m3

molgCOM

atmKpaPKT

m

lm

cmppm

28

13.101293

5,0500500 333

=

==

=

==

3

3

3

2

7,58210165.15.0

165.1293082.0

/281

m

mgCOgmg

xlg

xm

l

lgSO

KxmolxKatmxl

molgatmxRTPM

v

wRTMw

nRTpv

==

=====

b. 500 ppm de SO2. Medidos en condiciones normales a mg SO3/Nm 3

molgSOM

atmKpaPKT

m

lm

cmppm

3

33

3

64

13.101293

5,0500500

=

==

=

==

3

3

3

2

289.13311066.215.0

66,2293082.0

/641

m

mgSOx

gmg

xlg

xm

lgSO

KxmolxKAtmxl

molgatmxRTPM

v

wRTMw

nRTpv

=

=====

c. 500 ppm de de CO. Medidos en condiciones normales a mg CO/Nm3 Solucin:

lg

mollmol

xmolgCO

molgCOM

m

lm

cmppm

25.1/4,22

12828

5,0500500 333

===

==

3

3

3 6251025.115.0

m

mgCOgmg

xlg

xm

==

d. 500 pmm de SO2, medidos en condiciones normales a mg SO2/Nm3 Solucin:

3 18

3

3

3

22

33

3

257.142810857.215.0

85.2/4,22

12864

13.101293

5,0500500

m

mgSOgmg

xlg

xm

lg

mollmol

xmolgSO

molgSOM

atmKpaPKT

m

lm

cmppm

==

===

==

=

==

4 18

2. Exprese las concentraciones de contaminantes que se indican en los valores que se piden:

Solucin:

a. 250 mgC6H6/Nm3 en ppm.

ppmm

cm

lcm

xHmolCl

xg

HmolCx

mgg

xNmmg 79.7179.71

13103

14.22

781

1031250 3

3

66

662 ==

b. 420ppm C6H6 medidos a 293K y 101.3 Kpa en mg C6H6/Nm3

366

3

3

66

66

33

3

5.136310246.3142.0

246.3293082.0

/641

78

13.101293

42,0420420

m

HmgCgmg

xlg

xm

lHgC

KxmolxKAtmxl

molgatmxRTPM

v

wRTMw

nRTpv

molHgC

M

atmKpaPKT

m

lm

cmppm

==

=====

=

==

=

==

c. 350 ppm de NO2, medidos en condiciones normales a mg NO2/Nm3

32

32

333

2

3

3

5.75363.7181

104.22

11

4610

13350

46

350350

m

mgNOgmg

xl

molx

molmggNO

xcm

lx

m

cm

molgNOM

m

cmppm

==

=

=

d. 250 mg deNO2, medidos a 293 K y 101.3 Kpa a ppm NO2.

232

3

3

2

22

5.1305.130.

21305.0915.1125.0

2246.915.1293082.0

/461

46

13.101293

25.0250

ppmNOm

NOcmairem

lNOg

lg

lgNO

KxmolxKAtmxl

molgatmxRTPM

v

wRTMw

nRTpv

molgNOM

atmKpaPKT

gNOmgNO

====

=====

=

==

=

=

5 18

2. En una estacin Municipal de control de contaminacin media de ozono, para un periodo de 24 horas, de 25 3/ mg a 25c y 1 Bar. Cul ser la concentracin de ozono expresado en ppm?

Solucin:

Concentracin = 3633

315.0

10150025

mugg

xm

cm

m

g==

ozonoppmm

cm

lcm

xg

xm

g

lgg

Kxmolg

KxmolxKAtmxl

molgatmxRTPM

v

wRTMw

nRTpv

atmmmmhgbarPKT

.0129.00129.01

3103937.11104*25

937.1298

48

293082.0

/46986.0986107501

298

3

3

3 ===

=====

===

=

6 18

3. Una norma de calidad fija para el monxido de carbono una concentracin media de 11 ppm medidos durante un periodo de muestreo de 24 horas. Cual ser la concentracin equivalente en mg/m3.

