UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
MAESTRÍA EN GESTIÓN AMBIENTAL
TESIS PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE MAGISTER
EN GESTIÓN AMBIENTAL
APLICACIÓN
DEL
MODELO
AERMOD
VIEW
PARA
LA
EVALUACIÓN DE LA DISPERSIÓN GEOGRÁFICA DE LOS
CONTAMINANTES
ATMOSFÉRICOS
EMITIDOS
POR
LAS
ACTIVIDADES DE FUNDICIÓN DE PLOMO
PRESENTADO POR:
Ing. Josue Alexander Casquete Castro
TUTOR:
Ing. José Guillermo Cárdenas Murillo Msc.
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REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS
TÍTULO Y SUBTÍTULO:
APLICACIÓN DEL MODELO AERMOD VIEW PARA LA EVALUACIÓN DE LA DISPERSIÓN GEOGRÁFICA DE LOS CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS EMITIDOS POR LAS ACTIVIDADES DE
FUNDICIÓN DE PLOMO
AUTOR:
Josue Alexander Casquete Castro
TUTOR:
Ing. José Guillermo Cárdenas Murillo Msc.
REVISORES:
AERMOD, contaminantes atmosféricos, deposición, dióxido de azufre, fundición, normativas, plomo, zonas de influencia.
RESUMEN:
El presente estudio está orientado a determinar las concentraciones de contaminantes atmosféricos generados por una compañía de fundición secundaria de plomo. Para determinar su impacto espacial se empleó el modelo AERMOD de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos en su versión comercial. Los resultados del estudio permitieron estimar que la deposición de los contaminantes atmosféricos en los receptores a nivel del suelo se encuentra a un área ubicada a 40 metros de la fuente de emisión y se extiende a alrededor de 7000 m2. En este sitio de mayor concentración se pudo estimar que los contaminantes dióxido de Azufre (SO2) y plomo, no cumplen las normativas aplicables; sin embargo, sus efectos a los receptores y zonas de influencia son casi nulas e imperceptibles.
No. DE REGISTRO: No. DE CLASIFICACIÓN:
DIRECCIÓN URL:
ADJUNTO PDF: x SI NO
CONTACTO CON AUTOR/ES Teléfono:
042116277
E-mail:
joscc_182@yahoo.com
CONTACTO EN LA INSTITUCIÓN: Nombre:
Teléfono:
iv
CERTIFICADO DE TUTOR
En mi calidad de tutor del estudiante Josue Alexander Casquete Castro, del Programa de Maestría en Gestión Ambiental y Decano de la Facultad de Ingeniería Química CERTIFICO: que el estudio titulado APLICACIÓN DEL MODELO AERMOD VIEW PARA LA EVALUACIÓN DE LA DISPERSIÓN GEOGRÁFICA DE LOS CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS EMITIDOS POR LAS ACTIVIDADES DE FUNDICIÓN DE PLOMO, en opción al grado académico de Magíster en Gestión Ambiental, cumple con los requisitos académicos, científicos y formales que establece el Reglamento aprobado para tal efecto.
Atentamente
Ing. José Guillermo Cárdenas Murillo Msc. TUTOR
v
DEDICATORIA
Dedico mi trabajo de tesis de
postgrado a la memoria de mi madre,
vi
AGRADECIMIENTOS
Agradezco principalmente a Dios, quien
nos da la fortaleza de continuar nuestro
camino a pesar de todas las adversidades;
y, por permitirme alcanzar las metas de
los objetivos que tracé cuando era niño.
También agradezco a todas las personas
que, con su intervención y apertura,
lograron que este trabajo sea posible, José
Guillermo Cárdenas, Carlos Dañín,
Alejandro Cañarte y Bolívar Coloma.
A mis amigos Johanna, Verónica, Laura,
Milton, Juan, Abel, Hugo, Mariuxi,
Holger, Lucho, y mis hermanos Galo y
Miguel, por darme siempre su apoyo
incondicional.
A mi querida esposa, Ruth, quién me ha
llenado de mucha felicidad desde el
primer instante que nos conocimos, la
verdad es que no tengo palabras
suficientes para agradecerle por ser la
vii
DECLARACIÓN DE AUTORÍA
Declaro que soy autor de este trabajo de titulación y autorizo a la Universidad de
Guayaquil a hacer uso del mismo, con la finalidad que estime conveniente.
__________________________ Josue Alexander Casquete Castro
viii
ÍNDICE GENERAL
1. INTRODUCCIÓN ...1
1.1. Antecedentes ...3
1.2. Planteamiento del Problema ...5
1.3. Justificación ...6
1.4. Objetivos ...7
1.5. Hipótesis ...8
1.6. Alcance ...8
2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ...9
2.1. Características del área de estudio ...9
2.2. Características y usos del plomo ...10
2.3. Características de las baterías usadas empleadas como materias primas ...11
2.4. Descripción de los procesos productivos ...13
2.5. Contaminantes para estudiarse mediante el modelo de dispersión ...18
3. MATERIALES Y MÉTODOS ...24
3.1. Metodología para la cuantificación de las emisiones ...24
3.2. Metodología para la simulación de dispersión de emisiones contaminantes atmosféricos, AERMOD View ...31
4. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ...37
4.1. Emisiones determinadas en los procesos de fundición ...37
4.2. Información histórica de datos meteorológicos ...40
4.3. Resultados del modelo de dispersión de calidad de aire ...44
4.4. Monitoreos históricos realizados en los puntos más sensibles ...46
5. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS ...48
6. CONCLUSIONES ...53
7. RECOMENDACIONES ...57
8. BIBLIOGRAFÍA ...60
9. ANEXOS ...66
9.1. Anexo 1. Distribución de la velocidad y dirección de los vientos en el año 2015...66
ix
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Estructura topográfica de la ciudad de Guayaquil ... 10
Figura 2. Estructura de un acumulador ácido - plomo ... 13
Figura 3. Esquema de procesos unitarios de la compañía de fundición de plomo ... 21
Figura 4. Representación esquemática de funcionamiento del modelo... 33
Figura 5. Representación esquemática de la elevación de la pluma ... 35
Figura 6. Precipitaciones 2015, ciudad de Guayaquil ... 42
Figura 7. Temperatura promedio 2015, ciudad de Guayaquil ... 42
Figura 8. Frecuencia de distribución de los vientos 2015, ciudad de Guayaquil ... 43
Figura 9. Distribución de la velocidad y dirección de los vientos en el año 2015 ... 43
Figura 10. Rosa de los vientos de la ciudad de Guayaquil en el año 2015 ... 44
Figura 11. Área de convergencia de mayor concentración de los contaminantes atmosféricos ... 48
Figura 12. Primer Máximo de Concentración de SO2 durante 24 Horas ... 68
Figura 13. Concentración promedio anual de SO2 ... 69
Figura 14. Primer Máximo de Concentración de NOx durante 1 Hora ... 70
Figura 15. Concentración promedio anual de NOx ... 71
Figura 16. Primer Máximo de Concentración de CO durante 1 Hora ... 72
