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DEPARTAMENTO DE QUIMICA FISICA
QUÍMICA FÍSICA DE LA ATMÓSFERA
GUIONES DE PRÁCTICAS
Profesores:
Yolanda Díaz de Mera Morales
Alberto Notario Molina
Sagrario Salgado Muñoz
Curso 2006-2007
Ciudad Real
Índice
1. Comprobación de la protección UV de los protectores y gafas solares.….……..3
2. Reacción entre NO + O2……………………………..………………………….8
3. Pilas de combustible…………………………………………………………….12
4. Relación entre las capacidades caloríficas (cp/cv) del aire……………………...18
5. Simulación por ordenador de la contaminación atmosférica…………………...20
6. Determinación de NOx y partículas en el humo de un cigarrillo……………….30
3
PRÁCTICA 1 PRÁCTICA 1 PRÁCTICA 1 PRÁCTICA 1 ⇒⇒⇒⇒ COMPROBACIÓN DE LA PROTECCIÓN COMPROBACIÓN DE LA PROTECCIÓN COMPROBACIÓN DE LA PROTECCIÓN COMPROBACIÓN DE LA PROTECCIÓN
UV DE LOS PROTECTORES Y GAFAS SOLARESUV DE LOS PROTECTORES Y GAFAS SOLARESUV DE LOS PROTECTORES Y GAFAS SOLARESUV DE LOS PROTECTORES Y GAFAS SOLARES
Introducción
Dado que tanto la radiación UV-B (290-320 nm) como la UV-A (320-400 nm)
que nos llega del sol pueden causar problemas en la piel (desde quemaduras hasta
cáncer), en los últimos años se han desarrollado diversos protectores solares. Por un
lado, estos protectores protegen absorbiendo la radiación UV, disipando la energía
absorbida como calor antes de que pueda dañar moléculas biológicas fotosensibles.
Además, aportan protección extra reflejando o dispersando dicha radiación.
El factor de protección solar (SPF) viene definido por la relación:
SPF = MED (piel protegida) / MED (piel sin proteger)
donde, un MED es la dosis menor (en J/m2) de radiación UV que produce una
quemadura a largo plazo en la piel; “piel protegida” indica piel cubierta con 2 mg/cm2
de protector solar y “piel sin proteger” indica piel sin protector. El factor SPF también
puede ser estimado mediante medidas de absorción, como el recíproco de la transmisión
efectiva de la radicación UV a través del protector.
Este factor SPF es una medida directa de la protección frente a la radiación UVB
pero no de la radiación UVA porque ésta tiene efectos sobre la salud más indirectos.
La protección UV proporcionada por las mejores gafas solares es mejor que la
de los mejores protectores solares. Muchas gafas bloquean casi el 100% de las
radiaciones UVA y UVB.
4
La absorción de la radiación puede describirse mediante la ley de Lambert-Beer:
A =( )( )
−
λ
λ
0
logI
I= ε (λ) l c
Donde, A, absorbancia para una longitud de onda dada, λ; I0(λ) es la intensidad de la
radiación incidente a una longitud de onda, λ; I(λ), es la intensidad de la radiación
transmitida; ε, coeficiente de absorción, que depende de λ; l, paso óptico, longitud de la
cubeta; c, concentración de la especie medida.
Esta ley expresa que cuanto mayor sea la concentración de un compuesto, mayor
será su absorbancia. En nuestro caso, cuanto más principio activo tenga el protector
solar, mayor será la absorbancia medida. Sin embargo, se produce un efecto de
saturación: a medida que aumenta el factor SPF, el incremento en la absorbancia es
menor que la proporción en el factor SPF. Esto es debido a que el factor SPF puede ser
estimado como el recíproco de la fracción efectiva de radiación UV transmitida, lo que
implica que la absorbancia varía casi logaritmicamente con el factor SPF.
Factor SPF % radiación UV bloqueada
2 50
10 90
15 93.3
20 95
30 96.7
40 97.5
50 98
100 99
200 99.5
El objetivo de esta práctica es doble. Por un lado, comprobar la eficacia en la absorción
de radicación UV de las gafas de sol. Por otro lado, para diferentes protectores solares
con diferente grado de protección comprobar si, efectivamente, absorben en la región
ultravioleta y comparar la eficacia de diferentes marcas con un mismo grado de
protección.
5
Material y reactivos
Espectrofotómetro UV-visible, cubeta de cuarzo, 10 matraces aforados 25 mL, 2 pipetas
1mL, 2 vasos de precipitados pequeños, gotero, frasco lavador.
10 matraces aforados de 50 mL (ya preparados) que contienen disoluciones de
diferentes protectores solares: 10g/L en 2-propanol (alcohol isopropílico).
Gafas de sol.
Procedimiento experimental
Protectores solares
Los ingredientes activos de los protectores solares deben ser solubilizados para
después proceder a su análisis por absorción. Este proceso ya se ha realizado en las
disoluciones preparadas de los protectores solares que contienen 10g/L en 2-propanol.
A pesar de disponer de unas disoluciones de los protectores solares bastante
diluidas, va a ser necesario diluirlas aún más para poder meterlas dentro del rango de
medida y evitar que el aparato se sature. Además, es necesario diluir mucho las
muestras porque el espesor de nuestra cubeta es mucho mayor que el espesor de una
capa típica de protector aplicada sobre la piel.
Para ello, tomamos 0,25 mL de cada una de las disoluciones y procedemos a
enrasarlas con 2-propanol en matraces de 25 mL. Es importante preparar con exactitud
las disoluciones ya que de otra forma, tendremos errores en las medidas y en las
posibles conclusiones que se deriven de ellas.
Una vez preparadas las muestras se procede a realizar el espectro de absorción
de las mismas con el espectrofotómetro UV-visible. Realizamos primero la medida del
blanco, el disolvente utilizado, para obtener la línea base de nuestro espectro.
El espectro del blanco se realiza en el rango UV.
Una vez obtenida la línea base, se procede a obtener el espectro de las
disoluciones de los diferentes protectores solares. Se realiza en dos grupos, por un lado
los de igual marca (y diferente factor de protección) y por otro los de igual factor de
protección (y diferente marca), en las mismas condiciones en las que se tomó la línea
base.
Una vez realizado el espectro, se anota el valor de absorbancia de cada una a la
longitud de onda donde se observa/n el/los máximo/s de absorción.
6
Gafas de sol
Se ponen las gafas de sol en el compartimento de muestra del espectrofotómetro,
sujetándolas y con la puerta del compartimento abierta, y se realiza el espectro de
absorción en la región UV. El espectro del blanco se realiza al aire, con el
compartimento abierto.
