Título: Medición de emisiones de contaminantes atmosféricos gaseosos y material particulado total en chimenea en el Cent

1. Título: Medición de emisiones de contaminantes atmosféricos gaseosos y material particulado total en chimenea en el Centro de Investigaciones Siderúrgicas. Autores: Inv. Auxiliar: Jesús E. Rodríguez García. Ing. Norberto Díaz Rivero (CUBAENERGIA) Msc. Leonor Turtós Carbonell (CUBAENERGIA) Ian E. Timor Cuendia (CUBAENERGIA)

2. RESUMEN:El Centro de Investigaciones Siderúrgicas ubicado en la provincia Holguín perteneciente al sector siderurgico cubano, posee una planta para la preparación mecánica de mineralesDurante el proceso tecnológico se emiten al ambiente, contaminantes, fundamentalmente de dos formas, la primera a través de la chimenea, producto del proceso de quema de combustible para el calentamiento del horno de secado. En la corriente gaseosa se arrastra gran cantidad de material particulado en suspensión que es expulsado directamente a la atmósfera, además de otros contaminantes criterios como son el CO, SO2 y los NOx,, la segunda es durante el desarrollo del proceso productivo, estos en forma de aerosoles sólidos, específicamente polvoEl trabajo recoge los métodos empleados para la determinación de las concentraciones de los contaminantes emitidos a la atmósfera y comparaciones con los estándares nacionales e internacionales. Contaminantes que contribuyen a disminuir la calidad del aire en la zona industrial de Nicaro. Por lo anterior consideramos que posee gran importancia pues representa, potencialmente, una metodología para la caracterización de las emisiones a la atmósfera (contaminantes gaseosos y partículas) que puede ser utilizada por las diferentes organizaciones de nuestro Ministerio.

3. INTRODUCCIÓNEn nuestro trabajo nos concentraremos en la contaminación producto de las emisiones a la Atmósfera. La principal fuente de contaminación de la atmósfera son las instalaciones industriales. Una gran cantidad de los desechos industriales están formados por polvos.La protección de la atmósfera de la contaminación se le presta una atención especial por la comunidad internacional. En la mayoría de los países están establecidos los límites permisibles de emanaciones de sustancias nocivas a la atmósfera.El cumplimiento del límite de concentración permisible (LCP), exige el control sistemático respecto al contenido real del polvo en los gases industriales emitidos a la atmósfera

4. Características generales de la empresa: proceso de preparación mecánica de minerales del CIS La planta es una instalación destinada al secado cribado y trituración de diferentes tipos de carbón. Consta de tres secciones caracterizadas por los productos finales obtenidos en las mismas, las cuales se denominan. • Sección de secado molienda y clasificación: Obtención de ANTRACITA-200 • Sección de cribado y trituración: Obtención de carbón de ajuste, carbón de insuflado • Sección de clasificación: Obtención de carbón de carga y fundición. Las secciones mencionadas anteriormente conforman el proceso de Preparación Mecánica de Minerales, el cual define la actividad productiva fundamental del Centro de Investigaciones Siderúrgicas (CIS). En todas las etapas que conforman la actividad se observa generación de polvo, además está presente en las emanaciones por chimenea. El presente trabajo se refiere específicamente al estudio de la contaminación por polvo en suspensión sobre el componente ambiental atmósfera, para lo cual es necesario especificar, las fuentes significativas tanto las que tributan al medio laboral como aquellas que emiten contaminantes a la atmósfera y definir los parámetros o indicadores adecuados que permitan medir su comportamiento a través del tiempo.

5. Como resultado del diagnostico del estado de la calidad del aire en el CIS (por estudios previos) utilizando varias técnicas de investigación: encuestas realizadas a la comunidad cercana a la organización, análisis de la Matriz Causa –Efecto, observación científica, criterios de expertos, se pudo identificar las acciones impactantes y los factores impactados y se describieron los impactos ambientales significativos que se generan del proceso productivo.Acciones impactantes más significativas (Fuentes generadora): Trituración y cribado. Contaminación por los transportadores de banda. Contaminación de polvo en los gases de combustión.Impactos más significativos: Los impactos más significativos que actúan sobre el medio ambiente se relacionan a continuación:Generación de polvo de carbón en el proceso de cribado y trituración de la materia prima, que contamina fundamentalmente el medio laboral y eventualmente la zona cercana a la planta.Contaminación del aire en el medio laboral producto de la generación de polvos por salideros y falta de hermeticidad. Contaminación del aire atmosférico por la emisión de polvo por chimenea.

