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Master en Ingeniería y Gestión Medioambiental 2007/2008

MÓDULO: CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

Focos Emisores AUTOR: JESÚS RUBIO FLAMARIQUE

©: Quedan reservados todos los derechos. (Ley de Propiedad Intelectual del 17 de noviembre de 1987 y Reales Decretos). Documentación elaborada por el autor/a para EOI. Prohibida la reproducción total o parcial sin autorización escrita de EOI.



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ÍNDICE

FOCOS EMISORES.............................................................................................................................2

1. INTRODUCCIÓN.....................................................................................................................3

2. CONTAMINACIÓN DE ORIGEN NATURAL. ....................................................................3

3. CONTAMINACIÓN ANTROPOGÉNICA. ...........................................................................3

3.1. CONTAMINANTES DE ORIGEN ANTROPOGÉNICO. .....................................................................3 3.2. FOCOS EMISORES ANTROPOGÉNICOS.........................................................................................3

3.2.1. Transporte. Vehículos automóviles................................................................................3

3.2.2. Instalaciones de combustión. .......................................................................................3

3.2.3. Instalaciones industriales. ............................................................................................3



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1. INTRODUCCIÓN.

Dada la gran variabilidad a la que están sujetas la mayor parte de las especies minoritarias

presentes en la atmósfera terrestre, en ocasiones puede resultar complicado determinar si una cierta

sustancia cabe considerarla como contaminante o no. Estrictamente hablando, en química atmosférica,

se establece que una sustancia presente en la atmósfera, ya sea gaseosa, líquida o sólida, es

contaminante, cuando, dependiendo de los niveles en que esté presente, puede causar, directa o

indirectamente, efectos nocivos tanto a los seres vivos como a los materiales. En consecuencia, la

concentración, tanto en exceso como en defecto, es un parámetro crucial para identificar las sustancias

contaminantes.

Los diferentes contaminantes atmosféricos pueden generarse en un gran número de fuentes

emisoras, si bien éstas pueden clasificarse en dos grandes grupos: fuentes naturales y focos

antropogénicos.

En general, se puede hablar de una contaminación o polución de fondo, para designar la

presencia de especies minoritarias cuya concentración es muy variable, dependiendo de determinados

procesos naturales, como por ejemplo fermentaciones anaerobias, descomposiciones, procesos

biogénicos en la vegetación, erupciones volcánicas, etc. Sin embargo, esta contaminación natural está,

en principio, perfectamente asumida por la naturaleza, gracias a los mecanismos propios de

autodepuración, tanto físicos como químicos, que posee la atmósfera, y que conduce a una situación

de equilibrio entre los distintos componentes atmosféricos. A pesar de ello, este equilibrio es muy

frágil, por lo que el hombre con su actividad puede llegar a romperlo de manera indirecta, acelerando

los procesos naturales (incendios forestales, cambios en prácticas agrícolas, deforestación, etc), lo cual

da lugar al aumento en la velocidad de generación de los contaminantes naturales y/o a una

disminución en la eficacia de los procesos autoprotectores de la atmósfera.



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En cualquier caso, la mayor amenaza para el equilibrio químico en la atmósfera proviene de

la actuación directa del hombre sobre el medio atmosférico. Hasta hace poco, la humanidad no ha sido

realmente consciente de la limitación espacial de la atmósfera, y no se ha percatado de que los

residuos vertidos a la misma permanecen en ella, mezclándose, diluyéndose, participando en muchos

casos en reacciones químicas generadoras, a su vez, de otros contaminantes y, finalmente, retornando

a la superficie.

En la tabla 1 se muestra la proporción entre las emisiones de procedencia natural y las de

origen antropogénico para los principales contaminantes primarios.

TABLA 1: Origen de las emisiones atmosféricas

Focos de emisión Contaminante

Antropogénicos (%) Naturales (%)

Aerosoles

Óxidos de azufre (SOx)

Monóxido de carbono (CO)

Óxidos de nitrógeno (NOx)

Hidrocarburos

11.3

42.9

9.4

11.3

15.5

88.7

57.1

90.6

88.7

84.5

Las cifras muestran la gran importancia que, en cuanto a emisiones globales, tienen las

fuentes naturales de emisión de contaminantes en relación con las antropogénicas, excepto en el caso

de las emisiones de SOx.



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2. CONTAMINACIÓN DE ORIGEN NATURAL.

La práctica totalidad de las especies consideradas contaminantes tienen, al menos, un origen

natural, a excepción de algunas sustancias organocloradas, compuestos aromáticos y olefinas, cuyo

origen es típicamente antropogénico.

En la tabla 2 se listan los principales contaminantes de origen natural, especificando algunas

de las causas más importantes de su emisión.

TABLA 2: Contaminantes primarios

emitidos por fuentes naturales

Contaminantes Origen

CO Océanos; incendios forestales

CO2 Deforestaciones; respiración de las plantas

CH4 Fermentación intestinal; océanos; zonas húmedas

Parafinas Emisiones biogénicas

Terpenos Vegetación

NO y NO2 Incendios forestales; procesos anaeróbicos en el suelo; descargas eléctricas

N2O Desnitrificación; océanos

NH3 Procesos anaerobios en el suelo

SO2 Erupciones volcánicas

SH2 Zonas húmedas; erupciones volcánicas

S2C Zonas húmedas; océanos

SCO Erupciones volcánicas; océanos

Mercaptanos Emisiones biogénicas

HCl y HF Erupciones volcánicas

CH3Cl Océanos; incendios forestales

CH3Br y CH3I Emisiones biogénicas



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Como se observa en este listado, la vegetación de forma general emite un amplio y variado

espectro de sustancias orgánicas, entre las que cabe destacar determinadas parafinas (hidrocarburos

saturados lineales de cadena corta), terpenos (hidrocarburos cíclicos constituidos por un número

variable de átomos de carbono comprendido entre 5 y 20), y bromuro y yoduro de metilo (CH3Br y

CH3I).

Por otra parte, los procesos de fermentación anaeróbica son los responsables de la emisión

de gases reductores como CH4, NO, SH2, S2C y mercaptanos. Estos procesos naturales anaeróbicos

tienen lugar en los intestinos de los animales y, principalmente, en superficies húmedas con poca

circulación de agua, en la que el oxígeno disuelto está en bajas concentraciones, caso de pantanos,

arrozales, etc.

Otros puntos en los que pueden originarse procesos anaeróbicos son los lagos y ríos que

reciben aportes de agua con un elevado contenido en nitratos. La presencia de nitratos en el agua

favorece procesos de eutrofización, es decir, de crecimiento descontrolado de determinadas especies

vegetales (especialmente fitoplancton) que, al morir, constituyen el sustrato alimenticio de bacterias

que, a su vez consumen el oxígeno disuelto en el agua, facilitando el desarrollo de procesos

anaeróbicos.

La extensión con que se desarrollan estos procesos ha ido creciendo en los últimos años

puesto que las exigencias de alimentación de la población humana han provocado que en los últimos

cuarenta años se hayan duplicado las cosechas de arroz, y que el número de reses en todo el mundo se

haya incrementado en un 60 por 100 en el mismo período. En consecuencia, esto ha significado un

pronunciado aumento de los niveles atmosféricos de los gases reductores.

Los océanos pueden considerarse como verdaderos almacenes que contienen una variada

gama de productos químicos, los cuales permanecen en su seno por disolución. Así, además del CO2,

el cual está presente a concentraciones cincuenta veces superiores a la contenida en la atmósfera, el

océano es una fuente de emisión de otros gases. Por ejemplo, dependiendo de diversos factores (entre

ellos la temperatura superficial), puede emitir compuestos carbonados, como por ejemplo el CO, El

CH4, el cloruro de metilo (CH3Cl); nitrogenados, como el N2O; o sulfurados como el sulfuro de

carbonilo (SCO) o el sulfuro de carbono (S2C).



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Por otro lado, una fuente natural importante de óxidos de nitrógeno, principalmente NO y NO2,

son las descargas eléctricas producidas durante las tormentas. Cuando se producen estas descargas se

alcanzan temperaturas muy elevadas, que permiten la combinación espontánea del nitrógeno y el

oxígeno moleculares para formas los correspondientes óxidos. Se ha estimado que la descarga de un

rayo produce, por término medio, 50 kg de óxidos de nitrógeno. Si se tiene en cuenta que,

aproximadamente, se generan unos 100 rayos de media cada segundo por todo el planeta, resulta que,

globalmente, se forman 5 Tm de óxidos de nitrógeno en ese mismo lapso de tiempo. De hecho, se

estima que el nitrógeno fijado por las descargas eléctricas representa el 50 por 10 del nitrógeno total

asimilado por los seres vivos.

En la tabla 2 se observa también que las erupciones volcánicas son el origen de muchos

contaminantes atmosféricos y que, a diferencia de otras fuentes contaminantes, los logran introducir

directamente a la estratosfera. Por otro lado, otra diferencia es que las erupciones volcánicas son uno

de los mecanismos que posee la naturaleza de incorporar material juvenil a los ciclos biogeoquímicos.

La materia juvenil corresponde a aquel material cuyo origen se remonta al mismo nacimiento de la

Tierra y que, por tanto, nunca ha participado en los ciclos naturales. El volcán despide durante las

erupciones compuestos sulfurosos, como por ejemplo SO2, SH2, y SCO; y también halogenados como

Hcl y HF. Además de estos contaminantes gaseosos, el volcán también despide una gran cantidad de

partículas, principalmente de carácter inorgánico.

Hay otros procesos naturales responsables de la emisión de contaminantes a la atmósfera, en

los que la intervención del hombre es un factor que condiciona la aceleración de su generación. Los

casos más significativos corresponden a los incendios forestales, a procesos anaeróbicos en zonas

húmedas y a procesos biológicos que tienen lugar en la capa superficial del suelo.

Durante un incendio forestal se emite una gran cantidad y variedad de productos

contaminantes, siendo para alguno de ellos ésta la única fuente natural de emisión. En realidad, los

incendios forestales son fenómenos naturales y espontáneos, pues existen especies pirofíticas, como es

el caso del pino mediterráneo que se caracteriza por su elevada combustibilidad y pos su fácil

recuperación, lo cual permite la repoblación, de una forma rápida, del terreno afectado por el incendio.



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En principio, la contaminación que se genera como consecuencia de los incendios forestales

es perfectamente asimilable por la naturaleza. Sin embargo, la intervención del hombre provocando,

ya sea accidentalmente o por mera especulación económica, la quema de bosques y de vegetación en

general, aumenta de forma significativa las emisiones gaseosas, lo cual genera un riesgo persistente de

contaminación atmosférica.

Durante un incendio forestal, además de una gran cantidad de cenizas y partículas en

suspensión, se emite un elevado número de compuestos gaseosos, los cuales, dependiendo de la

intensidad del incendio y de las condiciones meteorológicas, son proyectados hasta alturas superiores

a los 4 km, siendo dispersados horizontalmente a causa de los movimientos de las masas de aire.