Cuestiones
1. ¿Por qué se han realizado diluciones de las disoluciones iniciales y no se han
preparado más diluidas directamente?
2. Calcular la concentración en g/L de las disoluciones contenidas en los matraces
de 25mL.
3. ¿Para qué se realiza un espectro del blanco?
4. ¿Por qué se utiliza una cubeta de cuarzo?
5. ¿Por qué no se realiza la medida en el visible?
6. En cuanto a la aparición de uno o más máximos de absorción, ¿a qué
corresponden?
7. En cuanto a la longitud de onda de aparición de los máximos, ¿es constante en
todos los espectros? ¿por qué?
8. En la siguiente tabla se muestran algunos de los ingredientes activos de los
protectores solares y su función. Comente razonadamente la presencia de ellos
en los protectores solares analizados.
Compuesto Función
Avobenzone Absorbe UVA
Oxybenzone Absorbe UVA
Ethylhexyl p-methoxycinnamate Absorbe UVB
2-Ethylhexyl-2-cyano-3,3-diphenylacrylate Absorbe UVB
2-Ethylhexyl salicylate Absorbe UVB
Octal methoxycinnamate Absorbe UVB
Octyl salicylate Absorbe UVB
Padimate O Absorbe UVB
2-Phenylbenzimidazole-5-sulfonic acid Absorbe UVB
Titanium dioxide Dispersa UV
Zinc oxide Dispersa UV
7
9. Comentar los resultados obtenidos para los dos grupos de espectros realizados,
comparando diferentes marcas e igualdad de factor de protección.
10. Comentar los resultados obtenidos para las gafas solares. Comparándolos con
los de los protectores solares.
8
PRÁCTICA 2 PRÁCTICA 2 PRÁCTICA 2 PRÁCTICA 2 ⇒⇒⇒⇒ REACCIÓN ENTRE NO Y O REACCIÓN ENTRE NO Y O REACCIÓN ENTRE NO Y O REACCIÓN ENTRE NO Y O2222
Introducción
La finalidad de este experimento es determinar la constante de velocidad de
tercer orden para la reacción termolecular:
2 NO + O2 → 2 NO2
Puesto que la reacción objeto de estudio, da como resultado un cambio en el
número total de moléculas, puede ser estudiada mediante las medidas de cambios de
presión, a medida que la reacción se produce.
Se elige una temperatura de 100ºC dado que es fácil de mantener y se pueden
evitar así complicaciones debidas tanto a la reacción inversa, como a la asociación de
NO2 para dar N2O4, que se vuelven despreciables.
Para que la reacción pueda ser estudiada se necesita una mezcla de 2 partes de
NO y 1 parte de O2.
Los cambios de presión son observados utilizando un medidor de presión
capacitativo.
Si a un tiempo t, la presión parcial de NO es 2p y la de O2 es p, entonces la
velocidad al la que O2 es consumido es:
Para todo un intervalo:
( ) 33
23 42 pkppk
dt
dp==−
∫ ∫−= dtkp
dp334
9
Resolviendo:
De esta manera, k3 puede ser determinado representando 1/p2 frente a t y
midiendo la pendiente de la recta que se obtenga. Puesto que la presión es proporcional
a la concentración, si transformamos las presiones medidas en concentración, podremos
representar 1/[gas]2 frente a t y obtener k3.
Material y reactivos
Montaje que se esquematiza
Oxido nítrico (NO)
Oxígeno molecular (O2)
Procedimiento experimental
Para ganar tiempo, se enciende la placa calefactora situada bajo el balón de
reacción, para que se alcance la temperatura deseada lo más rápidamente posible. Es
importante asegurarse de que el contenido en agua del recipiente no se evapora y deja
de cubrir el balón.
La reacción se sigue simplemente midiendo la presión total en el manómetro en
función del tiempo. Se comienza por la mezcla de gases.
NOTA: LAS LLAVES DEBEN ABRIRSE Y CERRARSE CON CUIDADO Y NO
BRUSCAMENTE.
PREPARACIÓN DE LA MEZCLA DE REACCIÓN
Para que la cinética pueda ser medida correctamente se necesita una mezcla de
reacción de 2 partes de NO + 1 parte de O2. Se prepara con aproximadamente 25 Torr
de NO introducidos en el balón de reacción (sumergido en agua hirviendo para
mantener la temperatura a 100ºC) y añadiendo O2 desde el balón de premezcla para dar
una presión final de 37,5 Torr.
Es necesario conocer que presión inicial se necesita en la vasija de premezcla
para dar una presión final de 37,5 Torr en el balón de reacción. Para ello, hay que llevar
a cabo un experimento preliminar con aire.
teconstkp
tan81
32+=
10
Procedimiento: Durante todo el experimento las llaves 1 y 3 permanecerán
abiertas. Con la llave 4 abierta (con 5 y 6 cerradas) se hace vacío en el sistema: en el
balón de reacción vía llave 2 y en el balón de premezcla vía 3. Se cierra la llave 7 y con
cuidado se introduce aire en el balón de reacción (que está a 100ºC) y en el balón de
premezcla, vía 2 hasta que la presión alcance 25 Torr y entonces se cierra 2. Si se ha
introducido más cantidad de la requerida, se utiliza la llave 7 para bombear el exceso.
Después con 3 todavía abierta, se introduce más aire en el sistema vía llave 8 hasta que
la presión en el balón de premezcla y la línea se incremente aproximadamente hasta 50
Torr. Se cierra la llave 4 y se abre la 2 de la vasija de reacción anotando la presión final
alcanzada. Este experimento debe repetirse hasta que se encuentre la presión inicial
necesaria para alcanzar finalmente la presión deseada de 37,5 Torr (25 Torr + 12,5 Torr:
2 partes de NO y 1 parte de O2).
CINÉTICA
Durante la cinética se reparte el trabajo de forma que se estén anotando las
medidas del medidor de presión y del cronómetro a la vez, así como las posibles
observaciones.
La llave 2 debe ser abierta rápidamente para evitar la posibilidad de difusión de
O2 en el balón de reacción.
Es importante asegurarse de que la llave 7 de la bomba está cerrada antes de
admitir los gases NO y O2 vía llaves 5 y 6.
Procedimiento: Se miden 25 Torr de NO en el balón de reacción utilizando el
procedimiento descrito anteriormente. Se bombea lo que queda en la línea y utilizando
los resultados obtenidos anteriormente, se admite O2 al balón de premezcla hasta la
presión apropiada. Se aísla esta parte del montaje de la bomba cerrando la llave 4,
abriendo la llave 2 rápidamente y poniendo en marcha el cronómetro. Se anota la
presión cada 10 segundos durante un minuto y cada 20 segundos durante otros dos más.
