Semana 3: Analisis Y Control de Contaminacion Atmosferica

 

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ANALISIS Y CONTROL DE CONTAMINACION CONTAMINACIO N ATMOSFERICA

SEMANA 3 Mg. Juana Valdivia Andrade

Escuela Profesional INGENIERÍA AMBIENTAL

Periodo académico: 2018-1 Semestre: Unidad:

 

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2.1. CONTAMINACION NATURAL DEL AIRE •   Bajo condiciones condiciones naturales, el aire puede contaminarse debido a

fenómenos naturales, como: volcánicas: constituyen una de las principales causas 1. Erupciones volcánicas: constituyen naturales de contaminación del aire. Los materiales que son exp xpel eliidos dos a la atmós tmósfe fera ra dura duran nte la erup rupción ción,, pued puede en ser  ser  gaseosos, líquidos y/o sólidos. los productos gaseosos arrojados, arrojados, los más importantes importantes son •   Entre los el hidrógeno, el dióxido de carbono, el metano, y diversos gases que contienen azufre, cloro y flúor. •   Son lanzada lanzadass de vapor de agua agua que, que, al conden condensar sarse, se, originan originan

precipitaciones. Esta agua de lluvia, arrasa con toda la vegetación existente y deja estériles los suelos.

 

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2.1. CONTAMINACION NATURAL DEL AIRE •   Los materiales líquidos, que alcanzan temperaturas hasta de

1.500° 1.50 0° C. La lava lava desc descie iend nde e por por lade ladera rass y vall valles es form forman ando do verd ve rdad ader ero os rí ríos os que se soli solid dififica can n en su reco recorr rrid ido o y daña dañan n seriamente los cultivos y la vegetación en general. 2. Corriente tess de viento toss: Las torm tormen enta tas, s, movi ovililiza zan n gran grand des cantidades de polvo que se mantiene suspendido en el aire. Con la llegada de la primavera, la atmósfera se convierte en un medio de transporte de polen, semillas y esporas que, en algunas ocasiones, producen afecciones alérgicas. 3. Incendios 3. natural:  son otra  Incendios forestales que se producen en forma natural: son causa de contaminación del aire, especialmente por las altas concentraciones de monóxido y dióxido de carbono, humo, polvo y cenizas.

 

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2.1. CONTAMINACION NATURAL DEL AIRE •   Los materiales que temperaturas hasta de 1.500° 1.50 0° C. La lava lalíquidos, va desc descie iend nde ealcanzan por por lade ladera rass y vall valles es form fo rman ando do

verd erdader adero os rí ríos os que se soli solidi dififica can n en su rec recorri orrid do y dañ dañan seriamente los cultivos y la vegetación en general.

 

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2.1. CONTAMINACION NATURAL DEL AIRE

2. Corriente tess de viento toss: Las torm tormen enta tas, s, movi ovililiza zan n gran grand des cantidades de polvo que se mantiene suspendido en el aire. Con la llegada de la primavera, la atmósfera se convierte en un medio de transporte de polen, semillas y esporas que, en algunas ocasiones, producen afecciones alérgicas. 3. Incendios Incendios foresta forestales les que que se produc producen en en forma natura natural:l: son  son otra causa de contaminación del aire, especialmente por las altas concentraciones de monóxido y dióxido de carbono, humo, polvo y cenizas.

 

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2.2. CONTAMINACION ARTIFICIAL DEL AIRE •   Anualmen Anualmente, te, miles miles de millones millones de toneladas toneladas de contamin contaminantes antes

son liberados a la atmósfera como subproducto de las actitivi ac vida dade dess indu indust stri rial ales es y domé domésti stica cas, s, de dell func funcio iona nami mien ento to de vehículos, sistemas de calefacción o de otras fuentes, todo lo cual cu al ca caus usa a un impac mpacto to neg negati ativo en el med medio amb ambient iente. e. Se distinguen dos niveles de contaminación artificial del aire:  A. Contaminación primaria •   Es aquélla que altera la composición de la atmósfera desde fuentes directas, como las industrias, los hogares y el transporte. Se produce por los procesos de combustión del carbón, de la madera, del gas metano y de derivados del petróleo, como la bencina y la parafina, en que se liberan gases y pequeñas partículas sólidas que se mezclan con los gases atmosféricos.