Figura 17. Primer Máximo de Concentración de CO durante 8 Horas ... 73
Figura 18. Primer Máximo de Concentración de partículas totales durante 24 Horas ... 74
Figura 19. Concentración promedio anual de Partículas totales ... 75
Figura 20. Primer Máximo de Concentración de PM10 durante 24 Horas ... 76
Figura 21. Concentración promedio anual de PM10 ... 77
Figura 22. Primer Máximo de Concentración de PM2,5 durante 24 Horas ... 78
Figura 23. Concentración promedio anual de PM2,5 ... 79
Figura 24. Primer Máximo de Concentración de NO2 durante 1 Hora ... 80
Figura 25. Concentración promedio anual de NO2 ... 81
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ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Factores de Emisión de Plomo para instalaciones de fundición primaria del plomo ... 27
Tabla 2 Factores de emisión de plomo para instalaciones de fundición secundaria de plomo .... 27
Tabla 3 Factores de Emisión para procesamiento secundario del plomo ... 27
Tabla 4 Factores de Emisión fugitiva para procesamiento secundario del plomo (No controlado)
... 28
Tabla 5 Factores de Emisión de plomo para aceites combustibles quemados en calderas y hornos
... 28
Tabla 6 Factores de Emisión y distribución del Tamaño de las partículas para un horno sin control
- con ventilación. Clasificación del factor de Emisión: D... 28
Tabla 7 equipos de control de eficiencia de partículas asociadas con los hornos de fundición
secundaria de plomo ... 29
Tabla 8 Exponentes de estabilidad atmosférica ... 34
Tabla 9 Cálculo de Emisión controlada de plomo ... 37
Tabla 10 Cálculo de Emisión conducida de plomo que va al ciclón, depurador y casa de bolsas.
... 37
Tabla 11 Cálculo de la Distribución de las partículas de acuerdo con su diámetro aerodinámico.
... 39
Tabla 12. Características de diseño y de operación de las chimeneas de la compañía de fundición
de plomo ... 39
Tabla 13. Cálculo de la Tasa de emisión de contaminantes con base a factores de emisión ... 40
Tabla 14. Resultados del modelo de dispersión de las emisiones de la compañía de fundición de
plomo ... 45
Tabla 15 Comparación de los valores máximos obtenidos con relación a la normativa ambiental
vigente ... 45
Tabla 16 Monitoreos históricos de Material Particulado 2,5 micrones ejecutados por la compañía
de fundición de plomo (µg/m3) ... 46
Tabla 17 Monitoreos históricos de Material Particulado 10 micrones ejecutados por la compañía
de fundición de plomo (µg/m3) ... 46
Tabla 18 Monitoreos históricos de Monóxido de carbono ejecutados por la compañía fundidora
(µg/m3). ... 46
Tabla 19 Monitoreos de dióxido de nitrógeno realizados por la compañía de fundición de plomo
(µg/m3) ... 47
Tabla 20 Monitoreos históricos de dióxido de azufre ejecutados por la compañía de fundición de
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FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
MAESTRÍA EN GESTIÓN AMBIENTAL
Título: Aplicación del modelo AERMOD view para la evaluación de la dispersión
geográfica de los contaminantes atmosféricos emitidos por las actividades
de fundición de plomo.
Autor: Ing. Josue Alexander Casquete Castro
Tutor: Ing. José Guillermo Cárdenas Murillo Msc.
RESUMEN
El presente estudio está orientado a determinar las concentraciones de contaminantes
atmosféricos generados por una compañía de fundición secundaria de plomo. Para
determinar su impacto espacial se empleó el modelo AERMOD de la Agencia de
Protección Ambiental de los Estados Unidos en su versión comercial. Los resultados del
estudio permitieron estimar que la deposición de los contaminantes atmosféricos en los
receptores a nivel del suelo se encuentra a un área ubicada a 40 metros de la fuente de
emisión y se extiende a alrededor de 7000 m2. En este sitio de mayor concentración se
pudo estimar que los contaminantes dióxido de Azufre (SO2) y plomo, no cumplen las
normativas aplicables; sin embargo, sus efectos a los receptores y zonas de influencia son
casi nulas e imperceptibles.
Palabras claves: AERMOD, contaminantes atmosféricos, deposición, dióxido de azufre,
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MAESTRÍA EN GESTIÓN AMBIENTAL
Title: Application of the AERMOD view model for the evaluation of the
geographical dispersion of atmospheric pollutants emitted by lead smelting
activities.
Author: Ing. Josue Alexander Casquete Castro
Tutor: Ing. José Guillermo Cárdenas Murillo Msc.
ABSTRACT
This study be oriented to determinate the concentrations of air pollutants emitted by a
secondary lead smelter’s company and its geographical impact, using AERMOD model
of the United States Environmental Protection Agency in its commercial version. The
study’s results allow to estimate that the deposition of atmospheric pollutants at ground
level receptors is located at an area of 40 meters from the emission source and it extends
to about 7000 m2. In this site, we can be estimated the greater concentration of air
pollutants. The pollutants SO2 and lead, don’t comply with the Ecuadorian regulations
applicable to each one; However, its effects on nearby populated centers are almost nil
and invaluable.
Keywords: AERMOD, atmospheric pollutants, areas of influence, deposition, lead,
1. INTRODUCCIÓN
La mayoría de los estudios ambientales realizados por la entidad gubernamental de
protección ambiental de los Estados Unidos, han considerado la emisión y vertidos de
contaminantes atmosféricos de origen industrial, muy útiles para la generación de
inventarios de contaminación atmosférica. A pesar de que las condiciones de operación y
magnitud de las industrias norteamericanas son diferentes con relación a las presentes en
los países en desarrollo, es posible emplearlos como valores proporcionales de emisión
en relación a sus unidades de producción. En gran medida, los estudios relacionan sus
fuentes de emisión con la cantidad de combustible empleado para la generación de energía
industrial; sin embargo, también fue muy importante estudiar las emisiones que provienen
de las sustancias o materiales directos de los procesos productivos industriales, pues es
muy común observar la falta o deficiencia de medidas de control de las emisiones porque
en ocasiones, se emplea tecnología en los procesos que no poseen condiciones controladas.
