determinacion de la distribucion horizontal de las emisiones producidas en los hornos artesanales...
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UNIVERSIDAD TCNICA ESTATAL DE QUEVEDO
FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES
ESCUELA DE INGENIERA EN GESTIN AMBIENTAL
Tesis de Grado
PREVIO A LA OBTENCIN DEL TTULO DE INGENIERO EN
GESTIN AMBIENTAL
Tema:
DETERMINACIN DE LA DISTRIBUCION HORIZONTAL DE LAS EMISIONES
PRODUCIDAS EN LOS HORNOS ARTESANALES PARA ELABORACIN DE CARBN
VEGETAL EN EL CANTN QUEVEDO.
Autores:
Guillermo Gabriel Rosero Bustamante
Elvis Antonio Cabrera Casillas
Director de Tesis:
ING. MET. JORGE NEIRA M.
Quevedo- Los Ros - Ecuador
2011
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UNIVERSIDAD TCNICA ESTATAL DE QUEVEDO
FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES
ESCUELA DE INGENIERIA EN GESTIN AMBIENTAL
Tesis de grado presentada al Honorable Consejo Directivo como requisito
previo a la obtencin del ttulo de:
INGENIERO EN GESTIN AMBIENTAL
DETERMINACIN DE LA DISTRIBUCION HORIZONTAL DE LAS
EMISIONES PRODUCIDAS EN LOS HORNOS ARTESANALES
PARA ELABORACIN DE CARBN VEGETAL EN EL CANTN
QUEVEDO. APROBADA POR:
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ING. MET. JORGE NEIRA M. ING. JIMMY BRIONES M.
DIRECTOR DE TESIS PRESIDENTE DEL TRIBUNAL
------------------------------------------- ----------------------------------------
ING. ELIAS CUASQUER F. ING. RAFAEL GARCS E.
INTEGRANTE DEL TRIBUNAL INTEGRANTE DEL TRIBUNAL
2011 Quevedo-Los Ros-Ecuador
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LA PRESENTE INVESTIGACIN ES RESPONSABILIDAD
EXCLUSIVA DE LOS AUTORES
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GUILLERMO GABRIEL ROSERO BUSTAMANTE
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ELVIS ANTONIO CABRERA CASILLAS
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CERTIFICACIN
El suscrito Ing. Met. Jorge Neira Mosquera, docente de la FACULTAD DE CIENCIAS
AMBIENTALES de la UNIVERSIDAD TCNICA ESTATAL DE QUEVEDO,
certifica que los egresados GUILLERMO GABRIEL ROSERO BUSTAMANTE,
ELVIS ANTONIO CABRERA CASILLAS realiz las actividades necesarias para la
elaboracin de la tesis de grado titulada DETERMINACIN DE LA DISTRIBUCIN
HORIZONTAL DE LAS EMISIONES PRODUCIDAS EN LOS HORNOS
ARTESANALES PARA LA ELABORACIN DE CARBON VEGETAL EN EL
CANTN QUEVEDO, bajo mi direccin habiendo cumplido con todas las disposiciones
reglamentarias establecidas para el efecto.
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ING.MET. JORGE NEIRA M.
Director de Tesis
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DEDICATORIA
Quisiramos dedicarle este logro en nuestras
vidas
A Dios por darnos la vida y demostrarnos
tantas veces su existencia, siendo siempre un
principio y fundamento para salir delante de
cada tropiezo.
A nuestros padres, gracias a su esfuerzo,
apoyo y confianza porque sin ustedes este
sueo nunca se hubiese cumplido.
A nuestros Hermanos, Abuelos y Tos por el
amor incondicional que siempre nos brindan.
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AGRADECIMENTOS
Aprovechamos este momento irrepetible que nos brinda el final de esta tesis para hacer una reflexin por el sendero de la investigacin y rendir un merecido homenaje a todas aquellas personas que nos ayudaron en este trayecto. Por ello, es para nosotros un verdadero placer utilizar este espacio para ser justo y consecuente con ellas, expresndoles nuestros agradecimientos.
A nuestras familias, gracias a su apoyo y amor incondicional, hemos llegado a realizar una de nuestras grandes metas, lo cual constituye la herencia ms valiosa que pudiramos recibir.
Ing. For. Antonio Vliz Mendoza, Decano de la Facultad de Ciencias Ambientales.
Ing. Met. Jorge Neira, Director de la Escuela de Ingeniera en Gestin Ambiental y Director de Tesis por los conocimientos que comparti con nosotros y especialmente por bridarnos su apoyo.
Queremos expresar nuestro ms sincero agradecimiento a los seores integrantes del tribunal de tesis Ing. Jimmy Briones, Ing. Rafael Garcs e Ing. Elas Cusquer por su participacin activa y compartir desinteresadamente sus amplios conocimientos y experiencia, tan importantes para la elaboracin y el xito de esta investigacin.
Y a todas aquellas personas y amigos que hemos dejado de mencionar, y que en algn momento han estado dispuestos a ayudarnos cuando lo hemos necesitado.
Muchas gracias.
NDICE DE CONTENIDOS
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EPGRAFE CONTENIDO PG. I. INTRODUCCIN.. 1 A. Justificacin. 2 B. Objetivo General... 3 C. Objetivos Especficos... 3 D. Hiptesis. 4 II. REVISIN DE LITERATURA. 5 A. Marco Legal... 5 1. POLTICAS BSICAS AMBIENTALES DEL ECUADOR 5 2. LEY DE GESTIN AMBIENTAL 7
3. TEXTO UNIFICADO DE LA LEGISLACIN AMBIENTAL SECUNDARIA.. 8
B. Marco Terico 21
1. PROCESOS PARA LA ELABORACIN DE CARBN VEGETAL USANDO MTODOS ARTESANALES. 21
2. CONSIDERACIONES PARA LA APLICACIN DE LOS MODELOS DE DISPERSIN. 24
3. MTODOS PARA MEDIR CONCENTRACIONES DE PARTCULAS.... 25
4. FACTORES QUE AFECTAN LA DISPERSIN DE LOS CONTAMINANTES DEL AIRE... 26
5. INFLUENCIA DE LAS EMISIONES EN LA SALUD 28 6. EFECTOS DE LAS EMISIONES EN LA VISIBILIDAD.. 29 7. MODELOS DE DISPERSION. 31
8. TIPOS DE HORNOS MS UTILIZADOS PARA ELABORACIN DE CARBN VEGETAL 35
III. MATERIALES Y MTODOS.. 52 A. Localizacin del rea de Estudio... 52 1. MATERIALES DE OFICINA 54 2. MATERIALES DE CAMPO. 54 3 MATERIALES DE LABORATORIO... 55 B. Metodologa... 55
1. MTODOS PARA IDENTIFICAR LOS PROCESOS DE ELABORACIN DE CARBN VEGETAL 55
2.
DETERMINACIN LAS CONCENTRACIONES DE CO MEDIANTE CLCULOS ESTEQUIOMTRICOS A PARTIR DE LA CANTIDAD DE MADERA CONVERTIDA EN CARBN (PIROLISIS) 55
3.
DETERMINACIN DE LA ACUMULACIN HORIZONTAL DEL MATERIAL PARTICULADO PRECIPITADO (DEPOSICIN SECA) A DIFERENTES DISTANCIAS A SOTAVENTO. 56
4. DETERMINACIN DE LA VISIBILIDAD HORIZONTAL DESDE LOS FOCOS EMISORES. 56
5. CLCULO DEL REA DE DISPERSIN DE LAS 57
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EMISIONES DE CO.
6. DETERMINACIN DE UN MODELO MEJORADO DE HORNO PARA LA PRODUCCIN DE CARBN VEGETAL 57
IV. RESULTADOS.. 58
A. Identificacin de los procesos para la elaboracin de carbn vegetal 58
1. MATERIA PRIMA.. 58
2. PREPARACIN DEL ESPACIO A OCUPAR POR EL HORNO.. 59
3. CONSTRUCCIN DE LA CAMA O BASE. 59 4. APILAMIENTO DE MADERA SOBRE LA CAMA. 60 5. CUBIERTA CON VIRUTA... 60 6. ENCENDIDO DEL HORNO 61 7. MANEJO DEL HORNO 62 8. EXTRACCIN DEL CARBN 63
B.
Determinacin de las concentraciones de CO en la parroquia San Carlos, cantn Quevedo, mediante clculos estequiomtricos a partir de la cantidad de madera convertida en carbn (pirolisis) . 65
C. Medicin de la acumulacin horizontal del material particulado precipitado (deposicin anhidra) a diferentes distancias a sotavento.. 68
D. Determinacin de la visibilidad horizontal desde los focos emisores. 72
E. Clculo del rea de dispersin de las emisiones de CO mediante el modelo matemtico de Gauss.. 75
F. Determinacin de un modelo mejorado de horno para la produccin de carbn vegetal. 78
V. DISCUSIN... 81 VI. CONCLUSIONES. 84 VII. RECOMENDACIONES 86 VIII. RESUMEN. 87 IX. SUMMARY. 88
BIBLIOGRAFA. 89
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NDICE DE FIGURAS
NMERO DESCRIPCIN PG.
3.1. Ubicacin y localizacin del rea de estudio.. 52
4.1. Residuos de madera empleados en la produccin de carbn
vegetal en el rea bajo estudio. 58
4.2. Construccin de la cama o base 59
4.3. Apilamiento de madera sobre la cama.. 60
4.4. Cubierta con viruta.. 61
4.5. Encendido del horno... 62
4.6. Manejo del horno. 63
4.7. Extraccin del carbn. 64
4.8. Valores mximos, mnimos y medios del material precipitable
(PM-10)..... 69
4.9. Mapa de concentraciones de deposicin seca... 70
4.10 Visibilidad horizontal desde los focos emisores. 73
4.11 Mapa de reas de dispersin de CO segn mtodo. 75
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NDICE DE TABLAS
NMERO DESCRIPCIN PG.
1.1.
Concentraciones de contaminantes comunes que definen los
niveles de alerta, de alarma y de emergencia en la calidad del
aire 19
4.1.
Concentraciones de CO en la parroquia San Carlos, cantn
Quevedo, mediante clculos estequiomtricos a partir de la
cantidad de madera convertida en carbn (pirolisis). 65
4.2. Recoleccin del material precipitable(PM-10)... 68
4.3. Valores mximos, mnimos y medios del material
precipitable(PM-10). 69
4.4. Visibilidad horizontal desde los focos emisores. 72
4.5. Concentraciones de CO calculadas a favor del viento.. 76
4.6. Concentraciones de CO calculadas a contra viento.. 76
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I. INTRODUCCIN
Se estima que el sesenta por ciento de toda la madera extrada en el mundo, se
quema como combustible, sea directamente, o transformndola en carbn vegetal.
