www.iplacex.cl

1.

QUÍMICA AMBIENTAL

UNIDAD Nº I

Elementos que componen el medio ambiente: Aire

www.iplacex.cl 2

SEMANA 1

1. DEFINICIONES

Atmósfera: Es la envoltura gaseosa que rodea la tierra.

Clima: Se define como las condiciones meteorológicas medias durante un período de tiempo prolongado., es decir, es el promedio del estado del tiempo y abarca períodos de tiempo prolongados (ejemplo: 30 años).

Calentamiento global: Fenómenos que hace referencia al calentamiento del planeta, sobre la base de la temperatura en toda la superficie de la tierra. La causa principal es el aumento de la concentración de gases de efecto invernadero, producido desde la revolución industrial o finales del siglo XVIII.

Cambio climático: Variación del estado del clima identificable (por ejemplo, mediante pruebas estadísticas) en las variaciones del valor medio y/o en la variabilidad de sus propiedades, que persiste durante largos períodos de tiempo, generalmente decenios o períodos más largos. El cambio climático puede deberse a procesos internos naturales o a forzamientos externos tales como modulaciones de los ciclos solares, erupciones volcánicas o cambios antropógenos persistentes de la composición de la atmósfera o del uso del suelo. La Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC), en su artículo 1, define el cambio climático como “cambio de clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana que altera la composición de la atmósfera global y que se suma a la variabilidad natural del clima observada durante períodos de tiempo comparables”. La CMNUCC diferencia, pues, entre el cambio climático atribuible a las actividades humanas que alteran la composición atmosférica y la variabilidad climática atribuible a causas naturales.

Capa de ozono: La estratosfera contiene una capa en que la concentración de ozono es máxima, denominada capa de ozono. Esta capa abarca aproximadamente desde los 12 km hasta los 40 km por encima de la superficie terrestre. La concentración de ozono alcanza un valor máximo entre los 20 km y los 25 km aproximadamente. Esta capa ha sido mermada por efecto de las emisiones humanas de compuestos de cloro y de bromo.

Efecto invernadero: Fenómeno que se origina porque la energía que llega del sol está formada por ondas de frecuencias altas que traspasan la atmósfera, sin mucha resistencia. La energía remitida hacia el exterior, desde la Tierra está formada por ondas de frecuencias más bajas, y es absorbida por los gases, produciendo el efecto invernadero. Esta retención de la energía hace que la temperatura aumente. En forma simple el efecto invernadero provoca que la energía que llega a la Tierra sea devuelta más lentamente, por lo que es mantenida más tiempo junto a la superficie elevando la temperatura (Bolin et al., 1986).

www.iplacex.cl 3

SEMANA 1

Estratósfera: Estratosfera Región de la atmósfera abundantemente estratificada, situada sobre la troposfera, que abarca desde los 10 km (9 km en latitudes altas y 16 km en los trópicos, en promedio) hasta los 50 km de altitud.

Forzamiento (o efecto) radiativo debido a interacciones aerosol radiación: Forzamiento radiativo (o efecto radiativo, si la perturbación se genera internamente) de una perturbación por un aerosol debido directamente a interacciones aerosol-radiación, permaneciendo inalteradas todas las demás variables ambientales. Tradicionalmente se conoce en la literatura científica como forzamiento (o efecto) directo por aerosol.

Gases del efecto invernadero (GEI): Los gases en la atmósfera que absorben la radiación infrarroja procedente de la Tierra o radiación saliente. Destacan dióxido de carbono, el vapor de agua, el óxido nitroso, el metano y el ozono.

Lluvia ácida: El término lluvia ácida comprende tanto a la precipitación, depósito, deposición, depositación húmeda de sustancias ácidas disueltas en el agua lluvia, nieve y granizo, como a la precipitación o depositación seca, por la cual los aerosoles o compuestos gaseosos ácidos son depositados como cenizas, hollín o como gases en el suelo, en las hojas de los árboles y en las superficies de los materiales. En realidad, estas partículas no tienen carácter ácido mientras están en la atmósfera, pero cuando entran en contacto con la neblina, el rocío o el agua superficial, se convierten en ácidos y tienen efectos similares a los de la precipitación húmeda.