Cálculos
Se hace una representación de 1/[gas]2 frente al tiempo y de la pendiente de la
recta obtenida, se calcula la constante de velocidad de orden 3, en función de mol/l y de
moléculas/cm3.
11
NOTA: El que k3 se exprese en función de mol/l o moléculas/cm3 no significa que esas
sean sus unidades. Éstas habrá que deducirlas de la ecuación de velocidad termolecular.
12
PRÁCTICA 3 PRÁCTICA 3 PRÁCTICA 3 PRÁCTICA 3 ⇒⇒⇒⇒ PILA DE COMBUSTIBLE PILA DE COMBUSTIBLE PILA DE COMBUSTIBLE PILA DE COMBUSTIBLE
Placa solar-electrolizador- pila de combustible- ventilador
Introducción
Todos los sistemas conocidos de producción de energía tienen ventajas, pero
también desventajas, como disponibilidad, impacto ambiental, baja eficiencia ó daños a
la salud. Por esta razón, se continúa investigado para conseguir una fuente de energía
que satisfaga nuestras necesidades pero que al mismo tiempo, evite los problemas antes
mencionados. Un posible proceso de generar energía es a partir del agua. No debe
extrañarnos esta afirmación dado que en la naturaleza este proceso ha sido ampliamente
empleado durante millones de años. Las plantas producen sus nutrientes usando agua y
luz en el proceso de la fotosíntesis. La energía solar se emplea para disociar las
moléculas de agua en oxígeno e hidrógeno. Este último es transformado en glucosa y así
almacenado como nutriente. Podemos decir que los pasos son: disociación del agua,
almacenamiento del hidrógeno y la subsecuente transformación de la energía química
en otras formas de energía.
En el año 1820 Michael Faraday formuló el principio de la electrolisis, es decir,
por efecto de una corriente eléctrica, se puede separar un fluido en sus componentes.
Veinte años después el francés Edmont Becquerel descubrió que algunos materiales
producen una corriente eléctrica cuando la luz brilla sobre ellos, descubriendo así el
principio en el que se basan las células solares. Actualmente, los científicos e ingenieros
aplican ambos principios a convertir al hidrógeno en una de nuestras futuras fuentes de
energía. Así, el hidrógeno puede ser generado por electrolisis a partir del agua,
13
utilizando energía solar y puede después ser transportado y almacenado igual que el gas
natural. Después, el hidrógeno puede utilizarse en producir energía en el proceso
inverso a la electrolisis. Ambos procesos se pueden llevar a cabo en la llamada pila de
combustible.
En realidad, la pila de combustible fue descubierta en el año 1839 por William
Robert Grove (1811-1896), pero ha tenido escasas aplicaciones hasta la actualidad. La
necesidad de fuentes de energía limpias dada la polución y contaminación ambiental y
la disminución de otros recursos energéticos, han fomentado la investigación en este
campo. El desarrollo de las pilas de combustible ha avanzado hasta el punto que se
puede hacer circular un coche normal durante unos 400km con un tanque de hidrógeno
y todo este, libre de polución. Otros tipos de pilas de combustible, utilizan la energía
química almacenada en el metanol ú otros hidrocarburos para producir energía.
El tipo de pila de combustible empleada en la realización de este experimento en
una Pila de combustible con membrana de intercambio protónico (Pila PEM,
membrana electrolítica polimérica) que se caracteriza porque opera a baja temperatura
ya que la delgada capa polimérica facilita la conducción del protón del cátodo al ánodo.
Se trata de un polímero de fluorcarbono con grupos sulfónico unidos covalentemente.
Estos grupos forman una red de canales llenos de agua que favorecen el transporte de
los protones, mientras que repelen los aniones debido a su carga negativa. Debido a la
elevada conductividad protónica, las pilas PEM se encienden rápidamente, la densidad
de potencia es elevada y generan energía según sus necesidades. Estas características las
hacen muy adecuadas para su empleo en automóviles. La eficiencia de este tipo de pilas,
el 60%, es muy elevada comparada con la de los motores de combustión, de solo un
25%. Este tipo de pilas de combustible de hidrógeno no emiten contaminantes (solo
agua), por tanto esta tecnología es muy adecuada para su adaptación a vehículos de
emisión cero. Sin embargo su aplicación en vehículos resulta complicada. Por una parte,
por la falta de sistemas de distribución y de transporte de hidrógeno y por otra parte,
porque su empleo requiere el empleo de Pt como catalizador, que es fácilmente
envenenado por sustancias químicas como CO. Esto no sería un problema si el
hidrógeno se generara a partir de la electrolisis del agua, pero este procedimiento de
preparación resulta muy caro a nivel industrial (debido al gasto de electricidad). En un
futuro próximo el hidrógeno continuará produciéndose a partir de combustibles fósiles
como el metano. Inevitablemente un subproducto de la reacción es el CO, que debe
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eliminarse previamente si el hidrógeno va a emplearse en pilas de combustible del tipo
PEM, lo que encarece el proceso aun más.
Sistema experimental
El sistema experimental utilizado aparece en la fotografía inicial. Consta de una placa
solar, una célula PEM electrolítica, un tanque ó depósito de hidrógeno, una pila de combustible
PEM y un ventilador.
- La placa solar transforma la energía de la luz en energía eléctrica. La
tecnología solar se basa en el uso de cristales semiconductores generalmente silicio ó
germanio.
- La pieza central de la celda PEM electrolítica es una fina membrana de un
polímero de conductividad protónica, que está cubierto por ambos lados de un material
catalítico. Estas dos capas forman el cátodo y el ánodo de la pila. El principio básico del
electrolizador aparece esquemáticamente en la figura 1.
Figura 1.- Principio básico del electrolizador
Los protones se mueven a través de la membrana permeable hasta alcanzar el
cátodo y se combinan con los electrones del circuito eléctrico.
- Al ser un gas, el hidrógeno podría escapar fácilmente del recipiente. En
nuestro caso, es almacenado en el vaso sellado, desplazando el agua del interior, que
pasa a la parte superior del depósito.
15
- Por último, La pila PEM de combustible es una membrana conductora a los
protones y recubierta a cada lado por una capa de material catalítico. Estas dos capas
forman el cátodo y el ánodo de la celda electroquímica. La pila de combustible PEM es
una fuente electroquímica de producción de energía, a través de un proceso inverso a la
electrolisis. El hidrógeno gaseoso se ioniza en el ánodo a H+. Estos protones migran a
través de la membrana conductora hacia el cátodo. Si se cierra el circuito, los electrones
migran hacia el cátodo generando energía. El oxigeno gaseoso es reducido en el cátodo
formándose finalmente agua. Esquemáticamente las reacciones aparecen en la figura 2.