En estos episodios de contaminación se emiten principalmente CO2, CO, NO2, hidrógeno,

SCO, ClCH3, HCN, NH3 e hidrocarburos saturados, tales como el metano y el acetileno. Se ha

calculado que, globalmente, se emiten cada año del orden de 3 mil millones de toneladas de carbono

en forma de CO2, 800 millones de toneladas en forma de CO, 15 millones de toneladas de hidrógeno,

60 millones de toneladas de metano y 35 millones de toneladas de óxidos de nitrógeno.

Finalmente, otra fuente natural de contaminación que se ha de tener en cuenta corresponde a

los procesos biológicos que ocurren en el suelo. Mediante diferentes procesos naturales tiene lugar la

fijación del nitrógeno atmosférico, gracias a la intervención de determinados microorganismos

presentes en el suelo. A través de estos procesos naturales el suelo emite NO, NH3 y sobre todo N2O,

el cual es un gas muy estable y que, una vez formado se difunde hacia la atmósfera. Este gas, gracias a

su estabilidad, asciende hasta la estratosfera y reacciona con el ozono presente en aquella región de la

atmósfera.

La intervención del hombre mediante la utilización excesiva e indiscriminada de fertilizantes

y abonos, que no es más que una forma artificial de fijar el nitrógeno atmosférico, ha contribuido a

incrementar la emisión de N2O ya que este gas se va acumulando en la atmósfera. Gran parte de los

fertilizantes que se aplican en las prácticas agrícolas son derivados amoniacales y de la urea. Estos

compuestos se hidrolizan en el suelo dando lugar a la formación de carbonato amónico.



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Una vez formada esta sal se produce la nitrificación mediante la acción de bacterias autótrofas

presentes en el suelo (nitrosomonas), las cuales oxidan el ión amonio a nitrito. Finalmente, otras

bacterias convierten esta última especie a ión nitrato. No obstante, parte del ión amonio en el suelo no

es oxidado a nitrito sino que el proceso se para en el estadio intermedio, formando N2O. Se estima

que, en terrenos de cultivo, se produce aproximadamente un kilo de este gas por hectárea y año.

3. CONTAMINACIÓN ANTROPOGÉNICA.

Los principales focos antropogénicos de emisión de contaminantes atmosféricos son los

vehículos automóviles, las calefacciones domésticas y las instalaciones de combustión para la

generación de calor y electricidad, así como por determinados procesos industriales, y suelen estar

localizados en centros urbanos o en zonas altamente industrializadas.

Las fuentes de contaminación antropogénica se pueden clasificar atendiendo a distintos

criterios (movilidad, distribución espacial, ...):

Atendiendo a su movilidad:

Industriales - Procesos industriales

- Instalaciones de combustión

• Focos fijos

Domésticos - Calefacciones

• Focos móviles

Vehículos automóviles

Aeronaves

Buques

• Focos compuestos

Multifocos

Zonas industriales

Áreas urbanas



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Según la distribución espacial:

• Focos puntuales Chimeneas aisladas

Vehículos individuales

• Focos lineales Carreteras, autopistas

Calles de una ciudad

• Focos área Zonas industriales

Áreas urbanas

Como se ha reflejado en la tabla 1, las emisiones antropogénicas, si se contemplan desde una

perspectiva global, son de menor importancia en el aporte de contaminantes que las naturales, a

excepción del caso de las emisiones de SOx que son del mismo orden de magnitud.

Atendiendo a la distribución espacial de estas emisiones se observa que en las regiones más

industrializadas de Europa y Norteamérica las emisiones antropogénicas de SO2 alcanzan

proporciones muy superiores a las naturales. Así, en el norte de Europa este tipo de emisiones originan

alrededor del 90% del azufre que está en circulación en la atmósfera.

Anualmente se lanzan a la atmósfera en Europa alrededor de 60 millones de toneladas de SO2

procedentes de las plantas industriales y áreas urbanas. Cerca del 80 por 100 de estas emisiones son

originadas por la combustión de combustibles fósiles y aproximadamente el 20 por 100 restante se

origina en los distintos procesos industriales. En Norteamérica se emiten anualmente alrededor de 32

millones de toneladas de SO2, la mayor parte procedente de los Estados Unidos. Es decir, cada año se

emiten en el hemisferio norte alrededor de 100 millones de toneladas de SO2. En Europa se estiman

cerca de 20 millones de toneladas los óxidos de nitrógeno lanzados anualmente a la atmósfera.



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La puesta en marcha, en 1988, del Programa CORINE-AIRE, posibilitó la obtención de

indicadores sobre contaminación atmosférica sistematizables para todos los países de la UE. En la

tabla 3 se reflejan los datos aportados por los diferentes estados miembros, correspondientes al año

1983, referentes a las emisiones de SO2 y NOx.

TABLA 3: Emisión de SO2 y NOx dentro del ámbito de la UE

Emisión de SO2 Emisión de NOx País

KTm Kg/hab Tm/km2 KTm Kg/hab Tm/km2

Bélgica

Dinamarca

RFA

Francia

Grecia

Irlanda

559

360

2.687

1.909

---

178

57

70

44

35

--

51

18.3

8.4

10.8

3.5

---

2.4

287

268

2.865

1.794

---

82

29

52

47

33

--

23

9.4

6.2

11.5

3.3

---

1.1

Italia

Luxemburgo

Holanda

Portugal

España

Reino Unido

2.233

13

304

304

2.543

3.678

39

35

21

30

67

65

7.4

5.0

9.0

3.3

5.0

15.1

1.534

22

473

192

937

1.836

27

61

13

19

25

33

5.1

8.6

5.7

2.1

1.9

7.5

Total: 14.769 --- --- 10.290 --- ---

Media: --- 47.5 6.2 --- 33 4.9



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3.1. CONTAMINANTES DE ORIGEN ANTROPOGÉNICO.

En la tabla 4 se enumeran los principales contaminantes primarios emitidos como

consecuencia de las actividades humanas, junto con las causas más probables de su emisión.

TABLA 4: Contaminantes primarios de origen antropogénico

Contaminantes Origen

CO Combustión de hidrocarburos y biomasa

CO2 Combustión de hidrocarburos

CH4 Extracción combustibles y emisiones de residuos

Parafinas Extracción de gas, emisiones de vehículos y refinerías

Olefinas Emisiones de vehículos

Hidrocarburos aromáticos Emisiones de vehículos, evaporación de disolventes

Óxidos de nitrógeno Procesos de combustión

NH3 Combustión de carbón y petróleo, emisión de residuos

SO2 Combustión de hidrocarburos

SH2 Refinerías, industria papelera

Mercaptanos Refinerías, industria papelera

HCl Combustión de carbón, incineración de plásticos

CH3Cl Incineración de plásticos

Compuestos clorocarbonados Evaporación de disolventes, emisiones directas

CH3Br Fumigación

Los únicos productos de la combustión de los hidrocarburos serían el CO2 y el agua si la

combustión fuera completa. No obstante, en la realidad la combustión es parcial, por lo que además de

estos compuestos se generan muchas más sustancias tales como CO, diversos productos orgánicos,

tanto hidrocarburos alifáticos, saturados e insaturados (propano, hexano, etileno, ...), como

aromáticos (benceno y tolueno), incluyendo compuestos policíclicos aromáticos (benzoantraceno,

benzopireno, benzoperileno, ...).



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Por otra parte, hay que considerar que casi todos los combustibles fósiles sólidos y líquidos

contienen, en mayor o menor grado dependiendo de su procedencia, una cierta concentración de

azufre, por lo que en su combustión se generarán emisiones de óxidos de azufre, fundamentalmente

SO2. El SO2 es el típico contaminante que origina una contaminación secundaria al oxidarse en la

atmósfera a sulfato que determina los procesos de "lluvia ácida".

Otros contaminantes de gran importancia son los óxidos de nitrógeno, principalmente NO y

NO2 que se forman en procesos que transcurren a elevadas temperaturas, como los que se producen en

los vehículos motorizados, de una forma similar a como sucede en las erupciones volcánicas o en las

descargas eléctricas durante una tormenta. Los óxidos de nitrógeno, al igual que el SO2, pueden

oxidarse en la atmósfera, dando lugar a la formación de nitratos, los cuales también contribuyen a la

acidificación de las deposiciones.

En la combustión de carburantes fósiles, sólidos y líquidos, se emite una importante cantidad

de partículas sólidas. Éstas son, básicamente, cenizas constituidas de material carbonáceo, siendo el

negro de grafito el principal componente. Otra clase de partículas que se emiten durante los procesos

de combustión son de naturaleza inorgánica, como óxidos de aluminio, zinc, silicio, hierro, titanio,

manganeso, vanadio, plomo y berilio.

Del total de contaminantes de origen antropogénico, aproximadamente la mitad provienen del

transporte, sobre todo de la aviación y los automóviles. Otra fuente importante de contaminación

corresponde a las fuentes fijas de combustión, las cuales emiten entorno al 16 por 100 del total de

contaminantes. Englobadas bajo la denominación de fuentes fijas de combustión se encuentran tanto

instalaciones tales como centrales térmicas (utilizando como combustibles carbón, derivados del

petróleo o gas natural) como las calefacciones domésticas (las cuales pueden quemar madera, carbón,

gases licuados, gas o gasoil).

Tanto las fuentes móviles como las fijas emiten óxidos de azufre, de nitrógeno, de carbono,

hidrocarburos y partículas sólidas. Sin embargo, la proporción con la que son emitidos estos

contaminantes es distinta. En la tabla 5 se refleja esta proporción diferente para las fuentes móviles y

para las fijas.



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TABLA 5: Distribución de los contaminantes emitidos

por fuente de combustión móviles y fijas

FUENTES DE COMBUSTIÓN CONTAMINANTES

MÓVILES FIJAS

CO 77.2 4.1

Aerosoles 16.3

SOx (suma de ambos) 1.5

55.0

Hidrocarburos 13.6 2.0

NOx 7.7 22.6

Los porcentajes indicados en cada uno de los esquemas son valores medios, puesto que

dependen del tipo de combustible que se utilice, así como de si origen.

Además de los contaminantes generados en los procesos de combustión de carburantes

fósiles, el hombre genera otros muchos debido a ciertas actividades industriales habida cuenta de que,

en la actualidad, se utilizan más de 65.000 compuestos químicos diferentes tanto en procesos

industriales como en aplicaciones domésticas. El destino final de una importante cantidad de estos

productos es la atmósfera, debido a escapes accidentales, a su propia volatilidad, a emisiones

operativas, otras causadas por residuos, etc.

Éste es el caso de determinados compuestos alifáticos organoclorados, tales como el

cloruro de metilo (CH3Cl), el 1,1,1-tricloroetano (C2H3Cl3), el tricloroetileno (C2HCl3) o el

percloroetileno (C2Cl4), sustancias muy utilizadas como disolventes en distintos procesos, como en el

desengrasado de metales, lavado en seco, en procesos de extracción, en aerosoles, adhesivos, pinturas,

etc. Todos estos compuestos presentan una elevada volatilidad, siendo por tanto su destino final la

atmósfera, estimándose que al menos el 60% de los volúmenes consumidos "escapan" hacia la

troposfera. En esta región atmosférica la mayor parte de los gases generados se degradan por acción

de los radicales OH, implicando tiempos de residencia relativamente bajos -varios meses para el

CH3Cl y C2Cl4, alrededor de una semana para el C2HCl3, y de hasta diez años para el C2H3Cl3, que

constituye la excepción-, y niveles en la atmósfera de estas especies volátiles relativamente bajos

(0.001-1 ppb).



