MONITOREO DE EMISIONES- FUENTES FIJAS

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FACULTAD DE CIENCIAS

“CARACTERISTICAS, “CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL

DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO EN LA EMPRESA CEMENTOS LIMA S.A ” ALUMNOS: Jenny Carlesi Chávez Benites Jacqueline Jannet Dioses Morales PROFESOR: Ph.D. Sergio Pacsi Valdivia CURSO: Contaminación Atmosférica

La Molina, 2013

I.

INDICE

II. Introducción……………………………………………………………………………...3 III. Objetivos…………………………………………………………………………….…..4 3.1 Objetivo general………………………………………………………………....4 3.2 Objetivos específicos ………………………………………………………….…4 IV. Revisión bibliográfica ……………………………………………………………….......5 4.1 Contaminación atmosférica…………………………………………………….. 5 4.2 Contaminantes del aire y fuentes emisoras………………………………………5 4.3 Material particulado………………………………………………………….......6 4.4 Fuentes emisoras de contaminantes del aire …………………………………..…8 4.4.1 Fuentes naturales ………………………………………………………......8 4.4.2Fuentes 4.4.2Fuentes artificiales o antropogénicas ………………………………………8 a) Fuentes puntuales …………………………………………………………8 b) Fuentes de de área …………………………………………………….……...8 c) Fuentes móviles ………………………………………………….. .……...8 d) Fuentes lineales ………………………………………………..…….……8 4.5La industria de cementos en el Perú ………………………………………….... 8 4.5.1 Naturaleza y características de las emisiones en cementeras……..….10 4.5.2 Cementos Lima……………………………………………………….11

4.6 Marco legal ……………………………………………………………………..15 4.7 Determinación de partículas ………………………………………………...….16 4.7.1 Métodos extractivos ………………………………………..………...16 4.7.2 Métodos no extractivos ………………………………………….. …..17 4.7.3 Integración de los sistemas de medición. ………………………….…18 4.8 Equipos Para Medición De Material Particulado Parti culado ……………………………….19 4.8.1Muestreo De Las Emisiones De Material Particulado En Fuentes Fijas ………………………………………………………………………….…..19

4.8.1.1 Muestreo Isocinético ……………………………………..…20 4.8.1.2 Selección del diámetro de la boquilla de muestreo ……...…20 4.9. Modelo de Dispersión Gaussiano Gaussiano ………………………………………..……24 V. Materiales y métodos ……………………………………………………………….......27 5.1 Materiales……………………………………………………………………….27 CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO

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I.

INDICE

II. Introducción……………………………………………………………………………...3 III. Objetivos…………………………………………………………………………….…..4 3.1 Objetivo general………………………………………………………………....4 3.2 Objetivos específicos ………………………………………………………….…4 IV. Revisión bibliográfica ……………………………………………………………….......5 4.1 Contaminación atmosférica…………………………………………………….. 5 4.2 Contaminantes del aire y fuentes emisoras………………………………………5 4.3 Material particulado………………………………………………………….......6 4.4 Fuentes emisoras de contaminantes del aire …………………………………..…8 4.4.1 Fuentes naturales ………………………………………………………......8 4.4.2Fuentes 4.4.2Fuentes artificiales o antropogénicas ………………………………………8 a) Fuentes puntuales …………………………………………………………8 b) Fuentes de de área …………………………………………………….……...8 c) Fuentes móviles ………………………………………………….. .……...8 d) Fuentes lineales ………………………………………………..…….……8 4.5La industria de cementos en el Perú ………………………………………….... 8 4.5.1 Naturaleza y características de las emisiones en cementeras……..….10 4.5.2 Cementos Lima……………………………………………………….11

4.6 Marco legal ……………………………………………………………………..15 4.7 Determinación de partículas ………………………………………………...….16 4.7.1 Métodos extractivos ………………………………………..………...16 4.7.2 Métodos no extractivos ………………………………………….. …..17 4.7.3 Integración de los sistemas de medición. ………………………….…18 4.8 Equipos Para Medición De Material Particulado Parti culado ……………………………….19 4.8.1Muestreo De Las Emisiones De Material Particulado En Fuentes Fijas ………………………………………………………………………….…..19

4.8.1.1 Muestreo Isocinético ……………………………………..…20 4.8.1.2 Selección del diámetro de la boquilla de muestreo ……...…20 4.9. Modelo de Dispersión Gaussiano Gaussiano ………………………………………..……24 V. Materiales y métodos ……………………………………………………………….......27 5.1 Materiales……………………………………………………………………….27 CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO

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5.2 Metodología …………………………………………………………………..27 VI. Resultados y discusión de resultados ……………………………………………….. 28 VII. Conclusiones ………………………………………………………………………...36 VIII. Recomendaciones …………………………………………………………………..37 IX. Bibliografía consultada ……………………………………………………………… 38 X. Anexos……………………………………………………………………………….. 40

CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO

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II.

INTRODUCCIÓN

La contaminación del aire establece un riesgo ambiental para la salud y se estima que causa alrededor de dos millones de muertes prematuras en todo el año (OMS, 2005). Existen varios riesgos para la salud derivados de la exposición a las partículas como el riesgo de enfermedades cardiovasculares, cardiovasculares, respiratorias y cáncer de pulmón. Las emisiones de partículas pueden deberse a: polvo fugitivo, industrias metalúrgicas, industrias mineras, plantas generadoras de electricidad, calderas industriales, incendios residenciales-forestales y vehículos de combustión interna. En el Perú una de las industrias que contribuye en mayor proporción a la contaminación atmosférica por material particulado es el sub sector cemento. Este sub sector está supervisado en materia ambiental por el ministerio de Producción, el cual en el 2002 por el Decreto Decreto Supremo Nº 003-2002-PRODUCE 003-2002-PRODUCE determina los límites máximos permisibles para las emisiones en las industrias industrias cementeras. En el presente informe se analiza la variación anual de emisiones de material particulado de la empresa Cementos Lima S.A en el periodo del 2004 al 2012, para luego evaluar si cumple con la normativa ambiental nacional vigente y compararlo con la industria cementera en otros países, así mismo mismo se se analizara analizara la dispersión dispersión de de este este contaminante contaminante (material particulado) particulado) al llegar a la atmósfera para analizar el riesgo que podría sufrir la población aledaña a la planta de cementos Lima.