La proporcin de lea utilizada para la fabricacin de carbn vegetal, puede
estimarse, alrededor del 25 por ciento de la cantidad antes mencionada, o sea
cerca de 400 millones de metros cbicos por ao. (Booth H.E. 1974)
El carbn vegetal, en los pases en desarrollo, se usa principalmente como
combustible domstico, para cocinar y calefaccin, pero es tambin un importante
combustible industrial. Grandes cantidades se emplean en fundiciones y forjas; en
la extraccin y refinado de metales especialmente de hierro, y en otras numerosas
aplicaciones metalrgicas y qumicas. Para los pases en va de desarrollo,
abundantemente dotados de bosques, la exportacin de carbn vegetal puede ser
una industria provechosa. (Trossero, M.A, 1978.)
La produccin de carbn vegetal en hornos artesanales libera a la atmsfera una
cantidad de material particulado en suspensin el cual es considerado como uno
de los contaminantes del aire ms importantes en trminos de sus posibles
efectos sobre la salud de las personas. Estudios epidemiolgicos evidencian la
existencia de asociaciones significativas entre el nivel de la concentracin de
material particulado en el aire e impactos adversos en la salud (WHO, 2000).
Las partculas ms finas son generalmente las que ms contribuyen a estos
efectos adversos, debido a su capacidad de ingresar ms profundamente en los
pulmones, alojndose all y daando los tejidos involucrados en el intercambio de
gases. Mientras que los efectos del material particulado varan considerablemente
dependiendo de su composicin y distribucin de tamaos, generalmente, la
exposicin al material particulado inhalable puede causar un aumento en la
mortalidad de origen cardaco y respiratorio, una reduccin de los niveles de la
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capacidad pulmonar en nios y adultos asmticos y enfermedades crnicas de
obstruccin pulmonar. (COMEAP, 1998, WHO, 2000).
Los efectos sobre la salud originados por estas causas, traen asociados aumentos
en el ausentismo escolar, disminucin de los das de actividad laboral y un
aumento del nmero de consultas mdicas o a las salas de emergencias por
sntomas de asma y otras patologas respiratorias (COMEAP, 1998, WHO, 2000).
A. Justificacin
Actualmente existe preocupacin por parte de las autoridades del ambiente, ya
que han receptado un gran nmero de denuncias de comunidades afectadas, por
tanto se cree que es efectiva la necesidad de un sustento tcnico-cientfico que
haga posible elaborar una herramienta de regulacin para las actividades de
elaboracin de carbn vegetal.
Estudios previos han demostrado que la inhalacin de partculas irrita la mucosa,
pueden interferir principalmente el funcionamiento pulmonar, agravando la
bronquitis crnica, la enfermedad constrictiva ventilatoria crnica, el enfisema
pulmonar y el asma bronquial. (Timonen Kl, Pekkanen J, Tiittanen P, Salonen
Ro.(2002)
Segn el informe de inspeccin numero 007 de la Direccin Provincial del
Ministerio del Ambiente de Los Ros, la precipitacin de polvo gris sobre la
superficie de los sectores cercanos a los hornos, provoca malestares respiratorios
y frecuentes epidemias de gripe y tos especialmente en nios. Tambin existe
malestar en los conductores de los buses de transporte de pasajeros, porque el
sitio ubicado en la va a Babahoyo, entrada a Mocche, les representa un peligro
permanente de ocasionar accidentes de trnsito pues los niveles de visibilidad
disminuyen drsticamente con el humo y emisiones de los hornos. (Informe de
inspeccin N. 007, Agosto2009).
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En la temtica de investigacin planteada, es necesario resaltar que se aplicar
una estrategia metodolgica para la obtencin y procesamiento de datos
sustentada en varias tcnicas ya utilizadas en estudios similares junto con
propuestas metodolgicas innovadoras de los autores de la presente
investigacin, esperando contribuir en el mbito investigativo.
B. Objetivo General
Evaluar la distribucin de las emisiones producidas en los hornos artesanales para
elaboracin de carbn vegetal en el cantn Quevedo, durante la poca seca del
ao.
C. Objetivos Especficos
Identificar los procesos en la elaboracin de carbn vegetal.
Determinar las concentraciones de CO en la parroquia San Carlos, cantn
Quevedo, mediante clculos estequiomtricos a partir de la cantidad de
madera convertida en carbn (pirolisis).
Medir la acumulacin horizontal del material particulado precipitado
(deposicin anhidra) a diferentes distancias a sotavento.
Determinar la visibilidad horizontal desde los focos emisores.
Determinar el rea de dispersin de las emisiones de CO mediante el
modelo matemtico de Gauss.
Determinar un modelo mejorado de horno para la produccin de carbn
vegetal.
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D. Hiptesis
Ho La concentracin de CO en el aire la parroquia San Carlos, cantn
Quevedo, calculada a travs de mtodos estequiomtricos, pueden
ser comparables con los estndares que establece la normativa.
HI La concentracin de CO en el aire la parroquia San Carlos, cantn
Quevedo, calculada a travs de mtodos estequiomtricos, no
pueden ser comparables con los estndares que establece la
normativa.
Ho La acumulacin horizontal del material particulado precipitado
(deposicin anhidra) a diferentes distancias a sotavento, en la
parroquia San Carlos, cantn Quevedo, cumple con los estndares
de calidad.
HI La acumulacin horizontal del material particulado precipitado
(deposicin anhidra) a diferentes distancias a sotavento, en la
parroquia San Carlos, cantn Quevedo, no cumple con los
estndares de calidad.
Ho El humo producido por la carbonera no afecta la visibilidad horizontal
especialmente de conductores de vehculos.
HI El humo producido por la carbonera si afecta la visibilidad horizontal
especialmente de conductores de vehculos.
Ho El mtodo de Gauss no es pertinente para el clculo del rea de
dispersin de las emisiones de CO, en el caso de la zona afectada
por las carboneras bajo estudio.
HI El mtodo de Gauss es pertinente para el clculo del rea de
dispersin de las emisiones de CO, en el caso de la zona afectada
por las carboneras bajo estudio.
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II. REVISIN DE LITERATURA
A. Marco Legal
1. POLTICAS BSICAS AMBIENTALES DEL ECUADOR
El siguiente articulado abarca los aspectos principales de lasPolticas Bsicas
Ambientales del Ecuador:
Art. 1.-Establcense las siguientes Polticas Bsicas Ambientales del Ecuador:
15.- Reconociendo que se han identificado los principales problemas ambientales,
a, los cuales conviene dar un atencin especial en la gestin ambiental, a travs
de soluciones oportunas y efectivas; el Estado Ecuatoriano, sin perjuicio de
atender todos los asuntos relativos a la gestin ambiental en el pas, dar prioridad
al tratamiento y solucin de los siguientes aspectos reconocidos como problemas
ambientales prioritarios del pas:
La pobreza, (agravada por el alto crecimiento poblacional frente a la insuficiente
capacidad del Estado para satisfacer sus requerimientos, principalmente
empleo).
La erosin y desordenado uso de los suelos.
La deforestacin.
La prdida de la biodiversidad y recursos genticos.
La desordenada e irracional explotacin de recursos naturales en general.
Lacontaminacin creciente de aire, agua y suelo.
La generacin y manejo deficiente de desechos, incluyendo txicos y
peligrosos.
El estancamiento y deterioro de las condiciones ambientales urbanas.
Los grandes problemas de salud nacional por contaminacin y malnutricin.
El proceso de desertificacin y agravamiento del fenmeno de sequas.
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Los riesgos, desastres y emergencias naturales y ambientales.
16.- Reconociendo que se han identificado reas geogrficas en el Ecuador en las
que existen problemas ambientales agudos, en las cuales es necesario concentrar
especiales esfuerzos para solucionar dichos problemas; El Estado Ecuatoriano,
sin perjuicio de atender todo el territorio nacional contribuyendo a solucionar
problemas ambientales y procurando alcanzar la gestin adecuada que el pas
requiere, dar prioridad al tratamiento y solucin de los problemas ambientales
que afectan o amenazan a las siguientes regiones geogrficas:
Bosques de Nor Occidente del pas (prolongacin del Bosque del Choc,
Esmeraldas).
Ecosistemas de manglares en la Costa ecuatoriana.
Bosques de las estribaciones exteriores de los Andes ecuatorianos.
Selva amaznica ecuatoriana.
Regin del Archipilago Galpagos.
Golfo de Guayaquil.
Ciudades de Quito, Guayaquil, Cuenca, Ambato, Esmeraldas, Santo Domingo
de los Colorados, Quevedo, Babahoyo, Machala, Portoviejo y Lago Agrio
(Nueva Loja).
Zonas agrcolas andinas con importantes procesos erosivos.
Sistemas lacustres.
Art. 66.- Se reconoce y garantizar a las personas:
27.- EI derecho a vivir en un ambiente sano, ecolgicamente equilibrado, libre de
contaminacin y en armona con la naturaleza.
Art. 276.- El rgimen de desarrollo tendr los siguientes objetivos:
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4. Recuperar y conservar la naturaleza y mantener un ambiente sano y
sustentable que garantice a las personas y colectividades el acceso equitativo,
permanente y de calidad al agua, aire y suelo, y a los beneficios de los recursos
del subsuelo y del patrimonio natural.
Art. 397.- En caso de daos ambientales el Estado actuar de manera inmediata y
subsidiaria para garantizar la salud y la restauracin de los ecosistemas. Adems
de la sancin correspondiente, el Estado repetir contra el operador de la actividad
que produjera el dao las obligaciones que conlleve la reparacin integral, en las
condiciones y con los procedimientos que la ley establezca. La responsabilidad
tambin recaer sobre las servidoras o servidores responsables de realizar el
control ambiental. Para garantizar el derecho individual y colectivo a vivir en un
ambiente sano y ecolgicamente equilibrado, el Estado se compromete a:
2. Establecer mecanismos efectivos de prevencin y control de la contaminacin
ambiental, de recuperacin de espacios naturales degradados y de manejo
sustentable de los recursos naturales.