 

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2.2. CONTAMINACION ARTIFICIAL DEL AIRE

 A. Contaminación primaria •   Cuando se logra una combustión perfecta, el combustible reacciona completamente con eldióxido oxígeno del aire para producir de carbono gaseoso, vapor de agua, calor y luz. •   Las tempera temperatur turas as demasiad demasiado o altas altas o bajas bajas en que ocurren ocurren las

combustiones, el oxígeno presente y las impurezas propias de los combustibles, son los causantes de la formación de subproductos no deseados, tales como el monóxido de carbono (CO), óxidos de azufre (SO ), óxid óxidos os de nitr nitróg ógen eno o (NOx (NOx), ), X hidrocarburos parcialmente quemados (HC) y partículas sólidas, todos ellos contaminantes del aire.

 

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2.2. CONTAMINACION ARTIFICIAL DEL AIRE

 A. Contaminación primaria •   No obstante, obstante, las temperaturas temperaturas demasiado demasiado alta altass o bajas bajas en que ocurren las combustiones, la cantidad de oxígeno presente y las impurezas propias de los combustibles, son los causantes de la formación de subproductos no deseados, tales como el monóxido de carbono (CO), óxidos de azufre (SOX), óxidos de nitrógeno (NOx), hidrocarburos parcialmente quemados (HC) y partículas sólidas, todos ellos contaminantes del aire.

 

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2.2. CONTAMINACION ARTIFICIAL DEL AIRE •   B. Contaminación secundaria •   Se denomina así al cambio de la composición natural de la

atmósfera, debido a las transformaciones físicas y químicas que experimentan los contaminantes primarios al reaccionar con los gases presentes en el aire. •   Acido Sulfúrico: Sulfúrico: •   Se forma y reacciona:

SO2 + O2 ---- SO3 SO3 + H2O --- H2SO4

 

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2.2. CONTAMINACION ARTIFICIAL DEL AIRE •   B. Contaminación secundaria •   El   smog fotoquímico  oquímico   es un tipo de contaminación secundaria,

que se forma por la reacción entre los hidrocarburos parcialmente quemados y los óxidos de nitrógeno en presencia de la radiación solar. Un producto de esta transformación es el ozono, que a nivel terrestre resulta altamente tóxico. •   Acido Nítrico, Nítrico,

que se forma según la reacción: NO2 + H2O --- HNO2 + HNO3 HNO2   --- HNO3 + NO

 

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2.2. CONTAMINACION ARTIFICIAL DEL AIRE •   B. Contaminación secundaria

El  efecto invernadero es El efecto invernadero  es el aumento en la temperatura promedio de la superficie de la Tierra y en la parte más baja de la atmósfera. •   La   lllluvia

ácida   es es un tercer tipo de contaminación secu se cund ndar ariia. Cor orre resp spon ond de a la pr pres esen enci cia a de áci ácidos dos en las las precipitaciones, como producto de la reacción entre los óxidos de azufre y de nitrógeno contaminantes con el agua de lluvia. El deterioro de la capa de ozono es también el resultado de la transformación de los contaminantes en el aire.

 

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2.2. CONTAMINACION ARTIFICIAL DEL AIRE •   B. Contaminación secundaria

El efecto invernadero El efecto Es el aumento en la temperatura promedio de la superficie de la Tierra y en la parte más baja de la atmósfera.

•   La   lllluvia

ácida   es es un tercer tipo de contaminación secu se cund ndar ariia. Cor orre resp spon ond de a la pr pres esen enci cia a de áci ácidos dos en las las precipitaciones, como producto de la reacción entre los óxidos de azufre y de nitrógeno contaminantes con el agua de lluvia. El deterioro de la capa de ozono es también el resultado de la transformación de los contaminantes en el aire.