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III.

OBJETIVO

3.1 Objetivo general Analizar la variación multianual de material particulado en la empresa Cementos Lima S.A entre los años 2004 a 2012 y determinar la distribución espacial de la concentración de la emisión de dicho contaminante. 3.2 Objetivos específicos 

Analizar las características del proceso de cementación



Analizar las variación multianual de las emisiones de material particulado



Evaluar el cumplimiento de las emisiones de material particulado con la normativa nacional vigente.



Comparar las emisiones de material particulado de la industria cementera nacional con la industria cementera extranjera.



Analizar la distribución de material particulado.



Determinar el área de influencia de la emisión de material particulado por Cementos Lima.


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IV.

REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

4.1 CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA: Es Cualquier condición atmosférica en la que ciertas sustancias alcanzan concentraciones lo suficientemente elevadas sobre su nivel ambiental normal como para producir un efecto medible en el hombre, los animales, la vegetación o los materiales. Los fenómenos meteorológicos y químicos que concurren en la atmósfera hacen incierto el comportamiento de las especies químicas emitidas, por la gran movilidad de estas especies en la atmósfera los efectos de las mismas pueden alcanzar extensas zonas del planeta . 4.2 CONTAMINANTES DEL AIRE Y FUENTES EMISORAS. Los contaminantes del aire se pueden clasificar conforme a su estado fisicoquímico en gases y partículas de origen orgánico e inorgánico. Tabla N°1. Clasificación de los contaminantes atmosféricos según sus características fisicoquímicas. CONTAMINANTE

Gases

SUSTANCIA

Inorgánicos Orgánicos

Partículas

Derivados de azufre (dióxido y trióxido de azufre, ácido sulfúrico, sulfatos, etc Derivados oxigenados de nitrógeno (monóxido y dióxido de nitrógeno, ácido nítrico y nítrico). Monóxido y dióxido de carbono Otros contaminantes inorgánicos (derivados del plomo, amoníaco, cloro, cloruros, ácido fluorhídrico, fluoruros, etc) Hidrocarburos (alifáticos saturados o no, cíclicos, aromáticos ligeros o policíclicos ). Aldehídos y cetonas (formaldehido, acroleína, acetona, etc.) Otros contaminantes orgánicos(alcoholes, hidrocarburos clorados, sulfuros , etc) y más generalmente sustancias aún mal definidas que son la base de malos olores Partículas de materia solida (polvos y humos) Partículas de materia líquida (nieblas de aceite, alquitrán, etc).


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4.3 MATERIAL PARTICULADO El material particuado (MP) es un conjunto de partículas sólidas y líquidas emitidas directamente al aire, tales como el hollín de diésel, polvo de vías, el polvo de la agricultura y las partículas resultantes de procesos productivos (Fang et al., 2003 citado por Arciniégas C, 2011). Según la normatividad colombiana, el MP no sedimenta en períodos cortos sino que permanece suspendido en el aire debido a su tamaño y densidad (Resolución 610 de 2010) (MAVDT, 2010). Estas partículas en suspensión (MP) son una compleja mezcla de productos químicos y/o elementos biológicos, como metales, sales, materiales carbonosos, orgánicos volátiles, compuestos volátiles (COV), hidrocarburos

aromáticos policíclicos (HAP) y

endotoxinas que pueden interactuar entre sí formando otros compuestos (Billet et al., 2007 citado por Arciniégas C , 2011). Debido a que son de tamaño, forma y composición variada, para su identificación se han clasificado en términos de su diámetro aerodinámico que corresponde al diámetro de una esfera uniforme en unidad de densidad que alcanza la misma velocidad terminal de asentamiento que la partícula de interés y que está determinado por la forma y densidad de la partícula. De acuerdo a esto, pueden ser clasificadas como finas y gruesas (García, 2002; Bell et al., 20 04 citado por Arciniégas C, 2011), como se presenta en la Figura 1. Figura N° 1. Distribución típica de las partículas en la atmósfera donde se muestran las partículas finas y las gruesas.

Fuente: Arciniégas C, 2011 CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO

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Otros autores afirman que el diámetro de las partículas atmosféricas en suspensión, varía desde nanómetros (nm) hasta decenas de micras (μm). Generalmente se identifican diferentes rangos de tamaños de partícula denominados “modas”, que están relacionados en su mayoría con el

mecanismo de formación de las partículas: nucleación, Aitken, acumulación y moda gruesa (Arciniégas C, 2011), como se presenta en la Figura 2. Figura N° 2. Distribución del número de partículas en función del diámetro

Fuente: Arciniégas C, 2011 Estas partículas pueden variar su tamaño y composición a través de varios procesos como el vapor de condensación, la evaporación, la

coagulación a través de las colisiones del

movimiento browniano por la hidrodinámica y fuerzas gravitacionales o eléctricas (Fang et al., 2006 citado por Arciniégas C, 2011). El material particulado posee una amplia gama de propiedades morfológicas, químicas, físicas y termodinámicas Este es emitido a la atmósfera producto de diferentes actividades, tanto naturales como antropogénicas.


