UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN
FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL
MODELAMIENTO DE GASES – LADRILLERAS ARTESANALES
LADRILLERAS ARTESANALES
La producción artesanal de ladrillos es una actividad que desde hace años brinda empleos a miles de familias , sin embargo es también una fábrica de contaminación que afecta el medio ambiente y deteriora la salud, por lo que monitoreo de los gases y determinación resulta una herramienta indispensable para conocer la calidad del aire atmosférico.
2017
MODELAMIENTO DE GASES – LADRILLERAS ARTESANALES
INDICE
MODELAMIENTO DE GASES – LADRILLERAS ARTESANALES
RESUMEN La fabricación de ladrillos, tejas y otros productos de arcilla cocidos de forma artesanal, se ha convertido en un problema ecológico en muchas ciudades de nuestro país, debido al tipo de combustibles que se utilizan para la cocción de esos productos: leña, llantas, madera, plásticos o textiles, entre otros, al ser quemados, emiten una gran cantidad de gases a la atmósfera, como monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, bióxido de azufre y partículas sólidas. Por ello es prioritario atender el problema de las fuentes emisoras de estos gases y, a la vez, mejorar las condiciones de fabricación de los fabricantes, ya que de esta actividad dependen numerosas familias. Se requieren, pues, otros combustibles que puedan cubrir los requerimientos de energía necesarios para la cocción de los productos y que sustituyan a los que hasta ahora se han empleado para la elaboración de ladrillos. La gran mayoría de ladrilleras de micro y pequeño tamaño presentan un alto grado de informalidad y utilizan técnicas artesanales para la fabricación de sus productos. La planta de fabricación está representada básicamente por el horno y un espacio de terreno como patio de labranza. Las ladrilleras artesanales emplean hornos fijos de fuego directo, techo abierto y tiro ascendente para la cocción también denominada quemado o simplemente quema de ladrillos. El presente trabajo se aborda la temática de la contaminación atmosférica y se considera la concentración de contaminantes como un indicador ambiental, por lo tanto su monitoreo y determinación resulta una herramienta indispensable para conocer la calidad del aire atmosférico y diseñar estrategias de lucha contra la polución. Los modelos de calidad de aire son utilizados para simular los procesos físicos y químicos de la atmosfera.
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INTRODUCCION La contaminación es un problema ambiental que afecta a todo el planeta de manera preocupante. Las sustancias químicas contaminantes presentes en la atmosfera producen un efecto nocivo en seres vivientes o en el ambiente. La contaminación gaseosa está compuesta por material particulado, compuestos volátiles y gases como dióxido y monóxido de carbono, dióxido de azufre , óxido nitroso y otros producidos por procesos industriales. Las normas y quías para los contaminantes son recomendados por la Organización Mundial de la Salud (OMS) y los países se adaptan a ellas. Los modelos de calidad de aire usan técnicas matemáticas y numéricas para simular los procesos físicos y químicos que afectan a los contaminantes cuando se dispersan y reaccionan en la atmosfera, Los modelos de dispersión de contaminantes resuelven ecuaciones de difusión en forma aproximada y obtienen resultados muy rápidamente. Tal es el caso del modelo de dispersión gaussiano, el cual considera que el penacho de contaminantes emitidos por una chimenea sigue la distribución gaussiana perpendicular al movimiento convectivo principal. La ecuación de difusión gaussiana relaciona los niveles de inmisión en un punto con la cantidad de contaminantes vertidos a la atmosfera desde un foco emisor , teniendo en cuenta las condiciones de emisión de gases y las características climáticas y topográficas del medio receptor. Se debe considerar que el viento, la humedad ,la temperatura y las precipitaciones tienen un papel importante en el aumento o disminución de la contaminación. La industria ladrillera sigue empleando para la manufactura de sus productos, combustibles altamente contaminantes como llantas, aceites gastados, residuos industriales y casi cualquier material orgánico de desecho, que generan multitud de contaminantes, afectando el aire, cuerpos de agua y suelo; constituyendo además un problema social y de salud .La industria arequipeña debe transformarse en uno de los principales motores del crecimiento económico en el corto y mediano plazo, progresando hacia una industria con mayor valor agregado, y aumentando la productividad y la eficiencia de las empresas manufactureras. De este modo, será posible competir con más éxito en los mercados internacionales y con las importaciones en el mercado interno.