2. LEY DE GESTIN AMBIENTAL
El Art. 33 establece como instrumentos de aplicacin de las normas ambientales
los siguientes (TULAS, 2006):
Parmetros de calidad ambiental,
Normas de efluentes y emisiones,
Normas tcnicas de calidad de productos,
Rgimen de permisos y licencias administrativas,
Evaluaciones de impacto ambiental,
Listados de productos contaminantes y nocivos para la salud humana y el
ambiente,
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Certificaciones de calidad ambiental de productos y servicios y otros que
sern regulados en el respectivo reglamento.
3.TEXTO UNIFICADO DE LA LEGISLACIN AMBIENTAL SECUNDARIA
NORMA DE CALIDAD DEL AIRE AMBIENTE
LIBRO VI ANEXO 4
1 INTRODUCCIN
La presente norma tcnica es dictada bajo el amparo de la Ley de Gestin
Ambiental y del Reglamento a la Ley de Gestin Ambiental para la Prevencin y
Control de la Contaminacin Ambiental y se somete a las disposiciones de stos,
es de aplicacin obligatoria y rige en todo el territorio nacional.
La presente norma tcnica determina o establece:
Los objetivos de calidad del aire ambiente.
Los mtodos y procedimientos a la determinacin de los contaminantes en
el aire ambiente.
2 OBJETO
La presente norma tiene como objetivo principal el preservar la salud de las
personas, la calidad del aire ambiente, el bienestar de los ecosistemas y del
ambiente en general. Para cumplir con este objetivo, esta norma establece los
lmites mximos permisibles de contaminantes en el aire ambiente a nivel del
suelo. La norma tambin provee los mtodos y procedimientos destinados a la
determinacin de las concentraciones de contaminantes en el aire ambiente.
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3 DEFINICIONES
Para el propsito de esta norma se consideran las definiciones establecidas en el
Reglamento a la Ley de Prevencin y Control de la Contaminacin, y las que a
continuacin se indican:
3.1 Aire
O tambin aire ambiente, es cualquier porcin no confinada de la atmsfera, y se
define como mezcla gaseosa cuya composicin normal es, de por lo menos, veinte
por ciento (20%) de oxgeno, setenta y siete por ciento (77%) nitrgeno y
proporciones variables de gases inertes y vapor de agua, en relacin volumtrica.
3.2 Chimenea
Conducto que facilita el transporte hacia la atmsfera de los productos de
combustin generados en la fuente fija.
3.3 Combustin
Oxidacin rpida, que consiste en una combinacin del oxgeno con aquellos
materiales o sustancias capaces de oxidarse, dando como resultado la generacin
de gases, partculas, luz y calor.
3.4 Condiciones de referencia
Veinticinco grados centgrados (25 C) y setecientos sesenta milmetros de
mercurio de presin (760 mm Hg).
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3.5 Contaminante del aire
Cualquier sustancia o material emitido a la atmsfera, sea por actividad humana o
por procesos naturales, y que afecta adversamente al hombre o al ambiente.
3.6 Contaminantes comunes del aire
Cualquier contaminante del aire para los cuales, en esta norma, se especifica un
valor mximo de concentracin permitida a nivel del suelo en el aire ambiente,
para diferentes perodos de tiempo.
3.7 Contaminante peligroso del aire
Son aquellos contaminantes del aire no contemplados en esta norma pero que
pueden presentar una amenaza de efectos adversos en la salud humana o en el
ambiente. Algunos de estos contaminantes, pero que no se limitan a los mismos,
son asbesto, berilio, mercurio, benceno, cloruro de vinilo.
3.8 Contaminacin del aire
La presencia de sustancias en la atmsfera, que resultan de actividades humanas
o de procesos naturales, presentes en concentracin suficiente, por un tiempo
suficiente y bajo circunstancias tales que interfieren con el confort, la salud o el
bienestar de los seres humanos o del ambiente.
3.9 Dimetro aerodinmico
Para una partcula especfica, es el dimetro de una esfera con densidad unitaria
(densidad del agua) que se sedimenta en aire quieto a la misma velocidad que la
partcula en cuestin.
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3.10 Emisin
La descarga de sustancias en la atmsfera. Para propsitos de esta norma, la
emisin se refiere a la descarga de sustancias provenientes de actividades
humanas.
3.11 Episodio crtico de contaminacin del aire
Es la presencia de altas concentraciones de contaminantes comunes del aire y por
perodos cortos de tiempo, como resultado de condiciones meteorolgicas
desfavorables que impiden la dispersin de los contaminantes previamente
emitidos.
3.12 Fuente fija de combustin
Es aquella instalacin o conjunto de instalaciones, que tiene como finalidad
desarrollar operaciones o procesos industriales, comerciales o de servicios, y que
emite o puede emitir contaminantes al aire, debido a proceso de combustin,
desde un lugar fijo o inamovible.
3.13 ISO
Organizacin Internacional para la Normalizacin.
3.14 Lnea base
Denota el estado de un sistema alterado en un momento en particular, antes de un
cambio posterior. Se define tambin como las condiciones en el momento de la
investigacin dentro de un rea que puede estar influenciada por actividades
humanas.
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3.15 Material particulado
Est constituido por material slido o lquido en forma de partculas, con excepcin
del agua no combinada, presente en la atmsfera en condiciones normales. Se
designa como PM2,5al material particulado cuyo dimetro aerodinmico es menor
a 2,5 micrones. Se designa como PM10 al material particulado de dimetro
aerodinmico menor a 10 micrones.
3.16 Micrn
Millonsima parte de un metro.
3.17 Monitoreo
Es el proceso programado de colectar muestras, efectuar mediciones, y realizar el
subsiguiente registro, de varias caractersticas del ambiente, a menudo con el fin
de evaluar conformidad con objetivos especficos.
3.18 Nivel de fondo (background)
Denota las condiciones ambientales imperantes antes de cualquier perturbacin
originada en actividades humanas, esto es, slo con los procesos naturales en
actividad.
3.19 Norma de calidad de aire
Es el valor que establece el lmite mximo permisible de concentracin, a nivel del
suelo, de un contaminante del aire durante un tiempo promedio de muestreo
determinado, definido con el propsito de proteger la salud y el ambiente. Los
lmites permisibles descritos en esta norma de calidad de aire ambiente se
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aplicarn para aquellas concentraciones de contaminantes que se determinen
fuera de los lmites del predio de los sujetos de control o regulados.
3.20 Norma de emisin
Es el valor que seala la descarga mxima permisible de los contaminantes del
aire definidos.
3.21 Olor ofensivo
Es el olor, generado por sustancias o actividades industriales, comerciales o de
servicio, que produce molestia aunque no cause dao a la salud humana.
3.22 Partculas Sedimentables
Material particulado, slido o lquido, en general de tamao mayor a 10 micrones,
y que es capaz de permanecer en suspensin temporal en el aire ambiente.
3.23 US EPA
Agencia de Proteccin Ambiental de los Estados Unidos de Amrica.
4 CLASIFICACIN
Esta norma establece los lmites mximos permisibles de concentraciones de
contaminantes comunes, a nivel del suelo, en el aire ambiente. La norma
establece la presente clasificacin:
Norma de calidad de aire ambiente
a. Contaminantes del aire ambiente.
b. Normas generales para concentraciones de contaminantes comunes en el aire
ambiente.
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c. Planes de alerta, alarma y emergencia de la calidad del aire.
d. Mtodos de medicin de concentracin de contaminantes comunes del aire
ambiente.
e. De las molestias o peligros inducidos por otros contaminantes del aire.
5 REQUISITOS
5.1 Norma de calidad de aire ambiente
5.1.1 De los contaminantes del aire ambiente
5.1.1.1 Para efectos de esta norma se establecen como contaminantes comunes
del aire ambiente a los siguientes:
Partculas Sedimentables.
Material Particulado de dimetro aerodinmico menor a 10 (diez) micrones.
Se abrevia PM10.
Material Particulado de dimetro aerodinmico menor a 2,5 (dos enteros
cinco dcimos) micrones. Se abrevia PM2,5.
xidos de Nitrgeno: NO y NO2, y expresados como NO2.
Dixido de Azufre SO2.
Monxido de Carbono.
Oxidantes Fotoqumicos, expresados como Ozono.
5.1.1.2 La Entidad Ambiental de Control verificar, mediante sus respectivos
programas de monitoreo, que las concentraciones a nivel de suelo en el aire
ambiente de los contaminantes comunes no excedan los valores estipulados en
esta norma. Dicha Entidad quedar facultada para establecer las acciones
necesarias para, de ser el caso de que se excedan las concentraciones de
contaminantes comunes del aire, hacer cumplir con la presente norma de calidad
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de aire. Caso contrario, las acciones estarn dirigidas a prevenir el deterioro a
futuro de la calidad del aire.
5.1.1.3 La responsabilidad de la determinacin de las concentraciones de
contaminantes en el aire ambiente recaer en la Entidad Ambiental de Control.
Los equipos, mtodos y procedimientos a utilizarse en la determinacin de la
concentracin de contaminantes, tendrn como referencia a aquellos descritos en
la legislacin ambiental federal de los Estados Unidos de Amrica (Code of
Federal Regulations, Anexos 40 CFR 50).
5.1.1.4 La Entidad Ambiental de Control deber demostrar, ante el Ministerio del
Ambiente, que sus equipos, mtodos y procedimientos responden a los
requerimientos descritos en esta norma. De existir alguna desviacin con respecto
a la norma, se deber efectuar la debida justificacin tcnica a fin de establecer la
validez, en uso oficial, de los resultados a obtenerse en la medicin de
concentraciones de contaminantes en el aire ambiente. La informacin que se
recabe, como resultado de los programas pblicos de medicin de
concentraciones de contaminantes comunes del aire, sern de carcter pblico.
5.1.1.5 La Entidad Ambiental de Control establecer sus procedimientos internos
de control de calidad y aseguramiento de calidad del sistema de monitoreo de
calidad del aire ambiente en la regin bajo su autoridad. As mismo, la Entidad
Ambiental de Control deber definir la frecuencia y alcance de los trabajos, tanto
de auditora interna como externa, para su respectivo sistema de monitoreo de
calidad de aire ambiente.