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4.4 FUENTES EMISORAS DE CONTAMINANTES DEL AIRE. Según Ávila (1996, citado por Gallegos 2010), las fuentes contaminantes de la atmósfera se pueden clasificar de la manera siguiente: 4.4.1 Fuentes naturales: Son los elementos naturales del ambiente que emiten contaminación al aire debido a la actividad volcánica y biológica, incendios, generación de gases en los pantanos, tormentas, fermentaciones, etc. 4.4.2 Fuentes artificiales o antropogénicos: Son los elementos antropogénicos que emiten contaminación al aire; estas fuentes se dividen a su vez en: a) Fuentes puntuales: son las grandes empresas industriales o de servicios que por su magnitud se consideran de forma individual: ingenios, cementeras, fundidoras, etc. b) Fuentes de área: son las pequeñas empresas industriales o de servicios que son consideradas en grupos: tortillerías, panaderías, restaurantes, etc. c) Fuentes móviles: cualquier máquina, aparato o dispositivo como automóviles, barcos, aviones, etc. d) Fuentes lineales: son fuentes con longitudes prolongadas donde hay emisiones constantes como: bandas transportadoras o vías del ferrocarril.

4.5 LA INDUSTRIA DE CEMENTOS EN EL PERÚ “La empresa Cementos Lima S.A es el líder es líder de este subsector con el 46% del

mercado.”(PRODUCE, Sf ) Las emisiones a la atmósfera, procedentes de fuentes puntuales o difusas, constituyen uno de los principales aspectos ambientales de la industria del cemento. CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO

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La principal emisión en la fabricación de cemento es el material particulado. Este material no es tóxico (minerales no metálicos) y está compuesto por los mismos elementos que forman los suelos donde se ubican las canteras. (PRODUCE, Sf) Las fuentes de partículas en una planta de cemento incluyen: 

transferencia/ transporte de materia prima de la cantera a la planta de cemento,



triturado,

  

transferencia/transporte de materiales en la planta, pilas de almacenamiento de materias primas, molido y mezclado (en proceso seco únicamente),



proceso pirolítico de producción de clinker,



pilas de almacenamiento de clinker,



molienda final del producto,



silos de almacenamiento,



instalaciones de descarga y empaque y



tráfico de vehículos en la planta.

En general todas estas fuentes son fundamentalmente o tienen asociado un componente de emisiones fugitivas. La mayor fuente de partículas dentro de las plantas de cemento está en el proceso pirolítico, que incluye las chimeneas del horno y del enfriador de Clinker. Normalmente, el polvo del horno está constituido básicamente por el crudo molido que no es tóxico (minerales no metálicos, compuestos por los mismo elementos que forman los suelos donde se ubican las canteras), es recolectado y regresado al sistema. Muchas veces, el contenido de álcalis y volátiles en la materia prima restringe la cantidad de polvo que se puede reciclar. Para superar esto, algunos hornos cuentan con sistemas de desvío de gases para recirculación, by pass para álcalis o cloro, con chimenea de salida separada.


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Figura N° 3. Diagrama de Flujo Básico de Proceso de Cemento

Fuente: PRODUCE, Sf. 4.5.1 Naturaleza y características de las emisiones en cementeras: La operación industrial cementera produce impactos en la calidad del aire de zonas inmediatas o alejadas de las distintas fuentes de emisión existentes. Se han determinado dos tipos de fuentes de emisiones contaminantes en la operación, las cuales son:


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•

Fuentes Fijas (chimeneas de los hornos): Estas producen un impacto en zonas

relativamente alejadas del punto de emisión. • Fuentes Difusas (tránsito, movimiento de materiales): Estas producen impactos en las

áreas inmediatas a los puntos de emisión (Produce, Sf) Las principales fuentes y el tipo de emisiones asociadas son las siguientes: Tabla N° 2. Principales Fuentes de Emisión y Tipos FUENTES

EMISIONES

Chancado, Pre homogenización, Pre calentamiento, Horno y Enfriador de clinker

Partículas (caliza, clinker y hollín) Gases de combustión

Molienda final, transporte, embolsado y despacho.

Partículas (polvo)

Fuente: PRODUCE, Sf

4.5.2. Cementos Lima Cementos Lima S.A. es la mayor y más importante empresa productora de cemento del Perú. Sus actividades están orientadas a destacar como una organización industrial altamente eficiente y socialmente útil, modelo de una institución de progreso. Se encuentra ubicada en el sitio de Atocongo que pertenece políticamente al distrito de villa María del Triunfo , provincia y departamento de lima; geográficamente está en la Costa y dentro de la cuenca del río Lurín. El área está delimitada dentro de las coordenadas UTM N8 649 000 a 8654 5000 y E 291 000 a 294 250 y alcanza una altitud promedio de 370 msnm. La superficie aproximada es de 108 Has.(Carrillo Rosario,2009)


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Figura N°4. Ubicación de la planta Cementos Lima

Fuente: elaboración propia Cementos Lima p roduce cemento embolsado (cemento Portland Tipo I marca “Sol” y cemento Portland Tipo IP marca “Atlas”), que representa un 73.0% de la participación de las ventas; y

cemento a granel (cemento Portland Tipo I, IP, II y V), que constituye el 27.0% restante. Enfoca sus esfuerzos en mejoras tecnológicas y capacidades de sus colaboradores, con el objetivo de mitigar el impacto sus operaciones en el medio ambiente. ( Cementos Lima , 2010) Cementos Lima S.A. es la primera empresa cementera del Perú en obtener la certificación ISO 9001 : 2000 para su Sistema de Gestión de la Calidad, el cual abarca desde la fabricación y


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venta de clínker y cementos, hasta la carga y descarga de naves a través de sus instalaciones portuarias en Conchán. (1)1 Todas las actividades de la empresa cuentan con el respaldo de certificaciones internacionales, como: 

ISO 9001, junio 2003.



Business Alliance for Secure Commerce (BASC)



Protección de Buques e Instalaciones Portuarias (PBIP): julio 2004.



En Proceso de certificación OSHAS 18001 y el ISO 14001.

En el proceso de producción, el principal contaminante es el material particulado producido en la fabricación del cemento en los Hornos I y II, sus niveles de material particulado son relativamente bajos ya que cuenta con sistemas de control para la reducción de emisiones de material particul ado como multiciclones, ﬁltros de mangas, colectores, captadores por sistemas de nieblas, precipitadores electrostáticos, etc. (Cementos Lima, 2010) 

Procesos de producción del Cemento:

1. Extracción de la Caliza en la Cantera 

Perforación y voladura



Carguío y acarreo

2. Reducción del Tamaño de la Caliza y su Homogenización 

Chancado primario



Chancado secundario y separación



Zarandas



Pre-homogeneización



Molienda y homogeneización.