Material particulado: Son partículas de diámetro menor o igual a 10 micrones (un micrón es la milésima parte de un milímetro). Por su tamaño, el MP10 es capaz de ingresar al sistema respiratorio del ser humano. Mientras menor sea el diámetro de estas partículas, mayor será el potencial daño en la salud. Podemos subdividir al Material Particulado en:

• Fracción gruesa: de 2,5 a 10 micrones. Puede llegar hasta los pulmones.

• Fracción fina: menor a 2,5 micrones. Puede ingresar hasta los alvéolos y luego a la sangre.

Mesósfera: Capa ubicada por encima de la Estratósfera, la cual culmina a unos 80 km de altitud donde la temperatura alcanza los -90°C.

Plan de descontaminación: Plan cuyo propósito es descontaminar, esto es, lograr el cumplimiento de los estándares establecidos en las normas de calidad ambiental cuando uno o más de tales estándares hayan sido vulnerados.

Plan de prevención: Plan que tiene por objeto prevenir que los índices de contaminación establecidos en las normas de calidad ambiental sean sobrepasados.

www.iplacex.cl 4

SEMANA 1

Protocolo de Kyoto: El Protocolo de Kyoto de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC) fue adoptado en 1997 en Kyoto, Japón, en el tercer período de sesiones de la Conferencia de las Partes (CP) de la CMNUCC. Contiene compromisos jurídicamente vinculantes, que vienen a sumarse a los contenidos en la CMNUCC. Los países señalados en el anexo B del Protocolo (la mayoría de los países de la Organización de Cooperación y Desarrollo Económicos, y los países de economía en transición) acordaron reducir, entre 2008 y 2012, sus emisiones antropógenas de gases de efecto invernadero (dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, hidrofluorocarbonos, perfluorocarbonos y hexafluoruro de azufre) en un 5% como mínimo respecto de los niveles de 1990. El Protocolo de Kyoto entró en vigor el 16 de febrero de 2005.

Protocolo de Montreal: El Protocolo de Montreal relativo a las sustancias que agotan la capa de ozono fue adoptado en Montreal en 1987, y posteriormente retocado y enmendado en Londres (1990), Copenhague (1992), Viena (1995), Montreal (1997) y Beijing (1999). Controla el consumo y la producción de sustancias químicas que contienen cloro y bromo y que destruyen el ozono estratosférico, como los clorofluorocarbonos, el metilcloroformo, el tetracloruro de carbono, y muchas otras.

Tiempo: Se define como el conjunto de fenómenos atmosféricos en un momento determinado. El tiempo varía en un espacio corto de tiempo (ejemplo: unos días, semanas o meses).

Tropósfera: Troposfera Parte inferior de la atmósfera, comprendida entre la superficie y unos 10 km de altitud en latitudes medias (variando, en promedio, entre 9 km en latitudes altas y 16 km en los trópicos), donde se encuentran las nubes y se producen los fenómenos “meteorológicos”. En la troposfera, las temperaturas suelen disminuir con la altura. Véase también Estratosfera.

Zona latente: Aquella en que la medición de la concentración de contaminantes en el aire, agua o suelo se sitúa entre el 80% y el 100% del valor de la respectiva norma de calidad ambiental.

Zona saturada: Aquella en que una o más normas de calidad ambiental se encuentran sobrepasadas.

1.1. Aire

1.1.1. Definición de Aire

El aire es el resultado de la mezcla de gases que componen la atmósfera terrestre y que gracias a la fuerza de gravedad se encuentran sujetos al planeta tierra. El aire así como sucede con el agua, es un elemento fundamental y esencial para asegurar la continuidad de la vida en el planeta.