5.1.2 Normas generales para concentraciones de contaminantes comunes en el
aire ambiente
5.1.2.1 Para los contaminantes comunes del aire, definidos en 4.1.1, se
establecen las siguientes concentraciones mximas permitidas. El Ministerio del
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Ambiente establecer la frecuencia de revisin de los valores descritos en la
presente norma de calidad de aire ambiente. La Entidad Ambiental de Control
utilizar los valores de concentraciones mximas de contaminantes del aire
ambiente aqu definidos, para fines de elaborar su respectiva ordenanza o norma
sectorial. La Entidad Ambiental de Control podr establecer normas de calidad de
aire ambiente de mayor exigencia que los valores descritos en esta norma
nacional, esto si los resultados de las evaluaciones de calidad de aire que efecte
dicha Autoridad indicaren esta necesidad.
Partculas sedimentables.- La mxima concentracin de una muestra, colectada
durante 30 (treinta) das de forma continua, ser de un miligramo por centmetro
cuadrado (1 mg/cm2 x 30 d).
Material particulado menor a 10 micrones (PM 10).- El promedio aritmtico de la
concentracin de PM10 de todas las muestras en un ao no deber exceder de
cincuenta microgramos por metro cbico (50 g/m3). La concentracin mxima en
24 horas, de todas las muestras colectadas, no deber exceder ciento cincuenta
microgramos por metro cbico (150 g/m3), valor que no podr ser excedido ms
de dos (2) veces en un ao.
Material particulado menor a 2,5 micrones (PM 2,5).- Se ha establecido que el
promedio aritmtico de la concentracin de PM2,5 de todas las muestras en un ao
no deber exceder de quince microgramos por metro cbico (15 g/m3). La
concentracin mxima en 24 horas, de todas las muestras colectadas, no deber
exceder sesenta y cinco microgramos por metro cbico (65 g/m3), valor que no
podr ser excedido ms de dos (2) veces en un ao.
Dixido de azufre (SO2).- El promedio aritmtico de la concentracin de SO2
determinada en todas las muestras en un ao no deber exceder de ochenta
microgramos por metro cbico (80 g/m3). La concentracin mxima en 24 horas
-
23
no deber exceder trescientos cincuenta microgramos por metro cbico (350
g/m3), ms de una vez en un ao.
Monxido de carbono (CO).- La concentracin de monxido de carbono de las
muestras determinadas de forma continua, en un perodo de 8 (ocho) horas, no
deber exceder diez mil microgramos por metro cbico (10 000 g/m3) ms de una
vez en un ao. La concentracin mxima en una hora de monxido de carbono no
deber exceder cuarenta mil microgramos por metro cbico (40 000 g/m3) ms
de una vez en un ao.
Oxidantes fotoqumicos, expresados como ozono.- La mxima concentracin de
oxidantes fotoqumicos, obtenida mediante muestra continua en un perodo de una
hora, no deber exceder de ciento sesenta microgramos por metro cbico (160
g/m3), ms de una vez en un ao. La mxima concentracin de oxidantes
fotoqumicos, obtenida mediante muestra continua en un perodo de ocho horas,
no deber exceder de ciento veinte microgramos por metro cbico (120 g/m3),
ms de una vez en un ao.
xidos de nitrgeno, expresados como NO2.- El promedio aritmtico de la
concentracin de xidos de nitrgeno, expresada como NO2, y determinada en
todas las muestras en un ao, no deber exceder de cien microgramos por metro
cbico (100 g/m3). La concentracin mxima en 24 horas no deber exceder
ciento cincuenta microgramos por metro cbico (150 g/m3) ms de dos (2) veces
en un ao.
5.1.2.2 Los valores de concentracin de contaminantes comunes del aire,
establecidos en esta norma, as como los que sean determinados en los
programas pblicos de medicin, estn sujetos a las condiciones de referencia de
25 C y 760 mm Hg.
-
24
5.1.2.3 Las mediciones observadas de concentraciones de contaminantes
comunes del aire debern corregirse de acuerdo a las condiciones de la localidad
en que se efecten dichas mediciones, para lo cual se utilizar la siguiente
ecuacin:
= 760
273 +
298
Donde:
Cc: concentracin corregida
Co: concentracin observada
Pbl: presin atmosfrica local, en milmetros de mercurio.
tC: temperatura local, en grados centgrados.
5.1.3 De los planes de alerta, alarma y emergencia de la calidad del aire
5.1.3.1 La Entidad Ambiental de Control establecer un Plan de Alerta, de Alarma
y de Emergencia ante Situaciones Crticas de Contaminacin del Aire, basado en
el establecimiento de tres niveles de concentracin de contaminantes. La
ocurrencia de estos niveles determinar la existencia de los estados de Alerta,
Alarma y Emergencia.
5.1.3.2 Se definen los siguientes niveles de alerta, de alarma y de emergencia en
lo referente a la calidad del aire (Tabla 1). Cada uno de los tres niveles ser
declarado por la Entidad Ambiental de Control cuando uno o ms de los
contaminantes comunes indicados exceda la concentracin establecida en la
siguiente tabla, o cuando las condiciones atmosfricas se espera que sean
desfavorables en las prximas 24 horas.
-
25
Tabla 1.1.
Concentraciones de contaminantes comunes que definen los niveles de
alerta, de alarma y de emergencia en la calidad del aire [1].
CONTAMINANTE Y PERODO DE
TIEMPO ALERTA ALARMA EMERGENCIA
Monxido de Carbono.
Concentracin promedio en ocho horas 15 000 30 000 40 000
Oxidantes Fotoqumicos, expresados
como ozono.
Concentracin promedio en una hora
300 600 800
xidos de Nitrgeno, como NO2.
Concentracin promedio en una hora 1 200 2 300 3 000
Dixido de Azufre.
Concentracin promedio en veinticuatro
horas
800 1 600 2 100
Material Particulado PM10.
Concentracin en veinticuatro horas 250 400 500
Nota: [1] Todos los valores de concentracin expresados en microgramos por metro cbico de aire, a condiciones de 25 C y 760 mm Hg.
5.1.3.3 Cada plan contemplar la adopcin de medidas que, de acuerdo a los
niveles de calidad de aire que se determinen, autoricen a limitar o prohibir las
operaciones y actividades en la zona afectada, a fin de preservar la salud de la
poblacin.
5.1.3.4 La Entidad Ambiental de Control podr proceder a la ejecucin de las
siguientes actividades mnimas:
En Nivel de Alerta:
Informar al pblico, mediante los medios de comunicacin, del
establecimiento del Nivel de Alerta.
-
26
Restringir la circulacin de vehculos as como la operacin de fuentes fijas
de combustin en la zona en que se est verificando el nivel de alerta para
uno o ms contaminantes especficos. Estas ltimas acciones podrn
consistir en limitar las actividades de mantenimiento de fuentes fijas de
combustin, tales como soplado de holln, o solicitar a determinadas
fuentes fijas no reiniciar un proceso de combustin que se encontrase fuera
de operacin
En Nivel de Alarma:
Informar al pblico del establecimiento del Nivel de Alarma.
Restringir, e inclusive prohibir, la circulacin de vehculos as como la
operacin de fuentes fijas de combustin en la zona en que se est
verificando el nivel de alarma. Esto podr incluir en limitar el tiempo de
operacin para aquellas fuentes fijas que no se encontraren en
cumplimiento con las normas de emisin.
Suspender cualquier quema a cielo abierto.
En Nivel de Emergencia:
Informar al pblico del establecimiento del Nivel de Emergencia.
Prohibir la circulacin y el estacionamiento de vehculos as como la
operacin de fuentes fijas de combustin en la zona en que se est
verificando el nivel de emergencia. Se deber considerar extender estas
prohibiciones a todo el conjunto de fuentes fijas de combustin, as como
vehculos automotores, presentes en la regin bajo responsabilidad de la
Entidad Ambiental de Control.
Suspender cualquier quema a cielo abierto, e inclusive, proceder a combatir
dichas quemas.
5.1.4 De los mtodos de medicin de los contaminantes comunes del aire
ambiente
-
27
5.1.4.1 La responsabilidad de la determinacin de las concentraciones de
contaminantes comunes, a nivel de suelo, en el aire ambiente recaer en la
Entidad Ambiental de Control. Los equipos, mtodos y procedimientos a utilizarse
en ladeterminacin de la concentracin de contaminantes, sern aquellos
descritos en la legislacin ambiental federal de los Estados Unidos de Amrica
(Code of Federal Regulations).
B. Marco Terico
1. PROCESOS PARA LA ELABORACIN DE CARBN VEGETAL
USANDO MTODOS ARTESANALES
El carbn vegetal listo para su empleo por parte del consumidor implica una
secuencia de pasos en su produccin; cada etapa es importante y se debe
completar el conjunto en perfecto orden.
a. Qu es el carbn vegetal
Carbn vegetal es el residuo slido que queda de "carbonizar" la madera, o se la
"hidroliza", en condiciones controladas, en un espacio cerrado, como es el horno
de carbn. El control se hace sobre la entrada del aire, durante el proceso de
pirlisis o de carbonizacin, para que la madera no se queme simplemente en
cenizas, como sucede en un fuego convencional, sino que se descomponga
qumicamente para formar el carbn vegetal. (FAO, 1983).
La lea (madera) es expuesta al aumento de temperatura en el interior de un
horno con capacidad de controlar el paso del aire al interior, la madera pasa por
un proceso de deshidratacin, luego, con el aumento de la temperatura se
descomponen la celulosa y la hemicelulosa. (Cordero, T. y col., 1989), (Zanzi R. y
col.,1996). Las reacciones principales consisten en la ruptura de enlaces
glicosdicos, consecutivamente la despolimerizacin parcial del componente
-
28
celulsico de la madera. Dando lugar a la reorganizacin de los tomos de carbn
en estructuras microcristalinas tipo grafito formando un solido como resultado de
las uniones entre los tomos de carbn. (Dougall, Mc J.S., 1991)
b. Pasos para la fabricacin de carbn vegetal
Los pasos para la elaboracin de carbn vegetal se ajustan a la siguiente
estructura.
1. Adquisicin de madera o lea
En algunos sistemas de produccin de carbn vegetal, es necesario el
establecimiento de plantaciones forestales para el abastecimiento continuo
de madera, si bien en una de las publicaciones de la FAO sobre los hornos
para produccin de carbn vegetal, detalla que la relacin de conversin,
madera seca en horno a carbn es de 5 a 1, osea, que cada 5 t de madera
seca produce 1 t de carbn. Si bien la madera empleada para el carbn
puede a veces derivar de desperdicios de aserraderos o de operaciones de
Adquisicin de madera
Transporte de la madera
Secado de la madera
Carbonizacin
Cosecha de carbn
-
29
limpieza de campos, al final ello no incide a largo plazo sobre la demanda
de tierra forestal o de plantaciones para lea.