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Otros compuestos a considerar en las emisiones atmosféricas son los derivados

cloroaromáticos, los cuales se aplican en la industria transformadora de aceites, en la fabricación de

fungicidas, insecticidas y herbicidas, así como también forman parte en adhesivos, tintas y

plastificantes, o se generan en procesos industriales o como producto de ciertas combustiones. Son

especialmente destacables los PCBs y las dioxinas como representantes de este grupo de

contaminante, debido a su toxicidad y a su estabilidad en la atmósfera.

Los clorofluorocarbonos (CFCs) son también compuestos persistentes en la atmósfera que

se emiten directamente por el hombre. Son sustancias utilizadas en diversas aplicaciones (como

propulsores de spray, extintores de espuma, en sistemas de refrigeración y de aire acondicionado, etc),

que dada su gran estabilidad son capaces de alcanzar la estratosfera donde se rompen a causa de la

incidencia de la radiación ultravioleta emitida por el Sol, liberando átomos de cloro que reaccionan

con el ozono, propiciando la disminución de éste.

Finalmente otros contaminantes que están presentes en la atmósfera son los compuestos

metálicos. En la atmósfera se encuentran una gran variedad de metales, ya sea en su estado elemental

o combinados con otros elementos. Por lo general, los metales están presentes en forma de partículas

sólidas, si bien en algún caso pueden estar presentes en forma de vapor.

Al igual que lo que ocurre en la mayoría de los contaminantes, también los metales son

emitidos por focos naturales y antropogénicos, representándose en la figura 1 la contribución de las

diversas fuentes generadoras. Como puede observarse, más de la mitad de las emisiones de origen

natural provienen de la erosión del suelo, y en ellas los metales no se encuentran "solos" sino

combinados formando óxidos.

Otras fuentes de emisión de metales menos importantes son las erupciones volcánicas,

emisiones de origen biogénico, incendios forestales y el aerosol marino, si bien el conjunto de todas

estas emisiones no significan más que el 17.5 por 100 de las emisiones totales. Es preciso indicar que,

en el caso de las erupciones volcánicas, las aportaciones no son constantes en el tiempo, pero

puntualmente son muy intensas.



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Las emisiones de metales de origen antropogénico son de gran importancia, pues se ha

estimado que, cada año, se vierten a la atmósfera cerca de 800 mil toneladas de metales, generados en

diversos procesos (combustión, industria metalúrgica, etc), o formando parte de determinados

productos (como pigmentos en pinturas, en catalizadores, en insecticidas y fungicidas, etc).

Figura 1: principales fuentes de emisión de metales.



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Figura 2: Contribución de fuentes naturales y antropogénicas a la emisión de metales a la atmósfera

Prácticamente, tanto las fuentes naturales como las antropogénicas emiten los mismos

metales, si bien lo hacen en porcentajes distintos, como se puede apreciar en la figura 2. Así, mientras

el plomo y el zinc, ambos emitidos a causa de la combustión de carburantes fósiles, son los más

abundantes en lo que respecta a la contribución de fuentes antropogénicas, el manganeso contribuye

prácticamente en un 60 por 100 a las emisiones naturales.

En la tabla 6 se reflejan la contribución de las fuentes antropogénicas a la emisión de contaminantes metálicos, respecto del total vertido a la atmósfera. Como se observa, sólo para tres metales -cromo, selenio y especialmente manganeso-, el aporte de origen natural supera al antropogénico, mientras que para los restantes sucede lo contrario, destacando el plomo, cadmio, zinc y vanadio, para los cuales los aportes principales son las actividades humanas (contribuyen por encima del 70 por 100 de las emisiones totales respectivamente).



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TABLA 6: Contribución de las fuentes antropogénicas

a la emisión de metales respecto a

las emisiones totales (en porcentaje)

Metal Porcentaje

Arsénico

Cadmio

Cromo

Cobre

Mercurio

Manganeso

Molibdeno

Níquel

Plomo

Antimonio

Selenio

Vanadio

Zinc

61

85

40

56

59

11

52

65

96

59

39

74

75

3.2. FOCOS EMISORES ANTROPOGÉNICOS.

Las fuentes emisoras de contaminantes son muy numerosas y se concentran, como ya se ha

comentado, principalmente en los entorno urbanos y en las áreas de elevada densidad industrial,

aunque algunas de gran importancia, como por ejemplo las centrales termoeléctricas, suelen estar

alejadas de los grandes núcleos habitados.

Desde el punto de vista cuantitativo, la importancia de las fuentes de emisión no es la misma;

para dar una idea de la contribución de los diversos focos emisores en la emisión de contaminantes se

incluye la tabla 7, en la que se indica, en porcentaje relativo, el aporte de las principales actividades

humanas "emisoras" a la emisión de los contaminantes primarios vertidos en mayor cantidad a la

atmósfera (según estimaciones basadas en diversos estudios realizados en Estados Unidos).



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TABLA 7: Importancia de las fuentes antropogénicas

en la emisión de contaminantes primarios

Contaminante (% relativo) Fuente

CO HC Aerosoles SOx NOx

Transportes 73.7 53.0 2.3 3.3 47.1

Industrias 7.9 14.7 40.8 22.5 0.8

Combustiones fijas 1.2 2.4 20.5 73.3 42.0

Residuos sólidos 5.2 5.3 4.0 0.6 1.7

Varios 12.0 24.6 2.3 0.6 8.4

Total: 100 100 100 100 100

Como ejemplo de lo anteriormente indicado, en la tabla 8 se reflejan los resultados del

inventario específico estimativo de emisiones de contaminantes atmosféricos en España realizado por

la Dirección General de Medio Ambiente del MOPU en 1988, en el que se puede apreciar la

contribución de los diferentes tipos de focos emisores de origen antropogénico en la emisión global de

determinados contaminantes primarios.



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TABLA 8: Inventario de emisiones de contaminantes atmosféricos

Emisiones (%) Focos emisores

SO2 NOx Partículas Hidrocarburos

Fuentes móviles

Calefacciones domésticas

Industria en general

5

3

921

48

2

502

10

2

88

46

--

543

Notas:

- El 67% de la emisión de SO2 proviene de las centrales termoeléctricas.

- Las plantas energéticas generan un 21% del total en lo que respecta a NOx.

- En el caso de los hidrocarburos, la industria de disolventes emite cerca del 40% del total.

3.2.1. Transporte. Vehículos automóviles.

En la actualidad, tal como se refleja en la tabla 7, la contribución del sector transporte al

problema de la contaminación atmosférica es de gran importancia, en especial en el caso de los

vehículos automóviles en áreas urbanas, y principalmente para los contaminantes monóxido de

carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), hidrocarburos (HC), y plomo.

El aporte de los vehículos automóviles a la contaminación se ha estimado, en diversos países

europeos, en alrededor del 70 por 100 para el CO (73.7 en la tabla 7), siendo próxima al 100 por 100

en las zonas asfaltadas. Por lo que se refiere a los NOx, la contribución global a nivel de país se ha

estimado en alrededor del 25-50 por 100 (47.1 en la tabla 7), y alcanza porcentajes superiores en

zonas urbanas (hasta el 80 por 100). La contribución en cuanto a HC se ha estimado en el 20-50 por

100 (53.0 en la tabla 7), y la de plomo en el aire puede alcanzar el 100 por 100 en áreas urbanas,

particularmente en calles de tráfico congestionado.



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Los gases de escape emitidos por los motores de los vehículos están integrados por cientos de

sustancias, no obstante no todos los vehículos automóviles producen la misma cantidad ni en la misma

proporción, sino que el contenido en contaminantes depende principalmente de las características del

motor que los produce. No obstante las principales sustancias a considerar son:

• Monóxido de carbono.

• Hidrocarburos inquemados.

• Óxidos de nitrógeno.

• Dióxido de azufre.

• Partículas (inquemados y metálicas).

• Compuestos de plomo (partículas y vapor).

Mayoritariamente, la composición de los gases de escape corresponden a óxidos de

nitrógeno, de carbono y vapor de agua, si bien la relación entre los compuestos generados varía como

se observa en la tabla 9, donde se muestra como ejemplo la composición de los gases de escape de un

motor de explosión.

TABLA 9: Composición de los gases de escape

del automóvil (motor de explosión)

Con carga Contaminante Marcha al ralentí

A bajo régimen A alto régimen

NOx

CO2

H2O

O2

CO

H2

HC

0-50 ppm

6.5-8 Vol.-%

7-10 Vol.-%

1-1.5 Vol.-%

3-10 Vol.-%

0.5-4 Vol.-%

3000-8000 ppm

1000 ppm

7-11 %

9-11 %

0.5-2 %

3-8 %

0.2-1 %

200-500 ppm

4000 ppm

12-13 %

10-11 %

0.1-0.4 %

1-5 %

0.1-0.2 %

100-300 ppm



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En el caso de un motor de explosión, la marcha al ralentí y con carga mínima determina una

combustión incompleta, produciéndose monóxido de carbono e hidrocarburos, con pocos residuos de

combustible y predominio de los productos derivados de olefinas y parafinas, así como compuestos

aromáticos policíclicos altamente condensados. Los óxidos de nitrógeno se forman durante la

explosión, por la acción de la elevada temperatura que se alcanza en la cámara de explosión y, en

contraste con la formación de compuestos de carbono, su concentración crece al aumentar la marcha

del motor, y disminuye al frenar o en la marcha al ralentí.

Si se comparan los motores de gasolina con los diesel, en estos últimos a emisión de

partículas, que pueden contener diversos tipo de hidrocarburos, y de dióxido de azufre es muy

superior, mientras que los de gasolina producen mayores emisiones de monóxido de carbono y de

compuestos de plomo. La emisión de este último tipo de contaminantes se debe al contenido de

tetraetilo de plomo, aditivo que se añade a las gasolinas para aumentar el índice de octano, con lo que

se mejora el rendimiento energético del motor, ya que permite trabajar a éste con una relación de

compresión más elevada. Actualmente se están utilizando gasolinas que no contienen este aditivo con

el fin de poder utilizar catalizadores para la reducción de las emisiones de monóxido de carbono,

hidrocarburos y óxidos de nitrógeno. Para mantener el índice de octano en las gasolinas se recurre a la

adición de compuestos oxigenados (metanol, etanol, etc).

La tabla 10 muestra una estimación de las emisiones de CO, NOx, hidrocarburos y partículas,

producidas por la combustión de un litro de combustible en vehículos con motor de gasolina y diesel

en tráfico urbano (según UE).

TABLA 10: Emisión de contaminantes

por motores de automóviles

Emisión (g/L de combustible) Contaminante

Motor de gasolina Motor diesel

CO

NOx

HC

Partículas

360

15

30

1

7

20

40

14



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3.2.2. Instalaciones de combustión.

La combustión de los combustibles fósiles y sus derivados constituye una de las principales

fuentes generadoras de agentes contaminantes de la atmósfera, en especial dióxido de azufre (SO2),

óxidos de nitrógeno (NOx), dióxido de carbono (CO2), y partículas sólidas, como se aprecia en la tabla

7:

- SO2 debido al azufre contenido en el combustible.