3. Obtención del Clínker

1

Citado de http:// www.cementoslima.com.pe CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO - 13-



Precalentamiento



Clinkerización



Enfriamiento

4. Obtención del Cemento 

Molienda.: (a) Molinos de bolas, (b) Prensa de rodillos

5. Envase y Despacho del Cemento 2 FiguraN°5: Proceso de producción de cemento en la empresa Cementos Lima

Fuente : Cementos lima

2

Información de http:// www.cementoslima.com.pe CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO - 14-

4.6. MARCO LEGAL El Decreto Ley Nº 25831, Ley Orgánica del MITINCI, señala entre sus funciones la de proponer políticas y normas de protección del medio ambiente y recursos naturales, en lo que concierne a las actividades industriales y turísticas. De conformidad con el Decreto Legislativo Ley Nº 613, Código del Medio Ambiente y los Recursos Naturales, y el Decreto Legislativo Nº 757, Ley Marco para el Crecimiento de la Inversión Privada, el MITINCI es la autoridad sectorial competente para la protección y conservación del medio ambiente, en lo referente a la actividad industrial y turística. El Decreto Supremo Nº 003-2002-PRODUCE (04/Oct/02) determina los Límites Máximos Permisibles para la industria de cemento en el Perú. Tabla N° 3. Límites Máximos Permisibles para la industria cementera en el Perú.

Fuente: Decreto Supremo Nº 003-2002-PRODUCE (04/Oct/02). La emisión de material particulado (MP) por horno (EH) es el promedio ponderado de las emisiones de la totalidad de las chimeneas de cada horno, y se calcula con la siguiente ecuación:

EH = (∑ CiQi )/ ∑Qi Donde: EH = Emisión combinada de la línea de producción, en mg/m 3 Ci =

Concentración de la chimenea “i”, en mg/m3

Qi =

Flujo de gases de la chimenea “i”, en m3/seg

i

= Número de chimenea


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4.7 DETERMINACIÓN DEPARTÍCULAS . Crespo, 2007 clasifica los métodos para la determinación de partículas de la siguiente manera: 4.7.1 MÉTODOS EXTRACTIVOS.

a) Métodos extractivos manuales. Las partículas son extraídas de la chimenea mediante un equipo de muestreo, quedando recogidas en un filtro, impactadores de cascada o en otro sistema adecuado (por ejemplo ciclones, estos equipos retienen las partículas provocando un cambio brusco en la velocidad y dirección de la corriente gaseosa). La muestra debe ser extraída isocinéticamente. Es decir a la misma velocidad que la de salida por la chimenea. b) Métodos extractivos instrumentales. La muestra se extrae y se analiza fuera de la chimenea. Pueden ser: i) Atenuación de radiación β. Se basan en medir la disminución de la intensidad que sufre una radiación emitida por una fuente de baja actividad, al atravesar un filtro, antes y después de ser depositada sobre su superficie una muestra de partículas extraída de la chimenea. ii) Ópticos electrónicos. Se basan en medir la disminución de la intensidad de la luz que atraviesa un cristal, sometido a los humos de la chimenea durante un período de tiempo determinado, antes y después de su limpieza. iii) Ópticos visuales. La medida de emisión partículas cuando estas provienen exclusivamente de proceso de combustión (humos de combustión) se pueden realizar por comparación visual de la muestra con una escala arbitraria preestablecida. Existen dos sistemas diferentes:


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

Escala Ringelmann.

Consiste en 6 patrones de comparación que van desde el blanco total al negro absoluto. Están realizados trazando sobre una cartulina, rejillas en color negro que ocupan el 0, 20, 40, 60, 80 y 100 % de la superficie. El color de la emisión se compara visualmente de forma repetida con los diversos patrones. Los resultados se promedian, de forma que al final se obtiene un resultado expresado en unidades Ringelmann o en porcentaje. 

Escala Bacharach.

Esta posee 10 patrones distintos, numerados del 0 al 9. El número de identificación se orresponde con una reducción de la luz incidente del 10 %. El aparato empleado para la toma de muestras es una especie de bomba de aspiración, que succiona los gases, pasando éstos a través de un papel de filtro colocado transversalmente, sobre el que se forma una mancha que posteriormente se compara con la escala de patrones, obteniéndose el resultado por similitud de la mancha. 4.7.2 MÉTODOS NO EXTRACTIVOS. a) Métodos no extractivos instrumentales. Son métodos instrumentales. Uno de los más empleados en la actualidad es el método de luz difusa. En el proceso de luz difusa, la luz modulada, procedente de una lámpara halógena, se convierte en un haz cónico de luz mediante un sistema óptico de emisión. Este haz ilumina las partículas en la chimenea. La luz difusa reflejada por estas partículas será registrada por un sistema óptico de recepción dentro de un volumen de medición establecido y se transmite al sensor óptico. Este sensor convierte la luz difusa en señal proporcional a la intensidad de la luz. La intensidad de la luz difusa es proporcional a la concentración de partículas en la chimenea. b) Métodos de medida a distancia. La medida se realiza sobre el penacho una vez fuera del conducto de emisión. Se basan en medir la atenuación sufrida por un impulso de luz láser que se hace incidir sobre la pluma del penacho (LIDAR). Estos equipos permiten realizar un seguimiento de la evolución del penacho. CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO

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Los equipos son voluminosos, caros, complicados y requieren de personal especializado para interpretar y efectuar las medidas. 4.7.3 INTEGRACIÓN DE LOS SISTEMAS DE MEDICIÓN. Dependiendo de la entidad del foco y actividad industrial objeto de las mediciones, legislación aplicable, objetivos perseguidos, sensibilidad del entorno etc., es común la integración de mediciones periódicas con equipos portátiles – manuales o automáticos- (normalmente utilizadas por las Entidades de Inspección) y las técnicas de medida en continuo fijas (implantadas en la propia actividad industrial). Igualmente cada vez es más frecuente que los datos obtenidos en las mediciones periódicas y sobre todo por los equipos de medición en continuo en Emisión se reciban en los centros de control de la actividad junto con otros proporcionados por equipos de medición en Calidad del Aire y meteorológicos, de forma que permita evaluar la incidencia de la actividad sobre el medio ambiente atmosférico de una forma conjunta. Con un mayor alcance, cada vez más Administraciones públicas (C.C.A.A), están integrando en tiempo real los datos de emisión de las principales actividades industriales de su ámbito geográfico en su sistema de vigilancia de la contaminación de la atmósfera cara a abordar la problemática de forma más global y eficaz posible. ( Crespo, E. 2007) Tabla N° 4. Metodologias y equipos para monitoreo de emisiones de partículas en la industria cementera en el Perú PARAMETROS Partículas

METODO METODO 5 EPA METODO 17 EPA AP-42

EQUIPOS determinación de Muestreador emisión de Isocinetico partículas de fuentes estacionarias cuando no sea factible aplicar los métodos 5 y 17 EPA

Fuente: PRODUCE 2002 4.8. EQUIPOS PARA MEDICIÓN DE MATERIAL PARTICULADO Los equipos utilizados para la medición de material particulado, succionan una cantidad medible de aire ambiente hacia una caja de muestreo a través de un filtro, durante un periodo CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO

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de tiempo conocido, generalmente 24 horas. El filtro es pesado antes y después para determinar el peso neto ganado. El volumen total de aire muestreado se determina a partir de la velocidad promedio de flujo y el tiempo de muestreo. La concentración total de partículas en el aire ambiente se calcula como la masa recolectada dividida por el volumen de aire muestreado, ajustado a las condiciones de referencia. Existen dos muestreadores de este tipo que se diferencian en su controlador de flujo, pueden ser de sistema MFC (controlador de flujo de tipo másico) o VFC (controlador de flujo de tipo volumétrico) (MAVDT, 2010 citado por Arciniégas C, 2011).

4.8.1 MUESTREO DE LAS EMISIONES DE MATERIAL PARTICULADO EN FUENTES FIJAS El material particulado es succionado isocinéticamente de la fuente y colectado sobre un filtro de fibra de vidrio que se mantiene a una temperatura de 120 ± 14 °C. El material particulado, que incluye cualquier material que se condensa a la temperatura de filtración, es determinada gravimétricamente después de la remoción del agua no combinada. Ya que la definición de material particulado no es consistente en todos los casos, el material particulado colectado podría obtenerse al pesar: (1) el filtro, (2) la sonda, (3) los burbujeadores, y (4) el solvente de extracción para permitir el ajuste de la determinación de material particulado para ser consistente con la regulación aplicable. (Echeverri C, 2006)

4.8.1.1 MUESTREO ISOCINÉTICO Simplemente, el muestreo isocinético significa que la velocidad con la que entra el gas de chimenea en una tobera de muestreo, es igual a la velocidad del gas de chimenea que fluye a través de la tobera (la succión de la muestra se hace a la misma velocidad con la que los gases salen por el ducto), siguiendo los Métodos EPA (Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos) y la legislación ambiental local aplicable. (Carranza, R. 2011.)


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Figura N°6. Esquema Monitoreo Isocinético

Fuente: (Carranza, R. 2011.)

4.8.1.2. DESCRIPCIÓN DEL MUESTREADOR ISOCINÉTICO El equipo isocinético está compuesto por cinco (5) partes: Figura N°7. Equipo isocinético

Fuente: (Carranza, R. 2011.) a) La Consola: La Consola es la estación de control del operador que supervisa la velocidad y temperatura del gas de la chimenea, temperaturas de operación del monitoreo y el caudal de toma de muestra. • Manómetro de columna dual • Válvulas de control de flujo de la muestra CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO

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• El contador de gas seco • Mandos eléctricos.

b) Bomba de vacío: • La bomba • Las mangueras de unión rápida.

c) Sonda ensamblada: • Sonda • El calentador de la sonda • Tubo pitot “s” • Termocupla • Boquilla de muestreo.

d) La Caja Modular De la muestra: La Caja Modular de la Muestra es usada para el soporte, la protección y el control de las temperaturas de la cristalería en el tren de muestreo; esta se divide en dos compartimientos aislados térmicamente (La caja caliente y la caja fría) • Caja caliente (Filtro para recolectar el MP) • Caja fría (Cristalería o Impinger)

e) El Cordón Umbilical: Incluye todas las líneas eléctricas y neumáticas que llevan la información a la consola de muestreo.

4.8.2.1SELECCIÓN DEL DIÁMETRO DE LA BOQUILLA DE MUESTREO. La selección del diámetro de la boquilla es una decisión muy importante en el muestreo isocinético, ya que el área de la boquilla afecta fuertemente la velocidad de muestreo. Generalmente, los equipos de muestreo para emisiones incluyen un set de varias boquillas intercambiables con diámetros de 3, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12, 14 y 15 mm (ver figura N° 6).


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Figura N°8. Boquilla de muestreo

Fuente: (Carranza, R. 2011.) De este set, la mejor boquilla es aquella que permite el isocinetismo (velocidad del gas en la boquilla de muestreo igual a la velocidad del gas en la chimenea) a un caudal de muestreo aproximadamente igual al caudal de diseño óptimo (0.0212 m3/min). Para seleccionar el diámetro ideal de la boquilla se requiere efectuar un recorrido preliminar, este consiste en medir los siguientes parámetros: 

Presión de velocidad en cada punto



Temperatura del gas en la chimenea en cada punto.



Presión estática.



Presión barométrica.



Asumir o determinar el porcentaje de humedad.