2. Transporte de la lea
El transporte de la madera desde el rbol que se encuentra en el bosque
hasta un costado del horno o sitio para la carbonizacin, puede ser uno de
los puntos ms costosos en la operacin, debido al peso de la madera, una
vez convertida en carbn su peso es menor 4 veces a 16 veces que la
madera, de ah la importancia de hacer que el transporte del carbn
empacado sea el que absorba la distancia ms larga. Existen tambin
maneras para mantener un equilibrio entre las distancias de transporte y
costo/rendimiento del proceso de carbonizacin.
3. Secado de la lea
El rendimiento en carbn del proceso puede variar dentro de lmites muy
amplios dependiendo del tipo de madera, de su contenido en agua y de las
condiciones en que se haya operado en la carbonizacin (tiempo de
calentamiento y temperatura alcanzada). Es deseable que el contenido en
humedad de la madera sea lo ms bajo posible y, en cualquier caso, no
superior al 15 - 20%. Dado que la madera fresca recin cortada contiene un
40 - 60% de agua se aconseja una desecacin previa de la misma bien al
aire, o por cualquier otro procedimiento. Si se parte de madera seca puede
obtenerse un rendimiento entre el 25% y 33% de carbn vegetal.
(Menndez J.A. 2009)
4. Carbonizacin
El proceso de calentamiento de materiales orgnicos en ausencia de airese
denomina pirlisis o carbonizacin. Por lo general se utiliza el trmino
-
30
pirlisis cuando dicho proceso se enfoca a la obtencin de los gases y
aceites que se producen y carbonizacin cuando (como en el caso del
carbn vegetal) el proceso se dirige hacia la obtencin del producto slido
resultante (carbonizado). Durante carbonizacin de la madera se producen
una serie de cambios qumicos y pueden distinguirse tres fases claramente
diferenciadas. En una primera etapa hasta alcanzar los 170 C se produce
fundamentalmente la deshidratacin de la madera y la destilacin de
algunos aceites esenciales; unido todo ello a una pequea degradacin de
la madera. Hasta los 270 C hay un abundante desprendimiento de gases
(CO2 y CO principalmente) y de lquidos acuosos. En la ltima etapahasta
alcanzar la temperatura final en torno a los 600 C, donde se produce la
pirlisis o carbonizacin, propiamente dichas, el desprendimiento de
substancias voltiles es mximo. El residuo slido resultante es el carbn
vegetal. (Menndez J.A. 2009)
5. Cosecha
Esta se realiza al cabo de 15 a 20 das despus del armado del horno, este
residuo solido conocido comnmente como carbn es extrado del horno
mediante el uso de palas para luego ser clasificado y almacenado con el fin
de ser comercializado.
2. CONSIDERACIONES PARA LA APLICACIN DE LOS MODELOS DE
DISPERSIN
Los modelos de transporte y difusin de contaminantes son representaciones
numricas o fsicas del comportamiento de gases o partculas en el aire. Los
modelos de difusin permiten la determinacin cuantitativa de la concentracin de
contaminantes emitidos a partir de fuentes fijas. (Allen, 1999)
-
31
Una definicin bsica, es que, consiste en expresar de forma matemtica la
concentracin de los contaminantes emitidos desde una fuente. Los modelos ms
utilizados en la dispersin de contaminantes en el aire, se basan en la distribucin
de Gauss. Segn la dispersin Gaussiana, existir una regin de mayor
concentracin y dos zonas simtricas en las que sta ir disminuyendo
paulatinamente hasta alcanzar un valor mnimo. (Patio, 2007)
Un modelo de dispersin, estima la distribucin espacial y temporal de
contaminantes atmosfricos mediante representaciones matemticas en donde se
incluyen los diferentes factores que influyen en este proceso. De esta manera un
modelo de dispersin permite evaluar la Calidad del Aire en una zona dada.
(Patio, 2007)
3. MTODOS PARA MEDIR CONCENTRACIONES DE PARTCULAS
La masa de partculas en una unidad de volumen (o masa) se conoce como
concentracin de partculas. Existen varias maneras de expresar concentraciones
de partculas en aire.
Las unidades usuales para expresar la concentracin de pequeas partculas
suspendidas en aire son gramos de particulados por metro cbico de aire. Las
concentracin se determina aspirando un volumen conocido de aire a travs de un
filtro cuyo peso se ha determinado previamente, y pesando la cantidad de
partculas que han quedado atrapadas. Para el polvo, que se compone de
partculas ms grandes que se sedimentan con rapidez, las mediciones se hacen
colectando el material sedimentable en tarros de cada de polvo durante un tiempo
especfico y determinando el peso acumulado. La concentracin se expresa
entonces en peso recolectado por unidad de rea durante un periodo determinado.
Son ejemplos de estas unidades las t/m mes, o los kg/m mes.
-
32
4. FACTORES QUE AFECTAN LA DISPERSIN DE LOS
CONTAMINANTES DEL AIRE
Los factores que afectan el transporte, la dilucin y la dispersin de los
contaminantes del aire se pueden clasificar, en general, en trminos de las
caractersticas del punto de emisin, la naturaleza del material contaminante, las
condiciones meteorolgicas y los efectos del terreno y las estructuras
antropognicas.
a. Caractersticas de la fuente
Lamayor parte de los residuos industriales se descargan verticalmente al aire libre,
mediante una chimenea o un ducto. Cuando la corriente de gas contaminado sale
del punto de descarga, la pluma tiende a expandirse y mezclarse con el aire
ambiental. El movimiento horizontal del aire tender a desviar la pluma de
descarga a sotavento. En algn punto entre 300 y 3000 m a sotavento, la pluma
de descarga se nivelar. Mientras la pluma de descarga sube, se desva y
comienza a moverse en una direccin horizontal, los residuos gaseosos se diluyen
en el aire ambiente que los rodea. Cuando los gases contaminados se diluyen
mediante volmenes de aire ambiental cada vez mayores, al final se dispersan y
bajan al suelo.
El ascenso de la pluma est influido tanto por la inercia hacia arriba de la corriente
de descarga del gas como por su flotabilidad. La inercia vertical se relaciona con la
velocidad de salida del gas y su masa. La flotabilidad, o fuerza ascensional de la
pluma, se relaciona con la masa de aire que sale con respecto a la masa del aire
que lo rodea. En general, al aumentar la velocidad de la salida o la temperatura
del gas se incrementar el ascenso de la pluma. Este ascenso junto con la altura
fsica de la chimenea se llama altura efectiva de la chimenea.
-
33
El ascenso adicional de la pluma, arriba del punto de descarga y mientras se
desva y se nivela, es un factor en las concentraciones resultantes al nivel del
suelo y a sotavento. Mientras suba la pluma al principio habr mayor distancia
para diluir los gases contaminados mientras expanden, mezclan y bajan.
Con respecto a una altura de descarga y un conjunto de condiciones de dilucin
de la pluma especfica, la concentracin a ras de suelo es proporcional a la
cantidad de materiales contaminantes descargados en la salida de la chimenea
durante un periodo especfico. As, cuando las dems condiciones son constantes,
un aumento en la tasa de descarga de contaminantes causar un aumento
proporcional en las concentraciones a sotavento y a ras del suelo.
b. Distancia a sotavento
Mientras mayor sea la distancia entre el punto de descarga y un receptor a ras de
suelo y a sotavento, mayor ser el volumen de aire disponible para diluir la
descarga de contaminante antes de que llegue al receptor.
c. Velocidad y direccin del viento
La direccin del viento determina el rumbo en que se mover la corriente de gas
contaminado a travs del terreno local. La velocidad del viento afecta el acenso de
la pluma, as como la rapidez de mezclado o dilucin de los gases contaminados
desde que salen del punto de descarga. Un aumento en la velocidad disminuir el
asenso de la pluma al desviarla con rapidez. La disminucin en el asenso de la
pluma tiende a aumentar la concentracin a ras del suelo. Por otro lado, un
aumento de la velocidad del viento aumentara la rapidez de dilucin de la pluma
de la descarga, lo que tiende a disminuir las concentraciones a sotavento. En
condiciones distintas, uno de los dos efectos de la velocidad del viento es el que
predomina. Esos efectos, a su vez, afectan la distancia sotavento de la fuente a la
cual se presentara la mxima concentracin al ras de suelo
-
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d. Estabilidad atmosfrica
La turbulencia de la atmsfera no se apega a factor alguno en la disminucin del
poder de dilucin. Mientras ms inestable sea la atmsfera, mayor poder de
dilucin tendr. Las inversiones que no son a ras del suelo, sino que comienzan a
cierta altura sobre la salida de la chimenea, funcionan como tapaderas y
restringen la dilucin vertical.
5. INFLUENCIA DE LAS EMISIONES EN LA SALUD
a. Efectos en la salud de las personas
Los efectos en la salud eran la consideracin dominante en los primeros episodios
de la contaminacin del aire por razones obvias. Aunque con frecuencia no se
poda identificar el contaminante (o grupo de ellos) especfico que generaba los
efectos observados, se dispona de informacin suficiente para implicar a ciertos
contaminantes como contribuyentes significativos. Las investigaciones iniciales
encaminadas a correlacionar las concentraciones y los efectos se enfocaron en
estos contaminantes que se podan identificar con claridad.
El sistema respiratorio superior humano (nasofarngeo) es muy eficiente para filtrar
las partculas grandes del aire que respiramos. No obstante las partculas menores
de 5m penetran hasta los pulmones y se depositan en los alveolos. El cambio de
un estndar de materia particulada total en suspensin a un estndar PM10 en
Estados Unidos en 1987, se dio como respuesta al mayor reconocimiento de que
las partculas menores de 10 m son un mejor indicador de los efectos potenciales
de la contaminacin del aire con materia particulada en la salud. Por ejemplo las
partculas de humo e los cigarrillos miden menos de 1 m, y entran y se depositan
en los alveolos.
Ciertas partculas son especialmente dainas porque absorben o adsorben gases
que causan una irritacin local ms intensa. Adems los gases penetran en los
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35
huecos ms profundos de los pulmones. Tanto las partculas como los gases que
entran al cuerpo por el sistema respiratorio pueden afectar el sistema
gastrointestinal. Ciertas sustancias qumicas, como el plomo, entran en el torrente
sanguneo ya sea desde el sistema digestivo (por ingestin) o atravesando las
membranas pulmonares (el sistema respiratorio), y el tritio que transporta el aire,
los plaguicidas o herbicidas sistmicos, y algunas otras sustancias qumicas
pueden entrar al torrente sanguneo por la piel.