- Partículas, esto es, cenizas volantes procedentes de los inertes contenidos en el combustible.

- NOx, causados por las reacciones tanto del nitrógeno del aire como del nitrógeno del combustible con el oxígeno, siendo la aportación del primero mucho mayor que la del segundo.

- CO2, debido al contenido en carbono de los combustibles.

Entre las instalaciones de combustión cabe diferenciar dos grandes grupos: uno, el

correspondiente a las grandes instalaciones de combustión (GIC), en el que se encuadran las centrales

termoeléctricas y las refinerías de petróleo principalmente; y el segundo, en el que se incluyen las

calefacciones domésticas y las calderas industriales de generación de calor.

Salvo en las áreas urbanas donde las instalaciones de calefacción domésticas constituyen una

de las principales fuentes de contaminación, son las GIC los focos antropogénicos que inciden de

modo más significativo en las emisiones de contaminantes a la atmósfera(como ejemplo indicar que

en España, en el año 1995, las emisiones de las GIC representaron alrededor del 90% del total de

emisiones de SO2, y cerca de 40% de las de NOx).

En la tabla 11 se muestra una estimación de la distribución porcentual de la contribución de

los diferentes subsectores anteriormente mencionados en las emisiones generadas en las instalaciones

de combustión:



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TABLA 11: Distribución porcentual de la contribución de los diferentes

tipos de instalaciones de combustión en las emisiones totales

CONTRIBUCIÓN A LA EMISIÓN DE: INSTALACIONES

SO2 NOx Partículas

• Grandes instalaciones de combustión

Centrales termoeléctricas

Refinerías y otros

70-80 %

5-10 %

30-35 %

1-5 %

25-30 %

1-5 %

• Otras

Calderas industriales


5-10 %

1-5 %

5-10 %

1-5 %

1-5 %

1-5 %

Contribución total 85-95 % 40-50 % 20-30 %

A continuación se consideran brevemente algunos de los aspectos más destacables

relacionados con cada uno de los tipos de instalaciones de combustión indicados (a excepción de las

GIC que se incluyen en el capítulo referido a instalaciones industriales).


Durante las últimas décadas se han producido profundos cambios en la distribución interna

de la población en torno a grandes núcleos urbanos que han desencadenado un crecimiento

considerable y acelerado del volumen de contaminantes emitidos a la atmósfera y cuyas fuentes

principales, tanto fijas como móviles, son las calefacciones domésticas, los vehículos automóviles y

las industrias.

En el caso de las instalaciones de calefacción domésticas, este tipo de focos puede contribuir

con un 20 ó un 30 por 100 a las emisiones totales a la atmósfera en áreas urbanas en los períodos de

utilización. Los principales contaminantes producidos dependen del tipo de combustible utilizado:



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- Si se emplea carbón, los principales contaminantes producidos son: dióxido de azufre,

cenizas volantes, hollines, metales pesados y óxidos de nitrógeno.

- Cuando el combustible empleado es líquido (gasoil), los principales contaminantes emitidos

son SO2, SO3, NOx, hidrocarburos volátiles, y partículas.

- El gas natural es el combustible más limpio de los actualmente disponibles para calefacción,

siendo su producción de contaminantes escasamente significativa respecto a los otros combustibles.

La producción total de contaminantes por las calefacciones domésticas dependen del

consumo y de los tipos de combustibles empleados, así como de las calidades de los mismos. En la

actualidad se está potenciando la introducción masiva del gas para calefacciones domésticas,

sustituyendo el carbón y el gasoil anteriormente utilizados. Como ejemplo señalar que en la ciudad de

Madrid, se ha iniciado desde 1990 el Plan de sustitución de instalaciones de carbón que, según datos

proporcionados por el Ayuntamiento de Madrid, ha permitido reducir el parque de calderas de carbón

en 1890 unidades, lo que supone una reducción en la emisión a la atmósfera del orden de 2000-2100

toneladas de SO2 al año.

Calderas industriales de generación de calor

Entre las distintas fuentes de contaminación atmosférica de origen industrial, la combustión

de combustibles fósiles para la generación de calor ocupa un lugar preponderante, tanto por la

cantidad como por los tipos de contaminantes emitidos.

Los combustibles utilizados para este tipo de instalaciones son el carbón y el fueloil

principalmente, y en menor medida el gas natural.

La producción de contaminantes, al igual que lo comentado en las calefacciones domésticas,

depende en gran medida de la calidad del combustible, en especial de las proporciones de azufre e



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inertes (cenizas) contenidas en el mismo y del tipo de proceso de combustión empleado.

Durante el proceso de combustión se libera a la atmósfera el azufre contenido en el

combustible en forma de dióxido de azufre, además de otros contaminantes como óxidos de nitrógeno,

dióxido de carbono, metales pesados y una gran variedad de sustancias.

3.2.3. Instalaciones industriales.

Los principales focos industriales de emisión de contaminantes a la atmósfera cabe

clasificarlos en dos categorías: la primera constituida por las ya mencionadas grandes instalaciones de

combustión (GIC), orientadas básicamente a la generación de energía eléctrica y calor industrial; y la

segunda en la que se incorporan los procesos industriales propiamente dichos.

La contaminación de origen industrial se caracteriza por la gran cantidad de contaminantes

producidos y por la diversidad de los mismos. Por otra parte, en los focos industriales se suelen

combinar las emisiones puntuales, de fácil detección y control, con emisiones difusas de difícil

evaluación.

Los tipos de contaminantes producidos por los focos industriales dependen

fundamentalmente de las calidades de los combustibles y materias primas empleadas, del tipo de

proceso y de la tecnología utilizada.

Los sectores industriales potencialmente contaminadores de la atmósfera de mayor

importancia son los que se indican seguidamente, según se refleja en la normativa nacional

actualmente en vigor (grupo A del catálogo de actividades potencialmente contaminadoras de la

atmósfera dado en el anexo II del Decreto 833/1975, de 6 de febrero, por el que se desarrolla la Ley

38/1972, de 22 de diciembre, de protección del ambiente atmosférico):

- Industrias energéticas: centrales térmicas convencionales, refinerías de petróleo, etc.

- Siderurgia y fundición: siderurgia integral, fundiciones de hierro y acero, ferroaleaciones, etc.



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- Metalurgia no férrea: producción de aluminio, producción de plomo (en horno de cuba,

recuperación de chatarra de plomo, ...), producción de cobre, etc.

- Industrias químicas y conexas: fabricación de abonos (producción de fertilizantes orgánicos e

inorgánicos); industria inorgánica de base e intermedia (producción de azufre y sus ácidos, producción

de ácido nítrico, ...); industria orgánica de base e intermedia (producción de hidrocarburos alifáticos,

producción de hidrocarburos aromáticos, ...); fabricación de pigmentos (producción de negros de

humo, producción de dióxido de titanio, ...); y elaboración de pastas de papel y papel (fabricación de

celulosa y pastas de papel).

- Industria alimentaria: cervecerías y malterías, azucareras, fabricación de harina de pescado,

etc.

- Industria de materiales para la construcción: fabricación de cemento, fabricación de

aglomerados asfálticos, etc.

- Instalaciones fabriles y actividades diversas: incineración de residuos industriales, plantas de

tratamiento de residuos urbanos, etc.

- Actividades agrícolas y agro-industriales: establos, granjas, mataderos, fabricación de

piensos, procesado de cereales en grano, etc.

En España, los principales fuentes de contaminación atmosférica de origen industrial

corresponden a las centrales térmicas, las refinerías de petróleo, la siderurgia integral, las cementeras,

las plantas de ácido sulfúrico y las papeleras. En la tabla 12 se muestran estos focos, clasificados por

sectores.

TABLA 12: Principales fuentes de contaminación atmosférica

Tipo de foco Características Nº de focos

Centrales térmicas

Refinerías de petróleo

Siderurgia integral

Cementeras

Plantas de ácido sulfúrico

Papeleras

50 Mw

Todas

Todas

500.000 t/año

50.000 t/año

50.000 t/año

37

10

3

31

13

9



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La tabla 13 muestra una estimación de la contribución porcentual de los sectores industriales

españoles de mayor importancia, a las emisiones industriales de los contaminantes dióxido de azufre,

óxidos de nitrógeno y partículas:

TABLA 13: Emisión de contaminantes atmosféricos por la industria.

Contribución de los sectores industriales más significativos en España

CONTRIBUCIÓN A LA EMISIÓN DE: SECTOR

SO2 NOx Partículas

Eléctrico

Refino

Siderurgia

Cementera

Ácido sulfúrico

Papeleras

79 %

6 %

9 %

2 %

2 %

2 %

81 %

7 %

--

5 %

3 %

4 %

40 %

--

25 %

32 %

--

3 %

Seguidamente se hace una breve descripción de algunos de los procesos industriales

enumerados anteriormente, indicando sus principales características desde el punto de vista de la

contaminación atmosférica.

Centrales térmicas

Se puede definir una central térmica como una instalación cuyo objeto es la obtención de

energía eléctrica a partir de la combustión de un combustible fósil. Esta materia prima se quema en

una caldera con objeto de producir vapor en determinadas condiciones de presión y temperatura; dicho

vapor se expande en una turbina cuyo rotor está acoplado solidariamente a un alternador.



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En España, los combustibles utilizados en este tipo de centrales son: el carbón, nacional e

importado, en sus diferentes formas (hulla, lignito y antracita), el fueloil, el gasoil y, en menor

medida, ya que se comienza a usar en la actualidad, el gas natural. La distribución porcentual de las

centrales térmicas por tipo de combustible empleado en el año 1995 es el siguiente:

• Hulla y antracita: ............... 45 %

• Lignito: ............................ 30 %

• Carbón importado: ............. 15 %

• Fuel + gas: ...................... 10 %

Entre las distintas fuentes de contaminación atmosférica de origen industrial, las centrales

termoeléctricas ocupan un lugar preponderante por el volumen de contaminantes emitidos. Para dar

una idea de la magnitud del problema baste decir que en España, en el año 1995, las centrales térmicas

determinaron cerca del 79% del total de emisiones de SO2 (unas 1.100 KTm) y aproximadamente el

36% de las emisiones nacionales de NOx (del orden de 230 KTm).

Los principales contaminantes emitidos a la atmósfera por las centrales térmicas derivados

del empleo de combustibles fósiles son: dióxido de azufre (SO2), partículas, óxidos de nitrógeno y

dióxido de carbono. En mucha menor cuantía también pueden emitirse otras sustancias tales como

metales, hidrocarburos, monóxido de carbono y compuestos halogenados. También comentar el

carbón contiene trazas de radionucleidos primarios, tales como radón y uranio, en una cantidad en

general inferior a la media de la corteza terrestre, de modo que su combustión produce la liberación de

éstos, concentrándose en las cenizas, determinando, en consecuencia, la posibilidad de aparición de

pequeñas cantidades de estos materiales radiactivos en las emisiones de las centrales térmicas.