Figura 2.- Principio básico de la pila de combustible
Procedimiento experimental
1. Rellena el tanque de agua, con agua destilada.
2. La llave superior del electrolizador debe estar cerrada y la llave inferior
abierta.
3. Cierra la pinza superior de la pila de combustible. Quita el cilindro superior
del tanque de almacenamiento y rellena este tanque con agua destilada hasta
la marca A. Vuelve a colocar el cilindro superior, asegurándose de un sellado
perfecto.
4. Conecta la placa solar y el electrolizador, asegurándose que la polaridad es
correcta.
5. Conecta el ventilador y la pila de combustible.
6. Abrir la pinza de entrada de la pila de combustible.
7. Iluminar la celda solar.
8. Cuando ya no salga mas agua, cerrar las pinzas.
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9. La producción de hidrógeno y oxígeno comienza. El oxígeno se libra al aire
a través del depósito de agua de la izquierda, lo que se comprueba por la
aparición de un burbujeo. El hidrógeno pasa al depósito de almacenamiento,
donde desplaza el agua que pasa al cilindro superior.
10. Cuando se hayan recogido aproximadamente 20 cm3 de gas, se abre la pinza
superior que conecta el depósito y la pila de combustible. La pila genera
energía, que observamos a través del movimiento del ventilador.
11. Ahora se abre lentamente y brevemente la pinza inferior para que pueda
salir el agua. Cerrar cuando aproximadamente 10 cm3 de hidrógeno han
pasado a la pila de combustible.
12. Al final del experimento, desconecta los cables y vacía los recipientes.
Precauciones
- En la pila electrolítica se generan hidrógeno y oxígeno que pueden formar una
mezcla explosiva, por lo que debe alejarse la pila de toda fuente de ignición.
- Usar únicamente agua destilada para llenar los recipientes. Vacía el agua
después de cada uso.
- Asegurarse de la correcta polaridad.
- El máximo voltaje que puede ser suministrado en la pila electrolítica es de 2V.
Cuestiones
1. Describe los pasos necesarios para producir electricidad a partir de hidrógeno
2. ¿Qué investigaciones científicas anteriores han contribuido al desarrollo en este
campo?
3. Describe algunas aplicaciones de las pilas de combustible. Indica también las
ventajas y desventajas de su utilización.
4. Describe los principios básicos de un electrolizador.
5. Como estos principios operan en un electrolizador PEM. Establece las
reacciones del ánodo y el cátodo y la reacción global.
6. Las dos mayores catástrofes del siglo XX que implican hidrógeno fueron la
conflagración del Zeppelín Hindenburg y la explosión en el espacio de la nave
Challenger. Encuentra información de ambos acontecimientos.
7. Establece las reacciones de oxidación y reducción y la reacción global para la
pila de combustible PEM.
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Bibliografía
1. Química Medioambiental. Spiro and Stigliani. Prentice Hall 2003.
2. Química Ambiental. C. Baird. Ed. Reverté, 2001.
3. Catálogo PHYWE de prácticas de laboratorio. Práctica: “PEM-Solar_Hydrogen
model”. Página WEB: http://www.phywe.es
4. Instruction manual suggestions for classroom instructions Experiments. H-Tec
18
PRÁCTICA 4 PRÁCTICA 4 PRÁCTICA 4 PRÁCTICA 4 ⇒⇒⇒⇒ RELACIÓN ENTRE LAS CAPACIDADES RELACIÓN ENTRE LAS CAPACIDADES RELACIÓN ENTRE LAS CAPACIDADES RELACIÓN ENTRE LAS CAPACIDADES
CALORÍFICAS (CCALORÍFICAS (CCALORÍFICAS (CCALORÍFICAS (Cpppp/C/C/C/Cvvvv) DEL AIRE) DEL AIRE) DEL AIRE) DEL AIRE
Introducción
En esta práctica se dispone de un recipiente de gran volumen al que se puede
insuflar aire y conseguir una presión en el interior superior a la atmosférica. Se permite
expandir el aire (salir del recipiente) de forma instantánea (abriendo al aire el sistema),
la expansión se podrá considerar adiabática por no haber tiempo suficiente para
intercambiar calor con el exterior. Si, por el contrario, la expansión fuese lenta
(extrayendo el aire con ayuda de la pera de goma), la expansión sería isoterma por
realizarse lentamente y haber intercambio térmico con el exterior. Después se realiza un
proceso isocoro.
Material
Recipiente de gran volumen
Pera de goma
Medidor de presión
Conducto al aire
Conexiones para la pera de goma y el medidor
Procedimiento experimental
Se procederá de la siguiente manera:
19
Se llena la vasija con aire a una presión mayor que la atmosférica (unos 30-40
Torr). A estas condiciones las denominaremos P1, T1. Se lee a presión P1.
Se abre la llave del conducto al aire y se cierra rápidamente para conseguir una
expansión rápida (adiabática). A estas condiciones las denominaremos estado 2: P2, T2.
Se lee la presión P2 (valor más bajo).
Se espera que el gas adquiera de nuevo la temperatura ambiente T1. Estas
condiciones constituyen el estado 3: P3, T3 (T3 = T1). Se lee la presión estabilizada P3.
Se realiza la experiencia varias veces con diferentes e iguales valores iniciales
de presión, P1.
Ecuaciones
Podemos establecer las siguientes relaciones:
Proceso 1 → 2 (transformación adiabática, Q = cte)
1
2
1
2
1
−
=
γγ
T
T
P
P
Donde, γ = cp/cv
Proceso 2 → 3 (transformación isocora, V = cte)
1
2
3
2
T
T
P
P=
Operando:
31
21
loglog
loglog
PP
PP
−
−=γ
Que permite el cálculo de γ a partir de los valores de las presiones obtenidos.
Cálculos
1. Calcular γ para cada uno de los experimentos. Si es posible, se calcula el valor
medio. Comentar el resultado obtenido.
2. Obtener la expresión de γ a partir de las expresiones para los pasos 1 y 2.
3. Determinar los valores de la temperatura T2 utilizando las dos expresiones para
los dos procesos. Comentar la evolución de la misma.
20
PRÁCTICA 5 ⇒ SIMULACIÓN POR ORDENADOR DE LA
CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
Introducción
El modelo numérico que usa el programa (DISPER 2.1) utilizado en esta
práctica, nos da la posibilidad de estudiar numéricamente la dispersión de diferentes
contaminantes atmosféricos que afectan a nuestro medio ambiente actual. La base del
modelo es el uso de una ecuación gaussiana e independiente del tiempo que estudia el
penacho de humo que se genera en la atmósfera por un emisor.