6. Por otra parte, no se ha encontrado datos en la literatura que puedan usarse para conocer la cantidad de polvo producido en una instalación como la de estudio, ya que ésta depende, entre otros factores, del grado de trituración y de las características técnicas de la instalación. Sin embargo aceptando las evidencias que aporta la observación científica y otras técnicas utilizadas para la identificación de impactos y fuentes generadoras de contaminantes al aire, y teniendo en cuenta que la instalación procesa un promedio de hasta 10.000 toneladas al año de carbón de diferentes granulometrías, que existen serias limitaciones en el diseño del sistema para la captación de polvo etc., se puede inferir que un porcentaje mínimo de emisiones de polvo contaminaría el ambiente laboral, los suelos y la vegetación en el entorno de la instalación, y que en presencia de condiciones favorables afectará a la zona aledaña, por las emisiones a la atmósfera.

7. Objetivos: Precisar cualitativamente y cuantitativamente la influencia negativa de la contaminación producida por la actividad sobre el componente ambiental atmósfera.Establecer y/o definir los parámetros (indicadores ambientales), que permitan monitorear los impactos ambientales producidos por el material particulado en suspensión generado por el proceso productivo del CIS.Evaluar la conformidad de las operaciones que conforman el proceso productivo en cuanto a los patrones y normas establecidos para el control de los contaminantes (material particulado en suspensión).

8. MATERIALES Y MÉTODOSEmisiones.Se realizaron mediciones de emisiones de contaminantes gaseosos y material particulado total durante cuatro días consecutivos.Gases.Se realizaron un total de 26 mediciones empleando un analizador de gases de combustión marca Testo 335 con calibración de fábrica.Se midieron las concentraciones de CO, SO2, NO y O2, así como el exceso de aire y la temperatura de salida de los gases en la chimenea.El equipo a partir de estas mediciones calcula entonces las concentraciones de CO2 y NOx.Los flujos de gases de combustión fueron determinados a partir de las velocidades calculadas con las mediciones de ΔP mediante Tubo de Pitot y la temperatura de los gases. Estas velocidades fueron multiplicadas por el área transversal de la chimenea. Los flujos se normalizan para condiciones normales, que en el caso de Cuba usamos Presión: 1 atmósfera y Temperatura: 20 oC.Las emisiones se obtienen multiplicando los flujos normalizados por las concentraciones, también referidas a condiciones normales.Material particulado total.Se realizaron un total de 7 mediciones de emisiones de material particulado total empleando un muestreador isocinético de partículas. Estas mediciones se realizaron siguiendo la metodología creada por la Agencia de Protección de Medioambiente de los Estados Unidos, estos métodos están considerados de referencia en todo el mundo y son de amplio uso internacional.Los métodos de referencia actuales para el ensayo de fuentes están numerados en forma sucesiva desde el 1 al 29, de todos ellos empleamos los métodos USEPA 1 al 5 y el 17 para realizar las mediciones.

9. Método de muestreo del material particulado generado en el proceso de producción del CIS Emisiones a la atmósfera Los gases de combustión del proceso de preparación mecánica del carbón son colectados y conducidos por ductos y emitidos al aire a través de la única chimenea (altura 20 metros, diámetro 0.30 metros) del proceso. Las muestras se toman in situ en un orificio situado en la chimenea por el cual se introduce el equipo para poder determinar la concentración del material particulado emitido a la atmósfera. Para el muestreo se consideran los siguientes elementos: concentración del material particulado, condiciones del proceso, medición de la velocidad y flujo de gases y medición de la temperatura de los gases de salida. La metodología empleada corresponde a la mencionada anteriormente. Método de caracterización granulométrica del polvo de carbón emitido y determinación de las concentraciones. Se realizó una búsqueda bibliográfica de las técnicas de análisis para la determinación de la composición granulométrica de las muestras recolectadas, de acuerdo a los objetivos del trabajo y a las condiciones objetivas existentes en el CIS. El más conveniente, por lo fácil de su aplicación, precisión de los resultados y estar disponible para el CIS, es el método de difracción Láser Elmétodopor difracción de rayos láser es rápido (aprox. 10 seg.) y preciso, el rango de aplicación, para la medición automática de la distribución del tamaño de partículas es en la gama de 0.31 µm a 300.74 µm lo cual es conveniente para nuestro caso, pues los rangos perjudiciales analizados están incluidos en las posibilidades de este método.

10. RESULTADOS Y SU DISCUSIÓN. Cálculo de las concentraciones y caracterización granulométrica del polvo generado por el proceso productivo del CIS Emisiones. A continuación se exponen en forma de tablas los resultados de las mediciones de emisiones de gases y partículas, se debe tener en cuenta que los días 14 y 15 el proceso fue para obtener carbón para insuflado y los dos días siguientes fue para obtener carbón insuflado.

12. Material particulado total. Tabla 2. Emisiones de material particulado total.

13. Concentración de las muestras de polvo emitidas a la atmósfera para cada producto obtenido. Resultados del análisis granulométrico.