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La instalación donde se generan los contaminantes es aquella donde se lleva a cabo la

combustión, es decir, la caldera, dependiendo la naturaleza de las emisiones producidas básicamente

del tipo y características del combustible, y de las condiciones en la que se realiza la combustión. En

la tabla 14 se recogen los datos relativos a las emisiones generadas en España en el año 1995,

estableciéndose en cada caso la contribución de los diferentes combustibles utilizados.

TABLA 14: Emisiones generadas en centrales térmicas en España (1995)

Combustible SO2 NOx Partículas CO2

- Hulla y antracita

- Lignito

- Hulla importada

- Fuel + gas

22 %

60 %

3 %

3 %

55 %

27 %

12 %

5 %

57 %

34 %

3 %

5 %

43 %

34 %

14 %

8 %

Centrales térmicas 1.100 230 35 70 Emisiones

(KTm/año) Totales 1.325 650 --- ---

En la actualidad, teniendo en cuenta la evolución experimentada por la normativa de

aplicación, se están estudiando y/o adoptando diversas medidas en las centrales térmicas

convencionales orientadas a la reducción de las emisiones atmosféricas. Dichas medidas, tanto las ya

aplicadas como las de posible utilización, se enumeran seguidamente, indicándose el/los

contaminantes sobre el/los que incide/n más directamente:

Sustitución de los combustibles utilizados habitualmente por otros alternativos de menor

"capacidad contaminante", con lo que se conseguiría una significativa disminución en las emisiones

de la mayoría de los contaminantes generados, en especial SO2, NOx y partículas.



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En España, las medidas adoptadas hasta la fecha en este sentido han consistido en sustituir el

fueloil tradicional por el tipo BIA o de bajo índice de azufre, y parcialmente los carbones nacionales

por carbones importados, lo que se ha traducido en una notable reducción en las emisiones de SO2 (las

emisiones debidas a las GIC han pasado de más de 1.600 KTm en 1990 a cerca de 1.200 KTm en

1996, es decir, una disminución del 25% aproximadamente en 6 años) y de partículas (se han rebajado

3.5 KTm en el último año). Por otra parte, se está modificando el diseño de varias centrales térmicas

para su adaptación al consumo de gas natural, con lo que se van a disminuir considerablemente las

emisiones de SO2, NOx y partículas.

Utilización de sistemas de retención: absorción por vía húmeda (sistemas de calcio, de

magnesio o de sodio) para la disminución de las emisiones de SO2 y NOx; y de precipitadores

electrostáticos para la retención de partículas.

Modificación de las instalaciones (hogar, quemadores, ...) o de las condiciones de

combustión (combustión en dos etapas y recirculación de gases de escape) como mecanismos para la

reducción de NOx.

Desarrollo y aplicación de nuevos procesos de producción de energía eléctrica a partir de

combustibles fósiles (gasificación del carbón, combustión en lecho fluido, lavado previo del carbón...)

con lo que se obtendrán niveles de emisión para SO2, NOx y partículas notablemente inferiores.

Refino de petróleo

El crudo de petróleo está constituido predominantemente por una mezcla compleja de

hidrocarburos y pequeñas cantidades de otras sustancias como azufre, oxígeno, nitrógeno, así como

metales traza tales como níquel y vanadio. El objeto de una refinería es producir, a partir de esta

mezcla, una amplia gama de productos que satisfacen las exigencias del mercado de combustibles

para automóviles y aviación, generación de energía y calor, lubricantes, betunes, materias primas para

la industria química, ...



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Todas las refinerías, desde las más sencillas a las más complejas, están formadas por un

conjunto de instalaciones muy similares: en primer lugar se encuentran las instalaciones de recepción

y almacenaje de crudo, posteriormente las unidades de proceso, y por último la carga y almacenaje de

productos.

En lo que se refiere a las unidades de proceso, éstas permiten, en primer lugar, separar el

crudo en diversas fracciones complejas por medios físicos, tratar estas fracciones para mejorar su

calidad o variar sus propiedades y, finalmente, mezclar estas fracciones en las proporciones

adecuadas, para formular los productos finales que cumplan las especificaciones establecidas.

Las posibles unidades que pueden llegar a formar parte de una refinería son muchas, y, por lo

general, se instalan conforme van siendo necesarias de acuerdo con los requerimientos de mercado, la

disponibilidad de materia prima y el contenido de las especificaciones. Dichas unidades de proceso

pueden clasificarse por su objetivo dentro del esquema de refino en cuatro grupos distintos:

1. Procesos de separación física de la materia prima, ya sea crudo, ya una fracción petrolífera en

fracciones más estrechas, sin variar prácticamente la calidad o composición original. En este grupo se

incluyen procesos u operaciones unitarias, tales como destilación, absorción, adsorción, extracción,

etc.

2. Procesos de purificación de componentes o fracciones petrolíferas para eliminar

contaminantes. En este grupo se incluyen tratamientos ácidos o alcalinos, lavados con disoluciones de

aminas, hidrotratamientos, endulzamientos, etc.

3. Procesos de conversión de fracciones pesadas en ligeras, de ligeras en pesadas o de especies

químicas de un tipo en otro. Entre las primeras están los procesos de cracking (catalítico, térmico,

hydrocracking, etc); entre los segundos están los procesos de alquilación, polimerización,

dimerización, etc; y entre los últimos, procesos tales como reformado catalítico, isomerización, etc.

4. Procesos de fabricación de determinados productos químicos tales como producción de

azufre, etileno (y olefinas), hidrógeno, etc.



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A continuación se incluyen, clasificadas conforme a los grupos antes indicados, algunas de las

unidades de proceso integradas en una refinería, comentándose brevemente los aspectos más

destacables de las mismas:

PROCESOS DE SEPARACIÓN FÍSICA. Se incluyen en esta sección una serie de unidades que permiten

obtener, a partir de una alimentación compleja, varias fracciones también más o menos complejas,

pero cuyos componentes existían ya originalmente en la carga y no han sufrido transformación alguna.

En primer lugar están los procesos de destilación, en los cuales la alimentación se divide en

dos o más fracciones con puntos o rangos de ebullición crecientes.

En segundo lugar están los procesos de absorción en los que ciertos componentes de una

fracción gaseosa se absorben selectivamente en un disolvente adecuado. Los productos absorbidos se

separan posteriormente del disolvente por elevación de la temperatura. De este modo se pueden

separar los componentes ligeros de los pesados en una mezcla gaseosa.

Finalmente están los procesos de adsorción, en los cuales ciertos componentes de una mezcla

líquida o gaseosa se adsorben sobre un sólido, mientras que el resto no son afectados. Los

componentes adsorbidos se recuperan por arrastre con un gas caliente.

DESTILACIÓN ATMOSFÉRICA. Es el primer proceso al que se somete el crudo de petróleo, y es, por

ello, la primera unidad de toda refinería. El objetivo es dividir el crudo, por medio de una columna de

destilación, en varias fracciones, que serán utilizadas como alimentación posteriormente a otras

unidades.



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El crudo procedente de tanques debe de calentarse hasta las condiciones necesarias para

realizar su destilación. Para ello se precalienta por intercambio con corrientes efluentes de la columna

de destilación hasta alcanzar una temperatura de unos 120°C. Si el contenido en sal del crudo supera

40 ppm de cloruro sódico se debe eliminar mediante desaladores electrostáticos. Después de la

operación de desalado, el crudo se calienta, primero bombeándolo a través de una serie de

intercambiadores y posteriormente introduciéndolo en un horno tubular hasta que alcanza la

temperatura necesaria de entrada en la columna de destilación (340 a 400°C). En la columna de

destilación se efectúa la separación, obteniéndose un número de fracciones variable entre cinco y ocho

normalmente. Fracciones típicas son: vapores de cabeza (componentes ligeros -propano y butano- y la

nafta) que son tratados en la unidad de recuperación de gases; primera extracción o keroseno enviada

a tratamiento químico (endulzamiento o hidrotratamiento); segunda y tercera extracciones o gasoil

ligero y pesado, respectivamente, conducidas a hidrotratamiento; cuarta extracción remitida a

unidades de cracking; y producto de fondo o residuo atmosférico, utilizado en la alimentación a

unidades de destilación a vacío o a unidades de cracking. Tanto el número de fracciones a obtener

como su rango de destilación son normalmente variables y dependen de la calidad del crudo y de la

utilización deseada para la fracción obtenida.

Ilustr. 4 Destilación atmosférica



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• DESTILACIÓN A VACÍO. Los productos de cola de la columna atmosférica se conducen a una segunda columna, que opera a vacío, con lo que se pueden obtener fracciones petrolíferas destiladas con puntos de corte TBP superiores a los 400°C. Las columnas de destilación a vacío tienen tres aplicaciones fundamentales: alimentación de las unidades de cracking, fabricación de bases para la formulación de aceites lubricantes, y producción de asfaltos.

Ilustr. 5 Destilación a vacío

• RECUPERACIÓN DE GASES. Los productos de cabeza de la unidad de destilación atmosférica

están formados por una serie de gases tales como etano, propano, butano y componentes ligeros de la

nafta, y un producto líquido, la nafta. Todos ellos se envían a una unidad conocida como de

recuperación de gases, formada por varias columnas (absorción y destilación), y cuya misión es

recuperar la mayoría de los componentes ligeros, y separar las naftas en diferentes fracciones. Este

tipo de unidades no sólo se utilizan para tratar los productos ligeros de las columnas de destilación

atmosférica, sino también unidades similares permiten recuperar los gases producidos en las

operaciones de cracking.



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El esquema elegido para estas unidades es variable y depende de las cantidades relativas de

los distintos componentes y de las purezas y recuperaciones deseadas. No obstante, el esquema típico

consiste en una primera columna donde se procede al "lavado" de los gases de cabeza resultantes de la

destilación atmosférica mediante un disolvente que absorbe los componentes que van del propano a la

nafta, obteniéndose como cabeza de la columna de absorción el gas seco. El producto líquido, que se

extrae como producto de fondo de la citada columna se envía a una columna de fraccionamiento

(desbutanizadora), apareciendo en cabeza una mezcla de propano y butano, y como producto de

fondo, la nafta. La mezcla de cabeza se fracciona en otra columna de destilación (despropanizadora),

obteniéndose propano en cabeza, y butano en fondo. La nafta producida como fondo de la

desbutanizadora se redestila en una o varias columnas similares, según la calidad y número de

fracciones que se desea producir.

Ilustr. 6 Recuperación de gases



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PROCESOS DE PURIFICACIÓN. Los procesos incluidos en esta sección tiene como objeto eliminar

impurezas y contaminantes de ciertas fracciones, el tratamiento puede realizarse por lavado con

productos químicos, generalmente en presencia de catalizadores, por ejemplo para eliminar sustancias

corrosivas tales como mercaptanos, o por hidrogenación a presión sobre catalizadores, para eliminar

azufre, nitrógeno u oxígeno, entre otros.

ENDULZAMIENTO. Existen numerosos métodos para eliminar productos corrosivos por lavado con

un producto químico en presencia o no de un catalizador. Sin embargo, el más ampliamente utilizado,

con diferencia es el proceso Merox desarrollado por la compañía norteamericana Union Oil Products

(UOP). El proceso permite endulzar fundamentalmente los gases licuados de petróleo, las naftas y el

keroseno.