El modelo establece la concentración de contaminante en cada punto afectado
del terreno, producido por cada una de las fuentes emisoras, teniendo en cuenta las
propiedades del contaminante y el estado de la atmósfera.
Según la normativa vigente de la UE, se podrán usar modelos como sistemas de
evaluación en zonas con niveles de contaminación por debajo del valor umbral, también
pueden usarse para elaborar propuestas de medidas, planes o programas en el caso de la
superación de los límites de calidad del aire, o para realizar estudios de riesgo sobre el
medio ambiente. No obstante, serán de uso complementario al uso de otras técnicas de
medida que son especificadas para cada contaminante.
Modelo gaussiano
Como antes se mencionó, el modelo usado en esta práctica es gaussiano. Este
modelo analítico integra la ecuación de transporte-difusión después de asumir ciertas
hipótesis. Puede considerar fuentes puntuales, lineales y áreas superficiales. Cualquier
21
partícula de 10 µm de diámetro puede ser evaluada con este modelo (están incluidos
todos los gases contaminantes).
También considera el efecto turbulento que ejercen los edificios (downwash) en
la dispersión de los gases (lavado descendente del penacho). Si las chimeneas tienen
menos de 20 m de alto (alto típico de un edificio) el efecto puede ser importante. Si la
chimenea mide entre 20 y 100 m, dicho efecto es relativo y si la chimenea tiene más de
100 m, tiene un papel muy poco relevante. A continuación se da una breve explicación
del modelo gaussiano.
Cuando hablamos de dispersión atmosférica de contaminantes, el primer fenómeno a modelar que se nos viene a la mente es el de un penacho de una chimenea. Sin embargo, hay otros muchos ejemplos de interés como: emisiones accidentales por escape de tuberías, emisiones de vehículos, humos de incendios, explosiones y emisiones de vertederos. El modelo gaussiano es la técnica mayoritariamente usada para estimar las concentraciones de contaminantes en la atmósfera. En este modelo se plantea una ecuación gaussiana para evaluar el penacho que proviene de una serie de ecuaciones físicas que plantean conservación de materia, energía y cantidad de movimiento tridimensional. No es un modelo exacto y se basa en una serie de hipótesis que pueden no verificarse en su totalidad. Algunas de estas suposiciones son:
� No existe variación en la velocidad del viento entre la fuente emisora y el punto receptor. � La dispersión difusiva no ocurre en la dirección descendente del viento (en este dirección el
contaminantes es únicamente arrastrado por el viento).
El penacho se eleva hasta una altura efectiva (he) debido a la velocidad de salida del gas de la chimenea hacia arriba vs. La ganancia de altura se denomina elevación del penacho, Dh. A medida que el penacho se va desplazando aguas abajo de la chimenea (a sotavento, es decir, a la derecha del dibujo) debido a un viento que sopla hacia la derecha, se asume que el perfil de la concentración va aumentando en las direcciones horizontales y verticales siguiendo una distribución gaussiana. Aumentando la distancia a sotavento llegará un momento en que el penacho impacte contra el suelo consiguiéndose una concentración máxima. Si dicha distancia aguas abajo de la chimenea la seguimos aumentando, aumentará también la dispersión del penacho que ocupará un volumen cada vez mayor de aire disminuyendo la concentración de contaminante. Por ello, nos encontramos con la existencia de un punto de concentración máxima, a nivel de la superficie del suelo, a sotavento de la fuente emisora. Para un penacho contaminante gaussiano, la concentración de contaminante en un instante dado y a una distancia x (metros) en el eje X y a una distancia y (metros) en el eje Y vendrá dada por: C = (Q K V D/2 pi us sigy sigz) exp[-0.5(y/sigy)2] Donde:
22
La ecuación anterior incluye un término vertical (V), un término de decaimiento (D) y los parámetros de dispersión gaussianos sigv, sigz. El término vertical incluye los efectos de la elevación de la fuente, la altura del receptor, la altura que toma el penacho y los efectos de la capa límite atmosférica. Los valores sigy y sigz dependen de la distancia a sotavento de la chimenea, de la estabilidad atmosférica, de la diferencia de temperaturas entre el foco y la atmósfera y de si nos encontramos en zona rural o urbana. Esta dependencia, conocida como curvas de Pasquill-Gifford, ha sido determinada en estudios de campo y mediante simulaciones en túneles de viento. DISPER las calcula automáticamente teniendo en cuenta los datos meteorológicos de entrada, de la fuente y la posición de los receptores. Por otra parte, la elevación del penacho, Dh dependerá de dos factores: la velocidad de salida ascendente del gas y la flotación del mismo debido a la diferencia de temperatura entre el gas y la atmósfera. La elevación del penacho reduce las concentraciones de contaminante a nivel superficie del terreno y puede aumentar la altura efectiva de la chimenea entre un 20 y un 200 por cien. El programa DISPER calcula automáticamente la elevación efectiva del penacho teniendo en cuenta los datos de entrada. Las ecuaciones que emplea están basadas en análisis fotográficos de múltiples penachos llevados a cabo en Oak Ridge, EE.UU. Para la mayoría de las chimeneas que nos podemos encontrar actualmente en industrial, la temperatura del gas en el punto de salida suele ser de 150ºC y la velocidad de salida de unos 15 m/s hacia arriba. Considerando ahora el resto de fuentes emisoras no puntuales (carreteras, vertederos al aire libre,…) podemos darnos cuenta que todas ellas tienen una elevación del penacho, Dh, igual a cero. Esto es debido a que en todas estas fuentes emisoras no hay una velocidad neta hacia arriba del gas que se libera. En explosiones el gas sale en todas las direcciones con una velocidad promedio de todas las moléculas nula. Los gases de los tubos de escape tienen velocidad indefinida ya que aunque salen lateralmente, el movimiento del vehículo emisor es en sentido contrario. Por ello, al hacer uno de LÍNEAS o ÁREAS emisoras con DISPER, éste tomará automáticamente una elevación del penacho (Dh) igual a cero.
No necesitamos la temperatura del gas y la velocidad de salida para calcular Dh, estos datos
no nos son ahora de interés ya que Dh estará fijada con un valor Dh=0. Debido a esto, al activar líneas o áreas emisoras en DISPER nos aparecerán desactivadas las casillas de las ventanas correspondientes a dichos valores. No necesitaremos de dichos datos a la hora de realizar el cálculo.
