Plumas en Chimeneas: Pluma de Atrapamiento.
Control de la Contaminación Atmosférica. Aracely Aguilar Ortiz 08130193 Marisol Quezada Hernández 08130200 Ana Cecilia Sánchez Hidrogo 08130201
Chimenea: La chimenea a menudo se usa como un símbolo de la contaminación del aire. Es una estructura que se ve comúnmente en la mayoría de industrias. Una chimenea dispersa los contaminantes antes de que lleguen a las poblaciones. Generalmente se diseñan teniendo en cuenta a la comunidad circundante. Mientras más alta sea la chimenea, mayor será la probabilidad de que los contaminantes se dispersen y diluyan antes de afectar a las poblaciones vecinas.
Pluma: • A la emanación visible de una chimenea se le denomina pluma. • La altura de la pluma está determinada por la velocidad y empuje de los gases que salen por la chimenea. A menudo, se añade energía calórica a los gases para aumentar la altura de la pluma. Las fuerzas naturales hacen que la pluma tenga velocidad vertical, como sucede con el humo de las chimeneas residenciales.
• Mientras más corta sea la chimenea, mayor será la probabilidad de que la pluma esté afectada por la "cavidad" formada por el edificio próximo a la chimenea. A medida que aumenta la altura de la chimenea, la pluma se aleja del edificio. • La forma y la dirección de la pluma también dependen de las fuerzas verticales y horizontales de la atmósfera. Como se mencionó anteriormente, la pluma está afectada por las condiciones atmosféricas. Las condiciones inestables en la atmósfera producirán una pluma "ondulante", mientras que las estables harán que la pluma sea "recta".
Características generales de las plumas de las chimeneas: • La dispersión de los contaminantes se efectúa por medio de dos mecanismos generales: La velocidad promedio del viento, Turbulencia atmosférica. • El efecto de la primera es transportar los contaminantes desde la fuente en la dirección del viento. • La segunda hace que los contaminantes fluctúen de la concentración de la corriente principal en las direcciones verticales y transversales del viento. Debido a las variaciones de la turbulencia, las formas geométricas generales de las plumas de gas emitidas de las chimeneas son muy diferentes.
Elevación de la Pluma: • A medida que los gases de escape turbulentos son emitidos por la pluma, se mezclan con el aire del ambiente. Esta mezcla del aire ambiental en la pluma se denomina arrastre. • Durante el arrastre en el aire, la pluma aumenta su diámetro. Al entrar en la atmósfera, estos gases tienen un momentum. Muchas veces se calientan y se vuelven más cálidos que el aire externo. En estos casos, los gases emitidos son menos densos que el aire exterior y, por lo tanto, flotantes. • La combinación del momentum y la flotabilidad de los gases hace que estos se eleven. Este fenómeno, conocido como elevación de la pluma, permite que los contaminantes emitidos al aire en esta corriente de gas se eleven a una altura mayor en la atmósfera. Al estar en una capa atmosférica más alta y más alejada del suelo, la pluma experimentará una mayor dispersión antes de llegar a este.
• La altura final de la pluma, conocida como altura efectiva de chimenea (H), es la suma de la altura física de la chimenea (hs) y la elevación de la pluma (∆h). • La elevación de la pluma depende de las características físicas de la chimenea y del efluente (gas de chimenea). La diferencia de temperatura entre el gas de la chimenea (Ts) y el aire ambiental (Ta) determina la densidad de la pluma, que influye en su elevación. • Además, la velocidad de los gases de la chimenea, que es una función del diámetro de la chimenea y de la tasa volumétrica del flujo de los gases de escape, determina el momentum de la pluma.
Pluma de Atrapamiento: • Cuando existe inversión tanto por debajo como por encima de la altura de la chimenea. La dispersión de los contaminantes está severamente restringida a la capa entre las dos regiones estables, es decir, ocurre cuando el contaminante es emitido en una capa no estable de aire atrapado entre una capa de inversión y el suelo.
Inversión: • Una inversión se produce cuando la temperatura del aire aumenta con la altura. • Esta situación es muy común pero generalmente está confinada a una capa relativamente superficial. • Las plumas emitidas a las capas de aire que experimentan una inversión (capas invertidas) no se dispersan mucho al ser transportadas por el viento. • Las plumas emitidas por encima o por debajo de una capa invertida no penetran en ella sino que quedan entrampadas.
Tipos de inversiones: • La inversión por radiación es el tipo más común de inversión superficial y se produce con el enfriamiento acelerado de la superficie terrestre. • A medida que la Tierra se enfría, la capa de aire cercana a la superficie también lo hace. Si este aire se enfría a una temperatura menor que la del aire de la capa superior, se vuelve muy estable y la capa de aire cálido impide cualquier movimiento vertical. • Las inversiones por radiación generalmente se producen desde las horas finales de la tarde hasta las primeras de la mañana, con el cielo despejado y vientos calmados, cuando el efecto de enfriamiento es mayor.
• La inversión por subsidencia generalmente está asociada con los anticiclones (sistemas de alta presión). Se debe recordar que el aire de un anticiclón desciende y fluye hacia afuera con una rotación que sigue la dirección de las agujas del reloj. • Las inversiones por subsidencia tienen una duración relativamente larga. Cuando un anticiclón se estanca, los contaminantes emitidos dentro de la capa de mezcla no se pueden diluir. Como resultado, es probable que las concentraciones de contaminantes se eleven durante algunos días.
• La inversión frontal relacionada tanto con los frentes fríos como con los cálidos. El aire cálido desplaza al frío, de modo que se produce una circulación vertical mínima en la capa de aire frío más cercana a la superficie. La fuerza de la inversión depende de la diferencia de temperatura entre las dos masas de aire. Como los frentes se mueven horizontalmente, los efectos de la inversión generalmente duran poco y la falta de movimiento vertical suele compensarse con los vientos relacionados con el paso frontal. • Sin embargo, cuando los frentes se vuelven estacionarios, las condiciones de inversión pueden prolongarse.
• Las inversiones por advección están relacionadas con el flujo horizontal del aire cálido. Cuando este se mueve sobre una superficie fría, los procesos de conducción y convección enfrían el aire más cercano a la superficie y conducen a una inversión basada en la superficie. • Otro tipo de inversión por advección se produce cuando el aire cálido es impulsado sobre la parte superior de una capa de aire frío.