www.iplacex.cl 5

SEMANA 1

1.1.2 Composición del aire

Su composición es sumamente delicada y las proporciones de las sustancias que lo integran resultan ser variables: nitrógeno (78,08%), oxígeno (20,95%) sumado a cantidades variables de vapor de agua (varía entre 0 a 4%), ozono, dióxido de carbono, hidrógeno y gases nobles como pueden ser el criptón o el argón (ver figura 1). La Atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea la Tierra. La atmósfera seca está compuesta casi enteramente por nitrógeno (coeficiente de mezcla volumétrico: 78,1%) y oxígeno (coeficiente de mezcla volumétrico: 20,95%), más cierto número de gases traza, como argón, helio y ciertos gases de efecto invernadero radiativamente activos como dióxido de carbono y ozono. Además, la atmósfera contiene vapor de agua, que es también un gas de efecto invernadero, en cantidades muy variables aunque, por lo general, con un coeficiente de mezcla volumétrico de 1%. La atmósfera contiene también nubes y aerosoles. Dependiendo de la altitud, temperatura y composición del aire, la atmósfera terrestre está dividida en cuatro capas tropósfera, estratósfera, mesósfera y termósfera. Cuanto más alto nos encontremos menor peso o presión tendrá el aire que respiramos. El aire que se encuentra en la troposfera es el que interviene directamente en el proceso de respiración de los seres vivos. Además en esta capa que abarca 7 km de altura en los polos y de 12 km en los trópicos se ubican las nubes y el vapor de agua, por lo cual es la capa en la cual se producen todos los fenómenos atmosféricos que dan origen al clima. Y un poco más arriba de ésta, aproximadamente a unos 25 km, nos encontramos con la estratosfera, que es en la cual se encuentra alojada la capa de ozono que protege a la tierra de la radiación ultravioleta.

1.2. Química de la atmósfera

La composición química de la atmósfera es importante por varias razones, pero principalmente por las interacciones entre la atmósfera y los seres vivos. La composición de la atmósfera de la Tierra ha estado cambiando a causa de la actividad humana y algunos de estos cambios son perjudiciales para el bienestar humano, los cultivos y los ecosistemas. Es así como, la química de la atmósfera es una rama de las ciencias en la que se estudian los procesos químicos que tienen lugar en la atmósfera de la Tierra y de otros planetas. Dichos procesos se caracterizan por la enorme dilución de las sustancias presentes en dicho espacio y por la influencia de las radiaciones presentes sobre dichas sustancias.

Algunos ejemplos de temas que han sido estudiados por la química de la atmósfera son la lluvia ácida, el smog fotoquímico y el calentamiento global. La

www.iplacex.cl 6

SEMANA 1

química atmosférica trata de entender las causas de estos problemas y, tras obtener una comprensión teórica de los mismos, encontrar soluciones posibles que puedan ser comprobadas y evaluar los efectos de los cambios en las políticas gubernamentales.

Figura 1. Composición química de la atmósfera.

Nota: la concentración de CO2 y CH4 varían con la estación meteorológica, y con el lugar geográfico.

La masa molar media del aire es 28.97 g/mol

1.2.1 Procesos químicos en la tropósfera

La tropósfera es la región inferior de la atmósfera y en ella tienen lugar algunos procesos básicos como:

a) Oxidación de NO

2NO + O2 → 2NO2

b) Oxidación por ozono

NO = + O3 → NO2 + O2

c) Fotolisis NO2

NO2 + hv → NO + O

d) Formación de ozono

O + O2 + M → O3 + M*

e) Oxidación de CO con OH

O3 + hv → O2 + O

O + H2O → 2OH

www.iplacex.cl 7

SEMANA 1

CO + OH → CO2 + H

H + O2 + M → HOO + M

CO + OH + O2 → CO2 + HOO

El radical HOO genera O3

HOO + NO → NO2 + OH

NO2 + hv → NO + O

O + O2 + M → O3 + M*

Reacción global: CO + 2O2 + hv → CO2 + O3

f) Formación del radical NO3: A partir del radical OH· se forman los ácidos nítrico y nitroso

O2 + N2 → NO

O2 + 2NO → 2NO2

2NO2 (g) + H2O (l) →HNO3 (aq) + HNO2 (aq)

3NO2 + H2O (l) → HNO3 (aq) + NO

Además, óxidos de azufre

S + O2 → SO2

SO2 + OH + O2 +H2O → HOO + H2SO4 (aq)

g) Oxidación de hidrocarburos: Metano

CH4 + OH → CH3 + H2O

CH3 + O2 + M → CH3OO + M

CH3OO + NO → CH3O + NO2

CH3O + O2 → HCHO + HOO

Se genera el radical OH

HOO + NO → NO2 + OH

HCHO + HO → HCO + H2O

HCO + O2 → HOO + CO

CO + 2O2 + hv → CO2 + O3

www.iplacex.cl 8

SEMANA 1

1.2.2 Cambios antropogénicos en la atmósfera: cambio climático

Influencia antropogénica sobre el clima

Esta sección aborda el principal impulsor antropogénico del cambio climático, es decir, el aumento en la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera.