23
Meteorología de la contaminación atmosférica
Para predecir la trayectoria futura de una emisión se necesitan conocer diferentes
factores: velocidad y dirección del viento, temperatura, existencia o no de turbulencias
atmosféricas, la estabilidad atmosférica y la influencia de efectos topográficos en la
meteorología.
Las emisiones de contaminantes pueden tener interés en tres escalas diferentes:
- microescala: del orden de 1 km (típico en el penacho de una chimenea)
- mesoescala: del orden de 100 km (vientos montaña-valle)
- macroescala: miles de km (océanos y continentes)
el modelo utilizado aquí evalúa emisiones a nivel microescalar y mesoescalar, es decir,
que transcurren durante minutos a horas (micro) o durante horas o días (meso), con
velocidades del viento de 5 m/s (circunstancias meteorológicas normales). Todo ello
dentro de la capa límite atmosférica, entre 500-2000 m, incluida en la troposfera y que
está influenciada por los efectos del calor y rugosidad de la superficie terrestre. La
dispersión dentro de la capa límite se produce mediante turbulencias (remolinos). En la
superficie la velocidad del viento es nula debido a la fricción con la rugosidad de la
superficie. A medida que nos separamos de la superficie la velocidad del viento
aumenta. Esta velocidad es compleja y se puede definir una componente de velocidad
media y otra de velocidad variable. En nuestra práctica esa velocidad se considera
constante.
En función de las condiciones meteorológicas, la atmósfera puede ser, estable,
inestable o neutra. Pasquill estableció una clasificación de la estabilidad de la atmósfera
atendiendo a las condiciones que dependen de la velocidad del viento (medido con
anemómetro a 10 m de la superficie), la radiación solar, si era de día o de noche y de la
fracción de cielo nublado que había. Definió un valor K de Pasquill tal que K=1,2,3,4,5
o 6, también representado por las letras A, B, C, D, E y F para evaluar la estabilidad de
la atmósfera (ver tablas y explicación en página siguiente:
La relación entre las clases de estabilidad y las condiciones meteorológicas se muestra en la siguiente tabla:
24
Donde la velocidad del anemómetro está medida a 10 m de altura. El preprocesador meteorológico de DISPER es mucho más sofisticado que la tabla anterior y considera un rango de vientos mucho más detallado. La velocidad del viento varía con la altura y se suele medir a 10 m de altura sobre el suelo, u10. Tiene un valor nulo en la superficie del terreno y va aumentando a medida que nos elevamos hasta estar fuera de la influencia de los edificios y de la topografía. En una zona rural es de unos 250 m, mientras que en una urbana es de unos 500 m, aunque estos valores no están del todo claros ya que en la bibliografía nos podemos encontrar valores de 500 m y 1000 m, respectivamente. Para determinar la velocidad a cualquier altura uz se utiliza la ley de semejanza de la potencia:
uz=u10 (z/z10)p siendo z la altura contada desde la superficie del terreno y z10=10 m. El exponente p depende de laclase de estabilidad de la atmósfera y de si nos encontramos en terreno rural o urbano. DISPER evalúa automáticamente la ecuación anterior indicando la altura del anemómetro y la del punto de salida. Conociendo el gradiente de temperatura ambiente y comparándolo con el gradiente de temperatura adiabático, podemos estimar la estabilidad atmosférica y, por consiguiente, la evolución del penacho contaminante de la chimenea. Las diferentes estabilidades atmosféricas nos determinarán los valores de la desviación lateral y vertical del penacho, En la figura siguiente se muestran los diferentes penachos (lazo, cono y ventilador) atendiendo a las diferentes estabilidades atmosféricas. A la izquierda se representa el gradiente de temperatura para aire seco adiabático (línea discontinua) y el gradiente de temperatura ambiental en representaciones de temperatura (T) frente a la altura (z).
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Índice de calidad del aire Existen diversos índices que son capaces de medir la calidad ambiental del aire. Estos índices agrupan diversos factores y concentraciones de contaminantes y son capaces, mediante un número, de indicarnos la calidad ambiental de la atmósfera. Todos ellos evalúan la concentraciones de los contaminantes más importantes y frecuentes que podemos encontrar en la atmósfera. Uno de los índices más importantes es el Oack Ridge Air Quality Index (ORAQI) que evaúa la concentración media de los cinco contaminantes principales: SO2, partículas en suspensión, Pb, NO2, CO y los hidrocarburos. La concentración estándar del ORAQI se refiere a un aire de una calidad media (de 0 a 100, un 50). En dicha concentración, los contaminantes toman los siguientes valores, en microgramos por metro cúbico (µg/m3):
Este índice puede generalizarse incluyendo otros productos contaminantes que podemos encontrarnos con facilidad. De esta manera, podemos definir un ÍNDICE DE CALIDAD DEL AIRE (ICAIRE) mucho más general:
Todas las cantidades anteriores vienen expresadas en microgramos de contaminante por metro cúbico. En la columna de la derecha se muestra el tanto por ciento de la calidad del aire correspondiente a los diferentes valores de las concentraciones. Un aire de una extremada calidad (100%) tendría que tener los parámetros de la última fila de la tabla anterior. Desde que una de las concentraciones tome un valor relevante tendremos aire con una calidad no superior al valor porcentual correspondiente a dicha concentración. Es decir, una atmósfera con 4 µg/m3 de plomo nos dará un aire de calidad del 50%. En la legislación estatal, las situaciones de emergencia para la salud surgen a partir de
un aire con una calidad inferior al 50% en el ICAIRE.
Debemos tener en cuenta que actualmente hay un cierto caos en los niveles de referencia para contaminantes atmosféricos ya que hay legislación europea, estatal y autonómica al respecto. Las cantidades límite permitidas varían en concentración y en tiempo. También hay que considerar que constantemente se están modificando dichos valores a la baja. Para que el presente manual no quede rápidamente desfasado DISPER 2.1 deja en manos del usuario la valoración de los resultados que mostrará el programa según la normativa vigente en cada caso.
Material
Ordenador con el programa DISPER 2.1 instalado.
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Procedimiento experimental y cuestiones
En las páginas siguientes se muestra, con un ejemplo, la manera de proceder
con el programa para resolver un problema de dispersión determinado. Hacer dicho
ejemplo siguiendo las instrucciones que se muestran detalladamente. Sólo se muestra la
solución para el apartado a) atmósfera inestable.
A continuación resolver los demás apartados del ejercicio 1 y los ejercicios 2 y 3
enteros, teniendo en cuenta las sugerencias propuestas en cada caso.