La industria de la fundición de metales procesa minerales en condiciones primarias,
chatarra y otros desechos metálicos, con la finalidad de producir metales puros o fabricar
máquinas, componentes de maquinarias, instrumentos o herramientas necesarias para
cubrir la demanda del mercado actual. El reúso de los materiales metálicos ha contribuido
mucho en la sostenibilidad económica de algunos metales en todo el mundo, pues así se
reduce la explotación indiscriminada de los recursos naturales y la oportunidad
aprovechar los metales presentes en algunos desechos para la obtención en condiciones
puras o usarlos en diferentes aleaciones. La industria de la fundición de plomo posee
procesos básicos como la fundición, afino y moldeo del producto, que parece ser muy
para obtener un producto de buena calidad de acuerdo a su uso final. Entre los aspectos
ambientales más importantes se puede evidenciar más que nada, la presencia de material
particulado que se debe a la emisión de una pequeña cantidad de sus vapores metálicos a
su medio circundante durante el fundido, en condiciones aerodinámicas menores a los 10
micrones, que dificultan su sedimentación total en el suelo, permaneciendo en suspensión
en el aire por periodos muy largos de tiempo. (Colin & Cann, 2004). La permanencia del
material particulado en suspensión tiene una gran importancia a nivel de salud
ocupacional, pues con ese tamaño de partícula, se facilita la absorción en el cuerpo
humano a nivel pulmonar ingresan a la sangre acumulándose en ella y, en concentraciones
en la sangre superiores a 5 µg/l en niños y 10 µg/l en adultos (Organización Mundial de
la Salud, 2016), puede ocasionar serios problemas a la salud humana. La emisión no
controlada de partículas de plomo a hacia el recurso aire no sólo representa un factor de
riesgo de contaminación a este recurso natural, sino también por su interacción con los
demás recursos naturales durante la precipitación de las partículas metálicas en el suelo o
en el agua. El alcance geográfico de sedimentación dependerá del tamaño de la partícula,
la velocidad del viento, la temperatura, las condiciones meteorológicas, la topografía del
terreno y de la cercanía con cuerpos hídricos. Las industrias que emplean las sustancias
de plomo como materia prima para la obtención del metal, presentan otros aspectos
ambientales de cuidado como el manejo adecuado de los desechos disgregados de los
procesos iniciales previo a la fundición que también pueden afectan en mayor medida los
1.1.Antecedentes
En la época de los años sesenta en la República del Ecuador empezó el apogeo industrial
convirtiéndose la ciudad de Guayaquil como su principal motor económico e industrial.
En esos años Guayaquil se veía muy beneficiado de la presencia de sus vías fluviales que
permitían la carga de los productos hacia el mar, este tipo de transporte influyó tanto en
el sector industrial, ocasionando que la mayoría de ellas se ubiquen a orillas del rio
Guayas y en el Estero Salado. Con la llegada de mayor viabilidad terrestre y estableciendo
el Puerto de Guayaquil como único puerto nacional para la carga de productos de
importación y exportación, hizo que las actividades industriales incrementaran en número
y en magnitud.
En la actualidad, la base industrial de Guayaquil se concentra en su extremo norte y
noroeste con el 80% de presencia y, el 20% en el resto de la ciudad. Dentro de la última
actualización industrial, se determinó que en la ciudad de Guayaquil existen 9 compañías
que funden metales. (Gobierno Autónomo Descentralizado Municipal de Guayaquil,
2016).
La compañía de fundición de plomo hace sus operaciones en la ciudad de Guayaquil y en
la actualidad produce 8000 toneladas de plomo al año, para usos diversos, entre ellos se
genera un plomo con las aleaciones necesarias para la fabricación de placas electrolíticas
como uno de los componentes de las baterías de acumulación. La principal fuente de
materia prima es obtenida de las chatarras y materiales considerados desechos peligrosos
desechos sean dispuestos de manera inadecuada en los rellenos sanitarios, como se los
hacía en las últimas décadas del siglo XX, y logren contaminar el suelo y el agua.
Antes de la existencia de empresas que se dedicaran a la recuperación de estos metales,
la gente comenzó a ver una oportunidad económica en el reciclo de los acumuladores
(baterías para vehículos), pero las condiciones de trabajo no eran adecuadas por la
exposición permanente de los trabajadores a las sustancias contenidas en el acumulador
y los subproductos derivados de los procesos de recuperación. Generalmente, la apertura
de los acumuladores, se lo realizaba a hachazos, y su contenido era metido a un horno a
cielo abierto que ocasionaba su vertido no controlado al aire. A medida que el tiempo
transcurría, se empezaron a crear y aplicar metodologías y técnicas que eviten la apertura
manual de los acumuladores implementando procesos de apertura mecanizados. En
algunas localidades sub-urbanas de nuestro país, personas que no cuentan con la
educación suficiente ven la oportunidad de aprovechar económicamente la recuperación
de algunos metales que se disponen inadecuadamente en rellenos sanitarios y otros no
oficiales, continúan realizando aperturas manuales de los acumuladores y funden las
sustancias de plomo sin adoptar las medidas adecuadas de protección y mitigación
ambiental, provocando un peligro latente a la salud humana y un riesgo ambiental de
dimensiones incuantificables.
Los esfuerzos gubernamentales en el Ecuador para ejercer mayor control ambiental se
cristalizaron en el año 1999, creando la Ley de Gestión Ambiental, herramienta que
permitió dar un gran avance en la protección ambiental; a pesar de esto, el gobierno
nacional y las autoridades locales, habían agotado esfuerzos para prevenir los riesgos e
los sujetos de control eran mínimos, además que en su normativa técnica no contemplaba
el control para actividades provenientes de la fundición de metales. En julio 30 de 2015,
mediante acuerdo ministerial Nº 097 A, la Autoridad Ambiental Nacional reformó las
normas técnicas Anexos 1, 2, 3, 4 y 5 del Texto Unificado de la Legislación Secundaria
del Ministerio del Ambiente, y se consideraron límites apropiados para controlar la
emisión tanto fugitiva como conducida de material particulado al aire (que contiene
metales pesados); sin embargo, no se consideró la aplicación de límites de calidad que
controle la concentración de partículas de metales en la inmisión debido a su importancia
a la salud humana.