Cada contaminante afecta el cuerpo humano de forma diferente, y se han reunido
registros de efectos que correlacionan la intensidad con el periodo de exposicin
para diversos contaminantes.
La siguiente descripcin de los efectos en la salud causados por la exposicin a
los principales contaminantes ha sido resumida del U.S. EPA Report 450-R-92-
001 (1992).
Los efectos principales en la salud que son causa de preocupacin incluyen los
efectos en la respiracin y el sistema respiratorio, el agravamiento de afecciones
respiratorias y cardiovasculares ya existentes, la alteracin de los sistemas de
defensa del organismo contra materiales extraos, daos al tejido pulmonar,
carcinognesis y mortalidad prematura. Las personas con afecciones pulmonares
o cardiovasculares crnicas obstructivas, influenza o asma, los ancianos y los
nios son los ms sensibles.
6. EFECTOS DE LAS EMISIONES EN LA VISIBILIDAD
Las partculas en suspensin en el aire interfieren la transmisin de la luz dentro
de la atmsfera. La dispersin y la absorcin de la luz por parte de las partculas
dan lugar a una degradacin de la visibilidad que se manifiesta por una reduccin
de la distancia a la que podemos ver una imagen con el adecuado contraste y
color. Pero tambin las partculas pueden dispersar la luz solar dentro de la
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36
imagen causando una apariencia de imagen lavada, dando la apariencia de
imagen brumosa con un color y brillo propio de una atmsfera libre de bruma.
Para las personas en general, estos efectos pticos constituyen uno de los
indicadores ms absolutos de la presencia de contaminacin en el aire. La
visibilidad es tambin afectada por la nubosidad de origen natural, la niebla y la
precipitacin.
Los efectos sobre la visibilidad debidos a la contaminacin atmosfrica tienen
lugar en dos escalas: local y regional.
Penachos localizados o nubes de contaminacin pueden obscurecer la visibilidad,
a causa de lo corto de su transporte en distancias muy prximas a su fuente de
emisin, los efectos locales sobre la visibilidad vienen afectados
fundamentalmente por partculas primarias. La contaminacin de carcter regional
puede llegar a extenderse por cientos de kilmetros y salvo cuando se produce
por acciones de carcter natural (volcanes o tormentas de polvo) suele originarse
a partir de partculas de tipo secundario. En ambos casos tienen la capacidad de
ser transportadas desde decenas a cientos de kilmetros lejos de la fuente de
origen y tienen la capacidad de permanecer en suspensin bastantes das.
a. Desarrollo de mapas temticos mediante el empleo de herramientas
SIG
Desde hace algunos aos en Ecuador se emplean herramientas tecnolgicas
aceptadas por los lineamientos establecidos por la Agencia de Proteccin
Ambiental (EPA) que es la entidad reguladora de contaminantes de los Estados
Unidos, uno de los modelos de la EPA es el ISCST por sus siglas en Ingles
Industrial SourceComplexSortTerm, el modelo fue desarrollado originalmente en
los aos 70, y desde entonces ha sufrido varias revisiones que han generado
-
37
nuevas versiones, que tienen su base en los modelos matemticos gaussianos.
(C. Teho& M. Torreblanza, 2003)
Para mejor anlisis, interpretacin y representacin de los datos que arroje el
modelo gaussiano que se aplica. Se emplean los Sistemas de Informacin
Geogrfica que permite la geocodificacin de direcciones que permite crear mapas
de puntos que muestren la ubicacin de varios eventos a travs de la direccin
geogrficas de ellos. Luego, el SIG permite realizar consultas y crear nuevos
mapas temticos de acuerdo a uno o ms criterios de consulta. (C. Teho& M.
Torreblanza, 2003)
Con la ubicacin espacial de cada una de las fuentes emisoras, se puede obtener
un mapa en que se aprecia adems de la localizacin, la dispersin de
contaminantes atmosfricos, segn los resultados de la modelacin. (C. Teho& M.
Torreblanza, 2003)
7. MODELOS DE DISPERSIN
a. Consideraciones generales y utilizacin de los modelos
Un modelo de dispersin es una descripcin matemtica del proceso
meteorolgico de transporte y dispersin que se cuantifica en trminos de
parmetros de la fuente y meteorolgicos durante un tiempo determinado. Los
clculos numricos que resultan producen estimaciones de concentraciones del
contaminante particular para lugares y tiempos especficos.
Los resultados numricos de uno de esos modelos se comprueban obteniendo
concentraciones reales medidas del contaminante atmosfrico en particular y
comparndolas con los valores calculados mediante tcnicas estadsticas. Los
parmetros meteorolgicos necesarios para emplear los modelos incluyen la
direccin del viento, su velocidad y la estabilidad atmosfrica. En algunos modelos
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se puede suministrar la inclusin del gradiente trmico y la altura vertical de
mesclado. La mayor parte de los modelos necesitar datos sobre la altura fsica de
la chimenea, su dimetro en el punto de salida, la temperatura y la velocidad del
gas de salida y al tasa de emisin de contaminantes en unidades de masa.
En general, los modelos se clasifican en modelos a corto plazo o modelos
climticos. Los primeros se suelen aplicar en las siguientes circunstancias: 1) para
estimar las concentraciones en el ambiente cuando no es practico tomar muestras,
por ejemplo: arriba de ros o lagos o a grandes distancias sobre el suelo; 2) para
estimar las reducciones de emergencia necesarias en la fuente asociadas con
periodos de calma del aire, en condiciones de alerta por algn episodio de
contaminacin de aires, y 3) para estimar los lugares ms probables de
concentraciones altas, a corto plazo y a ras de suelo, como parte de una
evaluacin para seleccionar el sitio de ubicacin del equipo de monitoreo del aire.
Los modelos climticos se aprovechan para estimar concentraciones medias
durante largo tiempo o para considerar, durante largos periodos, concentraciones
medias en determinados momentos del da para cada estacin. Los modelos a
largos periodos se aprovechan como auxiliar para comprender el transporte
atmosfrico a grandes distancias.
b. Modelo bsico de dispersin gaussiana de fuente puntual
La ecuacin bsica de difusin de Gauss supone que la estabilidad atmosfrica es
uniforme en la capa en la que se descarga la corriente de gas contaminado. El
modelo se supone que la difusin turbulenta es una actividad aleatoria y, en
consecuencia, que la dilucin de la corriente de gas contaminado en las
direcciones horizontal y vertical se puede describir con la ecuacin de Gauss, o de
distribucin normal.
-
39
Adems en el modelo se supone que la corriente de gas contaminado se descarga
en la atmsfera a una distancia sobre el nivel del suelo igual a la altura fsica de la
chimenea ms el ascenso de la pluma (H). Se supone que el grado de dilucin
de la pluma de descarga es inversamente proporcional a la velocidad del viento
(u). Otra hiptesis es que el material contaminante que llega al ras del suelo se
refleja en su totalidad hacia la atmsfera, como cuando un rayo de luz llega a un
espejo formando un ngulo.
Matemticamente, esta reflexin en el suelo se explica suponiendo una fuente
virtual o imaginaria a una distancia H con respecto al nivel del suelo, y que emite
una pluma imaginaria con la misma concentracin que la fuente real que se
modela. La misma idea general se puede aplicar para establecer otras condiciones
de capa lmite para las ecuaciones, como por ejemplo: limitacin del mezclado
horizontal o vertical.
c. El modelo
Un modelo de dispersin es una representacin fsica o matemtica de un evento
de contaminacin del aire. El proceso de analizar correctamente los efectos de
una fuente requiere de la identificacin de las condiciones meteorolgica,
topogrfica y de emisiones presentes; seleccionar un modelo apropiado; adquirir
los datos necesarios; correr el modelo; y evaluar los resultados. Los factores que
se deben considerar al seleccionar el modelo influyen las complejidades
meteorolgica y topogrfica del rea, el nivel de detalle y exactitud necesarios, la
competencia tcnica de los modeladores, los recursos disponibles y lo detallado y
la exactitud de los datos de los que se dispone.
Se debe tener cautela porque el mejor modelo no puede duplicar por completo las
condiciones de campo, ni las condiciones ambientales y los valores resultantes
pueden variar de manera considerable de las mediciones reales. Los modelos ms
utilizados son los de base gaussiana, los cuales son relativamente sencillos para
-
40
comprenderlos y utilizarlos, y han dado valores ajustados de modo razonable a los
datos experimentales. (Allen, 1999)
Modelo general Gaussiano de fuente puntual
, , ; = Q
2yzu exp
1
2
y
y
2
exp 1
2
z H
z
2
+ exp 1
2
z + H
z
2
Se ha seleccionado la ecuacin del modelo en la forma que la present D.B.
Turner y da como resultado la concentracin a ras del piso () del contaminante en
un punto a sotavento de una chimenea de altura efectiva H. La desviacin
estndar de la pluma en las direcciones horizontales y verticales se representa
con y respectivamente. Las desviaciones estndar son funciones de la
distancia de la fuente, a sotavento, y de la estabilidad de la atmosfera. Para
concentraciones calculadas a nivel del suelo z es igual a 0 y por lo tanto la
ecuacin es:
, , 0, = Q
yzu exp
1
2
y
y
2
exp 1
2
z
2
Donde:
, , 0, = concentracin a sotavento y al ras del suelo (g.m-3)
= tasa de emisin del contaminante (g.s-1)
y , z = desviacin estndar de la pluma (m)
= velocidad del viento (m.s-1)
, , y = distancias (m)
exp = exponencial tal que los trminos entre los corchetes
que siguen de inmediato son potencias de ; esto es [ ],
donde = .
Los valores de y y z dependen de la estructura turbulenta o la estabilidad
de la atmsfera.