 

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2.3. EFECTO DE LA CONTAMINACION DEL AIRE •   A. Efectos en la Salud Humana

 

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2.3. EFECTO DE LA CONTAMINACION DEL AIRE •   A. Efectos en la Salud Humana • La contaminación atmosférica afecta la salud a nivel de los sist si stem emas as re resp spir irat ator orio io,, ca card rdio iova vasc scul ular ar y ne nerv rvio ioso. so. •   Cuando una persona respira monóxido de carbono, como en una

carretera con alto tráfico, la función normal del transporte de oxígeno se ve disminuida y la persona puede sentir los síntomas característicos de la privación de oxígeno: disminución de las funciones motoras, mareo, náuseas, dolor de cabeza, fatiga y somnolencia. •   La intoxicació intoxicación n con monóxido monóxido de carbono es reversi reversible, ble, excepto excepto en los casos severos, en la mayoría de los casos basta con adm dmin iniistra strarr oxíg oxígen eno o puro puro,, o bien bien prop roporci orcion onar ar resp respir irac ació ión n artificial para reanimar a la persona en camino a un centro asistencial.

 

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2.3. EFECTO DE LA CONTAMINACION DEL AIRE •   A. Efectos en la Salud Humana •   Los gases contamina contaminantes ntes que contienen contienen azufre corresponden corresponden a

un grupo de compuestos que se caracterizan por ser irritantes y por producir producir olores olores desagra desagradable dables. s. Un ejem ejemplo plo es el sulfuro sulfuro de hidrógeno (H2S), que se produce en el proceso de putrefacción de materia orgánica o como producto de la digestión animal y de las erupciones volcánicas. •   El dióxi dióxido do de azuf azufre re (SO2), que llega al aire por la quema de

carbón. Es un gas altamente contaminante que produ oduce irritación en las mucosas del aparato respiratorio, y ocasiona tos y picazón en la garganta y en los ojos.

 

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2.3. EFECTO DE LA CONTAMINACION DEL AIRE •   A. Efectos en la Salud Humana •   Los

gases contaminantes que contienen nitrógeno, especialmente el monóxido de nitrógeno (NO) y el dióxido de nitróg nit rógeno eno (NO2), se caracterizan por un olor desagradable y pueden producir desde una irritación moderada de las mucosas respiratorias hasta una congestión pulmonar severa.

•   Los Los hidro idroca carb rbur uro os, comp ompuest uesto os form formad ados os por por hidró idróge gen no y

carbono, también se originan en la combustión de aceites y gasolinas. Algunos de ellos, como el benzopireno, son reconocidos como agentes cancerígenos; es decir, que producen cánc cá ncer er,, fund fundam amen enta talm lmen ente te de bron bronqu quio ios, s, esóf esófag ago, o, veji vejiga ga y páncreas; otros son irritantes y malolientes; y un tercer grupo, es capaz de reaccionar químicamente en el aire, debido a la acción de la luz solar, y de producir otros contaminantes altamente tóxicos.

 

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2.3. EFECTO DE LA CONTAMINACION DEL AIRE •   B. Efectos Sobre el Ecosistema

Necrosis foliar en hoja de tabaco a causa de la contaminación con ozono .

 

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2.3. EFECTO DE LA CONTAMINACION DEL AIRE •   B. Efectos Sobre el Ecosistema

•   La contaminación atmosférica produce daños en la flora y la

fauna. Cuando la conocida lluvia ácida cae y se acumula en los lagos y ríos, produce la muerte de los animales acuáticos, afecta el crecimiento de las plantas y origina la muerte de numerosas especies vegetales en los bosques y praderas. •   Esta Esta pérdida, pérdida, a su vez, promue promueve ve la erosió erosión n de los suelos suelos y el

aumento de las tierras infértiles.