Con los datos del recorrido preliminar, se determina el diámetro ideal de la boquilla para el muestreo:

En la cual

 =  607.[11−] √ ∆̅

Dn = Diámetro de la boquilla, mm. Qm = Caudal a través del medidor de gas seco, normalmente 0.0212 m 3/min. CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO

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Pm = Presión absoluta en el medidor de gas seco, mm Hg. Tm = Temperatura media en el medidor de gas seco, K. C p = Coeficiente del tubo de pitot. Bws = Fracción volumétrica de vapor de agua en la corriente gaseosa. Ts = Temperatura media del gas en la chimenea, K. Ms = Masa molar del gas en la chimenea, g/mol.

̅∆

Ps = Presión absoluta en la chimenea, mm Hg. = Presión de velocidad promedio del gas en la chimenea, mm H 2O

La presión absoluta en la chimenea se puede hallar con la ecuación 5, sin embargo, para ahorrar tiempo se puede asumir igual a la presión atmosférica. De igual forma, la presión absoluta y la temperatura promedio en el medidor de gas seco se pueden asumir iguales a la presión atmosférica y a la temperatura ambiente respectivamente, ya que la seleccionar el diámetro ideal de la boquilla es el primer paso para la realización del muestreo isocinético. El valor entregado por la ecuación anterior se deberá aproximar al diámetro de la boquilla existente o disponible más cercano; generalmente se aproxima a la boquilla existente menor. El procedimiento para seleccionar el diámetro ideal de la boquilla descrito arriba es para muestreadores de chimenea manuales. Para muestreadores automáticos se deben seguir las instrucciones del menú. (Echeverri C, 2006). 4.9 MODELO DE DISPERSIÓN GAUSSIANO Este tipo de modelo es usado en los casos en los que el transporte de sustancias puede ser descrito exitosamente utilizando una distribución gaussiano, normalmente se usa para simular la dispersión de los contaminantes emitidos por chimeneas, presentes en plantas térmicas, carboneras, entre otras.(Lozano,2012) 4.9.1 FUNDAMENTACIÓN

Este modelo describe a través de una formula simple el campo tridimensional de concentraciones generado por una fuente puntual en condiciones meteorológicas y de emisión estacionarias. A medida que un penacho progresa en la dirección del viento, el modelo gaussiano supone que el perfil de concentración por mezcla turbulenta adquiere una distribución gaussiano. Si la condición atmosférica es neutra, entonces se desarrollara un penacho en forma CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO

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de cono. La concentración en la línea central del penacho será máxima a una distancia cercana del foco emisor y disminuirá en la dirección viento abajo.

Donde 

U es la rapidez del viento



Q es la tasa de emisión



G es la curva de Gauss normalizada en el plano, esto es, el plano perpendicular a la dirección del viento, x. La distribución de Gauss en la dirección lateral se describe por la expresión:

A medida que la distancia viento abajo se incrementa, la concentración máxima en la línea central disminuye ya que el penacho se ensancha en las direcciones z e y. El penacho gaussiano que es transportado en la dirección positiva del eje x puede ser expresado, en general como:

Finalmente:


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

C(x,y,z): concentración en



Q : cantidad de contaminante emitido por unidad de tiempo

 

un punto cualquiera (g/s),

u: es la velocidad del viento O 2z O 2y: coeficientes de dispersión turbulenta que dependen de la clase de

estabilidad y de la distancia al foco en la dirección del viento, x . La columna de humo emitida por la chimenea se eleva hasta cierta altura efectiva, H, que es la suma de la altura de la chimenea, h, mas el ascenso,



h, debido al momento inicial del humo

así como a la diferencia de temperaturas entre el gas saliente y el aire que le rodea. A partir de H efectiva de la columna de humo se mueve horizontalmente en la dirección del viento (dirección x) con velocidad u y se dispersa en las direcciones perpendiculares a este, y y z. (y = horizontal, z = vertical). La dispersión en el plano yz se debe principalmente a la turbulencia atmosférica y puede calcularse como una distribución gaussiana, el suelo se trata como una superficie plana que no absorbe contaminante.(Arazate,2004) El significado de las variables se muestra en el esquema siguiente: Figura N° 9. Un modelo de dispersión con la fuente virtual a una altura efectiva , H, de la chimenea

Fuente: Arzate, 2004 CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO

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V. MATERIALES Y MÉTODOS 5.1 MATERIALES: 

Datos anuales de emisiones de material particulado en el periodo del 2004-2012 de la empresa Cementos Lima.SA.



Datos anuales de emisiones de material particulado en el periodo del 2007-2009 de la empresa UNILAND.



Datos anuales de emisiones de material particulado en el periodo del 2008-2012 de la empresa CEMEX_España.



LMPs del Sector cemento, cerveza, curtiembre y papel.



Información meteorológica (Temperatura, Velocidad del viento)



Datos de la fuente de emisión(Velocidad de emisión, radio de la chimenea, temperatura de emisión y altura de la chimenea)



Programa PLUMAJ



Programa SURFER

5.2 METODOS: 1. Análisis de la variación multianual de emisiones de material particulado de la empresa Cementos lima 

Se recolectaron los datos de emisiones anuales de material particulado de los informes de sostenibilidad que la empresa Cementos Lima publica anualmente. (anexo1)



Los datos obtenidos se graficaron en un hoja de cálculo y se comparó con la normativa nacional.

2. Comparación entre las emisiones de material particulado de cementos Lima y otras industrias cementeras extranjeras.


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

Se recolectaron los datos de emisiones anuales de material particulado de los informes ambientales de 2 empresas cementeras españolas, CEMEX-España y UNILAND. (anexo1)



Se procesaron los datos en EXCEL y se comparó con los resultados obtenidos de las emisiones de material particulado de Cementos Lima.