-
41
8. TIPOS DE HORNOS MS UTILIZADOS PARA ELABORACIN DE
CARBN VEGETAL
Los hornos para elaborar carbn vegetal, son construcciones, en la mayora de los
casos, artesanales fabricados con materiales existentes en el sitio donde se
obtiene la materia prima (lea), por lo general estos materiales pueden ser: ramas,
hojas y recubiertos con tierra (como en pases africanos) o aserrn de madera
(Ecuador) colocados sobre una pila de trozos de lea grandes y pequeos. En
sitios como Brasil y Argentina, tiene estructuras ms elaboradas hechas de adobe,
con formas de capsulas o media naranja.
a. Fosas de tierra para fabricar carbn vegetal
La utilizacin de la tierra como escudo contra el oxgeno y para aislar la madera
que se carboniza contra una prdida excesiva de calor, es el sistema ms antiguo
de carbonizar. An en la actualidad se usa para hacer quizs ms carbn vegetal
que por cualquier otro mtodo. Tiene su lugar por su bajo costo. Donde sea que
los rboles crecen hay tierra, y es natural que el ser humano se haya orientado a
este material barato e incombustible, como material aislante para encerrar la
madera mientras se carboniza. (FAO,1983)
Hay dos modos diversos de usar la barrera de tierra en la fabricacin de carbn
vegetal: una es la de escavar una fosa, rellenarla de madera y taparla con tierra
escavada para aislar la cmara. La otra es de tapar un montculo o pila (parva) de
madera sobre el suelo, con tierra. La tierra viene a formar la barrera aislante
impermeable a los gases necesarios, detrs de la cual puede tener lugar la
carbonizacin sin infiltraciones de aire, que hara quemar el carbn hasta reducirlo
en cenizas. Ambos mtodos, cuando llevados a cabo con habilidad, pueden
producir buen carbn vegetal dentro de sus limitaciones tecnolgicas. (FAO,1983)
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1. El mtodo de la fosa
Para este mtodo se necesita una capa de suelo profundo. Como depsitos
aluviales de suelo liviano pueden normalmente encontrarse a lo largo de los
bancos de un arroyo. Pueden hacerse fosas muy grandes con un ciclo de
hasta tres meses para completarse. La inversin de capital es mnima; no
se necesita nada ms que una pala, un hacha y una caja de fsforos, pero
es un mtodo que desperdicia mucho los recursos y muy difcil controlar la
circulacin de los gases en la fosa.
Mucha madera se quema quedando en cenizas, porque le llega demasiado
aire. Otra parte queda slo parcialmente carbonizada, ya que nunca
durante el quemado, se calienta y seca correctamente. A parte de las
grandes variaciones en calidad, varan las substancias voltiles, o el grado
de carbonizacin para un carbn vegetal aceptable, porque la
carbonizacin en una fosa comienza en una extremidad y progresa hacia la
otra. De all, el carbn del comienzo de la quema, habiendo sido calentado
por ms tiempo, tiene mucho menos substancias voltiles que el carbn del
otro extremo.
Un problema adicional con las fosas es la reabsorcin del cido piroleoso
tiende a condensarse en el follaje y en la tierra usados para tapar la fosa.
Cuando caen fuertes lluvias viene lavado hacia abajo y absorbido por el
carbn vegetal. Son la causa de la podredumbre de las bolsas de yute y el
carbn cuando viene quemado, produce humo desagradable. Sin embargo,
obreros hbiles, usando fosas no muy grandes, pueden hacer carbn
vegetal de excelente calidad. El bajo costo de capital de este mtodo hace
que sea recomendable donde abunda la madera y los jornales son bajos.
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2. Fabricacin de carbn vegetal mediante parvas
La alternativa a excavar una fosa es la de apilar la madera sobre el suelo y
cubrir la parva (montculo de lea) con tierra. Este tambin es un mtodo
muy antiguo y se usa ampliamente en muchos pases, encontrndose con
muchas variaciones al mtodo fundamental. En algunos pases se han
realizado estudios para mejorar su diseo al mximo. (FAO,1983)
Es notable el trabajo que hace algunos aos realizaron los suecos en esta
materia. Esencialmente, el proceso es el mismo del de la fosa: la madera
que debe ser carbonizada se encierra dentro de un involucro, cmara,
impermeable al aire, hecho con tierra, que es un material accesible en
cualquier parte donde crece la madera. Se prefiere la parva de tierra a la
fosa donde el suelo es rocoso, duro o delgado, o donde la capa fretica
est cerca de la superficie. La parva es tambin ms prctica en zonas
agrcolas, donde las fuentes de lea pueden hallarse dispersas, y es
deseable hacer el carbn vegetal cerca de los pueblos u otros
emplazamientos permanentes.
La lea que ser carbonizada en una parva puede tambin ser juntada sin
apuro durante un lapso de meses, apilada en posicin, haciendo que se
seque bien antes de tapar y quemar. Ello va de acuerdo con la manera de
vivir de un pequeo agricultor, quien puede juntar pedazos de madera,
ramas y trazas y apilarlos con cuidado para formar el montn. Al cabo de
algunos meses, segn la estacin, segn los precios del carbn vegetal
etc., recubre el montn con tierra y quema el carbn. Genera de esta
manera un pequeo ingreso en efectivo, sin tener necesidad de un gasto
inicial en moneda.
El sistema de parvas o de hornos de tierra es verstil. Se adaptan a la
produccin espordica en pequea escala de carbn vegetal y sin embargo
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tambin se adaptan para la produccin en gran escala. El sistema de la
parva fue mejorado en Suecia con la investigacin, y sus principales
mejoras fueron, la optimizacin del sistema de las corrientes o flujos y el
empleo de una chimenea externa para mejorar la circulacin del gas.
En algunas partes de frica se usan sistemas hbridos que contienen
elementos de las parvas de tierra y de las fosas. Un montn rectangular de
rollizos uniformemente troceados se apila sobre una tejedura de trazas
cruzadas, que permite la circulacin del gas. El volumen del apilado es
generalmente de 5 8 metros cbicos. El montn acabado viene luego
sellado detrs de paredes de tierra hechas comprimiendo la tierra entre la
madera apilada cubierta con hojas y una pared de sostn de varas o de
tablas, retenidas con estacas. Se cubre la cabecera de la pila con hojas y
con tierra, como en los sistemas de carboneras de fosa. Se deja una
apertura en la pared lateral para iniciar la quema, y cuando este fuego ha
prendido bien, se cierra la pared en la misma manera con tierra y con
tablas. Se abren entradas de aire en la base de la parva y se usan para
controlar el ritmo de combustin.
Se ha probado de hacer funcionar formas modificadas de este sistema en
una mayor escala, usando equipos de remocin de tierra. Usando un
buldcer se hacen rodar troncos grandes en una excavacin no profunda y
otras trazas se hacen rodar y amontonar. En la prctica, son frecuentes los
bajos rendimientos de carbn de lea puesto que es difcil obtener una
parva con un buen empaque, con grandes trazas rociadas sobre el lugar; la
circulacin del gas es errtica y, como resultado, se tienen grandes
cantidades de madera no carbonizada.
Un ulterior problema es que, a menos que se manejen bien las operaciones
de los equipos pesados de movimiento de tierra con adecuado
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mantenimiento y repuestos, los costos de operacin tienden a escaparse de
mano y toda la operacin se vuelve antieconmica.
Por regla general, es difcil combinar equipos de elevado costo de inversin
con un sistema tecnolgicamente primitivo de quema de carbn vegetal, y
esperar que la operacin resulte beneficiosa en su conjunto, a menos que
la calidad de la gestin sea de primera clase.
El problema de obtener y mantener, durante todo el perodo de quema, un
sellado efectivo contra el aire, y una buena circulacin, son los principales
factores que limitan las dimensiones de los sistemas de fosa y parvas. Es
difcil ubicar las infiltraciones sobre la cobertura y es difcil de repararlas en
las fosas con parvas muy grandes.
3. Horno Casamance
La base se forma con dos estratos de madera de tamao, pequeo a
medio. Para la primera capa, la madera se distribuye regularmente y en
forma radial alrededor del punto central de la base y, para el segundo
estrato, la madera se ordena tangencialmente, cruzando el primer estrato.
La base juega un papel importante, puesto que asegura la corriente de aire
dentro de la parva las capas compuestas por trozas grandes (40 cm de
dimetro) se distribuyen desde el centro hasta cerca de 50 cm de la
extremidad de la base. Los trozos medianos (20 40 cm) los circundan y
dan resistencia a la parva, recubriendo casi todo el remanente de la base.
El ltimo anillo se compone esencialmente de madera corta (20 40 cm de
dimetro) dispuestas sobre la extremidad externa de la base. El dimetro
de la base vara con el volumen de la parva.
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Para una parva de 30 m2, se necesita una base de por lo menos 3 m de
radio. 90 m2, "4 m" y 100 m2, "5 m" El domo se cubre con pastos y arbustos
y luego con arena o suelo franco. La chimenea Be coloca a un costado de
la Dila, como se ve en el dibujo, con la apertura en su base conectada con
la base de la parva. El sitio para la parva ser limpiado con rastrillo, y
debern arrancarse las races y las cepas.
4. Parva sueca de tierra con chimenea
La industria del carbn vegetal para siderurgia en Suecia llev el diseo y el
funcionamiento de grandes hornos del tipo de parvas a un gran nivel de
perfeccin. Las principales mejoras fueron el uso de una chimenea externa
conectada con un conducto construido debajo de la pila y la adopcin de
una base circular para la parva en el terreno, que redujo la prdida de calor
durante la carbonizacin y mejor la circulacin del gas.
Si bien estos hornos produjeron inicialmente muy grandes cantidades de
carbn vegetal para la industria de la fundicin del hierro, han sido
superados en la elaboracin de carbn para la industria siderrgica, por los
sistemas de hornos de ladrillo empleados en Brasil, Argentina y el sudeste
asitico.
b. Hornos de ladrillos
Los hornos de ladrillos, construidos y operados correctamente, representan sin
duda uno de los mtodos ms efectivos para la produccin de carbn vegetal. En
el curso de varias dcadas de uso, estos hornos han demostrado ser una
inversin de capital moderada, requerir poca mano de obra y poder dar
rendimientos sorprendentemente buenos de carbn vegetal de calidad apta para
todos sus usos industriales y domsticos.
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Hay muchos diseos para los hornos de ladrillos usados en todo el mundo, y la
mayora estn en condiciones de dar buenos resultados. Estos son, el horno
colmena brasileo, el horno argentino media naranja, el horno Schwartz de los
europeos y el horno Missouri de los norteamericanos.
El primero, el segundo y el cuarto queman parte de la madera cargada, dentro del
horno, para carbonizar el sobrante. El horno Schawartz usa la corriente de gas
caliente de un fogn externo, pasado a travs del horno, para generar el calor para
el secado y para calentar la madera a fin de que inicie su carbonizaci6n. El horno
Schwartz requiere considerable cantidad de acero para la grilla, puertas y
soportes. Puesto que su rendimiento (cuando la lea es escasa) no es en la
prctica superior al de otros, no puede ser recomendado para uso general en el
mundo en desarrollo.