El proceso Merox (Mercaptan oxidation) se basa en la capacidad de un catalizador

desarrollado por la UOP de oxidar los mercaptanos a disulfuros a temperatura ambiente y utilizando

aire como oxidante. La oxidación puede realizarse directamente sobre la fracción a endulzar o bien

mediante extracción previa de los mercaptanos con una disolución de sosa cáustica.

HIDROTRATAMIENTO. Son aquellos procesos en los que se utiliza el hidrógeno como reactivo

para eliminar contaminantes en los productos destilados, fundamentalmente por reacción con

compuestos que contienen azufre, nitrógeno y oxígeno, produciendo simultáneamente una saturación

de las olefinas. El objetivo del proceso es, unas veces, preparar la carga a otras unidades, y otras

obtener una fracción que pueda utilizarse como componente de mezcla.

Las reacciones fundamentales durante el proceso de hidrotratamiento son las de

hidrogenación selectiva, en presencia de exceso de hidrógeno y sobre catalizadores adecuados a alta

temperatura y presión, de los contaminantes de la carga. Para eliminar estos contaminantes es

necesario romper de una forma controlada la cadena o el anillo por el lugar donde se encuentran los

átomos de azufre, nitrógeno u oxígeno, que han de eliminarse. Las reacciones producen por una parte

sulfuro de hidrógeno, amoníaco o agua, y un hidrocarburo alifático o aromático por otra,

Adicionalmente se saturan los compuestos olefínicos y se obtienen las parafinas correspondientes.

Reacciones típicas son: saturación de acetilenos, saturación de dienos, saturación de olefinas,

desulfuración, eliminación de oxígeno, desnitrificación, saturación de aromáticos y eliminación de



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metales.

PLANTA DE AMINAS. Los gases procedentes de diversas operaciones de refino llevan

cantidades importantes de sulfuro de hidrógeno. Éste se elimina por medio de un tratamiento químico,

siendo el más utilizado en las refinerías el lavado con una disolución acuosa de una amina

(normalmente monoetanolamina (MEA).

Básicamente el proceso consiste en la absorción por el disolvente del sulfuro de hidrógeno en

una columna habilitada al efecto, enviándose los gases depurados al sistema de gas combustible, y el

fondo de la columna a un recipiente de desorción donde los gases ácidos resultantes

(fundamentalmente SH2) se envían a una unidad de producción de azufre.

PROCESOS DE CONVERSIÓN. Se incluyen procesos de muy diversa naturaleza y con diferentes

objetivos: conseguir fracciones más ligeras de otras pesadas o viceversa, obtener especies químicas

distintas a las de partida, ... . Seguidamente se comentan algunos aspectos de dos de los de mayor

importancia: el cracking o craqueo, y el reformado catalítico.

CRACKING O CRAQUEO. La reacción de "cracking" (ruptura) consiste en romper las moléculas

de los hidrocarburos de la alimentación (moléculas grandes) para formar hidrocarburos más ligeros

(moléculas más pequeñas). Estas reacciones tiene lugar a temperaturas elevadas, y pueden realizarse

de dos modos: por efecto únicamente del calor, siendo estos procesos conocidos como "cracking

térmico"; o bien mediante el uso de un catalizador adecuado.

En el primer caso, el "cracking térmico", el proceso se utiliza para transformar naftas a

etileno o productos semejantes y para tratar residuos pesados, cuyo contenido en metales puede

envenenar los catalizadores. En este caso se producen hidrocarburos gaseosos, gasolinas, gasóleos,

fueloil residual y coque. Basados en este concepto hay que destacar el proceso de Visbreaking (suave

conversión por craqueo térmico en fase líquida, y que permite transformar fracciones petrolíferas

residuales de alta viscosidad en otras de viscosidad inferior y adecuadas para la formulación de

fueloil), y el de coquización (proceso de craqueo térmico de alta severidad en el que se convierten

productos residuales en coque, productos ligeros y gases).



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Por lo que respecta a los procesos en los que se utiliza un catalizador, éste permite realizar las

reacciones a temperaturas más bajas o con tiempos de residencia menores que el craqueo térmico,

mejorando la calidad de los productos. De especial interés son dos procesos de este tipo: el FCC o

proceso de cracking catalítico, y un proceso de cracking en presencia de hidrógeno o hidrocraqueo.

El FCC utiliza como materia prima gasoil o destilado de vacío y produce, principalmente,

una mezcla de hidrocarburos gaseosos y productos líquidos que van desde la gasolina al gasoil ligero.

Por su parte, el hidrocraqueo es uno de los procesos más versátiles de la industria del refino ya que

permiten procesar cualquier fracción desde las naftas a los productos no destilables, para dar como

producto cualquier fracción que se desee, siempre que sea de menor peso molecular, y

adiocionalmente se elimina casi por completo contaminantes tales como azufre, nitrógeno, oxígeno,

etc.

REFORMADO CATALÍTICO. Son procesos que permiten convertir fracciones en el rango de las

gasolinas pero con índices de octano bajos, en fracciones con rangos de destilación similares pero con

números de octano elevados. En las unidades de reformado catalítico, la alimentación al proceso es

sometida a una serie de reacciones químicas distintas, cuyo objetivo fundamental es producir

compuestos aromáticos y, adicionalmente, isoparafinas. En el proceso de producen además ciertos

subproductos, tales como gases licuados de petróleo (propano y butano), gases ligeros e hidrógeno.

PROCESOS DE FABRICACIÓN DE PRODUCTOS QUÍMICOS. Dentro de este grupo se incluyen procesos

de fabricación de productos tales como disolventes, lubricantes, asfaltos, olefinas y azufre.

PLANTAS DE AZUFRE. La corriente de gas ácido, formada fundamentalmente por sulfuro de

hidrógeno, y producida como producto de las plantas de amina, no puede ser quemada, por ello se la

convierte en azufre sólido mediante el proceso Claus, con el cual más del 95% del azufre en el gas

ácido se recupera.

Vista esta breve descripción de algunos de los numerosos procesos que pueden llevarse a

cabo en instalaciones de refino de petróleo, es ya de prever la complejidad que conlleva el estudio de

las emisiones atmosféricas generadas, tanto por la naturaleza y la cantidad de los potenciales

contaminantes a considerar como por el elevado número de focos de emisión existentes.



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En la tabla 15 se muestran los principales contaminantes originados en estas instalaciones,

indicando asi mismo los focos típicos de emisión.

TABLA 15: Focos de emisión de una refinería y contaminantes emitidos

CONTAMINANTE FOCO

SO2 Calderas, hornos de proceso, regenerador de catalizador, unidad de craqueocatalítico, antorcha de ácidos, incinerador unidad Clauss, decoquizado

Hidrocarburos Estaciones de carga, tanques de almacenamiento, antorcha, regeneradores del catalizador, eyectores de vacío, soplado y purga de líneas y equipos,equipo de alta presión de hidrocarburos volátiles, hornos de proceso,calderas

NOx Hornos de proceso, calderas, regeneración de catalizadores, antorchas

Partículas sólidas Regeneración de catalizadores, calderas, hornos de proceso, decoquizado,incineradores, antorchas

Aldehidos Regeneración de catalizadores

Amoníaco Regeneración de catalizadores

Olores Unidad de tratamiento, drenajes, ventilación de tanques, equipo de vacío, tratamiento de aguas residuales

CO Regeneración de catalizadores, decoquizado, incineradores

En resumen, se puede decir que existen cuatro fuentes principales de contaminación en las

refinerías: gases de combustión, evaporación de hidrocarburos, eliminación de impurezas contenidas

en el crudo y contaminación propia de cada proceso.

- Los gases de combustión son la principal causa de contaminación, ya que en el proceso se

quema una cantidad de combustible del orden del 4 al 8 por 100 de crudo tratado (en España se estima

que en 1995% las refinerías contribuyeron en cerca del 10% de las emisiones de SO2 y del orden del

5% de las de NOx).

- La evaporación de hidrocarburos se produce en la manipulación y almacenaje de los

productos petrolíferos.

- Diversos procesos están orientados a la eliminación de impurezas, tales como azufre,

nitrógeno, etc, y en los mismos se pueden producir emisiones. Especial atención merece los procesos

de desulfuración de las corrientes de refino ya que dan lugar a emisiones de SO2 y SH2.



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- Cada uno de los procesos, en función de las reacciones que tienen lugar y de los agentes

involucrados en las mismas, pueden determinar la emisión de contaminantes de muy diversa

naturaleza: polvo de la regeneración de catalizadores, producción de mercaptanos, etc. En la tabla 16

se reflejan, a partir de datos de United State Environmental Protection Agency (US EPA), los factores

de emisión en refinerías de petróleo, en diferentes procesos.

TABLA 16: Factores de emisión en refinerías de petróleo

Contaminantes Tipo de proceso o equipo

Partíc. SOx CO HC NOx Aldeh. NH3

Caldera, hornos, etc Kg/m3 de combustible líq.

Kg/103 m3 de gas

Craqueo catalítico (lecho fluido) Kg/m3 de aliment. nueva

Craqueo catalítico (lecho en movimiento) Kg/m3 de aliment. nueva

Coquización (lecho fluido) Kg/m3 de aliment. nueva

Compresores, motores de comb. interna Kg/103 m3 de gas

2.4

0.32

0.695

0.049

1.5

Neg.

19.2 S

32 s

1.413

0.171

---

32 s

Neg.

Neg.

39.2

10.8

Neg.

Neg.

0.40

0.48

0.630

0.250

Neg.

19.3

8.3

3.7

0.204

0.014

Neg.

14.4

0.071

0.048

0.054

0.034

Neg.

1.61

Neg.

Neg.

0.15

0.01

Neg.

3.2

SOx expresado como SO2; HC expresados como CH4; y NOx expresados como NO2.

S = Porcentaje en peso de azufre, basado en una combustión total del azufre a SO2, en un fueloil de densidad 0.96 Kg/L.

s= Contenido de azufre en gas de refinería (lb/100 ft3), basado en una combustión total de azufre a SO2.



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En definitiva, la contaminación global de una refinería depende de numerosos factores: su

capacidad de refino, de la naturaleza de los crudos a tratar, de la calidad de los mismos (presencia de

impurezas), del tipo de procesos que se efectúen, de los métodos de almacenamiento, de la antigüedad

de las instalaciones, etc.

Los equipos correctores usuales en la refinerías son las antorchas, en las que se queman los

hidrocarburos de purgas, fugas, etc. Un tipo especial de estos sistemas lo constituyen las antorchas

ácidas, donde se quema el SH2 que no se ha recuperado, transformándolo en SO2.

Industria siderúrgica

Este sector industrial tiene una gran incidencia en la contaminación del aire, estando

constituido por diversas actividades industriales: hornos de coque, obtención de arrabio, fabricación

de acero, fundición de hierro y acero, y fabricación de ferroaleaciones, si bien para el estudio de los

diferentes procesos específicos se puede hacer una división en tres grandes grupos: siderurgia integral,

fundiciones de hierro y acero, y fabricación de ferroaleaciones.