3. Análisis de la distribución de material particulado emitido por Cementos Lima 

Se ejecuta el Programa Plumaj, se ingresan los datos para la grilla, información meteorológica y datos de la fuente de emisión(Ver anexo 2)

 

Importar los datos obtenidos de plumaj al programa Surfer 8.0 El programa (Surfer 8.0) representará gráficamente la dispersión horizontal y transversal del material particulado.


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VI.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

1. Análisis de la variación multianual de emisiones de material particulado de la empresa Cementos lima. Grafico N°1: Variación anual de emisiones de material particulado de Cementos Lima (2005-2012).

LMP En Curso

LMP Nuevo

Fuente: Elaboración propia. En la gráfica se observa la variación anual de las emisiones de material particulado de la empresa Cementos Lima provenientes de sus dos principales focos de emisión, sus chimeneas I y II. Las líneas de color rojo representan los LMPs normados por el ministerio de producción para las industrias de cementos, cerveza, curtiembre y papel que entraron en vigencia en el 2002. (D.S. N. 003-2002-PRODUCE) Cabe resaltar que Cementos lima tiene diferentes focos de emisión, para el presente análisis se consideraron los HORNOS I y II.


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Puede observarse que en el periodo evaluado Cementos Lima ha cumplido con la normativa ambiental, esto se debe principalmente que la empresa tiene una política ambiental en la cual se compromete a minimizar los impactos que dicha empresa pudiera ocasionar al ambiente, por tal motivo Cementos Lima cuenta con un programa de monitoreo ambiental en el cual se realiza el muestreo isocinético de material particulado de las chimeneas tal como lo solicitan las normas nacionales correspondientes al sector. Además cuenta con un sistema de control para reducir el material particulado como multiciclones, filtros de mangas, colectores, captadores por sistemas de nieblas, precipitadores electrostáticos, etc. (Cementos Lima, 2009)

2. Comparación entre las emisiones de material particulado de cementos Lima y otras industrias cementeras extranjeras. Gráfico N° 2: Variación anual de emisiones de material particulado de CEMEX_España (2008-2012).

Fuente: Elaboración propia


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Gráfico N° 3: Variación anual de emisiones de material particulado de UNILAND (20072009)

Fuente: Elaboración propia. Gráfico N° 4: Gráficos comparativos entre las emisiones de Cementos Lima y dos empresas cementeras españolas (CEMEX y UNILAND)

Fuente: Elaboración propia En los gráficos N° 2 y 3 se muestras las variaciones de emisiones de material particulado de las empresas CEMEX y UNILAND. En el gráfico N° 4 se muestran dos gráficas en la cual se comparan el nivel de emisiones de las CEMEX y UNILAND de España y Cementos lima. Cada empresa en mención tiene varios focos de emisión, para realizar la comparación ente las empresas antes mencionadas CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO

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se ha considerado el foco que ha emitido una mayor concentración de material particulado para cada año. Como se observa en la gráfica las emisiones de material particulado de Cementos Lima supera ampliamente las emisiones de la industria cementera Española. Esto se debe principalmente a que la industria europea tiene una normativa ambiental más estricta en comparación con la peruana que tiene una política ambiental más reciente. Por tal motivo las empresas europeas, realizan mayores inversiones para aplicar tecnologías más respetuosas con el medio ambiente y mejora de la eficiencia energética, introduciendo energías alternativas. Esto se puede observar también en la normativa ambiental ya que en España el límite máximo permisible para las emisiones de material particulado en dicha industria es de 50mg/m 3 (UNILAND, 2009) y en Perú es de 150 mg/m 3. En el caso de las cementeras españolas, estas cuentan con hornos que disponen de analizadores automáticos en continuo para la determinación de partículas y estos están conectados on-line en una Red de Emisiones a la Atmosféricas, además, disponen de un sistema de alarmas que permite a los operadores actuar con tiempo suficiente para no superar los límites establecidos en la Autorización Ambiental, también cuentan con un sistema de filtros y para minimizar y controlar sus emisiones en cada uno de sus procesos. Cementos Lima también cuenta con filtros y sistemas para minimizar sus emisiones de material particulado y aunque no cuenta con un sistema automatizado de mediciones como en España no supera los límites establecidos en la normativa peruana. Sus emisiones en los últimos años han estado alrededor de 60 mg/m 3 muy por debajo de nuestra norma esto demuestra que aunque la norma peruana no sea tan estricta, Cementos Lima está comprometida con el medio ambiente.


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3. Análisis de la distribución de material particulado emitido por Cementos Lima Figura N° 10. Dispersión de material particulado del HORNOI

Fuente: elaboración propia Los contaminantes de material particulado se han desplazado en el eje transversal del viento 2000m , el transporte vientos abajo traslado la pluma 400m de la fuente .La mayor concentración se ubica en el núcleo con 19mg/m3. Figura N° 11. Dispersión de material particulado del HORNOII

Fuente: elaboración propia


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Los contaminantes de material particulado se han desplazado en el eje transversal del viento 500m , el transporte vientos abajo traslado la pluma 150 m de la fuente .La mayor concentración se ubica en el núcleo con 5 mg/m3 Figura N° 12. Superposición de la dispersión de dos fuente de emisión ( HORNOI y II)

Fuente: elaboración propia Esta gráfica presenta la superposición de las 2 dispersiones anteriores anteriores. La grafica del Honro I se observa mayor concentración después de los 800m , mientras que en HornoII, después de los 150m , esto es porque el Horno I tiene una mayor velocidad de emisión que la del HornoII. Por la predominancia de los vientos del Sur , se podría tener un efecto negativo al área que se encuentra en los alrededores de la empresa Cementos Lima , en la dirección Norte, ya que los contaminantes son llevados en esa dirección , las cual es la Urbanización virgen de Lourdes.


