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Prctica 1
Repaso: unidades de concentracin contaminantes gaseosos
Complete suponiendo comportamiento hidrosttico cuando lo
requiera.Compuesto mg/m3
(0C, 1 atm)mg/m3
(25C, 1 atm)mg/m3
(25C, 1000 m)ppm
CO 1NO 1NO2 1SO2 1CO2 1CH4 1N2O 1HCHO 1SF6 1C6H6 1
PARTE A: Balance de Masa y Energa
Problema 1
En el esquema de la figura se muestra un ro que transporta una
sustancia conservativa en una concentracin de 400 ppm y recibe un
afluente con una alta carga de ese compuesto. La sustancia se
distribuye uniformemente en el ro muy rpidamente. Se debe proveer
de agua a una poblacin cuya concentracin sea inferior a 500 ppm,
para lo cual se toma un caudal Q del ro aguas debajo de la
descarga, y se le agrega agua pura.
Calcule la relacin entre el caudal tomado del ro y el agregado
de agua pura (F).
Problema 2
Suponga un bar con un volumen de 500 m3 en el que estn 100
personas fumando 2 cigarrillos por hora. Por cada cigarrillo se
emiten 1,4 mg de formaldehdo (HCHO) que se convierte en CO2 con una
tasa de reaccin K=0,4/hr. Suponiendo que por la puerta del bar
ingresan 1000 m3/h de aire limpio y por la ventana opuesta sale la
misma cantidad de aire, y asumiendo mezcla completa:
0 ppm
500 ppm
400 ppm25 m3/s
2000 ppm5 m3/s
F Q
Q
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1) Estimar la concentracin de estado estacionario de HCHO en el
aire interior. Comprelo con los efectos de la siguiente tabla.
Concentracin ambiental(ppm) EFECTO
< 0,05 - 1,5 No se observan efectos en el 50-70% de las
personas expuestas
0,05 - 1 Umbral olfativo (antes de la acomodacin)
0,05 - 2 Irritacin ocular
0,1 - 25 Irritacin vas respiratorias altas (nariz y
garganta)
5 - 30 Irritacin vas respiratorias bajas
50 - 100 Edema pulmonar, neumona
> 100 Muerte
2) Suponga que el bar abre a las 10 de la noche y cierra a las 6
de la maana (siempre con el mismo pblico) y que la tasa de reaccin
del HCHO es de 0,4/hr, calcule la concentracin a las 11 de la noche
y a las 6 de la maana.
Problema 3
Considere una planta de tratamiento de efluentes de las
caractersticas de la figura
Si la tasa de decaimiento del DBO es de 0.30/da, y suponiendo
mezcla completa, calcule la concentracin de DBO a la salida de la
segunda pileta.
Problema 4
Una central nuclear que genera 335 MW se encuentra sobre un ro
de un caudal de 17.000 m3/s que posee una temperatura media anual
de 17C. Suponiendo que las 2/3 partes de la energa contenida en el
combustible es removida por los 65.500 m3/h de agua tomada del ro
para enfriamiento, calcule:
1) Cul la temperatura de salida de la descarga al ro.2)
Suponiendo mezcla completa, el aumento de la temperatura del ro
debida a esta descarga.3) Indique el caudal de agua necesario si se
permite una descarga con una temperatura mxima de
20C.
15.000 litros10.000 litros
DBO = 20mg/lCaudal: 15 106 l/da
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Problema 5
Una manera simple de modelar la contaminacin del aire sobre una
ciudad es con un modelo de caja, que supone mezcla completa hasta
lo que se denomina la capa de inversin, y que funciona como un
techo para los contaminantes. Supone que el movimiento horizontal
se debe slo al transporte por el viento predominante. Suponga una
ciudad como de la figura.
1) Considerando que el compuesto emitido es CO (conservativo),
calcule la concentracin en la ciudad.
2) Considerando un compuesto no conservativo con una tasa de
reaccin de 0,20/hr, calcule la concentracin de estado
estacionario.
3) Si el viento disminuye a 1 m/s calcule la concentracin del
compuesto del punto 2) 2 horas despus.