14. Proceso de obtención de carbón para insuflar: El polvo emitido a la atmósfera posee una concentración de 51040,9 mg/m3 resultado que supera con creces lo admitido internacionalmente. Por investigaciones preliminares y datos estadísticos en nuestro poder, se ha establecido que las pérdidas por chimenea, durante el proceso de obtención de carbón para insuflado son del orden del 8% del material alimentado (fundamentalmente por las emisiones del polvo a la atmósfera). La producción de carbón para insuflar asciende como promedio a las 3200 TM al año, de acuerdo a las pérdidas mencionadas, y la distribución granulométrica del polvo emitido a la atmósfera representan: la emisión de 34 TM de polvos finos o fracción respirable a la atmósfera al año (13.28 % ≤ 10µm). la emisión de 183 TM de polvos gruesos o sedimentables a la atmósfera al año (71.61%> 10 µm).

15. Proceso de obtención de carbón para ajuste: • Concentración del material particulado emitida: 39020,88 mg/Nm3. • Lo anterior representa para nuestro proceso,teniendo en cuenta el tiempo real de operación, pérdidas del 2.30 % del material alimentado. • La producción de carbón para ajuste asciende como promedio a las 1200 TM al año, lo que representa 27.6 TM/año de polvos de diferentes granulometrías emitidos a la atmósfera. • Según los resultados del análisis granulométrico el 21.70 % de las partículas que conforman las 27.6 TM de polvos emitidos a la atmósfera al año clasifican como PM10. Significa la emisión de 5.99TM de polvos finos o en suspensión a la atmósfera al año. • De acuerdo al mismo análisis granulométrico el 54,77% de las partículas que conforman las 27.6 TM de polvos emitidos a la atmósfera al año clasifican como polvos sedimentables, esto representa la emisión de 15 TM de polvos gruesos o sedimentables a la atmósfera al año.

16. Podemos resumir que se emite una gran cantidad de polvo fino (fracción respirable; partículas ≤ 10µm) al aire atmosférico. Estas partículas son las más importantes para el análisis del impacto pues por sus tamaños tienden a formar suspensiones mecánicamente estables en el aire, pudiendo ser trasladadas a grandes distancias por la acción de los vientos, causando diferentes efectos en zonas distantes de las fuentes de emisión. En el caso de las emisión de polvo sedimentable, estas partículas permanecen en suspensión en el aire durante períodos de tiempo relativamente cortos, sus efectos son más acusados en las proximidades de las fuentes que las emiten en nuestro caso los mismos se pueden observar en el área circundante de la planta de producción donde se depositan eliminando la flora. La presencia mayoritaria, en los gases por chimenea, de partículas superiores a los 10 µm que como se ha dicho constituyen los polvos sedimentables esta dada por el arrastre de los polvos mecánicos que surgen en los procesos de desagregación mecánica de los minerales como el nuestro. La concentración de material particulado emitido a la atmósfera tanto en la obtención de carbón para insuflar como en la de carbón para ajuste, supera lo establecido internacionalmente (100 mg/m3), epígrafe I.4.

17. Recomendaciones. Hermetizar procesos generadores de contaminantes como son los puntos del proceso desde la Tolva No. 2 hasta la Zaranda, método de aislamiento que se utiliza para la disminución secundaria del contaminante, producido por la distribución de los vientos reinantes en esa zona. Mantenimiento sistemático de los equipos de los trabajo y maquinarias para prevenir los escapes de contaminantes Uso de medios de protección, es imprescindible controlar sistemáticamente su uso adecuado entre los trabajadores y el mantenimiento periódico que se les dé, ya que suele ocurrir con cierta frecuencia que, o bien no se estén utilizando adecuadamente, o bien están defectuosos o vencidos, y, en ambos casos, es totalmente falsa la protección que supuestamente deben suministrar al trabajador. Ubicar medios captadores de contaminantes en algunos puntos del flujo tecnológico de modo que se recupere gran parte de los contaminantes que en estos momentos van a evacuarse al piso.

