MONITOREO DE EMISIONES- FUENTES FIJAS

8/16/2019 MONITOREO DE EMISIONES- FUENTES FIJAS

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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

FACULTAD DE CIENCIAS

“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


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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………………………………………………………......84.4.2Fuentes artificiales o antropogénicas………………………………………8

a) Fuentes puntuales…………………………………………………………8

b) Fuentes 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……………………………….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………………………………………..……24

V. Materiales y métodos……………………………………………………………….......27

5.1 Materiales……………………………………………………………………….27


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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


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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, 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 Supremo Nº 003-2002-PRODUCE determina los límites máximos

permisibles para las emisiones en las 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 se analizara la dispersión de este contaminante (material 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 SUSTANCIA

Gases Inorgánicos

Derivados de azufre (dióxido y trióxido de azufre, ácido sulfúrico,sulfatos, etcDerivados oxigenados de nitrógeno (monóxido y dióxido denitrógeno, ácido nítrico y nítrico).Monóxido y dióxido de carbonoOtros contaminantes inorgánicos (derivados del plomo,amoníaco, cloro, cloruros, ácido fluorhídrico, fluoruros, etc)

Orgánicos Hidrocarburos (alifáticos saturados o no, cíclicos, aromáticosligeros o policíclicos ).Aldehídos y cetonas (formaldehido, acroleína, acetona, etc.)Otros contaminantes orgánicos(alcoholes, hidrocarburosclorados, sulfuros , etc) y más generalmente sustancias aún maldefinidas que son la base de malos olores

Partículas 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., 2004 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


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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.


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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 superaresto, 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, Precalentamiento, Horno y Enfriador de clinker

Partículas (caliza, clinker y hollín)

Gases de combustión

Molienda final, transporte, embolsado ydespacho.

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 produce 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 particulado 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


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Precalentamiento

Clinkerización

Enfriamiento

4. Obtención del Cemento

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

5. Envase y Despacho del Cemento2

FiguraN°5: Proceso de producción de cemento en la empresa Cementos Lima

Fuente : Cementos lima

2

Información de http:// www.cementoslima.com.pe


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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/m3

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. Estánrealizados 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 seorresponde 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.


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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 industriacementera en el Perú

PARAMETROS METODO EQUIPOS

Partículas METODO 5 EPAMETODO 17 EPA

determinación deemisión de partículas de fuentes

estacionarias

MuestreadorIsocinetico

AP-42 cuando no sea factibleaplicar los métodos 5 y17 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


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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


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


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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.

4.8.2.1 SELECCIÓN 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


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:

= 607.1[1 − ] √ ∆̅ En la cual

Dn = Diámetro de la boquilla, mm.

Qm = Caudal a través del medidor de gas seco, normalmente 0.0212 m3/min.


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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 H2OLa 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 presiónatmosférica 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 lasinstrucciones 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


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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 un punto cualquiera Q : cantidad de contaminante emitido por unidad de tiempo (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


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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 laempresa 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 normativanacional.

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 ytransversal 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).

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.

LMP En Curso

LMP Nuevo


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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 (2007-

2009)

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


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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/m3 (UNILAND, 2009) y en Perú es de 150 mg/m3.

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/m3 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


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



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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)


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


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.


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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/m3.

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. BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA

Arzate Echevarría, C. 2004. Realización de software educativo para simular la

dispersión de contaminantes atmosféricos. Tesis Ing.Química. Puebla.ME. Universidad

de las Américas Puebla. 120p,

Arciniégas, C. 2011. Diagnóstico y control de material particulado: Partículas

suspendidas totales y fracción respirable PM10. Luna Azul,24.19p.

Carranza, R. 2011. Programa De Monitoreo en La Industria De Cementos LIMA

(PORTLAND TIPO I). Lima, PE.97p.

Carrillo Vasquez, R. 2009 Evaluación de la eficiencia de modelos de dispersión de

contaminantes atmosféricos de una fuente puntual. Tesis. Ing. Ambiental. Lima,PE

Universidad Nacional Agraria La Molina..130p

(1) Cementos lima. (s.f.). Recuperado el 30 de octubre de 2013, de

http:// www.cementoslima.com.pe

Cementos Lima. 2005. Reporte de sostenibilidad.Lima.PE








CEMEX. 2012. Declaración ambiental 2012. Cataluña. ES.

Crespo, E. 2007.Contaminación atmosférica: Técnicas de muestreo. Madrid. 44p.