1.2.Planteamiento del Problema
El reciclado del plomo y su fundición para su uso en acumuladores (baterías para
vehículos), ha provisto de una oportunidad para el uso sustentable del recurso, pues
permite la reducción de este metal como desecho en los rellenos sanitarios, permitiéndole
tener un ciclo infinito. Sin embargo, el plomo representa un riesgo muy importante para
la salud de las personas y por su capacidad de ingresar a la cadena trófica, por lo tanto, es
de gran interés establecer acciones para impedir su vertido de manera indiscriminada.
Toda actividad de reciclo de metales generan problemas ambientales por sus emisiones
conducidas y fugitivas durante la fundición. El reciclado del plomo para su uso en baterías
de acumulación para vehículos, genera además de los vertidos atmosféricos, residuos y
pasivos ambientales como electrolitos y plásticos contaminados; ante esta problemática,
es muy importante conocer cuánto influye la emisión de las partículas en el aire, su
partida para reducir la contaminación, proponiendo planes de reducción con alternativas
de producción y de control amigables con el ambiente de la ciudad y beneficioso
económicamente para la organización.
Cuantificar, evaluar y reducir las emisiones vertidas en la atmósfera y los impactos
potenciales, debe ser primordial para toda organización que funda plomo, con el fin de
disminuir la cantidad de plomo que interactúa con los recursos naturales e ingresa a la
cadena trófica, reduciendo el riesgo de afectación a la salud de las personas que conviven
en las zonas de influencia de la compañía y fuera de ellas.
1.3.Justificación
Desde hace varios años, algunas compañías han optado por la recuperación de metales
por medio de la fundición para su revalorización en el mercado, que permite la reducir la
explotación de recursos naturales para la extracción de las materias primas y la reducción
de la disposición de los desechos en rellenos sanitarios. Los principales metales
recuperados en nuestro país son el hierro, cobre, cinc, y plomo, tanto en sus
composiciones de alta pureza y sus aleaciones. El plomo tiene una serie de usos en el
campo industrial, por lo que su venta puede ser con alta composición de pureza, así como
en aleaciones que le dan características de dureza. Generalmente, el plomo es recuperado
de baterías usadas por fundición en sus formas de óxidos de plomo y sulfato de plomo y
el uso de reductores que permiten cambiar el plomo de condiciones oxidadas a plomo
elemental. Para este caso particular, el presente documento hará mayor énfasis a los
impactos generados por la presencia de materia particulada generada en los procesos de
Todas las actividades industriales conllevan a la generación de impactos ambientales,
estos pueden ser no significativos, significativos y muy significativos. En el caso de la
fundición del plomo, no es la excepción y sus impactos dependerán de la tecnología
empleada por la compañía, los sistemas de calidad y la responsabilidad política ambiental
de los altos funcionarios de la compañía la para prevención de los riesgos ambientales.
La Autoridad Ambiental Nacional, Ministerio del Ambiente, mediante su Acuerdo
Ministerial 097A, expedido el 30 de julio de 2015, que reforma las normas técnicas de
calidad ambiental (Anexo 1, 2, 3, 4 y 5) del Libro VI del Texto Unificados de la
Legislación Secundaria del Ministerio del Ambiente, ya contempla límites máximos de
emisiones para actividades de fundición de metal; y, a pesar que en el anexo 4 del mismo
Libro se norman los niveles máximos permisibles de la calidad del aire, no se considera
estudiar el comportamiento de los contaminantes (materiales como el plomo) durante su
inmisión en la atmósfera y su punto de influencia geográfica.
1.4.Objetivos
General:
Determinar la distribución geoespacial de los contaminantes vertidos en la atmósfera por
las actividades de fundición de plomo mediante la herramienta AERMOD View para
conocer los sitios que tengan mayor riesgo potencial de verse afectado por las emisiones
Específicos:
• Estimar las emisiones de contaminantes vertidos a la atmósfera en kg por año
ocasionadas por la fundición secundaria de plomo.
• Valorar la concentración de los contaminantes atmosféricos emitidos por la
compañía de fundición secundaria de plomo a las localidades y centros poblados
más cercanos geográficamente usando la herramienta AERMOD View.
• Establecer geográficamente el área de dispersión geográfica del plomo y su área
de sedimentación.
1.5.Hipótesis
Las partículas de plomo se sedimentan en el punto más cercano a la fuente emisora y su
presencia va decreciendo a medida que se aleja de ella, ocasionando que su área de
influencia sea más pequeña en relación con otros contaminantes atmosféricos debido a su
alto peso molecular.
1.6.Alcance
El presente trabajo cuantificará las emisiones de contaminantes vertidos a la atmósfera
por parte de una compañía que realiza la fundición secundaria del plomo, su
comportamiento durante la inmisión mediante el software de simulación de dispersión de
contaminantes atmosféricos AERMOD, herramienta que permitirá conocer la
distribución geográfica de las emisiones y ayudará a determinar la existencia de posibles
2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
2.1.Características del área de estudio
La zona donde se encuentra ubicada la compañía de fundición de plomo es un área
completamente intervenida y concentra una gran cantidad de industrias de diversas
actividades económicas. Dentro de la clasificación de acuerdo con el uso de suelo la zona
está considerada como ZI-3 Zona Industrial y permite la ejecución de actividades de alto
impacto ambiental. En esta área, no existe integridad ecológica y posee una baja riqueza
florística y faunística.
El sitio se encuentra rodeado de una serie de elevaciones que no superan los 200 msnm
en el sector Oeste pertenecientes a las estribaciones menores de la cordillera Colonche -
Chongón; a medida que nos desplazamos al Este, la altura del suelo decrecerá hasta los
10 msnm, limitando con el Rio Daule. Para establecer los valores de elevación o de altura
del terreno en el área de estudio se realizó el análisis e interpretación de los archivos
satelitales existentes para todo el globo disponibles en el portal http://www.webgis.com/.
Mediante la capacidad de procesamiento topográfico efectuado por el módulo de
AERMAP, se pudo determinar que la compañía Fundidora, se encuentra ubicada a una
altura de 24 m.s.n.m., y al norte y noroeste se encuentra la elevación más significativa
Figura 1. Estructura topográfica de la ciudad de Guayaquil
Fuente: WebGIS datos de terreno GTOPO30 Procesado mediante AERMAP, Lakes Environmental
La temperatura ambiente oscila entre los 26ºC y los 31ºC; durante la temporada seca la
humedad relativa es del 60 al 75% y en las épocas lluviosas, la humedad relativa no
desciende del 80%, según datos meteorológicos históricos de la ciudad de Guayaquil.
(Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología, 2015) (Instituto Oceanográfico de la
Armada, 2015).
2.2.Características y usos del plomo
El plomo es un elemento metálico que en la naturaleza es difícil encontrarlo en su esto
elemental. En la industria su valor incrementa de acuerdo con su grado de pureza que
alcanza los 99,97%. Sus propiedades físicas le permiten ser flexible, inelástico y fundirse
con facilidad. Su densidad media a temperatura de 20 ºC es de 11340 kg/m3. Quizá la
su fusión se produce a la temperatura de 327,4 °C y su ebullición alcanza la temperatura
de 1725 °C, que permiten delinear la temperatura de operación de los hornos y ollas de
refinación. Su interés en la industria es por su resistencia al ácido sulfúrico y al ácido
clorhídrico; sin embargo, se disuelve con lentitud en presencia de ácido nítrico y de bases
nitrogenadas. El plomo es anfótero, pues forma sales de plomo de los ácidos, así como
sales metálicas del ácido plúmbico. Tiene la capacidad de formar muchas sales, óxidos y
compuestos organometálicos (DANE, 2014).
2.3.Características de las baterías usadas empleadas como materias primas
Una batería o acumulador eléctrico es un dispositivo electroquímico que permite
almacenar energía en forma química mediante el proceso de carga, y liberarla como
energía eléctrica, durante la descarga, mediante reacciones químicas reversibles cuando
se conecta con un circuito de consumo externo. El tipo de acumulador más usado en la
actualidad, dado su bajo costo, es la batería de plomo ácido. En ella, los dos electrodos
están hechos de plomo y el electrolito es una solución de agua destilada y ácido sulfúrico.
Por estos motivos, es necesario establecer medidas para su manejo adecuado una vez que
termine su vida útil. (SINIA, 2013)
Una batería para vehículo posee los siguientes componentes:
• Electrolito: Solución diluida de ácido sulfúrico en agua (33,5% aproximadamente)
que puede encontrarse en tres estados: líquido, gelificado mediante la adición de
óxido de silicio o absorbido usando separadores de fibra de vidrio microporosa.
• Placas o electrodos: Estas se componen de la materia activa y la rejilla. La materia
activa que rellena las rejillas de las placas positivas es dióxido de plomo, en tanto
la materia activa de las placas negativas es plomo esponjoso. En estas últimas
también se emplean pequeñas cantidades de sustancias tales como sulfato de bario,
negro de humo y lignina. (SINIA, 2013)
• Rejillas: La rejilla es el elemento estructural que soporta la materia activa. Su
construcción es a base de una aleación de plomo con algún agente endurecedor
como el antimonio. (SINIA, 2013)
• Separadores: Los separadores son elementos de material microporoso que se
colocan entre las placas de polaridad opuesta para evitar un corto circuito. Entre
los materiales utilizados en los separadores tipo hoja se encuentran los celulósicos,
los de fibra de vidrio y los de PVC. (SINIA, 2013)
• Carcasa: Es fabricada generalmente de PP y en algunos casos de ebonita (caucho
endurecido); en algunas baterías estacionarias se utiliza el estireno acrilonitrilo
(SAN) que es transparente y permite ver el nivel del electrolito. (SINIA, 2013)
• Conectores: Piezas destinadas a conectar eléctricamente los elementos internos de
una batería; están hechos con aleaciones de plomo-antimonio o plomo-cobre.
• Terminales: Bornes o postes de la batería a los cuales se conecta el circuito externo.
Generalmente las terminales se fabrican con aleaciones de plomo. (SINIA, 2013)
Figura 2. Estructura de un acumulador ácido - plomo
Fuente: Extraído de la Guía técnica del Manejo de Baterías Plomo Ácido Usadas (SINIA, 2013)
2.4.Descripción de los procesos productivos
La compañía de fundición de plomo produce 8000 toneladas métricas de plomo al año,
su grado de pureza y aleaciones dependen del uso posterior que le den los clientes dentro
sus procesos productivos.
La compañía fundidora cuenta con tres (3) líneas de producción, pues, la idea es
aprovechar al máximo cada uno de los componentes de la batería usada y de generar
desechos en menor medida de lo posible.
• Producción de chips de polipropileno paletizado
• Producción de plomo afinado y aleaciones de plomo
Adicionalmente, la compañía de fundición de plomo cuenta con dos (2) líneas
importantes en su producción, como la apertura de la batería y el tratamiento del
electrolito. La apertura de la batería permite separar sus componentes para luego
integrarlos a las líneas de producción y el tratamiento del electrolito, que busca primero
reducir el contenido de plomo y neutralizar las características corrosivas para obtener un
desecho aprovechable o en su defecto uno de menor impacto ambiental.
Los procesos antes mencionados contribuyen en lo siguiente:
• Incremento de la producción de plomo
• Reducción de escorias
• Producción de otras formas comerciales del plomo (plomo blando y plomo
antimónico)
• Recuperación de polipropileno
• Reducción de material particulado en los humos del horno
Apertura de la batería
El proceso inicia con la recepción de las baterías usadas (acumuladores), que luego son
transportadas a una cortadora de sierra de disco, drenando el electrolito de inmediato. Este
proceso es inevitablemente automático para que los operadores no sufran quemaduras o
detrimento en su salud por el ácido extraído y a la presencia de compuestos de plomo. Es
imprescindible drenar el ácido antes de los procesos siguientes, pues su presencia durante
la fundición altera las reacciones de fusión – reducción de plomo, produciendo un plomo
La batería sin ele electrolito es llevada a una zaranda para la separación adecuada de los
materiales que componen la batería, entre éstos, los materiales metálicos, pastas y los
materiales plásticos.
Producción de polipropileno paletizado
El plástico se separa de los demás elementos de la batería y llevado a una serie de
lavadores que permiten remover los compuestos de plomo aún presentes en él; además,
se eliminan los residuos del electrolito hasta que el plástico sea seguro para la
manipulación. Luego se lleva a una trituración y después a un extrusor que le da la forma
al chip de polipropileno y finalmente se ensaca y paletiza para su comercialización.
Tratamiento del electrolito
El electrolito separado al inicio en el drenado se lleva a un sistema de neutralización para
incrementar su potencial de hidrógeno de 0 a 6 y se usa una solución acuosa de hidróxido
de calcio a una temperatura de 60°C y usa filtración por prensa para eliminar los sólidos
de sulfato de calcio. El agua neutralizada se usa para el lavado del plástico en la línea de
producción de polipropileno. Las características del agua y del sedimento de sulfato de
calcio son seguras para la salud.