 

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2.4. CONSERVACION DEL RECURSO AIRE •   Exi Existe sten evidencias claras de los perjuicios que causa la

contam cont amin inac ació ión n del del aire aire y que que afec afecta tan n dire direct ctam amen ente te nues nuestr tro o bienestar. •   Es necesario considerar algunas acciones de orden cotidiano

que contribuyen a la conservación del aire: •   1. Evitar Evitar el uso de de aerosole aerosoless que contengan contengan gases gases propulso propulsores res

clorofluorocarbonados (CFC). •   2. No usar calefacto calefactores res a leña leña durante durante los días de invier invierno, no, en que prevalece una alta humedad ambiental o un alto índice de contaminación. •   3. No quemar basura ni hojas. •   4. Promover Promover la pavime pavimenta ntació ción n de calles calles y camino caminoss de tierra tierra en zonas altamente pobladas.

 

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2.4. CONSERVACION DEL RECURSO AIRE •   Es necesario considerar algunas acciones de orden cotidiano

que contribuyen a la conservación del aire: •   5. Mantener el automóvil en buenas condiciones, controlando

regularmente la emisión de gases por los escapes. •   6. Utilizar combustibles de buena calidad. •   7. Bar Barrer rer sin sin leva evantar ntar polv polvo; o; para ara ellllo o, roci rociar ar con agua gua las las superficies antes de limpiarlas. •   8. Al salir de paseo, paseo, ubicar ubicar las fogatas y braseros braseros en lugares lugares de máxima seguridad. Antes de retirarse, asegurarse que se hayan extinguido totalmente y así evitar posibles incendios. •   9. Apoyar las acciones fiscalizadoras que regulan el funcionamiento de las industrias y los vehículos de locomoción colectiva para que la emisión de gases no exceda los índices aceptables.

 

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2.4. CONSERVACION DEL RECURSO AIRE •   Es necesario considerar algunas acciones de orden cotidiano

que contribuyen a la conservación del aire: •   10. 10.

Denunciar a los contaminadores. La mayoría de las munic unicip ipal aliidad dades cuen cuenta ta con con un Depar eparta tame ment nto o de Higie igiene ne  Ambiental donde se reciben las denuncias denuncias de la ciudadanía. •   11. Apoyar Apoyar,, en tu locali localidad dad,, las medida medidass para la inst instala alació ción n de cicl ci clov ovía ías, s, que que ince incent ntiv ivan an y hace hacen n se segu gura ra la movi movililiza zaci ción ón en bicicleta.

•   12.

Apoyar campañas de arborización en los sectores desp de spro rovi vist stos os de cubi cubier erta ta vege vegeta tal.l. Recu Recuer erda da que que una una de las las finalidades de la fotosíntesis, el proceso vital de las plantas, es mantener la cantidad de oxígeno en el aire.

 

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2.5. PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE

 

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2.5. PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE

1. DIO IOX XID IDO O DE CARBONO (C02) La principal fuente de emisión de (CO2) a la atmósfera es la quema de combustibles fósiles y biomasa (gas natural, petróleo, combustibles, leña) en procesos industriales, transporte, y actividades domiciliarias (cocina y calefacción). La concentración del CO2 atmosférico subió desde 280 ppm en el periodo 1000 - 1750, a 368 ppm en el año 2000, un incremento porcentua porc entuall de 31%. La concentració concentración n actual actual es mayor que ocurrida ocurrida durante cualquier periodo en los últimos 420.000 años. mayorr abun bundan dancia cia en el El carbón es el cuarto   elemento   de mayo universo y esencial para la vida terrestre. Se encuentra en diversas formas como en el gas (CO2), y en sólidos como la caliza la caliza (CaCO  (CaCO3), la madera, plástico, diamantes y grafito.