Decreto Supremo Nº 003-2002-PRODUCE. Aprueban límites máximos permisibles y

valores referenciales para las actividades industriales de cemento, cerveza, curtiembre,

papel. Promulgada el 19 de agosto del 2002. Publicada en el Peruano el 4 de octubre del

2002.

Echeverri, C. 2006. Determinación de la emisión de material particulado en fuentes

fijas. Universidad de Antioquía. Medellín, CO. 43p.


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- 38-

Gallegos Martínez, E. 2010. Inventario de emisiones de partículas y modelado de su

transporte a partir de fuentes de área de una industria minera. Tesis Mg. Sc. Amb. San

Luis de Potosí, ME. Universidad Autónoma De San Luis Potosí. 129 p.

García Lozano, D. 2012. Modelo numérico de la dispersión de contaminantes asociada

al flujo atmosférico dentro de un entorno urbano específico de la Ciudad de Bogota.

Universidad Nacional de Colombia. Bogota, CO. 125p

Oficemen( Agrupación de fabricantes de cemento de España). 2009. Estudio de métodos

de medición, cálculo y estimación para las emisiones de las sustancias PRTR adecuados

al Sector del cemento en España. Madrid, ES. 126p.

PRODUCE (Ministerio de producción, PE), Sf. Estudios y diagnósticos: Sub Sector

Cementos: Informe de sustento para la propuesta de LMP del Sub Sector Cemento.

Lima, PE. 42p.

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)


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Cementos Lima

Años HORNO I HOTNO II

2005 129 41

2006 3.24 21.9

2007 25.6 23.6

2008 60.3 47.5

2009 29.6 7.2

2010 6.7 8.6

2011 31.09 3.45

2012 59.6 6.8

CEMEX-España

FOCO 1N FOCO 2N FOCO 2 FOCO 3

2008 17.6 20.4 34.9 12.7

2009 20 11.9 32.2 19.2

2010 17.16 17.16 13.99 12.06

2011 24.44 24.44 3.06 6.2

2012 13.4 13.4 6.2 0.9

UNILAND

molino decarbón molino X molino XI

SeparadorXIII

MolinoXIII horno VI horno VII

2007 17.5 9.2 21.3 3.7 0.4 3.9 8.52008 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 370msnm3, 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 50Área de dispersión (urbana (1), rural llanoy abierto (2))

1

Altitud media de la zona de ubicación delárea de estudio

370msnm

Espaciamiento de la grilla en la dirección x Δx=200m Espaciamiento de la grilla en la dirección y Δy=100m Espaciamiento de la grilla en la dirección z Δz=10m

Número de puntos de la grilla en el eje x 50 Número de puntos de la grilla en el eje y 50 Número de puntos de la grilla en el eje z 2

Información referente a la fuente de emisión

Los datos anuales de las concentraciones de material particulado para esta informaciónfueron obtenidos del Informe de sostenibilidad de la empresa Cementos Lima desde el 2005-2012, 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 negativoal medio ambiente.

Los datos de chimeneas se obtuvieron de una empresa consultora contratada por la compañía

de Cementos Lima4, 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 504 Ibid pag 875

Ibid pag 86


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Para la información meteorológica se tomó la velocidad promedio del aire y de la temperatura,

determinándose que la dirección predominante del viento es Sur (40%) y, SSE (31%) y calmas

(2.08%). La toma de datos meteorológicos se realizo del 18 al 23 de abril del 2007.6

Con esta información se elaboraron los perfiles de temperatura y viento y se obtuvieron lascondiciones atmosféricas de viento y temperatura a la altura de la fuente de emisión

Información meteorológica

Gradiente térmico -2.86

Velocidad deviento(m/s)

2.5

Velocidad defricción (m/s)

0.3

Temperatura (°K) 294Peso molecular 290.3

Fuentesdeemisión

Longitud Latitud

Altitud dela fuentede emisión(m)

Ratio delachimeneade lafuente(m)

Temperatura deemisión(°K)

Velocidad deemisión(m/s)

Caudal(m3/s)

Horas Material

particular(mg/m3)

Intensidaddeemisión(g/s)

Horno1

292713

8651240

37 1.6 471.47 19.23 122.48 24 129 15.8

Horno2 292744

8651363

93 1.7 479.86 14.5 131.16 24 47.5 6.23

Documents

MONITOREO DE EMISIONES- FUENTES FIJAS