El efecto invernadero natural forma parte de un sistema equilibrado de transferencia y transformación de energía en la atmósfera, la superficie de la tierra y los océanos. El clima terrestre permanece estable en gran medida, porque la cantidad de energía que recibe la Tierra es equivalente a la que desprende (el balance energético está equilibrado). Sin embargo, hay factores que han provocado cambios notables en el sistema climático.

Desde principios del siglo XX, los científicos han venido observando un cambio en el clima que no puede atribuirse únicamente a alguna de las influencias “naturales” del pasado. Este cambio en el clima, también denominado “calentamiento global”, ha ocurrido más rápido que cualquier otro cambio climático del que se hay tenido constancia. La causa principal del calentamiento global es el aumento de la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera que se ha producido desde la Revolución industrial, a finales del siglo XVIII. Como consecuencia del aumento de los gases que absorben y emiten radiación térmica, se retiene más calor en la atmósfera y, por consiguiente, aumenta la temperatura media global de la superficie. El aumento de la temperatura también tiene otras repercusiones sobre el sistema climático antropogénico (provocado por la acción del hombre).

La adición de más gases de efecto invernadero, como el CO2, a la atmósfera, intensifica el efecto invernadero y por tanto, calienta el clima de la tierra. El grado de calentamiento depende de varios mecanismos de retro-efecto. Por ejemplo, a medida que la atmósfera se calienta debido a los niveles crecientes de gases de efecto invernadero, la concentración de vapor de agua se incrementa, lo que provoca que se intensifique aún más el efecto invernadero. Esto, a su vez, causa un mayor calentamiento, que trae consigo un incremento adicional del vapor de agua, en un ciclo de auto-reforzamiento. Este retro-efecto de vapor de agua puede ser lo suficientemente fuerte como para casi duplicar el aumento del efecto invernadero, debido únicamente al CO2, que se ha añadido.

El cambio climático tiene un impacto sobre casi todos los aspectos de nuestras vidas. Nuestros ecosistemas sufren la pérdida de la biodiversidad y del hábitat, y los sistemas humanos, como la salud, se verán afectados negativamente, por ejemplo mediante la propagación de vectores de enfermedades, como los mosquitos. El cambio climático también nos obliga a reconsiderar nuestros sistemas urbanos (entre otros, el transporte y los edificios) y el modo es que desarrollamos nuestra actividad económica (incluidas las oportunidades de negocios verdes). Los efectos sobre el cambio climático también pueden provocar conflictos u obligar a las personas a migrar (por ejemplo, desde las zonas costera

www.iplacex.cl 9

SEMANA 1

bajas). En resumen el cambio climático tiene impacto sobre los ecosistemas biodiversidad, almacenamiento de carbono, hábitats, etc.; en los sistemas humanos como la agricultura, agua dulce, salud, etc., en los sistemas urbanos como transportes, edificios, estilo de vida, etc.; en los sistemas económicos como en la energía, fabricación, industrias que utilizan capital natural, etc. y en sistemas sociales como en la equidad, la migración, el paz y los conflictos.

1.3 Fuentes y tipos de contaminantes atmosféricos

1.3.1 Definición de contaminación atmosférica Se entiende por contaminación atmosférica a la presencia en el aire de materias o formas de energía que impliquen riesgo, daño o molestia grave para las personas y bienes de cualquier naturaleza1. Los principales mecanismos de contaminación atmosférica son los procesos industriales que implican combustión, tanto en industrias como en automóviles y calefacciones residenciales, y que generen dióxido y monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y azufre, entre otros contaminantes. Igualmente, algunas industrias emiten gases nocivos en sus procesos productivos, como cloro o hidrocarburos que no han realizado combustión completa. La contaminación atmosférica puede tener carácter local, cuando los efectos ligados al foco se sufren en las inmediaciones del mismo, o mundial, cuando por las características del contaminante, se ve afectado el equilibrio del planeta y zonas alejadas a las que contienen los focos emisores.

1.3.2 Contaminantes atmosféricos primarios y secundarios

Los contaminantes primarios son los que se emiten directamente a la atmósfera desde su fuente de emisión como el dióxido de azufre (SO2), que daña directamente la vegetación y es irritante para los pulmones.