Solucin:

3

3

33 75.131310

3101

128

4,221311

33111

Nmmg

gcm

xcm

lx

molgCO

xl

molx

m

cm

m

cmppm

==

=

lg

Kxmolg

KxmolxKAtmxl

molgatmxRT

PMvwRT

Mw

nRTpv

KCTatmbarP

937.1298

48

293082.0

/46986.0273500

036.105.1

=====

+=

==

7 18

4. En una planta de produccin de energa , el gas de chimenea sale a 500C y contiene las cantidades de bixido de azufre que a continuacin se indica segn sea la calidad de combustible quemado:

a. 2100 ppm b. 1900ppm.

Si la emisin de gases es de 30000m3/min cual ser la emisin de gas de SO2/5? Dato: La presin de los gases a la salida de la chimenea es de 1.05 bar.

Solucin: a.

31.2

3321002100

m

lm

cmppm ==

b. 3

9.13319001900

m

lm

cmppm ==

a.

32

322

3

109860

min1min

3300003

196.2

196,22731

642

082.0

0364.1

m

gSOseg

xm

xm

g

m

gSOKmolx

gSOx

m

Mx

molxKAtmxl

atm

RTPMv

w

==

===

b.

32

322

3

5.99360

min1min

3300003

987.1

987.12731

649.1

082.0

0364.1

m

gSOseg

xm

xm

gw

m

gSOKmolx

gSOx

m

lx

molxKAtmxl

atmw

==

==

8 18

5. Una norma de calidad del aire fija para el dixido de azufre una concentracin de 85ug/m3 a 20C y 1.1 bar de promedio anual. cual ser la concentracin equivalente en ppb ? Solucin:

Concentracin = 36

633 10*851018585

m

gugg

xm

ugm

g

==

23

33333

36

.0129.040.2931

101

10891.2110*85

891.2298

64

293082.0

/2640855.10855.11.1

29327320

SOppbm

mm

cm

mmx

lcm

xg

xm

g

lg

Kxmolg

KxmolxKAtmxl

molgSOatmxRTPM

v

wRTMw

nRTpv

atmbarPKKCT

===

======

==

=+=

9 18

6. Un mtodo muy frecuente de obtencin de cobre es el tratamiento de sulfuro de cobre (I) con oxigeno, proceso en el cual se libera e cobre metlico y se genera dixido de azufre. Si de desea fabricar diariamente 40Tn de una aleacin Cu-Ni con un contenido de cobre de 18%. Calcule: a. La cantidad diaria de mineral de cobre , con un contendido de sulfuro de

cobre (I) del 32% que abra que tratar, si el proceso de obtencin del cobre transcurre con un rendimiento del 78%

b. Si todo el azufre contenido en el minera procesado se emitiera a la atmsfera como SO2,. Cual sern las emisiones diarias de este compuesto a la atmsfera expresada en Kg SO2/dia?

c. Cual seria la concentracin de este compuesto en las bases de emisin si se liberan a la atmsfera 6.2*104 Nm3 de gas por tonelada de mineral procesado?. Exprsala en ppm y mg SO2/Nm3.

Solucin:

a. La reaccin: 222 2 SOCuOSCu ++

Aleacin CU-Ni: 18%Cu

Produccin: 40OM/da

Cu en la aleacin: 0.18 (40) = 7.2TM/da Rendimiento: diaTMdiaTM /23.9

78.0/27.7

=

La cantidad de mineral de cobre:

SdeCudiaTM

diaTMdiaTM

diaTM

xSmolCuSgCu

xgCu

molCux

molCuSmolCu

2

2

22

./11.3632.0

/55.1155.11237.91159

5.631

21

===

b. De la reaccin: 2

22 SO 2Cu O S Cu ++

dakgSO

4649a4.649TM/d

diaS Cu 11,55TM

x 1molSO

64gSO x

S Cu 159gS 1molCu

xS 1molCu

SO 1mol

2

2

2

2

2

2

2

2

==

=

c. se tiene:

gas Nm 10 x 223.882 mineral TM 36.11x TMmineral

gasnm x106.2

mineral TM / gasNm x104.649

34 34

3 4

==

=

10 18

SO ppm 726,79 = Nmcm

726,79 =

1kg g 10

x 11

cm 10x

64g 1mol

x1mol22,4l

x Nm 10 x 223,882

kg 4649 =

NmSO mg

2076,54 = 1Kg

mg10 x

Nm 10 x 223,882kg 4649

=

23

3

333

34

32

4

34

11 18

7. Para generar electricidad, se queman en una central trmica 4000 TM da de un carbn que tiene una riqueza en carbn del 80 y un contenido de azufre de un 1.1 %. calcule:

a. Las toneladas de dixido de azufre emitidas a la atmsfera al ao. b. Que cantidad mensual de caliza del 85 de riqueza de carbonato de

calcio, ser necesario aadir a los gases de escape para reducir en un 80 las emisiones de dixido de azufre, precipitndolo en forma de sulfato de calcio?

c. Las emisiones de dixido de azufre, una vez depurado, expresadas en ppm y en mg/Nm3, si el volumen total de gases emitidos es de 4.10 4 Nm3 / da.

Solucin:

a. Carbn: 4000TM I da

C = 0.80(4000) = 3200 TM / dia S = 0.011(4000) = 44 TM / dia En la reaccin: 22 SO O S +

La cantidad de SO2 emitidas:

mes

SO TM 67 2676, ao

SO TM 32120

aoDias 365

x dia

SO TM 88 S de TM 44 x

SO 1molSO 64g

x S 32gS 1mol

x S 1mol

SO 1mol

22

2

2

22

==

==

b. Se tiene la reaccin: 24223 2CO CaSO 2 O 2SO CO 2Ca +++

mes

SO TM 67) 0.80(2676, x

CO Ca 1mol CaCO 100g

x SO 64g

SO 1molx

SO 2mol CaCO 2mol

3

3

3

2

2

2

3=

La cantidad de caliza:

12 18

mes

TMCaCO 27.3936

mes (0.85)CaCO TM 3345,83

33==

c. Las emisiones de SO2 = 88 TM SO2

2

32

6

32

SO ppm 770

m3cm3 770

L 10cm

x 64g

SO 1mol x

mol22,4L

x TMmg 10

x m3 104x

dia x

DiaSO TM 88

=

==

NmSO mg

2200 = TM 1

mg 10 x

4x10dia

x dia

SO 88TM 2

26

332

m=

13 18

8. Una industria utiliza como combustible 21/da de un carbn que contiene 90% de C y un 2% de S y emite gases a las atmsfera con un caudal de 1500 Nm3/h.

a. Calcular la concertacin de partculas en le gas de emisin si un 5% del contenido de C del carbn se forma de partculas inquemadas.

b. Calculas el contenido de SO2 en los gases de emisin, expresado como mg/ Nm3, suponiendo que no se aplica ningn sistema de depuracin.

c. Si para depurar las emisiones de partculas se instala un filtro de mangas que tiene una eficacia terica de 99%, calcular la concentracin final de la partcula que se emite en el exterior.

Solucin:

a. Cantidad de carbn: 2 TM I da

C = 90% = 0.90 (2) = 1.80 TM/ da S = 2% = 0.02 (2) = 0.047 TM /da

Gases a las atmsferas: 1500 Nm3 / h

Partculas: 5% de C = 0.05 (1.8) = 0.09 TM/da = 3.75kg/h La concentracin:

NmC mg2500

kgmg 10

x h/ 1500Nm

kg/h 3.753

4

3 ==

b. Contenido de SO2 en la atmsfera:

S = 0.04 TM da = 1.6667 kg/da

La reaccin de emisin:

2 ?

2 SO O S +

NmSO mg

2222.22 SO 1mol

SO 64g x

S 32gS 1mol

x 1molS

SO 1mol x

kgmg 10

x /h 1500Nm

kg/h 1.667 3

2

2

224

2 ==

c. Partculas al exterior: eficiencia de filtro 99%

14 18

Al exterior: 1%

3Nmparticulas mg25 0.01(2500) ==

15 18

9. Si durante un proceso de produccin se genera 3 kg de partculas por tonelada de producto fabricado, y la administracin le permite unas emisiones mximas de 110 mg/ m3, calcule cual debe ser el rendimiento mnimo del sistema de depuracin de partculas a instalar si el caudal de gases es de 1400 m3 por tonelada de producto fabricado.