Problema 6
Las lmparas compactas fluorescentes tpicamente usan cerca de una
cuarta parte de la potencia de las incandescentes y duran 15 veces
ms (aprox. 8000 vs. 500 horas). Si se reemplazan las 12 bombitas
incandescentes de una vivienda, calcule el ahorro anual de SO2
considerando que se utiliza energa generada en una central trmica a
carbn como la del problema 1. Bombitas de 60 W
Suponiendo que todo el Carbono del combustible se transforma en
CO2, calcule el ahorro de CO2.
Problema 7
Considerando una central trmica quema carbn bituminoso Carbn
bituminoso30 MJ/kgContenido promedio de carbono: 62%Contenido de
azufre: 1%10% cenizas ( 70% voltiles y 30% se depositan en la cmara
de combustin)Lmites de emisin:SO2: 260 g de SO2/ 106 KJ de energa
consumidaPartculas: 13g/106KJ
Calcule: 1) La mxima eficiencia posible del equipo suponiendo
que los gases salen a 600C y la
temperatura ambiente es de 20C.2) La eficiencia del sistema de
control de emisiones de azufre para cumplir con el lmite de
emisin reglamentado 3) La eficiencia del sistema de control de
partculas para cumplir con el lmite de emisin
reglamentado.
Viento 2m/s
Viento 2m/s
250 m20 km
Emisin 60 kg/s
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Problema 8
Considere un fuel oil con un contenido de carbono de 20 kg/GJ y
un contenido de azufre del 0,5% que se utiliza como combustible en
una central trmica que genera 600 MW y que posee una eficiencia de
generacin del 40%. Calcule las emisiones anuales de CO2 y SO2.
Problema 9
Calcule la longitud de onda mxima que debe tener un fotn para
lograr la disociacin del NO2 en la atmsfera.
Problema 10:
Un relleno sanitario fue diseado lejos de un centro urbano para
evitar que los olores y los contaminantes produzcan un impacto
significativo en la poblacin. Sin embargo, con el correr del
tiempo, el espacio se fue agotando y se fue utilizando terrero cada
vez ms cercano al pueblo, hasta que finalmente qued contiguo.
Actualmente el relleno est compuesto por 8 celdas de 700 metros
x 300 metros, ubicadas en serie de oeste a este, de manera que las
ubicadas hacia el oeste son las ms antiguas y las del este las
utilizadas ms recientemente. La ms nueva emite 40 g/m2 min de
formaldehdo y la emisin se reduce de una celda a la otra en un 50%
(la segunda emite 20, la tercera 10, y as sucesivamente). Durante
una maana de invierno una situacin meteorolgica adversa provoca una
capa de inversin muy baja, de 100 metros, que se sostiene por
muchas horas y que es coincidente con viento del oeste.
Considerando que el formaldehdo tiene una tasa de reaccin
k=0,4/hora calcule:
1) las concentraciones de estado estacionario en el aire ubicado
encima de cada una de las celdas.2) la concentracin de estado
estacionario en la ciudad, considerando que mide2 km x 2 km y que
no hay fuentes de emisin significativas en la misma.3) Si de golpe
el viento vira hacia el norte, pero se sostiene la capa de
inversin, calcule la
concentracin promedio en la ciudad a las 3 horas de este
evento.
Problema 11:
Suponga un volumen fijo del espacio en el que ingresa en un
instante dado una cantidad significativa de compuestos desde una de
sus caras, como se indica en la figura. Deduzca la variacin de la
concentracin en funcin del tiempo, suponiendo que el contaminante
tiene una tasa de reaccin K.
V, CQ, C
F: Ingreso de un contaminante(g/h)K
700 m
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1. Una industria siderrgica posee un depsito de coke de 50 m de
ancho por 1 km de largo y de una altura de 20 metros, abierto a
ambos extremos. Con fines de higiene laboral, se necesita calcular
la concentracin dentro del depsito bajo la condicin de peor caso.
Considere para ello una situacin de viento mximo (10 km/h) a partir
de un determinado momento, antes del cual no haba movimiento de
partculas dentro del depsito. Suponiendo que la emisin es una
funcin del viento de acuerdo a la expresin:Emisin g /s =Superficie
expuestam2 viento m /s /200. 35m3
2. Suponiendo una tasa de deposicin de partculas de 200 g/s
calcule la concentracin en el depsito a los 10 minutos de empezar
el viento fuerte y a las 3 horas.