Los contaminantes secundarios Los contaminantes secundarios se producen como consecuencia de las transformaciones y reacciones químicas y físicas que sufren los contaminantes primarios en el seno de la atmósfera, distinguiéndose, sobre todo, la contaminación fotoquímica y la acidificación del medio. Son importantes contaminantes secundarios el ácido sulfúrico (H2SO4) que se forma por la oxidación del SO2, el dióxido de nitrógeno NO2, que se forma al oxidarse el contaminante primario NO y el ozono (O3), que se forma a partir del oxígeno (O2).

Ambos contaminantes, primarios y secundarios pueden depositarse en la superficie de la tierra por precipitación, deposición seca o húmeda e impactar en determinados receptores, como personas, animales, ecosistemas acuáticos, bosques, cosechas y materiales.

www.iplacex.cl 10

SEMANA 1

Figura 2

Las características de los principales contaminantes químicos y sus fuentes más importantes

PM10: Partículas con un diámetro inferior a 10 µm Figura 2. Descripción de los principales contaminantes atmosféricos y sus fuentes de

emisión

1.3.3. Principales tipos de contaminantes del aire

a) Contaminantes gaseosos: En ambientes exteriores e interiores los vapores y contaminantes gaseosos aparecen en diferentes concentraciones, siendo los más comunes el dióxido de carbono, el monóxido de carbono, los hidrocarburos, los óxidos de nitrógeno, los óxidos de azufre y el ozono. Diferentes fuentes producen estos compuestos químicos pero la principal fuente artificial es la quema de combustible fósil. La contaminación del aire interior es producida por el consumo de tabaco, el uso de ciertos materiales de construcción, productos de limpieza y muebles del hogar. El tipo más comúnmente reconocido de contaminación del aire es la niebla tóxica (smog), generalmente referida a una condición producida por la acción de la luz solar sobre los gases de escape de automotores y fábricas, edificios, casas, etc.

b) Los aerosoles (sólidos y líquidos): Suspensión de partículas sólidas o líquidas presentes en el aire, de tamaño comprendido entre unos pocos nanómetros y 10 μm, que permanecen en la atmósfera durante varias horas o más. Los aerosoles pueden ser de origen natural o antropógeno. Pueden influir en el clima directamente, dispersando y absorbiendo radiación (véase Interacción aerosol-radiación), e indirectamente, actuando como núcleos de condensación de nube o núcleos de hielo o modificando las propiedades ópticas y el período de vida de las nubes (véase Interacción aerosol-nube). Cuando se respira el polvo, ésta puede irritar y dañar los pulmones con lo cual se producen problemas

www.iplacex.cl 11

SEMANA 1

respiratorios. Las partículas finas se inhalan de manera fácil profundamente dentro de los pulmones donde se pueden absorber en el torrente sanguíneo o permanecer arraigadas por períodos prolongados de tiempo.

1.3.4 Gases contaminantes de la atmósfera

Los principales gases involucrados en la contaminación atmosférica son:

a) Monóxido de carbono: Es uno de los productos de la combustión incompleta de material orgánico. Es peligroso para las personas y los animales, puesto que se fija en la hemoglobina de la sangre, impidiendo el transporte de oxígeno en el organismo. Es considerado uno de los mayores contaminantes de la atmósfera terrestre, y uno de los mayores problemas ambientales de América Latina1, 2. Las principales fuentes productores de este contaminante son los automóviles que utilizan como combustible gasolina o diésel; los procesos industriales; los incendios forestales y urbanos y la incineración de materia orgánica. Los vehículos motorizados y los proceso industriales son responsables de aproximadamente 80% de las emisiones de monóxido de carbono a la atmósfera1, 3.

b) Dióxido de carbono: Es el gas de efecto invernadero más importante (contribuye aproximadamente al 64% del forzamiento radiactivo total ocasionado por los GEI de larga duración). La mitad del CO2 emitido por la actividad humana es absorbido por la biosfera y los océanos. La cantidad restante permanece en la atmósfera durante cientos o miles de años. Asimismo, la concentración de CO2 en la atmósfera está aumentando de forma constante debido al uso de combustibles fósiles como fuente de energía, así como la deforestación, la degradación forestal y la producción de hierro y acero. Finalmente las emisiones de otros gases del efecto invernadero pueden calcularse en términos de emisiones en CO2 equivalentes.