Solucin:

Produccin:

Fabricado Prod. TMpartculas

3

Emisin mxima:

m

mg 110 3

Flujo de gases:

Fabricado prod. TMm

14003

Relacionando:

33

6

m2147.85mg/

Fabricado Prod. TMm1400

1kgmg 10

Fabricado Prod. TMPartculas 3Kg.

3 ==x

Rendimiento: 5.12% 100%x 2147.85

110 ==

Rendimiento mnimo: (100 - 5.12) = 94.88% (que falta para sistema de depuracin)

16 18

10. Un garaje posee unas dimensiones de 5 m de largo, 4m de ancho y 2.8m de altura. Si un coche permaneciera en marcha dentro del e, calcule cual seria la concentracin en mg/ m3 de monxido de carbono en el interior al cabo de 3 horas, sabiendo que la concentracin de este compuesto en los gases de escape es de 8g CO/m3 y que el motor del coche al ralent emite 2.4 m3/h de gases de escape. Calcule tambin en cuanto tiempo se llegara a alcanzar la concertacin de 1500 ppm de Co, considerada inmediatamente peligrosa para la vida o la salud (IPVS).

Solucin:

Volumen del garaje: = 5m x 4m x 2.8m = 56 m3

Presin: 1atm. Temperatura: 20 C =293 k

Gas de escape: 3mCO g 8

: tiempo 3h

Emisin: 2.4 m3/h Concentracin de CO: 1500 ppm = 1500 cm3/m3 = 1.5 L/m3

CO en el garaje: = 8000mg/m3 x 2.4 m3/56m3 x 1028,57 mg CO/m3

La concentracin de CO:

RTPM

v

wRTMw

nRTpv ===

33

3 m

mgCO1748.11.7481g/m m

1x1.5

lg1.1654

1.1654g/l 293

molxK1 x atm 0.082

1atmx28g

===

==

Kx

Calculo del tiempo:

5h5min.5.09h m

CO mg1748.1 x O/m31028.57mgC

3h3 ===

17 18

11. Sabiendo que le valor limite umbral (VLU) que indica el porcentaje del oxigeno en el aire ambiente por debajo del cual pueden ocasionarse efectos perjudiciales para la salud es de 18% en volumen, calcule si se correra el riesgo de alcanzar en un laboratorio de dimensiones 8m de largo, 5m de ancho y 3m de altura en el que se produce una fuga total del nitrgeno contenido en 4 botellas de 20 litros cada uno, a una presin d 180 atm. Y situados en el interior del laboratorio.

Considere que el laboratorio se encuentra a una presin de 1atm. Y 22 C de temperatura, y que la composicin de aire es de un 21% de oxigeno y un 79% de nitrgeno en volumen.

Solucin:

Efecto perjudicial (18% de O2 en el aire Laboratorio P= 1Atm T= 22C Volumen total de laboratorio (aire) = 8mx5mx3m = 120m3 Fuga de nitrogeno: P s1= 4x20l=80l Ps2 = 180atm.

Aplicando la ley de Boyle:

2211 V PV P =

23 N m 14.414400L

1atm180atmx80LV2 ===

Volumen de aire: 120 m2

32

32

m 94,8 (120) 0.79 Vol.Nm 25,20,21(120)Vol.O

==

==

322

2

134.4m 109.2 25.2 Vol.N Vol.O :aire del TotalVolumen

N2 m3 109.2 (fuga) 14.4 94.8 N deVolumen

=+=+

=+=

18 18

22

22

N 81.25% 100% x 134.4109,2 N Vol.

O 18.75% 100% x 134.425.2

Vol.O

==

==

Por lo tanto al ser: 18.75%. 18% no supone riesgo aunque este muy prximo.