El cuarto tipo de horno, bien probado en la prctica, es el horno Missouri
desarrollado y an en uso en E.U. de N.A. Est hecho comnmente de cemento
armado o bloques perforados de cemento y tiene chimeneas y puertas de acero.
Sus rendimientos son parecidos a los de las carboneras de Argentina y Brasil. Se
completa con grades puertas de acero, que permiten el uso de equipos mecnicos
para carga y descarga. Tiene dos desventajas para su empleo en el mundo en
desarrollo: requiere una cantidad de acero y cemento en su construccin, siendo
ambos materiales costosos y frecuentemente de importacin, y no es tan fcil de
enfriar como los otros hornos. Se adapta ms, por lo tanto, a ser usado en climas
templados ms fros donde los materiales y la capacidad para la construccin en
acero y en cemento armado son accesibles, y la temperatura del ambiente permite
un enfriado fcil. Es interesante donde se dispone fcilmente de mano de obra de
motocargadores frontales, etc.
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c. Hornos Metlicos
En los aos 30 se difundi en Europa, para la fabricacin de carbn vegetal, el
empleo de hornos metlicos cilndricos transportables. Durante la Segunda Guerra
Mundial su tcnica fue desarrollada an ms por el Reino Unido (U.K) en su
laboratorio de investigacin de productos forestales (UK Forest Products Research
Laboratory).
Diversas versiones del diseo original fueron usadas de una extremidad a otra en
el Reino Unido. Esta tecnologa fue transferida a los pases en va de desarrollo a
fines de los aos 60 especialmente con las actividades del Departamento Forestal
de Uganda.
1. Diseos disponibles de hornos metlicos transportables
El Tropical Products Institute (TPI) que es una unidad cientfica de la
Overseas Development Administration, ha adquirido considerable
experiencia en el Funcionamiento de diversos modelos de hornos
transportables de metal, ya sea en el Reino Unido como en muchos pases
en desarrollo. El Instituto ha evolucionado hasta llegar a un modelo que se
considera ahora ser ptimo en economa de construccin, robustez y
durabilidad, funcionamiento sencillo con eficiencia y productividad mxima
para las situaciones de los pases en desarrollo.
Las principales caractersticas del horno modelo TPI son:
Se usa una chapa de acero de 3 mm de espesor para fabricar la
seccin del fondo del horno; para la seccin superior y para la tapa
se usa chapa de acero de 2 mm de espesor.
Las dos secciones principales del horno son cilndricas.
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Se usan repisas con perfiles de hierro ngulo de 50 mm, para
soportar la seccin superior y la tapa. Estos soportes estn soldados
en la parte interna del borde ms alto de las dos principales
secciones cilndricas.
Los ocho tubos de entrada/salida, ubicados debajo de la seccin
inferior del horno, se abren en la base. Alrededor del hueco en la
cara superior de cada canal, se ha previsto un collar para sostener la
chimenea durante el funciona miento del horno.
En la tapa del horno hay cuatro bocas a igual distancia, para la
liberacin del vapor.
En otras versiones de hornos metlicos transportables pueden encontrarse
varias modificaciones de las caractersticas anteriores. Algunos fabricantes
de hornos usan chapa metlica de espesor menor del que recomienda el
modelo TPI. Para asegurar al horno una vida mxima til, especialmente
cuando se lo hace funcionar con descuido, el espesor y el tipo de metal
empleado en la fabricacin del horno es de importancia fundamental. La
seccin inferior del horno est expuesta a las tensiones ms grandes por el
calor, y debera ser fabricada con lmina de acero de espesores a partir de
los 3mm. Para la seccin superior y para la tapa es suficiente un espesor de
2mm.
Un ulterior aumento de la durabilidad se obtendr empleando en la
fabricacin del horno de acero con aluminio en lugar de acero dulce. Esta
aleacin especial tiene la propiedad de resistir al calor y la herrumbre. Su
costo bsico es de alrededor del 10 % mayor que el del acero dulce, pero
puede ser ms, donde fuesen necesarios acuerdos especiales para
obtenerlo.
Un horno ampliamente usado en los bosques del Reino Unido, tiene una
seccin superior cnica, de modo que el dimetro de la tapa es
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considerablemente menor del de la seccin inferior. Se reduce con ello el
peso de la tapa, el armado del horno resulta ms fcil y se aumenta la
rigidez de la seccin superior, sin afectar el comportamiento del horno. Sin
embargo, no se le usa en el modelo TPI, puesto que sera ms difcil de
construir la seccin cnica en los pequeos talleres mecnicos que se
encuentran en los pases en desarrollo y limita adems su movilizacin en
terrenos de monte.
Los detalles del sellado entre las secciones son de importancia crtica. Un
modelo de horno metlico usa canales en lugar de repisas para sostener la
parte superior y la tapa. Estos canales estn soldados en la parte interna
del borde superior de ambas secciones, inferior y superior; se rellenan con
arena durante el armado para crear un sello hermtico al colocrseles
encima la seccin superior de la tapa. Los canales, sin rellenar retienen el
alquitrn de madera que se condensa en las paredes del horno, y las
elevadas temperaturas, que se alcanzan durante las ltimas etapas de la
carbonizacin, cuece la me ola de alquitrn de madera con la arena,
formndose un cemento duro, por lo que se requieren muchas horas de
trabajo pesado para limpiar los canales despus de cada jornada. Adentro
las secciones a menudo se funden juntas despus del enfriamiento, y las
juntas se dan si se usan palancas de metal para separar las secciones.
Otra falla grave del modelo es el uso de una tapa de cierre superior, donde
el sellado se obtiene por medio de una barra vertical soldada en la parte de
abajo de la tapa. En el caso en que se observara una fuga en la junta entre
la tapa y la seccin superior, despus que se ha encendido el horno sera
sumamente difcil sellarla, puesto que ese tipo de tapa impide al fogonero
de poner ms tierra o arena en la junta. Estos problemas no surgen con el
modelo TPI, ya que los hierros ngulos usados para soportar la seccin
superior y la tapa no retienen el alquitrn. Adems, la colocacin de la tapa
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dentro del borde de la seccin superior permite al operador de agregar a la
junta ms arena o tierra para el sellado, cmo y cundo fuesen necesarios.
Algunos hornos metlicos usan, como canales de carga y descarga, tubos
de seccin cuadrada. Se ha hallado, en la prctica, que es ms conveniente
usar los canales de base abierta del diseo TPI. Ello es porque el alquitrn
de madera, que se condensa en las chimeneas durante la carbonizacin,
fluye abajo en los canales donde el calor lo cuece, formando una pasta
dura. Cuando los canales tienen una base abierta, la mayor parte del
alquitrn es absorbido por el suelo y lo poco que queda puede ser
fcilmente eliminado por el libre acceso a las superficies inferiores.
Tambin, despus de uso prolongado, las terminaciones de los canales de
ingreso/salida, insertadas dentro del horno, se retuercen por el intenso calor
localizado, generado en ese punto por el encuentro entre el aire y la carga.
Si se ha usado una seccin cuadrada para el canal, las caras superiores e
inferiores se tuercen hacia adentro, lo que limita seriamente el flujo, del aire
y del gas de descarga, a travs del canal. Es difcil reconstruir su forma
original, porque las superficies internas del tubo no son accesibles. Por otro
lado, la distorsin de un canal de base abierta puede ser corregida
fcilmente girndolo y enderezndolo con un martillo.
En algunos diseos, las chimeneas estn inseridas en el canal por un
agujero cortado en la superficie superior de este ltimo. La base de cada
chimenea tiene una pequea seccin cortada que permite el ingreso del
humo desde el canal. Este tipo de encaje puede reducir la salida de los
gases, si ocurriese una rotacin accidental de la chimenea y adems los
canales no pueden ser limpiados fcilmente durante el funcionamiento del
horno.
Todos los hornos metlicos transportables incorporan algn refuerzo para
proteger el horno durante el manipuleo. Un refuerzo excesivo, sin embargo,
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puede crear problemas, ya que an los hornos ms robustos pueden ser
daados, si se los descarga negligentemente del camin. Cuando se daa
un horno fuertemente reforzado, se requerir considerable trabajo para
reponerlo en su forma original. Ello puede a veces hacerse usando un gato
entre dos maderos largos, colocados atravesados al dimetro de la seccin
daada. El refuerzo ms importante que se recomienda, para los hornos
metlicos, es el uso de una banda de hierro ngulo, soldada en forma
continua alrededor de la parte externa del borde inferior de la seccin de
abajo. Con ello se tendr un doble espesor de metal en el borde inferior del
horno, donde las tensiones de calor son ms severas. Ofrece tambin una
superficie plana que distribuye el peso del horno en los canales de
ingreso/salida.
Las repisas de apoyo de hierro ngulo, soldadas en el interior del borde
superior de las secciones de la base y superior, ofrecen ms refuerzo, que
se completa con una tira plana soldada alrededor y adentro del borde
inferior en la seccin de arriba y de la tapa.
No todos los hornos incorporan en la tapa bocas para la liberacin del
vapor. Desde el encendido del horno, las grandes cantidades de vapor
liberadas durante la fase inicial del proceso, deben irse. Si no hay bocas de
liberacin de vapor, debe quitarse la tapa antes del encendido y luego
puesta en su lugar, apenas la carga comienza a quemar violentamente. Se
puede tambin recargar el horno: el hundido natural de la carga da tiempo
suficiente para que el vapor escape, antes que la tapa se asiente sobre el
borde de apoyo, Los riesgos obvios que se presentan, con estos dos
procedimientos, producen cierta ansiedad, en los cursos iniciales de
entrenamiento de fogoneros con poca experiencia. Se ha hallado que,
cuando se introducen los hornos metlicos en nuevas reas del mundo en
desarrollo, son mucho ms preferidas las bocas de liberacin de vapor. Otra
ventaja est en la produccin de carbn vegetal a partir de materia prima de
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pequeas dimensiones, como son los desperdicios y las cscaras de coco.
Para mantener una corriente suficiente de gas, a travs de la carga durante
la carbonizacin de estos materiales, se recomienda encender el horno,
arriba, a travs de las bocas de liberacin de vapor en la tapa.
En fin, algunos hornos que se encuentran en el mercado, estn equipados
con aletas y tapas metlicas unidas con bisagras sobre los canales de