Durante la separación del electrolito, se evita el drenado de las pastas de sulfato de plomo
pues este compuesto es una de las principales fuentes de plomo en el proceso productivo
y es llevado a los hornos para su fundición.
Producción de plomo crudo
Fundición
La fundición es la etapa más importante para la producción de plomo en sus diferentes
presentaciones comerciales. La operación es llevada a cabo en hornos rotatorios a una
temperatura máxima de 1300 ºC, punto en que los materiales se fusionan. Se vierten
algunos compuestos que favorecerán las reacciones de óxido reducción y coadyuvarán en
la fundición pues permiten bajar la temperatura de fundición en el horno y proveen de un
medio líquido para que se lleven a cabo las reacciones de reducción. Entre los compuestos
químicos empleados están el carbón y el hierro.
Reducción del Plomo
Es la reducción química de todos los compuestos metálicos en su forma metálica
elemental. Generalmente, requiere, además de la incorporación de energía, el uso de
materiales que retienen el oxígeno.
Dentro de la fundición, se debe desulfurizar la pasta de sulfato de plomo mediante la
reducción con carbono (coque) y virutas de hierro hasta alcanzar reducir los compuestos
de plomo en plomo elemental. Las reacciones químicas aplicadas en este proceso son las
2 PbO + C (coque) → 2 Pb + CO2 (gas)
PbO2 + C → Pb + CO2 (gas)
PbSO4 + 2 C → PbS (sólido) + 2 CO2 (gas)
PbS + Fe → Pb +FeS (sólido)
PbS + 2 PbO → 3 Pb + SO2 (gas)
PbS + PbO2 → 2 Pb + SO2 (gas)
La desulfuración reduce la formación de escoria; sin embargo, cantidades importantes de
dióxido de azufre se liberan a la atmósfera.
La cantidad de fundentes y reductores se deben incorporar en cantidades suficientes, pues
la falta o deficiencia, puede ocasionar los siguientes problemas:
Fundentes: ineficiencia de captación de azufre y libera grandes cantidades de óxidos de
azufre en el aire.
Reductores: plomo metálico de baja calidad
Durante la fundición, el plomo fundido se acumula en el fondo del horno, estando aún
contaminados con algunos metales que pueden ser aprovechados económicamente. El
plomo que resulta de esta primera fundición, se lo conoce como plomo crudo.
Se enfría en barras o lingotes y luego debe pasar a un proceso de depuración para obtener
Producción de plomo refinado y aleaciones de plomo
Depuración del plomo
La depuración consiste en eliminar todas las impurezas y otros metales, pues el plomo
blando no puede tener más de 0,01% de estos materiales.
Se fusiona el plomo contaminado a temperaturas entre los 300 ºC y los 650 ºC en ollas de
refinamiento. Se agregan reactivos específicos al plomo fundido para eliminar los metales
que le dan dureza al plomo. La eliminación de los metales se lo realiza en el siguiente
orden:
1. Cobre (Cu)
2. Estaño (Sn)
3. Arsénico (As) y Antimonio (Sb)
Los humos, bastiduras, litargos y otras sustancias formadas durante el proceso de
depuración se funden en un pequeño horno de llama para producir plomo crudo que se
reintroduce al circuito de depuración.
2.5.Contaminantes para estudiarse mediante el modelo de dispersión
Vapores de plomo
Se originan únicamente de la fundición en los hornos y en las ollas de refinamiento, donde
de vapor del plomo en relación con el ambiente, haciendo que se desprendan pequeñas
cantidades de plomo hacia los alrededores de los hornos. Es inevitable impedir que no se
desprendan vapores metálicos, pero si se pueden atrapar y darles un tratamiento a los
vertidos para reducir la presencia de plomo. Este contaminante se enmarca en el
parámetro de material particulado, por su tamaño de partícula, pero por ser objeto de
estudio, he considerado tratarlo de forma diferenciada.
El plomo es un metal pesado y tóxico, y la intoxicación por plomo se denomina como
saturnismo o plumbosis. (Dietética Express Social Network, 2014).
Gases de combustión
Los gases de combustión se originan por la necesidad energética de la compañía para que
se lleven a cabo los procesos productivos. Debido a su alta capacidad calorífica, la
compañía emplea bunker y aceites lubricantes usados como combustibles, pues la
reacción de combustión se lleva a cabo en temperaturas suficientes para mantener la
temperatura del horno a 1300 ºC. Los principales contaminantes atmosféricos que se
generan durante la combustión son el monóxido de carbono (CO), dióxido de azufre (SO2),
óxidos de nitrógeno (NOx) y las partículas totales (TP). La concentración de estos
contaminantes en el vertido atmosférico va a depender de muchos factores como la
calidad del combustible, la velocidad y orientación de viento, la heliofanía, la presión
atmosférica, la humedad, la cercanía de fuentes hídricas, las características del suelo y las
Cabe mencionar que esta compañía no es la única fuente de emisión de contaminantes
por combustión, pues se encuentra en la zona industrial de Guayaquil, dónde se concentra
el 60% de las actividades industriales.
Los gases de combustión objeto del presente estudio, son los siguientes:
• Monóxido de carbono
• Óxidos de nitrógeno
Figura 3. Esquema de procesos unitarios de la compañía de fundición de plomo
2.1.3 Medidas de prevención de las emisiones aplicadas por la compañía fundidora
de plomo
Para la prevenir los impactos ambientales que afecten la calidad del aire, será de vital
importancia condicionar dentro del proceso productivo la calidad del combustible y su
temperatura de combustión, y, además de reducir la cantidad de plomo fugitivo
proveniente de la fundición y refinado en las emisiones.
Las medidas de control en el combustible son la cantidad de azufre presente en él, porque
al producirse la reacción de combustión se genera SO2 como contaminante atmosférico y
sus propiedades corrosivas pueden reducir la vida útil de los equipos usados.
Durante la combustión se debe controlar el flujo de aire para que el carbono presente en
el combustible se convierta en CO2 y reducir en gran medida la presencia de monóxido
de carbono CO que le da un mal aspecto a la coloración de los humos además de ser un
contaminante atmosférico controlado por las autoridades ambientales por ser causante de
la presencia de carboxihemoglobina en la sangre afectando la capacidad de intercambio
gaseoso (O2 y CO2) en los pulmones. También se debe controlar la cantidad de material
particulado emitido por las chimeneas, pues es también es un contaminante que ocasiona
el detrimento de la calidad del aire ambiente.