Los niveles de CO2 en la atmósfera han aumentado de manera constante durante los últimos 200 años. Se cree que la concentración actual de CO2 es la mayor registrada en los últimos 800.000 años. Las concentraciones de este gas han aumentado aproximadamente 100 ppm (partes por millón) desde la Revolución Industrial y, en 2012, superaron el umbral simbólico de 400 ppm en varias estaciones de medición atmosférica.

c) Monóxido de nitrógeno: También llamado óxido de nitrógeno (NO) es un gas incoloro y poco soluble en agua que se produce por la quema de combustibles fósiles en el transporte y la industria. Además, constituye uno de los contaminantes de la atmósfera que forma parte de la lluvia ácida y en muy pequeñas cantidades. Al ser inestable, se oxida muy rápidamente convirtiéndose en dióxido de nitrógeno (NO2) y posteriormente en ácido nítrico (HNO3)

www.iplacex.cl 12

SEMANA 1

d) Dióxido de azufre: La principal fuente de emisión de dióxido de azufre a la atmósfera es la combustión del carbón que contiene azufre. El SO2 resultante de la combustión del azufre se oxida y forma ácido sulfúrico (H2SO4), un componente de la llamada lluvia ácida que se forma cuando la humedad en el aire se combina con el óxido de nitrógeno o el dióxido de azufre emitido por fábricas, centrales eléctricas y automotores que queman carbón o aceite. Esta combinación química de gases con el vapor de agua forma el ácido sulfúrico y los ácidos nítricos, sustancias que caen en el suelo en forma de precipitación o lluvia ácida. Los contaminantes que pueden formar la lluvia ácida pueden recorrer grandes distancias y los vientos los trasladan miles de kilómetros antes de precipitarse con el rocío, la llovizna, o lluvia, el granizo, la nieve o la niebla normales del lugar, que se vuelven ácidos al combinarse con dichos gases residuales.

El SO2 también ataca a los materiales de construcción que suelen estar formados por minerales carbonatados, como la piedra caliza o el mármol, formando sustancias solubles en el agua y afectando a la integridad y la vida de los edificios o esculturas. Otro uso es como captador intermedio en la producción de ácido sulfúrico. En la industria de papel y pulpa, el dióxido de azufre se usa para producir otros químicos tales como dióxido de cloro e hiposulfato de sodio y se usa también en el blanqueamiento de pulpa. En el procesamiento de alimentos, el dióxido de azufre se usa para fumigar, preservar, blanquear y remojado. También se usa para reducir el cloro residual en agua potable, efluentes industriales y residuales tratados, como depurador de oxígeno, un selectivo solvente de extracción y como catalizador en procesos químicos. En la presencia de un catalizador (e.g compuestos de nitrógeno), el dióxido de azufre puede ser oxidado a ácido sulfúrico. Se da como un derivado durante la abrasión (combustión) de azufre que contiene compuestos orgánicos (e.g carbón).

e) Metano (CH4): Es el segundo gas de efecto invernadero más importante (contribuye aproximadamente al 18% del forzamiento radiativo total ocasionado por los GEI de larga duración). Este se forma cuando la materia orgánica se descompone en condiciones en que hay escasez de oxígeno, principalmente en los pantanos y en los arrozales de los países húmedos tropicales. Se estima que aproximadamente el 40% del metano emitido a la atmósfera procede de fuentes naturales y alrededor del 60% proviene de la actividad humana (ganadería, cultivo de arroz, explotación de combustibles fósiles, vertederos y la combustión de biomasa).

f) Ozono (O3): Es un constituyente natural de la atmósfera, pero cuando su concentración es superior a la normal se considera como un gas contaminante. Su concentración a nivel del mar, puede oscilar alrededor de 0,01 mg kg−1, pero cuando la contaminación debida a los gases de escape de los automóviles es elevada y la radiación solar es intensa, el nivel de ozono aumenta y puede llegar hasta 0,1 kg−1.

Las plantas pueden ser afectadas en su desarrollo por pequeñas concentraciones de ozono. El hombre también resulta afectado por el ozono a concentraciones

www.iplacex.cl 13

SEMANA 1

entre 0,05 y 0,1 mg kg−1, causándole irritación de las fosas nasales y garganta, así como sequedad de las mucosas de las vías respiratorias superiores.

g) Óxido nitroso (N2O): Es el tercer gas de efecto invernadero más importante (contribuye aproximadamente al 6% del reforzamiento radiativo total ocasionado por los GEI de larga duración), permaneciendo en la atmósfera 114 años. Además, se estima que las emisiones de óxido nitroso a la atmósfera proceden de fuentes naturales (alrededor del 60%) y antropogénicas (aproximadamente el 40%). Se le relaciona a la producción de fertilizantes y su utilización en la agricultura así como en diversos procesos industriales.