PARTE B: Anlisis de Riesgo
Problema 1:
El suministro de agua en una ciudad posee 0,2 ppb de bifenilos
policlorados (PCBs).Calcule:1. La ingesta crnica diaria (CDI).2. El
riesgo individual de contraer cncer para un adulto.3. El riesgo
incremental de contraer cncer para una poblacin de 1.000.000 de
habitantes.
Discuta la posibilidad de su deteccin en un marco de muertes
promedio por cncer de 193 cada 100.000.
Considere una ingestin diaria de 2 litros por da, con una
frecuencia de exposicin de 350 das al ao durante 30 aos, par
adultos con 70 kg de peso promedio.
Problema 2:
El berilio es un carcingeno pulmonar con un factor de potencia
por ruta inhalatoria de 8,4 por (mg/kg/da).
1. Calcule la potencial incidencia de cncer pulmonar en una
poblacin de 9 millones de personas por estar expuestas a una
concentracin promedio de berilio de 0,2 g/m3.
2. El riesgo individual se puede calcular a partir del factor de
potencia, o de lo que se define como Unidad de Riesgo (UR) a partir
de la expresin. Riesgo individual = UR x concentracin ambiental
medida. Con los resultados del punto 1) calcule el UR para el
Berilio.
Problema 3:
Si un adulto consume durante 10 aos agua potable (2 L/da) con
1,0 mg/l de tolueno y 0,01 mg/l de tetracloroelileno (C2Cl4).
1. Calcule el ndice de toxicidad e indique si el nivel de
exposicin se considera seguro.2. C2Cl4 es un carcinognico de tipo
B2. Cul es el riesgo vinculado a su consumo?
Nota: Para un compuestos no cancergeno se define el cociente de
toxicidad como la relacin entre la
dosis diaria/dosis de referencia, y ser seguro cuando es menor
que 1, es decir, cuando la dosis diaria es menor a la de
referencia. Ante la exposicin a varios compuestos se define el
ndice de toxicidad como la suma de los cocientes de cada compuesto.
Se conserva el criterio que un compuesto es seguro cuando el ndice
resulta menor que 1.
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Problema 4:
Suponga un tanque de almacenamiento que ha estado filtrando por
tiempo prolongado a la napa causando una contaminacin de 0,30 mg/l.
Suponiendo que el agua fluye a una velocidad de 0,15 l/da, y
considerando que la toma de agua de un pueblo se encuentra a 1 km
aguas abajo, y el tiempo de vida medio del compuesto es de 10 aos,
calcule:
1. La concentracin de estado estacionario del compuesto en la
napa2. Considerando un factor de potencia de 0,02 por (mg/kg/da),
estime el riesgo de contraer
cncer para un adulto que bebe 2L/da durante 10 aos.
P roblema 5:
La exposicin humana a la radiacin se mide usualmente en rems. Se
considera que se presenta un caso de muerte por cncer originado en
radiacin por cada 8000 personas expuestas a 1 rem.
a) Considerando una radiacin natural de 0,3 rem/ao
(http://hps.org/documents/radiationrisk.pdf) calcule las muertes
asociadas en una poblacin de 40.000.000.
b) Si durante un viaje de 5000 kilmetros la exposicin promedio
individual es de alrededor de 4 mrem (4 10-3 rem) calcule cuntas
millas hay que viajar para elevar el riesgo de contraer cncer a uno
en un milln. Compare los resultados obtenidos con los clculos del
sitio http://jag.cami.jccbi.gov./cariprofile.asp.
Problema 6:
Calcule las concentraciones aceptables para adultos (70 kg, que
bebe 2 L/da de agua potable, y respira 20 m3/da, 70 aos) aceptando
las siguientes condiciones de riesgo durante su vida:
1. Benceno en agua potable (mg/l) con un riesgo de 1x10-5, y en
aire (mg/m3) con un riesgo de 1x10-4.
2. Cloruro de vinilo en agua potable (mg/l) con un riesgo de
1x10-4.Complete la siguiente tabla,y compare los resultados con los
obtenidos en los puntos anteriores.
