Lección 7. Monitoreo de emisiones de fuentes fijas

El monitoreo de la calidad del aire es la medición de la concentración ambiente de los contaminantes atmosféricos o inmisión. Si bien esta es una herramienta muy importante para la gestión de la calidad del aire, la misma se complementa con la medición directa de las emisiones en la fuente. El protocolo para el control y vigilancia de la contaminación atmosférica (MAVDT, 2010) presenta tres alternativas para la estimación de contaminantes en la fuente: 1) balance de masas; 2) factores de emisión y 3) medición directa.

La Resolución 909 de 2008 establece que el cumplimiento de los estándares de emisión para cada contaminante se debe verificar mediante medición directa en cada fuente. Sin embargo, en caso de no contar con punto de medición directa, la verificación del cumplimiento se realizará teniendo en cuenta los resultados obtenidos por medio de balance de masas o factores de emisión.

El balance de masas hace referencia a la cuantificación de emisiones por balance de materia y energía. En ocasiones, por las características del proceso industrial, es el único método para la cuantificación de emisiones que se puede emplear, por ejemplo, en las actividades industriales que manufacturan o emplean en sus procesos compuestos orgánicos volátiles, especialmente cuando las emisiones se producen de manera fugitiva, este procedimiento de evaluación se convierte en la primera alternativa para cuantificar la emisión de contaminantes (MAVDT, 2010).

A través de la aplicación del método de balance de masas se representan las entradas y salidas de un sistema con el fin de estimar de manera indirecta la emisión de sustancias contaminantes a la atmósfera, es decir, las emisiones que se producen y pueden cuantificarse durante periodos de tiempo prolongados. El balance de masas es muy utilizado en situaciones donde se presentan reacciones químicas, siendo apropiados en situaciones donde se pierde determinada cantidad de material por liberación a la atmósfera (MAVDT, 2010).

El balance de masas implica el reconocimiento del proceso; sus entradas, salidas y procesos y operaciones unitarias (ver
Figura 9). Los informes de emisión que se envíen a la autoridad ambiental usando balance de masas deben incluir una descripción detallada del proceso y las actividades realizadas. El diagrama de flujo del proceso y las variables del mismo como materias primas, insumos, tasas de operación, tasas de alimentación de combustible y horario de operación del proceso.

La Lección 3 indica los conceptos básicos para el uso de factores de emisión. El uso de los factores de emisión es apropiado cuando los materiales que se emplean son consumidos o combinados químicamente en los procesos o cuando se producen bajas pérdidas de material por liberación a la atmósfera, en comparación con las cantidades que se tratan en el proceso (MAVDT, 2010). Los factores de emisión que se deben utilizar son los establecidos en el documento AP-42 de la U.S. E.P.A.

 

 

Figura 9. Esquema para el balance de masas. Fuente: elaboración propia.


La medición directa es la más utilizada para el monitoreo de fuentes fijas y para los trámites de licenciamiento y permisos ambientales. El proceso de medición se puede separar en dos etapas, la toma de muestra y la determinación mediante análisis en laboratorio.


La toma de muestras se realiza directamente en sobre el ducto de salida de los gases. Para esto debe adoptarse un niple tomamuestra en la chimenea (ver
Figura 10). De igual modo resulta conveniente contar con una plataforma para el muestreo, caso contrario deberá adaptarse alguna plataforma firme sobre la cual realizar el muestro. La toma de muestras debe realizarse en condiciones de isocinetismo. Esto quiere decir que la velocidad de extracción de los gases debe ser la misma que la velocidad de salida de los mismos por la chimenea. El isocinetismo se garantiza mediante el uso de un tren de muestreo isocinético

 

 

Figura 10. Niple tomamuestra. Fuente: (MAVDT, 2010).

 
Un tren de muestreo isocinético está constituido por una consola de mando, un cordón umbilical de conexión y el complejo de las cajas fría y caliente, en donde se lleva a cabo la recolección de las muestras. En la caja fría se encuentran los impactadores que capturan la muestra de SOx mientras que en la caja caliente se encuentra el portafiltros en donde se recolecta el material particulado. La caja fría y la caja caliente están conectadas con la sonda del equipo con tubo pitot, a través de la cual se toma la muestra de gas directamente de la chimenea. Adicionalmente, durante los muestreos isocinéticos, se usa de un analizador de combustión para la determinación de las concentraciones de CO y oxígeno así como de balones de captura de NOx provistos de solución absorbente para dicho contaminante(SDA-Uniandes, 2009). En la Figura 11 se muestran los elementos usados en la medición de emisiones en las fuentes fijas.

 

 

Figura 11. Elementos del tren de muestreo isocinético. A) consola del equipo; B) cordón umbilical; C) caja fría (izq) – caja caliente (derecha); D) portafiltros; E) tubo pitot y boquilla de captura; F) analizador de combustión; G) balón de captura de NOx. Fuente: (SDA-Uniandes, 2009).
 

En relación al procedimiento de muestreo, de acuerdo con el tipo de ducto por el cual son evacuados los gases de la combustión, se determina el número de puntos que se requieren para una documentación apropiada de las condiciones de las emisiones de la fuente. Esto depende de la altura, la localización de los niples y el diámetro de la chimenea. Antes de llevar a cabo el procedimiento de toma de muestra se calibran diversos componentes del equipo y se verifica que no se presenten fugas en el montaje.

Observe en los siguientes enlaces el protocolo para la toma de muestras mediante muestreo isocinético y el Protocolo para el Control y Vigilancia de la Contaminación Atmosférica por Fuentes Fijas

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En relación al análisis de las muestras se destacan tres procedimientos: 1) determinación de NOx; 2) determinación de SOx y 3) determinación de material particulado.

Para el caso de los NOx, se utiliza el método 7 de la U.S. E.P.A; este método se basa en una determinación colorimétrica usando el procedimiento del ácido fenildisulfónico. En éste, mediante el empleo de una solución absorbente se recolecta muestra del gas de chimenea, el cual inevitablemente contendrá dióxido de nitrógeno (NO2) y óxido nítrico (NO). Después de transcurridas 16 horas contadas a partir del momento en el que termina el muestreo en la chimenea, es posible suponer que todo el óxido nítrico ha sido oxidado y se ha convertido en dióxido de nitrógeno (SDA-Uniandes, 2009).

El NO2 se disuelve entonces en la solución absorbente generando iones nitrito (NO2-) y nitrato (NO3-). Los iones nitrito son oxidados a iones nitrato mediante el empleo de ácido sulfúrico. La cuantificación de los iones nitrato se efectúa mediante la formación de un nitroderivado con el ácido fenildisulfónico, el cual en medio alcalino desarrolla una coloración amarilla y presenta absorbancia a los 410 nm. De esta forma se hace posible su determinación mediante espectroscopia UV/Vis (SDA-Uniandes, 2009).

La determinación de la concentración de dióxido de azufre se realiza siguiendo el método 6 de la U.S. EPA.; que emplea una solución de peróxido de hidrógeno sobre la cual se recolectan los gases emitidos en la chimenea. Esta solución permite oxidar el dióxido de azufre presente a sulfato (SO4=), el cual es determinado mediante titulación empleando el método del bario-torina. Este indicador otorga a la muestra un color anaranjado fuerte, que luego de la titulación y al presentarse un exceso de bario cambia a tonalidad rosada (SDA-Uniandes, 2009).

La determinación de material particulado se hace de forma gravimétrica siguiendo el método 5 de la U.S. EPA.

Consulta en este enlace los métodos EPA para el monitoreo de emisiones* Información en inglés

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