Los vapores generados durante la fundición y durante el refinado del plomo son atrapados
por un ciclón, que genera turbulencias enfriando las partículas de plomo y permite la
sedimentación de aquellas partículas cuyo diámetro aerodinámico superan los 10
mecanismo de captación de material particulado. El plomo sedimentado es removido cada
quince días e incorporado nuevamente al sistema de fundición. También habíamos
advertido que en el proceso de la fundición se generan cantidades importantes de SO2 que
se emiten a la atmósfera, la cantidad de SO2 que se emite en este proceso depende del
contenido de azufre que entra al proceso como sulfato de plomo o pasta de plomo.
El flujo de aire que sale del ciclón es dirigido a un filtro de bolsa o de mangas, que permite
la remoción de material particulado cuyo diámetro aerodinámico es inferior a los 10
micrones. La capacidad de remoción del material particulado depende de la relación entre
el flujo de aire por unidad de área de la manga.
Para el control de la eficiencia de las medidas preventivas aplicadas en el combustible y
el flujo de aire proveniente del área de fundición, se realizan monitoreos en diferentes
puntos de la compañía para identificar que lo parámetros de control y nivel contaminantes
se encuentren por debajo de lo que establece la normativa ambiental vigente. También se
monitorea los vertidos en las chimeneas, con la misma finalidad.
Las medidas que se aplican al recurso humano de la compañía se basan en proveer de
equipos de protección de la salud, como mascarillas de protección respiratoria, ropa de
trabajo, cambio de ropa y duchas previo a la hora de lunch, controles médicos de los
niveles de plomo en la sangre, aplicación de quelaciones. El plomo puede ser expulsado
del cuerpo por medio de las heces y la orina; sin embargo, al estar expuesto durante mucho
tiempo puede hacer que este se asimile en los tejidos óseos de cuerpo, por lo que las
medidas de prevención y control que se realiza al recurso humano van encaminado a
3. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1.Metodología para la cuantificación de las emisiones
Para realizar un control efectivo de las emisiones, es necesario cuantificarlas para
determinar la capacidad los sistemas de retención y de control de emisiones a instalarse.
La cuantificación de las emisiones puede realizarse mediante tres metodologías
ampliamente usadas a nivel mundial: por factores de emisión, balances de masa y por
muestreo en la fuente de emisiones ejecutados por la misma compañía fundidora.
Factores de emisión
Un factor de emisión es una relación entre la cantidad de contaminante emitido a la
atmósfera y una unidad de actividad. Los factores de emisión, en general, se pueden
clasificar en dos tipos: los basados en procesos y los basados en censos. Por lo general,
los primeros se utilizan para estimar emisiones de fuentes puntuales y a menudo se
combinan con los datos de actividad recopilados en encuestas o en balances de materiales.
Por otro lado, los factores de emisión basados en censos se usan generalmente para
estimar emisiones de fuentes de área. (De Veyers, 1998)
La emisión se obtiene multiplicando el factor de emisión dado por la cantidad de material
o combustible procesado:
𝐸 = 𝐴 ∗ 𝐹
Donde:
E = Estimado de emisión para la fuente (a nivel de proceso);
A = Nivel de actividad (por ejemplo, material producido);
Si el factor de emisión fue desarrollado sin considerar la operación de un equipo de
control, entonces se incorpora el término de efectividad del sistema de control
(1-ER/100); por lo tanto, la ecuación queda así:
𝐸 = 𝐴 ∗ 𝐹 ∗ (1 − 𝐸𝑅 100)
Donde:
E = Estimado de emisión para la fuente (a nivel de proceso)
A = Nivel de actividad (por ejemplo, material producido)
F = Factor de emisiones no controladas (por ejemplo, lb de contaminantes emitidas/t de material
procesado)
ER = Eficiencia general en la reducción de emisiones totales, expresada en porcentaje, que es igual a la
eficiencia del equipo de captura, multiplicada por la eficiencia del equipo de control. Si no hay un equipo
de control, entonces, ER =0.
La EPA realizó una recopilación de factores de emisión para contaminantes criterio
denominada AP-42 y están clasificados en A, B, C, D, E – “A” se considera el más
confiable para un tipo dado de fuente - probablemente se basa en mediciones en la fuente;
y “E” es considerado el de más baja precisión y está dado por la falta de análisis a un
número significativo de fuentes con esas características.
Los factores de emisión desarrollados a nivel mundial pueden dividirse en las siguientes
categorías:
• Factores de emisión basados en procesos
• Factores de emisión basados en censos socioeconómicos o de población
o Factores de emisión per cápita
Debido que únicamente necesitamos los factores de emisión desarrollados para procesos
industriales, para conocer las emisiones conducidas y fugitivas de las actividades de
fundición y afino del plomo, sólo explicaremos en qué consiste este mecanismo de
estimación de emisiones.
En muchos países se han realizado múltiples estudios para determinar las tasas de emisión
promedio de diferentes procesos que son fuentes de emisiones. Puesto que con frecuencia
no se requiere ni es económicamente factible hacer un muestreo en cada fuente de emisión,
se usan los resultados de muestreos de «fuentes representativas» para desarrollar factores
de emisión, los cuales se expresan como unidades de masa de contaminante emitido por
unidad de proceso. Entre las unidades de proceso más comunes se encuentran el consumo
de energía, el consumo de materia prima, las unidades de producción, el calendario de
operación, o el número de dispositivos o las características de éstos. Por ejemplo, lb/
MMBtu, lb/gal, lb/lote, lb/hr ó lb/pie2 [área superficial]. (Ministerio de Ambiente,
Vivienda y Desarrollo Territorial, 2008)
La fuente de consulta más extensa para factores de emisión con base en procesos es el
documento AP-42 Compilation of Air Pollutant Emission Factors (U.S. EPA, 1995a) el
cual contiene los factores de emisión determinados en Estados Unidos para una gran
cantidad de actividades. La referencia principal para factores de emisión específicos para
contaminantes tóxicos del aire es el sistema de datos FIRE (U.S. EPA, 1995b). Para
contaminantes más comunes, se puede consultar el documento AP-42, 2004. (Ministerio
Los factores de emisión identificados para los procesos que se llevan a cabo en la
compañía de fundición son los siguientes:
Tabla 1 Factores de Emisión de Plomo para instalaciones de fundición primaria del plomo
Fuente de emisión Dispositivo de control
Factor de emisión Fuente: Locating and estimating air emissions from sources of lead and lead
compounds (United States Environmental Protection Agency, 1998)
Tabla 2 Factores de emisión de plomo para instalaciones de fundición secundaria de plomo
"---" significa que no hay datos disponibles
Antivaho:Mecanismo que evita la condensación del vapor
Fuente: Locating and estimating air emissions from sources of lead and lead compounds (United States Environmental Protection Agency, 1998)
Tabla 3 Factores de Emisión para procesamiento secundario del plomo
Proceso
Material Particulado Plomo SO2
No
Tabla 4 Factores de Emisión fugitiva para procesamiento secundario del plomo (No controlado)
Operación Material Particulado Plomo
Horno de Fundición (SCC 3-04-004-03) 1,12
0,11 – 2, 49 E 0,02 – 0,3 E
Olla de refinación (SCC 3-04-004-14) 0,001 E 0,0003 E
Fuente: Background report AP-42, section 12-11. Secondary Lead Processing (United States Environmental Protection Agency, 1998)
Tabla 5 Factores de Emisión de plomo para aceites combustibles quemados en calderas y hornos
a Los factores de emisión son expresados en kg de contaminante emitido por Joule de calor requerido “---” significa que no hay datos disponibles.