Copiar en una hoja de Word los resultados obtenidos (con la gráfica a copiar en
pantalla, pulsar Impr Pant, abrir Word y en Edición pulsar Pegar). Imprimirlos e
insertarlos en la hoja correspondiente del cuaderno.
1. Una central térmica de 50MW de potencia emite óxidos de azufre a la
atmósfera (SOx) en un medio rural. La chimenea tiene 35m de altura y tiene 2m de
diámetro en la boca de la salida. El gas sale a 159ºC a una velocidad de 15m/s. La
velocidad del viento es 5m/s. Comentar la forma del penacho indicando su nombre,
determinar el valor de concentración máxima así como la distancia (desde la
fuente) a la que aparece y comentar la distribución de concentraciones dentro del
gráfico obtenido, en caso de
a) atmósfera inestable.
b) misma situación que apartado a) pero con una velocidad de viento 10m/s.
c) atmósfera neutra.
d) inversión térmica a nivel superficie del terreno.
Hacer un comentario comparativo de las todas situaciones.
Solución a):
En primer lugar cambiamos el fondo de pantalla para ver mejor los resultados.
En Ver, hacemos ‘click’ en fondo blanco de pantalla.
A continuación fijamos el tamaño de malla y la escala del dibujo. En
Configuración hacemos ‘click’ en tamaño de malla y ponemos 50, que no es muy
elevado para la capacidad de los ordenadores actuales. En el icono escala del dibujo,
ponemos 5.000m (suficiente para que los penachos de la chimenea salgan en pantalla).
A continuación fijamos las propiedades de la atmósfera en el icono Tiempo.
27
Aquí hemos seleccionado la atmósfera rural, la velocidad del viento (tomada por
defecto a 10 m de altura), una capa límite típica de zona rural (250 m), una atmósfera
inestable (K=1), velocidad y dirección del viento (viento en dirección Este =90º).
Después de haber fijado el tiempo, hacemos ‘click’ en el icono Fuente y,
posteriormente en el botón Estimación del flujo de salida. Obtenemos:
Aquí hemos hecho ‘click’ sobre las opciones Caldera de carbón, SOx,
Megavatios y tomado el valor de ‘50’ para la potencia de la caldera. Tras pulsar el botón
Aceptar, pasamos a la siguiente pantalla fijando el flujo de salida del contaminante:
Vemos que en la ventana Flujo de salida del contaminante, el flujo de salida ha
quedado fijado a cerca de 100g/s. Hemos colocado una altura de chimenea de 35 m, con
un diámetro de 2 m y un contaminante que sale a 15 m/s a 432K=159ºC. Pulsamos
Aceptar y hacemos ‘click’ sobre la pantalla para fijar la fuente (ver imagen).
28
Tras hacer uso de la función Cálculo, con la opción de Cálculo a nivel superficie
del terreno, obtenemos el siguiente penacho:
Se puede cambiar la visualización del resultado. Haciendo ‘click’ en
Herramientas aparecen tres opciones: Colorear, malla numérica y dibuja líneas. En este
caso elegimos colorear.
Las distancias, así como la concentración en cada punto, aparecen en la parte
inferior de la pantalla al mover el cursor.
En el penacho obtenido hay un máximo de 419 µg/m3 de SOx a menos de 500 m
de la fuente en la dirección de sotavento.
Para ver enteros los penachos de los apartados c) y d) hay que aumentar la escala
del dibujo.
2. Por una carretera recta, situada en dirección Norte-Sur, circulan una
serie de vehículos a la hora. El viento suele ser dirección Este a 5 m/s en una
atmósfera de estabilidad neutra a una temperatura de 27ºC. A 50 m a sotavento de
la carretera se encuentra un núcleo poblado. Calcular el número máximo de
vehículos que deben circular a la hora para que las concentraciones de
hidrocarburos en el núcleo poblado no constituyan un riesgo ambiental (buscar en
la tabla de calidad del aire el valor máximo permitido). Comentar el resultado
obtenido.
Sugerencias:
Seguir la misma pauta que para el ejercicio 1
Escala de dibujo: 200 m
En este caso no tenemos una fuente puntual sino una línea emisora
Realizaremos el cálculo del número máximo de vehículos por tanteo,
comenzando por 10.000 vehículos/hora.
29
Para dibujar la línea emisora, se traza una línea recta de arriba abajo que cubra 4
cuadros de la pantalla.
Para la visualización puede resultar más fácil la malla numérica.
3. Determinar la concentración de NOx existente a nivel de superficie y a la
altura de una vivienda situada en una 1ª planta en la Ronda de Ciudad Real.
Utilizando los datos meteorológicos de ese día concreto, calcular la K de Pasquill,
que será la que se utilice en los cálculos. El número de vehículos por hora debe ser
medido in situ. Comentar los resultados obtenidos.
Norte
Ro
nd
a
Norte
Ro
nd
a
Sugerencia:
Escala de dibujo: 50 m
30
PRÁCTICA 6 ⇒ DETERMINACIÓN DE NOx Y
PARTÍCULAS EN EL HUMO DE UN CIGARRILLO
Introducción
El objetivo fundamental del experimento es introducir a los estudiantes en las
técnicas de determinación analítica de algunos de los contaminantes más comunes de
una muestra de aire contaminado. Se ha elegido un cigarrillo simplemente porque
proporciona fácilmente pequeñas cantidades de aire contaminado en el laboratorio.
Más de 2200 compuestos, muchos de ellos tóxicos, han sido identificados en el
humo del tabaco (1). Entre ellos, gases como óxidos de nitrógeno, CO, NH3, HCN y
compuestos en fase partícula como por ejemplo nicotina.
Es posible mediante un sencillo experimento evaluar el contenido en NOx en el
humo de un cigarrillo y por pesada determinar la cantidad total de partículas recogidas.
Para recoger el humo del tabaco, se utiliza una jeringa con un filtro adecuado
para eliminar previamente las partículas. La determinación conjunta de NO y NO2
(denominados NOx) se realiza teniendo en cuenta que el NO se oxida rápidamente a
NO2 y este último reacciona con agua en la siguiente reacción:
2NO2 + H2O →2H+ + NO2- + NO3
- (1)
La reacción se puede seguir espectrofotométricamente si hacemos reaccionar el
ión nitrito con un reactivo formado por ácido sulfanílico y N-naftil-etilendiamina,
formándose una disolución de color rosa. La coloración se puede considerar estable
después de 15 minutos. La absorbancia de la disolución se determina a 550 nm.
31
Para determinar las concentraciones de ión nitrito, se prepara previamente una
recta de calibrado con varias disoluciones de nitrito sódico.