CompuestoValor estndar en agua
potable (mg/L)
Riesgo individual de contraer cncer durante el
perodo de vida
Benceno 5
Cloruro de vinilo 0,002
Problema 8:
El humo inhalado por un individuo de 70 kg contiene 0.03 mg por
cigarrillo de benzo(a)pireno. Si fuma 20 cigarrillos por da durante
40 aos, calcule el riego de contraer cncer.
Problema 9:
Se consume pescado tomado de un ro contaminado con benceno
(factor de bioconcentracin 5,2 L/kg). Indique su concentracin para
producir un riesgo de 10-6 durante la vida si consume 54 g/da.
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Problema 10:
Se colectaron los siguientes datos en ratas expuestas a consumir
alimentos con un funguicida (ETU):
Se analizaron los resultados con modelos de una y multietapas y
se obtuvieron los siguientes coeficientes:
1. Para cada una de las 3 concentraciones obtenidas compare los
datos medidos con los derivados de cada uno de los modelos.
2. Obtenga los resultados para una concentracin de 1 ppm con
ambos modelos y compare.
Problema 11:
Considerando que las aguas subterrneas suelen estar contaminadas
con tricloroetileno (ClCH=CCl2). Qu es preferible, (1) consumir
agua de pozo sin clorar con una concentracin de este contaminante
de 10 ppb, (2) tomar agua de red, con una concentracin de
cloroformo de 50 ppb?
Problema 12:
Coincidente con un episodio en el que se produce un incendio de
una planta qumica, se registra un incremento de admisiones en el
hospital local por problemas respiratorios de alrededor del 6%. La
planta se encuentra ubicada en un sitio industrial donde existe
equipamiento para medir de combustin con el que se puede establecer
que la concentracin promedio de SO2 durante el perodo que dur el
episodio (alrededor de 1 hora) fue de 16,5 mg/m3.
El comit industrial de la zona decide utilizar esa informacin
para solicitar a las autoridades ambientales la modificacin de la
norma de calidad del aire de SO2, que hasta ese momento era de 1,3
mg/m3 . Para eso consideran:
a) La curva concentracin-respuesta de la figura que ellos mismos
construyen, donde consideran la situacin del evento y dos puntos ms
que toman de referencias de eventos previos ocurridos en otros
sitios.
b) Los datos histricos medidos en el sitio, para los que no se
haban registrado incrementos especficos en el hospital.
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I) Sobre la base de esta informacin sugieren establecer como
nueva norma de calidad del aire 5 mg/m3. Cual sera la respuesta de
las autoridades ambientales acerca de la sugerencia de los
industriales.
II) Los datos experimentales con los que se confeccion la curva
anterior son:
mg/m3
Incremento internaciones
%Evento 16,5 5.57Datos anteriores
24,0 16,626,5 21,4
Indique si la nueva medicin impone una condicin ms o menos
restrictiva para la calidad del aire que lo que se obtiene con los
datos anteriores. Justifique.
III) Durante el episodio se emitieron muchos compuestos, pero se
registraron, SO2 (16,5 mg/m3) NOx (1250 mg/m3) y CO (480 mg/m3).
Considerando que las normas de calidad de aire para 1 hora son:
para los NOx 500 mg/m3 y para el CO 9,2 mg/m3, calcule el ndice de
riesgo por exposicin a los 3 compuestos.
IV) El episodio ocurre en un polo industrial donde adems de la
planta qumica se encuentra instalada desde hace muchos aos una
industria de produccin de pulpa de papel. Para completar el estudio
anterior, y antes de definir un cambio o no en la norma de calidad
del aire, se quiere evaluar el cociente de riesgo de los habitantes
asociado a las emisiones de rutina de SO2. Indique el perodo de
tiempo sobre el que se realiza el clculo de la dosis promedio.
0.1000 1.0000 10.0000 100.0000
Concentracin (mg/m3)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Incr
emen
to d
e ad
mis
ione
s ho
spita
lari
as p
or
pato
log
as v
incu
lada
s al
sis
tem
a re
spir
ator
io
Datos de calidad de aire medidos en situacin normal
5 (mg/m3)