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL: o
Identificar los agentes contaminantes por humo de producción de ladrillo , los graves efectos que ocasiona el deterioro del medio ambiente y daño en salud de la población , considerando los métodos de prevención, control y eliminación de las sustancias contaminantes como el humo , para tener los elementos necesarios en la solución de la problemática de Salud Publica ambiental en el área de estudio.
OBJETIVOS ESPECÍFICO: o
o
o
o
Identificar y establecer la metodología para el modelamiento de los gases emitidos durante los procesos en ladrilleras artesanales de Arequipa. Identificar los efectos que se producen en la salud de la población del departamento de Arequipa. Identificar cada uno de los contaminantes que se generan a través de la cocción del ladrillo del departamento de Arequipa. Realizar una propuesta para contrarrestar la contaminación que se generan por la cocción del ladrillo a través de los humos generados durante la combustión.
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JUSTIFICACION, IMPORTANCIA Y LIMITACIONES I.
JUSTIFICACION: Las ladrilleras de artesanales, de micro y pequeño tamaño, aplican técnicas artesanales con hornos de baja eficiencia. Esta es compensada mediante el uso de combustibles de alto poder calorífico y bajo precio, como llantas usadas , aceite quemado de vehículos, etc. Estos combustibles son , al mismo tiempo altamente contaminantes , lo que convierte a esta actividad en una fuente de contaminación que afecta tanto la calidad de aire de la ciudad , como las poblaciones cercanas de los propios trabajadores.
I.
IMPORTANCIA: Las empresas ladrilleras pueden lograr mejoras su proceso productivo mediante la prevención de la contaminación a través de la producción más eficiente. La prevención de la contaminación implica reconocer que la generación de cierto volumen de contaminantes es una evidencia de proceso de fabricación ineficiente y económicamente mal manejado, que afectan negativamente la rentabilidad de la empresa y su capacidad para cumplir con las regulaciones ambientales. Durante una gestión basada en el principio de prevención de la contaminación, se atacan las causas fundamentales de la contaminación ambiental en su origen. Su objetivo es manejar todos los insumos del proceso de fabricación tales como materias primas, energía y agua, capital y conocimientos sobre los procesos de producción, de tal manera que se maximice la productividad, calidad y eficiencia, y a la vez se reduzca la generación de contaminantes y subproductos hasta el menor grado económica y técnicamente posible . Por esto, es de suma importancia estimar los riesgos ambientales ocasionados por estas industrias y proponer alternativas de solución, para reducir los daños ocasionados al ambiente y por ende a los seres humanos, plantas y animales.
II.
LIMITACIONES:
MODELAMIENTO DE GASES – LADRILLERAS ARTESANALES Las ladrilleras artesanales se desenvuelven en un ambiente caracterizado principalmente por:
Alta generación de contaminantes producto de la utilización de combustibles de alto poder calorífico y bajo precio, como llantas usadas , aceite quemado de vehículos, etc.
Informalidad
Economía precaria
Inseguridad en el trabajo
Resistencia al cambio
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MARCO TEORICO I.