h) Gases fluorados: Gases compuestos por tres grupos principales: los hidrofluorocarbonos (HFC), perfluorocarbonos (PFC) y hexafluoruro de azufre (SF6). Su uso es principalmente refrigerante, así como para aire acondicionado, disolventes y la producción de aluminio y magnesio. Muchos gases fluorados tienen un potencial de calentamiento mundial (PCM) muy elevado en comparación con otros gases invernadero. Además, pueden tener una larga vida atmosférica que, en ocasiones, dura varios miles de años. Estos gases, se eliminan por la atmósfera únicamente cuando la luz solar los destruye en la capa más alta de la atmósfera.

Efectos humano y natural en el deterioro de la calidad de aire

La contaminación del aire se produce por toda sustancia no deseada que llega a la atmósfera y es uno de los principales problemas en la sociedad moderna. A pesar de que la contaminación del aire es generalmente un problema peor en las ciudades, los contaminantes afectan el aire en todos lugares.

La siguiente figura ilustra el importante impacto que ha tenido la actividad humana en el clima, mostrando la contribución de diferentes factores naturales y antropógenos al calentamiento observado, de aproximadamente 0,6°C desde 1951 (barra negra). La barra amarilla ilustra la influencia de los aerosoles (pequeñas partículas que se encuentran en la atmósfera), que tienen un efecto de forzamiento negativo (enfriamiento) sobre el clima. De hecho los aerosoles y su interacción con las nubes han compensado una parte sustancial del forzamiento positivo provocado por los GEI. No se deben confundir los aerosoles atmosféricos con los aerosoles en spray, que a menudo contienen GEI y por tanto, tienen un efecto de forzamiento radiativo positivo.

www.iplacex.cl 14

SEMANA 1

Figura 3 Influencia humana en la emisión de gases de efecto invernadero (año 2013)

Asimismo, algunos contaminantes provienen de fuentes naturales. Los incendios forestales también emiten partículas, gases y sustancias que se evaporan en la atmósfera, los denominados Compuestos Orgánicos Volátiles, también conocidos como COVs o VOCs, por sus siglas en inglés, (Volatile Organic Compounds). Estas son partículas de polvo ultra finas creadas por la erosión del suelo, que cuando el agua y las condiciones climáticas sueltan dichas capas aumentan los niveles de partículas en suspensión en la atmósfera. Además, los volcanes, por su parte, arrojan dióxido de azufre y cantidades importantes de roca de lava pulverizada conocida como cenizas volcánicas.

Finalmente, no olvidar que otro proceso natural es la generación de metano por procesos de pudrición de materia orgánica, el cual también daña la capa de ozono. Este puede acumularse en el subsuelo en altas concentraciones o mezclado con otros hidrocarburos formando como bolsas de gas natural.

Información adicional: El gas natural

El gas natural es el combustible fósil con menor impacto medioambiental de todos los utilizados, tanto en la etapa de extracción, elaboración y transporte, como en la fase de utilización. Respecto a la fase de extracción, la única incidencia medioambiental está ligada a los pozos en los que el gas natural se encuentra ligado a yacimientos de petróleo que carecen de sistemas de reinyección. En esos casos el gas se considera como un subproducto y se quema en antorchas. Por otro lado, la transformación es mínima, limitándose a una fase de purificación y en algunos casos, eliminación de componentes pesados, sin emisión de efluentes ni producción de escorias.

Las consecuencias atmosféricas del uso del gas natural son menores que las de otros combustibles por las siguientes razones:

www.iplacex.cl 15

SEMANA 1

• La menor cantidad de residuos producidos en la combustión permite su uso como fuente de energía directa en los procesos productivos o en el sector terciario, evitando los procesos de transformación como los que tienen lugar en las plantas de refino del crudo.

• La misma pureza del combustible lo hace apropiado para su empleo con las tecnologías más eficientes: Generación de electricidad mediante ciclos combinados, la producción simultánea de calor y electricidad mediante sistemas de cogeneración, climatización mediante dispositivos de compresión y absorción.

• Se puede emplear como combustible para vehículos, tanto privados como públicos, mejorando la calidad medioambiental del aire de las grandes ciudades. Menores emisiones de gases contaminantes (SO2, CO2, NOx y CH4) por unidad de energía producida.