 

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2.5. PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE

1. DIO IOX XID IDO O DE CARBO BON NO (C (C02 02): ): El Cic iclo lo Car arb bóni nico co Bio ioló lóg gic ico: o: La Tierra depende de la producción de azúcares de la  la   luz luz solar  solar y dell dióx de dióxid ido o de carb carbón ón (f (fot otos osín ínte tesi sis) s) y del del   desgaste   metabólico  necesaria (respiración) de esos azúcares para producir la energía la  energía necesaria para el movimiento, crecimiento y reproducción. Fotosíntesis:

energía (luz solar) + 6CO2 + H2O -----  C6H12O6 (glucosa) + 6O2

 

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2.5. PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE Ejercicio 1: Emis Ejercicio Emisión ión Dióxido Dióxido de Carbono Carbono CO El gas que se libera de un automóvil por el tu2bo de escape contiene 1.4 volúmenes de CO. ¿Cuál es la concentración de CO expresado en     g/m3 a 25   C   y 1 atm de presión? Conv Co nver ersi sión ón de un unid idad ades es:: Re Rela laci ción ón en entr tre e  g/m3, ppm, y volumen (%): g/m3

= ppm   peso molecular      1000/24.5   ( a 25C y 1 atm de presión )

g/m3

= ppm   peso molecular      1000/22.41   ( a 0C y 1 atm de presión ) 1 % volumen = 104 ppm Solución:

1.4 volúmenes de CO x 10000 ppm = 14000 ppm CO

 

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2.5. PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE Ejercicio 1: Emis Ejercicio Emisión ión Dióxido Dióxido de Carbono Carbono CO El gas que se libera de un automóvil por el tu2bo de escape contiene 1.4 volúmenes de CO. ¿Cuál es la concentración de CO expresado en     g/m3 a 25   C   y 1 atm de presión? Solución:

Concentrac Conce ntración ión d de e CO en   g/m3 = [14000 ppm x 28 g/mol x 1000 ] / 24.5 esp spu uest sta a: 16 x 106   g /m 3 de C O = 16 x 10 3 mg /m 3 Re Reflexión:

La concentración del CO del gas del escape del vehículo se verá reducida al entrar a la atmosfera. La norma de calidad del aire ambiental en el Perú, es de 10 000  g/m3 .

 

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2.5. PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE 2. ME MET TANO (C (CH4 H4))

La principal fuente natural de producción de CH4 son los pantanos. El CH4 se produce también en la descomposición anaeróbica de la basura en los rellenos sanitarios; en el cultivo de arroz, en la descomposición fecales de animales; en la producción y distribución de gas y combustibles; y en la combustión incompleta de combustibles fósiles. Se estima que su concentración aumentó entre 700 ppb en el periodo 1000 - 1750 y 1750 ppb en el año 2000, con un aumento porcentual del 151% (incertidumbre de +/- 25%)

 

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2.5. PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE DIOX DI OXID IDO O DE NI NITR TROG OGEN ENO O (N (NO2 O2))

3.

El aumento del NO2 en la atmósfera se deriva parcialmente del uso creciente de fertilizantes nitrogenados. El NO2 también aparece como sub-producto de la quema de combustibles fósiles y biomasa, y asociado a diversas actividades industriales (producción de nylon, producción de ácido nítrico y emisiones vehiculares). Un 60% de la emisión de origen antropogénico se concentra en el Hemisferio Norte. Se estima que la concentración de NO2 atmosférico ppbde enaumento) el periodo 1000 - 1750, a 316 ppb en el añocreció 2000 entre (un 17270 +/-5%

 

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2.5. PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE Ejerci Ejer cici cio o 2: Co Conc ncen entr trac ació ión n de Oz Ozon ono o La concentración de ozono es 150    g/m g/m3 en una estación urbana de monitoreo. Determinar si esta concentración excede el valor permitido encontrado en las normas de calidad del aire. El valor de la norma está expresado en ppm: 0.06125 (tiempo muestreo 8h). a 25  C y 1 atm de presión. Solución:

Peso molecular del Ozono (O3): 16 x 3 = 48

Concentración de Ozono: 150  g/m3= ppm x 48 x 1000 24.5  ppm = ( 150 * 24. 24.5) 5) / ( 100 1000* 0* 48) = 0. 0.0765 0765 ppm Por lo que se puede concluir que el ozono está excediendo la norma ambien amb iental tal,, cau causan sando do con contam tamina inació ción. n.