ANTECEDENTES:
El Programa Regional Aire Limpio – PRAL durante la primera y segunda fase, tanto en Arequipa y Cusco promovió la elaboración, consulta pública y aprobación de los planes locales A Limpiar el Aire; así mismo impulso el inicio de la implementación de algunas de las medidas priorizadas tales como el monitoreo de la calidad del aire, estudios para el ordenamiento del transporte y mejoramiento tecnológico de las ladrilleras artesanales. Actualmente, la contaminación generada por las plantas de fabricación de ladrillos en Arequipa constituye la segunda fuente de contaminación más importante, después del parque automotor. Las plantas de fabricación de ladrillos están constituidas , básicamente , por el horno y un patio de labranza o tendal donde el artesano prepara los ladrillos crudos. Se levantan generalmente en zonas periurbanas donde la materia prima abunda, o las condiciones climáticas , como el abundante viento y pocas lluvias , son favorables. Cada horno representa una fuente fija de emisiones atmosféricas, y las zonas donde se agrupan son fuentes de área. Los hornos de ladrilleras generan gases contaminantes y partículas que por las condiciones climáticas de la zona , como lo son los fuertes vientos , son llevados a las zonas urbanas.
II.
NORMATIVA LEGAL
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Figura 1: Contexto Legal
Figura 1: LMP’s propuestos para ladrilleras en el Perú
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III.
CONTEXTO GOEGRAFICO:
Un elemento importante para definir la problemática ambiental producida por las ladrilleras, es definir los límites geográficos del área que éste cubrirá. Esta área por lo general se define con base en los problemas de contaminación atmosférica que se presentan en una región. La industria ladrillera (ladrilleras mecanizadas e informales) constituyen en Arequipa la fuente de mayo remisión de contaminantes aportando el 42% del total de emisiones por fuentes estacionarias, tal como lo muestra la siguiente tabla con las emisiones que produce esta actividad.
Figura 2: Emisiones de fuentes estacionarias en ladrilleras FUENTE: Inventario de emisiones de Fuentes Estacionarias de Arequipa
En Arequipa existen 208 ladrilleras como lo muestra la Tabla 2, de tipo artesanal que emplean principalmente greda, cenicero y tierra como materias primas, alcanzando una producción promedio por ladrillera de 1973 Ton/año.
Figura 3: Cantidad de ladrilleras en Arequipa FUENTE: PRAL 2008
IV.
UBICACIÓN:
En la periferia de la ciudad pero dentro de su radio de influencia climática. Las ladrilleras del radio urbano han sido erradicadas. La mayoría de ladrilleras están ubicadas en el distrito de Socabaya y Mollebaya, donde los numerosos hornos están ubicados en largas filas de terrenos contiguos a todo lo largo de la pampa y parte delas quebradas aprovechando los taludes formados por ésta.
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Figura4: Porcentaje de ladrilleras Artesanales por distrito FUENTE: DIRPRODUCE 2008
V.
PROCESO DE FABRICACION:
MODELAMIENTO DE GASES – LADRILLERAS ARTESANALES Figura 5: Proceso de fabricación de ladrillo
VI.
MATERIALES UTILIZADOS PARA LA ELABORACION DE LADRILLOS:
A. Materias primas
Arcilla
La materia prima primordial en la elaboración de ladrillos es la arcilla, en Arequipa, esta se encuentra en canteras alejadas de los hornos por lo que tienen que pagar flete para poder utilizarla .La arcilla con la que se elabora los ladrillos es un material sedimentario de partículas muy pequeñas de silicatos hidratados de alúmina, además de otros minerales como elcaolín ,lamontmorillonita y laillita .Se considera el adobe como el precursor del ladrillo, puesto que se basa en el concepto de utilización de barro arcilloso para la ejecución de muros, aunque el adobe no experimenta los cambios físicoquímicos de la cocción.
Arena
Al igual que la arcilla, en Arequipa la arena es traída desde lugares alejados por no haber canteras cercanas, las fuentes más cercanas son el río Chili y las diferentes torrenteras de la ciudad y distritos aledaños.