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Figura N° 13. Ubicación de la empresa Cementos Lima

Fuente: elaboración propia Se observa que las concentraciones de material particulado no sobrepasan el LMP, por lo que no podrían mostrar un efecto negativo sobre el ECA., por lo cual no podrían afectar negativamente a la zona aledaña de la fuente, es decir las concentraciones que llegan a la Urbanización Virgen de Lourdes, se encuentran por debajo de los valores que podrían afectar la salud de la población. La concentración de material particulado por debajo de los LMP puede deberse a que empresa viene trabajando en la reducción de emisiones con respecto a la eficiencia de la producción, para la reducción de emisiones, por lo cual esta posee multiciclones, ﬁltros de mangas, colectores para la disminución de emisión de material particulado. Cabe mencionar no se ha considerado la topografía del zona, por lo cual el el transporte de las emisiones puede sufrir ciertos desvíos en su trayectoria ya que existe un cerro al norte de la fábrica de cementos (entre el punto de emisión y la Urbanización Virgen de Lourdes ) o puede evitar que se dispersen, aumentando la concentración media en el área que pertenece a la fábrica, lo que modificaría las concentraciones medias registradas según el modelo. CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO

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VII.

CONCLUSIONES

En la industria cementera uno de los principales contaminantes atmosféricos durante el proceso de producción es el material particulado, en el caso de Cementos Lima sus principales focos de emisión son sus dos chimeneas I y II. En el periodo evaluado (2004-2012) Cementos Lima ha cumplido con la normativa ambiental emitiendo en los últimos años al. Rededor de 60mg/m 3. En comparación con la industria cementera española, Cementos Lima supera ampliamente las emisiones de material particulado de las industrias CEMEX y UNILAND. La normativa ambiental española en cuanto a Límites máximos de emisión de material particulado es más exigente que la nacional. Las características topográficas del suelo de la zona y la extracción de material de las canteras pueden significar aumentos en la concentración media del material particulado. El HornoI obtuvo mayor concentración a una distancia de 800m de la fuente , mientras que el Horno II , después de los 150m. Las concentraciones de dispersión tanto del Horno I como del Horno II , se encuentran por debajo de los valores limites. La condición de estabilidad e inestabilidad atmosférica influyeron en la concentración y dispersión del contaminante


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VIII. RECOMENDACIONES

Se deben realizar más estudios acerca de emisiones material particulado en la industria cementera para poder actualizar lo normativa a la realidad nacional e incentivar a la industria nacional a encaminarse cada vez más a los estándares internacionales que muestran más afinidad con el medio ambiente. Actualmente las industrias cementeras no hacen mediciones de emisiones de PM.10 y PM 2.5 debido a que la normativa no lo exige, por lo cual se recomienda realizar estudios de estos parámetros para conocer el efecto y grado de afectación que podría causar a la salud de la población. Realizar estudios de la composición del material ´particulado emitido de la industria cementera para determinar el posible grado de toxicidad de estos.


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IX.



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





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PRODUCE (Ministerio de Producción, PE).2002. Protocolo de Emisiones Atmosféricas. Lima, PE. 25p.



UNILAND. 2009. Declaración ambiental 2009. Cataluña. ES.


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ANEXO I

Emisiones anuales de material particulado de las empresas analizadas (mg/m3) CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO

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Cementos Lima Años 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

HORNO I HOTNO II 129 41 3.24 21.9 25.6 23.6 60.3 47.5 29.6 7.2 6.7 8.6 31.09 3.45 59.6 6.8

CEMEX-España

2008 2009 2010 2011 2012

FOCO 1N FOCO 2N FOCO 2 FOCO 3 17.6 20.4 34.9 12.7 20 11.9 32.2 19.2 17.16 17.16 13.99 12.06 24.44 24.44 3.06 6.2 13.4 13.4 6.2 0.9

UNILAND molino de Separador Molino carbón molino X molino XI XIII XIII horno VI horno VII 2007 17.5 9.2 21.3 3.7 0.4 3.9 8.5 2008 8.6 3.2 7.6 0.1 0.1 0.3 15.2 2009 10.5 0.6 8.4 0.1 0.1 1.7 14.6


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ANEXO II


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

Información para la grilla

Para la información de la grilla se necesita el dato de la altitud media de la empresa Cementos Lima, esta es 370msnm 3, se coloca el valor 1 ya que el área de dispersión urbana, se tomó un número total de 50 puntos y los demás datos se encuentran a continuación: Número total de puntos de la grilla Área de dispersión (urbana (1), rural llano y abierto (2)) Altitud media de la zona de ubicación del área de estudio Espaciamiento de la grilla en la dirección x Espaciamiento de la grilla en la dirección y Espaciamiento de la grilla en la dirección z Número de puntos de la grilla en el eje x Número de puntos de la grilla en el eje y Número de puntos de la grilla en el eje z 

50 1 370msnm Δx=200m Δy=100m Δz=10m

50 50 2

Información referente a la fuente de emisión

Los datos anuales de las concentraciones de material particulado para esta información fueron obtenidos del Informe de sostenibilidad de la empresa Cementos Lima desde el 20052012, de los cuales se tomó el máximo valor de concentración de material particulado tanto para el Horno I como el Horno II, para suponer la situación más desfavorable que pueda producir un impacto negativo al medio ambiente. Los datos de chimeneas se obtuvieron de una empresa consultora contratada por la compañía de Cementos Lima 4, los responsables del área de seguridad y Medio Ambiente de la planta de Cementos Lima facilitaron la información sobre la estructura de las chimeneas (altura y ratio) y el nivel de emisión (velocidad de emisión y temperatura,). El nivel de emisión de las fuentes varía mínimamente puesto que siempre se les administra el mismo tiempo y cantidad de combustible y opera las 24 horas del día a su máxima capacidad. 5 

Información meteorológica

3

Carrillo Vásquez Evaluación de la Eficiencia de Modelos de Dispersión de Contaminantes Atmosféricos de una Fuente Puntual.. Pag 50 4 Ibid pag 87 5 Ibid pag 86 CARACTERISTICAS, MONITOREO Y VARIACION TEMPORAL DE LA EMISION PUNTUAL DE MATERIAL PARTICULADO - 42-

MONITOREO DE EMISIONES- FUENTES FIJAS

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