 

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2.5. PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE Ejercicio 3: Velocidad de caída de partículas en el aire

Determine la velocidad de asentamiento de una nube de niebla compuesta de partículas de 1   m (micra) en el aire a 27   o C. Datos: ρp = densidad de la partícula, 2.2 Kg./m3 ρa = densidad del aire, aprox. 1.2 Kg./m3 a nivel del mar  d p = diámetro de la partícula, m.    = viscosidad del del aire, 1.85 x 10   -5 Kg./m.s (a 27   o C) Solución:   Las Las cara caract cter erís ístitica cass de asen asenta tami mien ento to so son n un una a de la lass má máss

importantes propiedades de las partículas, toda vez que el asentamiento es el mayor proceso natural para remover partículas de la atmósfera. Partículas en suspensión varían entre 1 a 20   m y permanecen en la atmósfera largos períodos.  Aplicando la ecuación de la ley Stokes, donde: V   t = velocidad final de asentamiento, m/s 2

g = aceleración de la gravedad, 9.81 m/s m/s  

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2.5. PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE Ejercicio 3: Velocidad de caída de partículas en el aire

 Aplicando la ecuación de la ley Stokes, donde: V   t = velocidad final de asentamiento, m/s g = aceleración de la gravedad, 9.81 9.81 m/s2 ρp = densidad de la partícula, 2.2 Kg./m3 ρa = densidad del aire, aprox. 1.2 Kg./m3 a nivel del mar  d p = diámetro de la partícula, m.    = viscosidad del del aire, 1.85 x 10   -5 Kg./m.s (a 27   o C)

 

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2.5. PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE ícu ulo típico E je jerc rcic icio io 4: Cá Cállcu cullo de emisio ision nes v ehic icu ulare ress : Un vehíc  promedio emite 4 g/Km. de oxido nítrico (NO), y recorre apro ap roxi xima mada dame ment nte e 20 20.0 .000 00 Km Km./a ./año ño.. 1.Estime la cantidad de NO emitida por cada vehículo anualmente te.. 2.Considere que en un país hay 1 millón de vehículos. Calcule el   total de emisiones de (NO) generadas por el transporte vehicular en tone to nela lad das po porr añ año o. Solución: 1.Ox 1. Oxid ido o ní nítr tric ico o an anua ual: l:

4 g/Km. g/Km. x 20.000 20.000 Km./año Km./año x 1 Kg. / 103g = 80 Kg./año. Vehículo 2.Emis 2.Em isió ión n to tota tal: l: 1’000.000 veh. x 80 Kg./año. veh. x 1 Ton./1000 Ton./1000 Kg. =

= 80 x 103 Ton./año

 

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2.5. PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE 5: Calcular la descarga de HC procedente de una población de 1.5 millones de habitantes considerando que: a)Un total de 250.000 vehículos recorren al año 15.000 Km. cada uno emitiendo 1 g/Km. b)El consumo per cápita de pinturas sintéticas es 2 litros/año con contenido en HC de 1Kg./litro c)El consumo per cápita de HC procedentes de disolventes de limpieza es de 1Kg/año. Solución:

a) Vehículos: 250.000 Veh. x 15.000 Km.x 1 g/Km. x 1 Ton= 3.750 6

Ton.Veh.10 g x 106 hab.x 1 Kg.x 2 litr b) Pinturas: 1.5 litrosx osx 1 Ton=3.0 on=3.000 00 Ton Ton litro hab.103Kg. c) Disolventes:1.5 x 106 hab.x 1 Kg.x K g.x 1 Ton=3.0 Ton=3.000 00 Ton Ton hab. 103Kg. Total = (3.750 + 3.000 3.00 0 + 3.000) Ton. Ton. = 9.750 Ton/1000 Ton/1000 Kg./Ton/1’50 Kg./Ton/1’500.000 0.000

hab.=6,50 Kg. per cápita/año.

 

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