Agua
En todos los casos de fabricación de ladrillos en Arequipa, el agua es comprada y abastecida mediante camiones cisternas. B. Combustibles:
Llantas usadas
El uso de llantas usadas está extendido en las ladrilleras artesanales ,principalmente por el costo y por el tiempo de cocción de los ladrillos que, de acuerdo a la manifestación es de los operarios, es de casi tres veces menor que con carbón de piedra. Mientras que con el uso de llantas usadas el tiempo de cocción y enfriamiento es entre 7 a 10días, en los hornos que usan carbón antracítico es de 20 a 30días. Cabe indicar que el carguío de ladrillos en el horno con carbón es 50%mayor ya que tiene otra distribución. Este material es el más contaminante de todos los usados como combustible puesto que su quema genera desde una elevada cantidad de partículas hasta humos altamente tóxicos de riesgo cancerígeno.
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Aceites usados
Este material es utilizado combinada con llantas usadas con ramas de eucalipto y viruta de madera.
Viruta de madera
Este material es utilizado combinada con llantas usadas y con ramas de eucalipto.
Leña de eucalipto
Se utiliza en Arequipa en forma de trozas o “rajas”, para iniciar el fuego y encender las briquetas de carbón.
Carbón de piedra
Se utiliza mayormente en las ladrilleras de Arequipa. En forma molida se agrega entre cada capa de ladrillos .En forma de briquetas se colocan en la parte baja de los hornos. Se arranca el horno primero con leña o con llantas para ayudar al encendido de las briquetas. Cabe mencionar que el uso de este material como combustible se ha iniciado hace poco tiempo debido a la campaña de las autoridades locales y sectoriales de Arequipa que han prohibido el uso de llantas; por la misma razón, la experiencia de uso por los operadores de horno es limitada.
VII. CONTAMINANTES GENERADOS: En el caso de estudio y durante las visitas a los hornos se identificaron como principales contaminantes:
Aceite quemado
Llantas Aserrín Partículas sólidas (ceniza) Gases tóxicos emanados a la atmósfera tales como: Dióxido de carbono Dióxido de azufre Monóxido de carbono Óxidos de nitrógeno Ácido sulfhídrico Ácido sulfúrico
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Figura 6: Actividades que generan contaminación
A. TIPOS DE CONTAMINANTES
La materia prima para la fabricación de ladrillos no contiene elementos contaminantes porque está constituida básicamente por arcilla con agua y el proceso de cocción consiste en eliminar el exceso de agua de la masa de ladrillo cruda hasta el punto de sintonización de la arcilla donde comienzan los cambios químicos de sus componentes para darle las características de compactación y resistencia. La industria ladrillera emplea para la manufactura de sus productos combustibles altamente contaminantes como llantas, aceites gastados, madera, aserrín, residuos industriales y material orgánico de desecho; Es por eso que los agentes contaminantes de las emisiones gaseosas de este sector productivo son casi en su totalidad los que están presentes en el combustible que se utiliza para la cocción, cuyos componentes son los siguientes: SO2 NO2 Aceites y grasas Partículas solidas (barro ò arcilla) H2SO4 H2S
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IIX METODOLOGIA TIPO DE FUENTE Descripción del tipo de horno que emplean
Los hornos son del tipo artesanal de fuego directo, de geometría rectangular, de tiro natural y abierto a la atmósfera. El material de construcción de los hornos es ladrillo y arcilla sin recubrimiento Producción mensual
Realizan un promedio de 1 quemas al mes, cada quema 30 000 ladrillos. Elaboración de los ladrillos en forma artesanal
La manufactura del ladrillo es manual no existe la utilización de equipos ni maquinarias. La arcilla proviene desde el Distrito de Polobaya a unos 15 Km. de la ubicación de las fábricas. La tierra del distrito de Pocsi y el agua es transportada mediante cisternas y vendida a los productores de ladrillos. Tipos de combustibles que emplean en la quema de ladrillos.
En el sector utilizan los siguientes combustibles: a) Carbón mineral.