SIDERURGIA INTEGRAL. El horno alto puede considerarse como la unidad básica de producción en

siderurgia. Por su parte superior se carga una mezcla de diversos materiales (mineral de hierro, caliza

que actúa como fundente, y coque que funciona como combustible y agente reductor), obteniéndose

como producto, tras una serie de reacciones, el arrabio, con un contenido en carbono del 3 al 4 por

100. Posteriormente, dependiendo del acero que se pretenda conseguir, el arrabio es introducido en

uno u otro tipo de horno: en hornos tipo Martin-Siemens o convertidores de oxígeno para la

producción de acero con un contenido en carbono inferior al 1 por 100; o en hornos eléctricos para

conseguir aceros corrientes o especiales. Con respecto al tratamiento de laminación, son tanto las

operaciones previas a la misma realizadas en frío (decapado) como las correspondientes al acabado

(galvanizado), las que pueden contribuir moderadamente a la contaminación si no se habilitan los

sistemas adecuados.



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FUNDICIONES DE HIERRO Y ACERO. Las fundiciones de hierro y acero tienen como elemento común el tipo de horno que utilizan. Normalmente se utilizan tres tipos de hornos: cubilotes, reverbeo e inducción.

FABRICACIÓN DE FERROALEACIONES. Con el término ferroaleación se denominan las aleaciones de

hierro que contienen uno ó más elementos adicionales. Básicamente existen tres tipos de

ferroaleaciones: de silicio, de manganeso y de cromo. El procedimiento más empleado para la

fabricación de estos productos es el horno eléctrico del tipo abierto o semi-abierto de arco sumergido.

Las aleaciones se producen por reducción de los óxidos apropiados.

El problema de la contaminación en la industria del hierro y del acero es enormemente

complejo, en especial en el caso de una siderurgia integral, puesto que son numerosos los procesos

potencialmente generadores de emisiones contaminantes, y por otro lado, también es considerable la

cantidad de contaminantes que pueden ser emitidos. En lo que se refiere a los procesos hay que

destacar: parque de minerales, sinterización, coquerías, horno alto, fabricación de acero (LD, Martin-

Siemens, horno eléctrico de arco), laminación y tratamientos térmicos. Por lo que respecta a los

principales contaminantes emitidos por los procesos siderúrgicos: partículas, SO2, SO3, CO, NO, SH2,

FH, ClH, SO4H2, vapores de zinc, humos rojos (óxidos de hierro) y fluoruros. En la tabla 17 se

reflejan los contaminantes habituales y las fuentes generados en estos procesos, y en la tabla 18 se

recogen los factores de emisión para los distintos procesos y contaminantes.



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TABLA 17: Focos de emisión en la industria siderúrgica

y contaminantes emitidos

PROCESO CONTAMINANTES

Parque de minerales Partículas

Aglomeración de minerales:

sinterización y peletización

Partículas, Co, NOx y fluoruros

Coquerías y subproductos Partículas, CO, SH2, CH4, NH3, compuestos orgánicos (xilol, antraceno, naftalina, fenoles, ...) y olores

Horno alto Partículas, SO2, CO

Acerías LD y Kaldo Partículas, humos rojos

Aceros por hornos eléctricos de arco Partículas, humos rojos, FH

Acero Martin-Siemens Partículas, humos rojos, FH, SO2

Laminación:

Hornos recalentamiento

Decapado

Galvanizado

Humos y SO2

ClH, SO4H2 y vapores ácidos

Vapores de zinc

Tratamiento térmicos Vapores y humos

Instalaciones auxiliares Partículas, humos, SO2, NOx, CO, CO2



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TABLA 18: Factores de emisión de contaminantes

en procesos de la industria siderúrgica

PROCESO CONTAMINANTE FACTOR (kg/Tm)

Coquerías Partículas

Dióxido de azufre

Óxidos de nitrógeno

Monóxido de carbono

Amoníaco

Hidrocarburos

1.75

2.02

0.02

0.63

0.09

2.1

Sinterización Partículas


21

22

Horno alto Partículas


75

85

Hornos Siemens-Martin

a) Sin inyección de oxígeno

b) Con inyección de oxígeno

Partículas

Fluoruros

Partículas

Fluoruros

4.15

0.20

8.70

0.20

LD Partículas

Fluoruros

25.5

0.10

Horno eléctrico

a) Sin inyección de oxígeno

b) Con inyección de oxígeno

Partículas

Fluoruros

Partículas

Fluoruros

4.60

0.25

6.50

0.25



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Metalurgia no férrea

Este sector comprende como principales actividades: metalurgia del aluminio, metalurgia del

cobre, y metalurgia del zinc y plomo.

METALURGIA DEL ALUMINIO. El aluminio se obtiene por el proceso Hall-Héroult que consiste en la

reducción, mediante ánodos de carbono, de alumina (Al2O3) disuelta (a unos 970°C), en una mezcla

fundida de fluoruro de sodio y fluoruro de aluminio, de composición aproximada a la criolita

(Na3AlF6). El revestimiento de las cubas es de carburo, y en el fondo, el aluminio líquido contenido,

constituye el cátodo. La reacción en la cuba es:

3 C + 2 Al2O3 → 4 Al + 3 CO2

El tipo de ánodo caracteriza el sistema de fabricación, siendo los sistemas más usados:

ánodos precocidos, ánodos Söderberg de tipo horizontal y ánodos Söderberg de tipo vertical, siendo

este último sistema el más utilizado en España. La diferencia entre ellos radica en que, mientras que

en las plantas de ánodos precocidos la cocción de éstos se realiza en hornos aparte utilizando fueloil

como combustible, en el sistema Söderberg la cocción se efectúa directamente en la cuba por corriente

eléctrica.

Los principales contaminantes emitidos en el proceso de fabricación son fluoruros en formas

de gas, partículas sólidas no fluoradas, monóxido de carbono, sulfuro de hidrógeno e hidrocarburos.

En otros procesos son emitidos otros contaminantes: en la manipulación de materiales se emiten

partículas (Al2O3, F3Al, ...); en el revestimiento de cubas, partículas e hidrocarburos; y en la

preparación de pasta Söderberg, polvo de carbón e hidrocarburos. En la tabla 19 se indican los

factores de emisión de los contaminantes de mayor importancia generados en el proceso: partículas y

fluoruros.


en la metalurgia del aluminio

PROCESO CONTAMINANTE FACTOR (Kg/Tm)

Primera fusión Partículas

Fluoruros

39

20

Segunda fusión Partículas 2.15



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METALURGIA DEL COBRE. El cobre es obtenido, en su mayor parte, a partir de minerales sulfurados

de baja ley, que son concentrados por gravedad y flotación antes de su tratamiento. La obtención del

cobre requiere cuatro etapas: tostación, obtención de "mata", oxidación de ésta y refino. La primera

etapa se realiza en hornos de solera múltiple o de lecho fluido, donde se elimina una parte del azufre;

en la segunda se realiza una mezcla de cobre-hierro-azufre a través de la fusión en un horno; en la

tercera, la oxidación de la mata es un convertidor; y, por último, el refino en dos fase, la segunda de

ellas a través de un proceso electrolítico.

En este proceso, los principales contaminantes son partículas, humos y dióxido de azufre,

reflejándose en la tabla 20 los factores de emisión.


en la metalurgia del cobre


Fabricación de cobre Partículas

Dióxido de azufre

68

625

METALURGIA DEL PLOMO Y DEL ZINC. La producción de plomo a partir de minerales sulfurados se realiza en tres etapas: sinterización, reducción y refino. En la etapa de sinterización, a partir de los concentrados de plomo se produce óxido de plomo y dióxido de azufre, según la siguiente reacción:

2 PbS + 3 O2 → 2 PbO + 2 SO2

Por otro lado, la mayor parte del zinc se obtiene a partir de minerales de plomo y zinc. El zinc se extrae por evaporación selectiva en retortas y posterior condensación, o bien por medio de



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lixiviación en ácido sulfúrico y posterior tratamiento electrolítico.

En la fabricación de plomo y zinc se producen grandes cantidades de SO2 en los procesos de

sinterización y tostación. También hay que considerar las emisiones de polvo y humos que se

producen en los hornos y en la manipulación del mineral. En las tablas 21 y 22 se muestran los

factores de emisión de los contaminantes generados en estos procesos.


en la metalurgia del plomo


Primera fusión Partículas

Dióxidos de azufre

298

198

Segunda fusión Partículas

Dióxidos de azufre

95

27


en la metalurgia del zinc


Primera fusión

Tostación

Sinterización

Horno horizontal

Horno vertical

Partículas

Dióxidos de azufre

Partículas

Partículas

Partículas

60

550

45

4

50

Segunda fusión

Mufla

Crisol

Partículas

Partículas

24

23



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Industria de cemento

El proceso de fabricación de cemento comienza con el molido y secado de las materias

primas, principalmente carbonato de calcio, sílice, aluminio y hierro, la mezcla de obtenida se

introduce en un horno rotatorio para su calcinación. El producto calcinado llamado "clinker" se

refrigera en un enfriador y se almacena para su posterior molienda y adición de yeso y aditivos para la

preparación del cemento. Existen tres tipos de procesos: vía húmeda, semiseca y seca. Este último

procedimiento es el más utilizado en España.

Las principales emisiones de las fábricas de cemento son las partículas de distintos tamaños

(como figura en la tabla 13, se estima que en España la contribución de este sector a la emisión de

partículas es de un 32 por 100), siendo las fuentes de emisión más importantes: almacenamiento de

materias primas, molino-secador de crudo, horno de calcinación, enfriador de clinker, molino de

cemento, y almacenamiento y manipulación de cemento. En la tabla 23 se recogen los factores de

emisión empleados normalmente para este tipo de instalaciones.


en la industria de cemento

PROCESO CONTAMINANTE FACTOR

Hornos (vía seca)

Molinos (vía seca)

Hornos (vía húmeda)

Molinos (vía húmeda)

Partículas

Óxidos de nitrógeno

Dióxido de azufre

Partículas

Partículas

Óxido de nitrógeno

Dióxido de azufre

Partículas

122 (Kg/Tm)

3 (Kg/Tm de combustible)


48 (Kg/Tm)

144 (Kg/Tm)



16 (Kg/Tm)

Se puede lograr un cierto control de la emisión de polvo durante las operaciones del horno

ajustando las condiciones del proceso de forma que el polvo permanezca en el interior del horno. Por

otra parte se han desarrollado técnicas para la reintroducción en el horno de clinker del polvo recogido



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a través de los sistemas de captación.

Entre los sistemas de retención más utilizados se encuentran: precipitadores electrostáticos,

electrofiltros, filtros de mangas, principalmente, tras un acondicionamiento previo en muchos casos:

MOLINO SECADOR. Los volúmenes de aire que se manejan en estos dispositivos son del orden de 1.000 a 3.000 m3/Tm de materias primas y la concentración de polvo en los gases de salida es del orden de 100 g/m3, lo que exige una depuración concienzuda. En el caso de hornos vía semi-húmeda, el gas puede depurarse mediante precipitadores electrostáticos; mientras que en los hornos vía seca, en los que el secado es más intenso, una vez acondicionada la temperatura y humedad en una torre de acondicionamiento, los gases se pasan por un electrofiltro.