Aunque de acuerdo con la ecuación (1) la relación estequiométrica esperable entre
NO2- y NO2 es de 1:2, algunos investigadores (2,3) han establecido que 1 mol de NO2
-
produce la misma intensidad de color que 1.39 moles de NO2.
Por último, la materia particulada por bocanada se determina como la media del
total de materia recogida en el filtro después de un número determinado de bocanadas.
Material, reactivos y disoluciones
3 jeringas de 60mL, 2 tapones para jeringa, 2 filtros de partículas de tamaño de poro
0.8µm, 1 conexión entre cigarrillo-filtro-jeringa, 1 matraz aforado de 500mL (para dos
grupos), 5 matraces aforados de 25mL, 1 probeta de 100mL, 2 vasos de precipitados de
100mL, 1 vaso de precipitados de 600mL, 1 pipeta graduada de 5mL, 1 vidrio de reloj,
1 varilla agitadora, 1 aspirapipetas, 1 frasco lavador, 1 gotero, cronómetro, ultrasonidos,
espectrofotómetro con cubeta de plástico, 1 balanza analítica capaz de medir hasta
0.0001g, cerillas (mechero), 2 cigarrillos (1 de cada marca).
Disoluciones.
500mL de disolución indicadora de NOx (para dos grupos): 2,5g de ácido sulfanílico
anhídrido, 70 mL de ácido acético, 0,01g de N(1-nafhthyl)-ethylenediamine
dihydrochloride. Enrasar con agua y cubrir con papel aluminio para evitar la coloración
de NO2 debida al aire. Si se disuelve mal, introducir la disolución en un baño de
ultrasonidos. La disolución debe ser preparada en los instantes previos a su uso, ya que
se deteriora con el tiempo.
1 L disolución conteniendo 5µg/mL de NO2- (ya preparada para los dos grupos). Se
prepara diluyendo 1.50 g de NaNO2 en un matraz de 1 L. A continuación, en otro
matraz de 1L, se diluye la disolución anterior 200 veces hasta obtener una nueva
disolución, que será la disolución madre para la recta de calibrado (5µg/mL de NO2-).
Procedimiento experimental
Preparación patrones. Poner 1mL de disolución 5µg/mL de NO2- en uno de los
matraces aforados de 25mL y enrasar con la disolución indicadora de NOx. Repetir el
procedimiento con 2, 3 y 4 mL. Dejarlas al menos durante 15 minutos para asegurar el
desarrollo completo del color.
32
Toma de muestras. Se preparan dos jeringas (una para cada cigarrillo) con exactamente
25mL de la disolución indicadora de NOx (se deben eliminar todas las burbujas de aire).
Se tapan y se numeran.
Una vez pesados (con la máxima precisión posible) y numerados los filtros (como las
jeringas), tomar uno de ellos y proceder al montaje de la figura con uno de los dos
cigarrillos y otra jeringa vacía. Hay que asegurarse de que las conexiones están bien
cerradas.
ANTES DE CONTINUAR LEER DETENIDAMENTE TODAS LAS
INSTRUCCIONES
La toma de muestra se realizará en campana extractora y debe realizarla siempre la
misma persona.
Se enciende el cigarrillo y se procede a tomar la primera calada con la jeringa: se toman
35mL de aire del cigarrillo durante dos segundos. En este momento se dispara el
cronómetro. Una vez realizada la operación se desconecta el conjunto filtro-conexión-
cigarrillo de la jeringa y se elimina el humo. Se vuelve a conectar y a los 30 segundos
de la primera calada se toma una segunda. Se elimina el aire y así sucesivamente. Hay
que tomar 9 caladas cada 30s en total, es decir, el tiempo final será 4 minutos 30
segundos.
Después de tomar la calada número nueve se desconecta el conjunto filtro-conexión-
cigarrillo y se conecta en una de las jeringas ya preparadas (mismo número que filtro)
con la disolución indicadora de NOx. Cuando han transcurrido 30s de la última calada,
es decir, cuando el cronómetro marque 5minutos, se procede a una nueva aspiración o
calada durante dos segundos de 35mL, de manera que el émbolo de la jeringa se sitúa en
60mL.
Se desconecta el conjunto filtro-conexión-cigarrillo y se procede a tapar la jeringa, que
contiene 25mL de disolución indicadora + 35mL de aire del cigarrillo. Se agita
vigorosamente. Se deja que reaccione durante 30minutos, agitando ocasionalmente.
Cuando el color se haya desarrollado totalmente, se expulsa el aire de la jeringa
manteniendo los 25mL de disolución. Se añaden ahora otros 25mL de la disolución
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indicadora inicial para diluir la muestra y que pueda ser medida más fácilmente. Se
agita.
Mientras transcurren los 30 minutos, se realiza el mismo procedimiento para el otro
cigarrillo.
Medida. La determinación del número de partículas por calada, se realiza simplemente
por diferencia de pesada.
Una vez preparados tanto los patrones como las dos muestras se procede a su medida de
absorbancia en el espectrofotómetro. Se mide a 550nm utilizando disolución indicadora
inicial de NOx como blanco.
Cálculos
Partículas. Teniendo en cuenta la diferencia de peso de los filtros y el número de
caladas, calcular la cantidad de partículas expresado en mg/calada para cada uno de los
cigarrillos.
NOx. A partir de la recta de calibrado, conociendo la concentración en µg NO2-/mL de
los cuatro patrones, determinar la concentración de ión nitrito en cada una de las
muestras, expresada en µg NO2-/mL. Para convertir este valor a µg NOx/L utilizar la
expresión:
)/1000)(39.1()/(/ 2 LmLV
VmLNOgLNOxg
g
i
= −µµ
Donde, Vi es el volumen de indicador utilizado (50mL), Vg es el volumen de aire en una
calada (35mL) y 1,39 es la relación estequiométrica de NO2 y NO2-.
Con el valor obtenido de NOx en µg/L, calcular la concentración de NOx en ppm.
Cuestiones
1. Comparar y comentar los resultados obtenidos para los dos cigarrillos en cuanto a la
cantidad de partículas/calada. Comparar y comentar también los datos obtenidos por el
otro grupo.
2. Comparar y comentar los resultados obtenidos para los dos cigarrillos en cuanto a la
concentración de NOx (en ppm). Comparar y comentar también los datos obtenidos por
el otro grupo.
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Bibliografía
(1) Schmeltz, I and Hoffmann, D. Chem. Rev. 77, 306 (1977)
(2) Saltzman, B. E. Anal. Chem. 26, 1949 (1954)
(3) Shaw, J. T. Atmos. Environ.1, 81 (1967).