Efectos de los gases de la para la salud

Muchos estudios han demostrado relación entre la contaminación respecto a ciertos efectos en nuestra salud. Los aumentos en la contaminación del aire se han relacionado con la disminución en la función pulmonar así como el aumento en los ataques cardíacos. Según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (US EPA, por sus siglas en inglés) los niveles altos de contaminación atmosférica perjudican directamente a personas que padecen asma y otros tipos de enfermedades pulmonares o cardíacas. Es así como los ancianos y los niños son especialmente vulnerables a los efectos de la contaminación del aire.

Entonces, el nivel de riesgo dependerá de varios factores como: la cantidad de contaminación en el aire, la cantidad de aire que respiramos en un momento dado, la salud general, etc.

1.4. Control y tratamiento atmosférico

Para la prevención y control de la contaminación atmosférica se puede actuar de diferentes formas:

• Prevención en las fuentes emisoras, mediante la selección de los combustibles utilizados, la correcta ubicación de los focos emisores y la elaboración de estudios de impacto ambiental.

• Prevención mediante el control de emisiones, aplicando técnicas de tratamiento de partículas y de gases para su reducción.

• Prevención mediante acciones globales, como el establecimiento de programas contra el cambio climático, el efecto invernadero, planificación urbanística, etc.

www.iplacex.cl 16

SEMANA 1

• Prevención mediante el control de las inmisiones, midiendo la calidad del aire atmosférico.

Estos métodos tratan de evitar y reducir las emisiones de contaminantes, antes de proceder a su tratamiento. Para esto se puede actuar con la mejora o sustitución de procesos o de los combustibles utilizados, con el uso de buenas prácticas de operación; con la aplicación de medidas urbanísticas adecuadas o con la imposición de normativa legal.

Los cambios de procesos pueden consistir en la sustitución de fuentes de energía que utilicen combustibles fósiles por energía solar o hidroeléctrica. Un cambio de combustible podría ser la utilización de carbones con bajo contenido de azufre para reducir la cantidad de dióxido de azufre emitida o la sustitución del carbón por gas natural.

Las buenas prácticas de operación podrían incluir medidas como el cuidado y mantenimiento apropiado del equipo o un programa de inspección y mantenimiento regular, que podría evitar la fuga de compuestos orgánicos volátiles en una planta química y, por tanto, su emisión.

1.4.1. Métodos de tratamiento de los contaminantes

Uno de los modos más habituales de reducir la emisión de contaminantes a la atmósfera es la aplicación de diversas técnicas de tratamiento para la reducción de partículas y gases. Las características de cada técnica dependerán del tipo de contaminante, del flujo tratado y de las condiciones específicas de cada situación.

Tratamiento de partículas El material particulado incluye pequeñas partículas líquidas y sólidas en forma de humo, polvo, vapor o neblina. Las técnicas de control para este tipo de material se centran en capturar las partículas emitidas por la fuente contaminante.

Dichos sistemas consisten en una red de conductos con ramificaciones en los distintos puntos de generación de las partículas. Es así como normalmente, todos los sistemas de captación deberían situarse cerca de los puntos de emisión del contaminante para que unos ventiladores aspiren el aire que contiene las partículas y las arrastren al sistema de tratamiento. Las características de la corriente de partículas afectarán la elección del dispositivo de tratamiento. Estas características incluyen la variedad del tamaño de las partículas en la corriente, el caudal de flujo, la temperatura, el contenido de humedad y las propiedades químicas del flujo, como capacidad explosiva, acidez, alcalinidad e inflamabilidad.

Los dispositivos de control más usados para controlar la emisión de partículas son:

www.iplacex.cl 17

SEMANA 1

• Sistemas de separación mecánica, por gravedad, dispersión, inercia, etc.

• Sistemas de separación hidráulica, como lavadores o condensadores

• Filtros

• Separadores electrostáticos

• Sistemas de separación por ultrasonidos, como las sirenas rotativas o estáticas

En muchos casos, se usan varios de estos dispositivos en serie para obtener la eficiencia de eliminación deseada. Por ejemplo, se puede usar una cámara de sedimentación para retirar partículas grandes antes de que el flujo contaminante ingrese a un precipitador electrostático.

Figura 4. Cámara de sedimentación de partículas (imagen referencial)

www.iplacex.cl 18

SEMANA 1