HORNOS DE CALCINACIÓN. Los precipitadores electrostáticos son los equipos más utilizados en la depuración de los gases de los hornos de calcinación, presentando diversas dificultades en función del tipo de proceso de fabricación, siendo relativamente fácil en los sistemas vía húmeda (los gases están suficientemente húmedos, permitiendo una buena ionización), más complicado en los vía semi-húmeda (la temperatura del los gases debe ser del orden de 180°C), y necesitando un acondicionamiento previo (descenso de temperatura) en los de vía seca. En estas condiciones se consiguen rendimientos del orden del 99.9 por 100 y concentraciones de salida inferiores a 50 mg/m3.

ENFRIADOR DE CLINKER. Durante años se ha utilizado la depuración mecánica mediante multiciclones, pero las nuevas exigencias ambientales han hecho que se ensayen otras soluciones tales como los filtros de mangas, o filtros del tipo D.S.

MOLINO DE CEMENTO. Depuración con filtros de mangas.



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Ilustr. 7 Proceso de fabricación de cemento



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Industria química

La industria química se caracteriza por la gran variedad de productos, procesos y residuos

que se relacionan con ella, ampliándose casi de forma continua por la constante transformación de

ésta. Teniendo esto en cuenta, es prácticamente imposible abordar este sector considerando la

totalidad de las diferentes actividades comprendidas en el mismo, por lo que es preciso centrarse en

algunos casos puntuales, que contribuyan significativamente a los procesos de contaminación

atmosférica: la fabricación de ácido sulfúrico y ácido nítrico.

FABRICACIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO. El ácido sulfúrico puede obtenerse por dos procesos, el de las

cámaras de plomo y el de contacto, siendo este último el más utilizado en la actualidad. La materia

prima del proceso es el dióxido de azufre que se obtiene bien por la combustión del azufre, bien por la

tostación de piritas. La fabricación de ácido sulfúrico por el procedimiento de contacto tiene dos

variantes: absorción simple y doble absorción. En ambos casos el proceso se basa en la conversión de

SO2, mediante un convertidor de uno o más lechos catalíticos, por regla general de platino o pentóxido

de vanadio, en SO3 del que se obtendrá el ácido sulfúrico posteriormente por hidratación en las torres

de absorción. La ilustración siguiente muestra el diagrama general del proceso de fabricación de ácido

sulfúrico.

Ilustr. 8 Diagrama del proceso de fabricación de ácido sulfúrico



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El proceso requiere gases limpios y secos con una concentración del 7 al 10 por 100 de SO2.

Los rendimientos de la conversión oscilan entre el 97 y el 99.5 por 100.

Por lo que se refiere a los procesos contaminantes, la mayoría de las emisiones de las plantas

de contacto se deben al gas de cola de la torre de absorción. El gas contiene SO2 sin reaccionar, SO3

no absorbido, nieblas de ácido sulfúrico y suspensiones ácidas. En la tabla 24 se indican los factores

de emisión típicos de estas instalaciones.

TABLA 24: Factores de emisión de contaminantes en la fabricación

de ácido sulfúrico por proceso de contacto

PROCESO FACTOR (Kg/Tm)

Dióxido de azufre

Plantas < 100.000 Tm/año

Plantas > 100.000 Tm/año

Doble catálisis y doble absorción

Nieblas

Plantas < 100.000 Tm/año

Plantas > 100.000 Tm/año

Doble catálisis y doble absorción

7

28

7

3

4

4

FABRICACIÓN DE ÁCIDO NÍTRICO. La fabricación de ácido nítrico se realiza comercialmente por la

oxidación catalítica de amoníaco. Existen tres tipos de procesos: de alta presión, de baja presión y de

concentración. Una corriente gaseosa, mezcla de aire y amoníaco, pasa a través de un catalizador de

malla del tipo rodio-platino, que trabaja a unos 900°C, donde el amoníaco se oxida a nitrógeno.

Posteriormente éste se enfría en un intercambiador de calor y los gases enfriados van a una torre de

absorción de ácido nítrico.

En el proceso, la principal emisión corresponde a los NOx contenidos en el gas de cola

procedente de la torre de absorción. Este gas tiene un color pardo-rojizo, cuya intensidad depende de

la concentración de NO2 presente. El factor de emisión estimado en este caso, para dicho

contaminante, es de 26 Kg/Tm.



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Industria papelera

La obtención de pulpa de la madera requiere extraer la celulosa, disolviendo la lignina que

enlaza las fibras. Los principales procesos usados por la industria papelera, con incidencia sobre el

medioambiente atmosférico, son los dos siguientes: proceso Kraft y proceso al sulfito.

PROCESO KRAFT. El proceso Kraft es el de mayor utilización en la actualidad. La materia prima es la madera, que una vez lavada, descortezada y troceada, pasa a los digestores donde se cuece con una solución acuosa de hidróxido de sodio y de sulfuro sódico que disuelve la lignina. Cuando la cocción es completa el contenido del digestor se introduce en un tanque de soplado, donde la mayor parte del líquido (lejía de cocción), que contiene la lignina disuelta es drenada y la pulpa entre en la etapa inicial de lavado y, en algunas instalaciones, blanqueada. Los reactivos contenidos en la lejía de cocción se recuperan en un horno donde el licor negro se pulveriza y quema. Los componentes inorgánicos caen en el fondo del horno de donde se retira este fundido de sales y se disuelven en agua formando el líquido verde al que se añade hidróxido de calcio, dando lugar a la lejía blanca que, una vez sedimentada, filtrada y ajustada su concentración, se almacena y utiliza de nuevo en la digestión.

Se producen emisiones de partículas, principalmente en el horno de recuperación, horno de

cal y en el tanque donde se obtiene la lejía verde. El control de las partículas puede realizarse en los

hornos de recuperación mediante un lavador ciclónico, o un evaporador de contacto directo más un

electrofiltro, con lo que se puede lograr un rendimiento superior al 85 por 100. En los hornos de cal y

tanques de lejía verde el control se suele llevar a cabo mediante lavadores. El olor característico de

este proceso se debe a la emisión de SH2, siendo la fuente principal el evaporador de contacto directo

en el que el sulfuro de sodio del líquido negro reacciona con el dióxido de carbono en la descarga del

horno. También son agentes de olor ciertos componentes orgánicos de azufre emitidos esencialmente

en los digestores, tanque de soplado y evaporadores de contacto directo. Los hornos de recuperación

son emisores de SO2 y CO, y el horno de cal de CO.

PROCESO AL SULFITO. El proceso de tipo sulfito es similar al anterior excepto que utiliza diferentes reactivos químicos: se emplea el dióxido de azufre y el ácido sulfuroso, y para mantener la solución de la cocción bisulfito de sodio, magnesio, calcio o amonio.



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Incineración de residuos.

Los problemas medioambientales asociados con el almacenamiento de residuos peligrosos en

vertederos ha intensificado el estudio de métodos alternativos que permitan transformas dichos

residuos en formas menos peligrosas, de forma rápida y segura. La incineración es el principal método

alternativo para la eliminación de residuos peligrosos de naturaleza orgánica, que constituyen la

porción mayoritaria de los mencionados residuos tóxicos. No obstante, la incineración es aplicable a

todas las formas en que puedan presentarse los residuos orgánicos.

La incineración es un proceso controlado de oxidación realizado a elevadas temperaturas que

convierte los elementos principales constitutivos de los compuestos orgánicos (carbono, hidrógeno y

oxígeno) en CO2 y H2O. Por lo que respecta a las sustancias orgánicas, es preciso tener en cuenta que

la naturaleza tóxica o peligrosa radica básicamente en la estructura molecular más que en los

elementos que las constituyen, de modo que la destrucción de dicha estructura determina normalmente

la desaparición de las propiedades de toxicidad o peligrosidad. No obstante, en los residuos a incinerar

se detecta la presencia simultánea de elementos diferentes al carbono, oxígeno e hidrógeno,

implicando la necesidad de controlar las emisiones generadas durante el proceso.

Existen diversos tipos de incineradores: de inyección líquida, de horno rotatorio, de hornos

multihogar o de platos, de lecho fluido, catalíticos, pirolisis, etc, comentándose seguidamente los

aspectos más destacados para algunos de ellos:

INCINERADORES DE INYECCIÓN LÍQUIDA. El residuo combustible se introduce "atomizado" en la cámara de combustión, mezclado con el aire, con el fin de incrementar la velocidad de vaporización favorecer la combustión. Habitualmente operan a un rango de temperaturas comprendido entre 850 y 1650°C. Son muy utilizados en la industria para la destrucción de residuos orgánicos líquidos.



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INCINERADORES DE HORNO ROTATIVO. Estos incineradores son unidades muy versátiles que virtualmente pueden utilizar cualquier tipo de residuo como combustible, si bien inicialmente fueron diseñados para incinerar sólidos y alquitranes que no pueden ser procesados en incineradores de inyección líquida. Consiste básicamente en una cámara cilíndrica revestida de material refractario que se monta horizontalmente con una ligera inclinación, presentando normalmente una relación longitud/diámetros entre 2:1 y 10:1 y con una velocidad de giro comprendida entre 1 y 5 r.p.m. . La temperatura de combustión oscila entre 850 y 1650°C, variando el tiempo de residencia de varios segundos a horas, dependiendo del tipo de residuo a incinerar. El movimiento del horno rotativo facilita la mezcla del combustible sólido con el aire para facilitar la combustión del residuo.

INCINERADORES DE LECHO FLUIDO. La tecnología de lecho fluido utilizada en la industria química y petrolífera ha sido adaptada para la incineración de residuos. El incinerador consiste en un lecho de arena caliente o alumina en el que se inyectan aire y el residuo a incinerar. El incinerador opera a una presión de cerca de 2 psig y a una temperatura comprendida entre 760 y 810°C. Se aplica principalmente en la eliminación de fangos y residuos pastosos.

Las emisiones procedentes de las instalaciones de combustión pueden contener una amplia

gama de contaminantes, dependiendo de la naturaleza de los residuos a incinerar y de las

características del proceso de incineración. No obstante, las emisiones de mayor importancia

corresponden a partículas, gases ácidos (tales como ClH, FH, y SO2), metales pesados (tales como

mercurio, cadmio y plomo), así como ciertos compuestos orgánicos (dioxinas, furanos, hidrocarburos

aromáticos, etc). La generación de contaminantes durante la incineración de residuos puede

localizarse en diferentes puntos del proceso:

- Durante la descarga, almacenamiento y la manipulación de los residuos a incinerar se

generan olores desagradables, y emisión de polvo, principalmente.

- La corriente de gas al atravesar la capa de residuos puede arrastrar hacia el exterior cenizas,

polvo, sustancias carbonizadas, etc.

- Los metales y compuestos metálicos pueden evaporarse en el horno para condensar al

enfriarse en la chimenea y generan un aerosol de partículas submicrónicas.



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- El residuo puede incluir compuestos que contengan cloro, flúor, azufre, nitrógeno y otros

elementos que pueden determinar la generación de gases tóxicos y corrosivos.

- Los productos de pirolisis, que surgen durante la descomposición térmica de los residuos,

pueden contener CO, compuestos orgánicos volátiles tales como hidrocarburos aromáticos

policíclicos, dioxinas y furanos, partículas de alquitrán y hollín.

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