El carbón de procedencia del Departamento de la Libertad. Es vertido entre los ladrillos crudos, a su vez el carbón es utilizado como insumo para la fabricación de briquetas. b) Leña.
La leña en rajas es utilizada para encender las briquetas y posteriormente al carbón vertido entre los ladrillos. Proceso de encendido del horno En el horno tiene canales que atraviesan la base, con la finalidad de permitir colocar las briquetas de carbón, que son ubicadas una sobre otra y de forma especial a manera de castillos, posteriormente se colocan los ladrillos crudos por capas y entre las capas de ladrillos se vierte el carbón que posteriormente coccionaran a los ladrillos. Por debajo de los canales se alimenta de trozos de leña que encenderán las briquetas y estas a su vez al carbón vertido en los ladrillos.
DETERMINACION DE FACTORES DE EMISIÓN Se tiene que determinar los factores de emisión nacionales o locales propios bajo el criterio de máximo ajuste a la realidad local los factores de emisión aplicados fueron seleccionados de las propuestas por la agenda de protección ambiental de los estados unidos (EPA) Los factores de emisión a ser tomados en cuenta son los contaminantes
MODELAMIENTO DE GASES – LADRILLERAS ARTESANALES Producidos por contaminantes de combustión de la leña (g/kg) y el factor de emis ión para ladrillo quemado sobre la experimentación local que es de 63.8 (g/ladrillo) de emisión total
Las emisiones totales de las ladrilleras se estiman aplicando las siguientes formulas
Las estimaciones individuales de los contaminantes de la combustión se calculan con la siguiente ecuación
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ESTIMACION DE LAS EMISIONES ATMOSFERICAS 1) Ubicación topografía y meteorología 2) Calculo de emisiones
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BIBLIOGRAFIA
http://tesis.unsm.edu.pe/jspui/bitstream/11458/492/1/Impacto%20ambiental%20produc ci%C3%B3n%20Ladrillos.pdf – Proyecto de investigación “IMPACTO AMBIENTAL PRODUCIDO POR LA FABRICACION DE LADRILLOAS EN EL VALLE DE ALTO MAYO-SAN
MARTIN”
http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/6359/1/UPS-CT002924.pdf - PROYECTO DE TESIS “ANALISIS COMPARATIVO DE LA CONTAMINACION ATMOSFERICA PRODUCIDA POR LA COMBUESTION EN LADRILLERAS ARTESANALES UTILIZANDO TRES TIPOS DE
COMBUSTIBLES”
http://www.redladrilleras.net/apps/manual_ccac/pdf/es/Peru_RM-102-2010PRODUCE.pdf - GUIA DE BUENAS PRACTICAS PARA LADRILLERAS ARTESANALES
http://www.redladrilleras.net/assets/files/fb27f168113ce59412e89faab27e4633.pdf ESTUDIO DIAGNOSTICO SOBRE LAS LADRLLERAS ARTESANALES EN EL PERU.
http://www.sinia.cl/1292/articles-52667_GuiaMInventarioEmisionesAtmosfericas2011.pdf - GUIA METODOLOGICA DE INVENTARIO DE EMISIONES ATMOSFERICAS.
http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/NTP/Ficheros /301a400/ntp_329.pdf - GUIAS DE BUENAS PRACTICAS – MODELOS DE DISPERCION DE GASES Y VAPORES EN LA ATMOSFERA
https://es.scribd.com/doc/313236690/Contaminacion-Por-Ladrillera-Artesanal-enArequipa - PROYECTO E TESIS “CONTAMINACION AMBIENTAL PRODUCIDO POR LAS
LADRILLERAS INFORMALES EN LA CIUDAD DE AREQUIPA”
https://es.scribd.com/doc/133044441/problematica-ambiental-ladrilleras-arequipa-docx -
PROYECTO DE TESIS “PROBLEMÁTICA AMBIENTAL PRODUCIDA PR LADRILLLERAS INFORMALES EN LA CIUDAD DE AREQUIPA”