18. CENTRO DE INVESTIGACIONES SIDERURGICAS TITULO: ESTUDIO DE DISPERSIÓN LOCAL DE CONTAMINANTES GASEOSOS Y PARTICULAS EMITIDOS POR CIS-NICARO

19. RESUMEN: El trabajo presenta las concentraciones incrementales de contaminantes, en la atmósfera, en un dominio local, debido a las emisiones de dióxido de azufre (SO2), óxidos de nitrógeno (NOx) y partículas totales en suspensión, PTS; que provoca el proceso productivo del Centro de Investigaciones Siderúrgicas (CIS), utilizando dos tipos de materia prima: carbón para insuflado y carbón para ajuste. El estudio recoge la descripción de las metodologías y los datos utilizados en los cálculos, además de algunas herramientas generales desarrolladas para el procesamiento de los datos de entrada. A partir de las mediciones de emisiones de contaminantes a la atmósfera de la instalación, se obtuvieron sus concentraciones incrementales en el aire. Para resolver la dispersión local de contaminantes se utilizó el Sistema AERMOD (AERMAP-UsodeSuelo-AERMET-AERMOD). El estudio permite conocer la calidad del aire en receptores discretos previamente definidos, esto permite determinar la incidencia sobre la salud de poblaciones, definir zonas en riesgo Por lo anterior consideramos que el estudio, posee gran importancia pues representa, potencialmente, una metodología para la caracterización de las emisiones a la atmósfera (contaminantes gaseosos y partículas) que puede ser utilizada por las diferentes organizaciones de nuestro Ministerio, auxiliadas por instituciones nacionales. Las afectaciones más importantes a la calidad del aire que provoca el CIS, están relacionadas con las PTS, según muestran las concentraciones incrementales calculadas. La contribución de esta instalación a la contaminación por SO2 y NOx ,son bajas.En el caso de las PTS en este trabajo, se utilizan informaciones, para los modelos utilizados, superiores al de otras ocasiones: datos meteorológicos, topografía, uso del terreno que hacen más precisa y exacta la información resultante. Por vez primera además se presenta la calidad del aire en 4 receptores discretos: Nicaro, La Pasa, Río Grande, El Crematorio

20. El proceso de cálculo abarcó las siguientes etapas: • Procesamiento de los datos de entrada requeridos por los modelos de dispersión local: datos de las fuentes, datos meteorológicos, datos de uso del suelo y topográficos. • Estimación de las emisiones de la fuente. • Modelación de la dispersión local de los contaminantes primarios considerados, con el sistema de modelos AERMOD (AERMAP-UsodeSuelo-AERMET-AERMOD) • La implementación del Sistema de modelos AERMOD, puede resumirse en las siguientes etapas fundamentales: • Procesamiento de datos topográficos: AERMAP, versión 06341. • Procesamiento de datos de uso del suelo: Sistema de Información Geográfica (SIG), UsodeSuelo.xls. • Procesamiento de datos meteorológicos: AERMET versión 06341, modificada en CUBAENERGÍA para correr cuando no están disponibles los datos meteorológicos de aire superior. • Modelación de la dispersión: AERMOD, versión 09292

21. INFORMACIÓN PARA LOS MODELOS UTILIZADOS Escenarios de estudio. Localización de las fuentes: El dominio de modelación es un cuadrado de 40 x 40 km (Fig. No 1). Datos técnicos de la fuente. Inventario de emisiones (Tablas No 2 y No 3) Dominio local de modelación. Receptores discretos: Se definen 5 receptores discretos (Fig.2) Topografía: se utilizó El Modelo Digital de Elevación (MDE). Uso del Suelo: procesamiento realizado para establecer las categorías de uso del suelo por sectores de 5 grados, tal como es requerido por AERMET-AERMOD . Fig No 3. Datos meteorológicos para la dispersión local: Se utilizaron los datos del observatorio meteorológico de Punta Lucrecia ( datos de superficie) Datos de aire superior(. Fig. No5 ): Como para Cuba no se dispone de datos de sondeo o de aire superior, se desarrolló en CUBAENERGÍA una versión del AERMET que simula el comportamiento vertical de la atmósfera a partir de los datos de superficie Altura de la capa de mezcla. Fig No 5.: estimados a partir de los datos meteorológicos medidos en superficie utilizando la versión del AERMET desarrollada en CUBAENERGÍA.

22. RESULTADOS Calidad del aire en el dominio local El presente trabajo es la culminación de diferentes estudios realizados en nuestra organización para dar respuesta, utilizando técnicas actuales, a uno de los principales lineamientos y acciones de la política ambiental del SIME: la caracterización de las emisiones a la atmósfera de sus centros y empresas. Se evaluaron los siguientes contaminantes: SO2, NOx, PTS: Se decidió evaluar la dispersión local de este contaminante para dos tipos de materia prima: carbón para insuflado y carbón para ajuste. De acuerdo a estos resultados podemos plantear que las afectaciones más importantes se deben al material particulado cuando se emplea material para insuflado. La información numérica se complementa con varias figuras que muestran las isolíneas de concentración promedio horaria, diaria y anual para los contaminantes evaluados

23. Isolíneas de concentración promedio de PTS cuando se emplea carbón para insuflado [μg/m3] para el periodo evaluado.

24. Isolíneas de concentración máxima de PTS cuando se emplea carbón para insuflado [μg/m3] para 24 horas.