Fuente: Locating and estimating air emissions from sources of lead and lead compounds (United States Environmental Protection Agency, 1998)
Tabla 6 Factores de Emisión y distribución del Tamaño de las partículas para un horno sin control - con ventilación. Clasificación del factor de Emisión: D
Tamaño de partícula
(µm)
Porcentaje de masa acumulada Factor de emisión acumulado
No controlada Controlada No controlada Controlada kg/ton kg/ton
Tabla 7 equipos de control de eficiencia de partículas asociadas con los hornos de fundición secundaria de plomo
Equipo de control Tipo de Horno Porcentaje de eficiencia de control
Filtro de tela Alto horno
Rotatorio – reverbero
de tela Rotatorio – reverbero 99,7
Cámara de asentamiento
Fuente: Locating and estimating air emissions from sources of lead and lead compounds (United States Environmental Protection Agency, 1998)
Balances de Masa
El balance de masa permite cuantificar el flujo de un material que entra y sale de un
proceso donde las diferencias entre las entradas y salidas son asumidas como descargas
al ambiente.
Los balances de masa pueden ser usados solamente cuando los flujos de entrada y salida
pueden ser claramente identificados, por lo que no deben ser utilizados en procesos en los
que el material reacciona para elaborar los productos, o en los que sufre cualquier otro
cambio químico significativo, a menos que dichos procesos estén bien caracterizados. En
general, el uso del balance de materiales o de masa para determinar las emisiones totales
de un proceso es sencillo y poco costoso; sin embargo, pequeños errores en los datos en
los parámetros de cálculo (presión, temperatura, concentración del flujo, caudal,
eficiencias en los controles, etc.) pueden resultar en grandes errores en las emisiones
Los balances de masa serán empleados en la carga de azufre presente en forma de sulfato
de plomo que se emite en forma de dióxido de azufre durante la desulfuración. Por lo
general, una batería ácido plomo usada cuenta con un 30% en peso de sulfato de plomo
en forma de pasta, y representa el 20,4% de la totalidad del plomo presente en la batería.
Muestreo en la fuente de emisión
Los muestreos permiten la medición directa de los niveles contaminantes en los puntos
de emisión, su procedimiento consiste en la recolecta de una muestra (usando equipos
muestreadores) para su posterior análisis o mediante el uso de analizadores instrumentales
(analizadores en tiempo real). (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial,
2008)
Los equipos muestreadores capturan la muestra en la chimenea o ducto de la fuente, para
su posterior análisis en laboratorio. El analizador instrumental es un equipo que mide
directamente la concentración de los contaminantes en la chimenea o ducto de emisión y
reporta los valores de las emisiones de manera inmediata. Este equipo se puede emplear
de manera eventual o permanente. Para el desarrollo de la medición directa para cada uno
de los contaminantes que genere la fuente fija, de acuerdo con las características de las
emisiones y del ducto de salida o chimenea, se adoptan los métodos promulgados en el
Código Federal de Regulaciones de los Estados Unidos (CFR). (Ministerio de Ambiente,
3.2.Metodología para la simulación de dispersión de emisiones contaminantes
atmosféricos, AERMOD View
El software AERMOD es uno de los modelos recomendados por la Agencia de Protección
Ambiental de Estados Unidos (EPA USA), es de vital importancia para evaluar proyectos
que como resultado de sus operaciones viertan contaminantes atmosféricos. Durante años,
un sin número de estudios han permitido comparar un modelo realizado por AERMOD
con relación a bases de datos reales y con otros modelos de simulación de contaminación
atmosféricas, obteniéndose con muy pocas excepciones, rendimientos superiores con un
valor de confiabilidad que supera a los demás modelos testeados (Perry et al., 2005). Se
ha utilizado para determinar dispersión de contaminantes por fuentes emisoras existentes
o simular dispersión de contaminantes de proyectos futuros. En el caso de Ecuador, la
normativa ambiental lo considera como modelo de dispersión del tipo detallado, aunque
no indica su nombre, pero sí sus características y es empleado únicamente para simular
la dispersión de los contaminantes atmosféricos de las centrales termoeléctricas que
superen los 100 MW y para proyectos que ameriten conocer el transporte químico y su
dispersión en tres dimensiones dentro de sus estudios de impacto ambiental.
Descripción de funcionamiento
El modelo AERMOD EPA USA consiste en determinar la distribución de contaminantes
en una pluma de manera horizontal y vertical siguiendo un comportamiento de tipo
normal denominado distribución de Gauss (U.S. EPA, 2004). Se incorporan algoritmos
de dispersión para considerar las diferencias de cotas del terreno en el dominio (terreno
información: un archivo de entrada de flujos y datos de la fuente emisora, un archivo
meteorológico, y un archivo de topografía digital.
Los modelos permiten determinar cuantitativamente la concentración de contaminantes
emitidos por una fuente fija, usando para esto, representaciones numéricas y condiciones
físicas que permiten simular el comportamiento de los gases y partículas en sus fases de
transporte y difusión en la atmósfera. En este caso utilizaremos el modelo matemático de
la distribución de Gauss.
El modelo de dispersión de Gauss puede expresarse mediante la siguiente ecuación:
𝐶(𝑥,𝑦,𝑧,𝐻) = [
Q: caudal de contaminante emitido (masa por unidad de tiempo)
u: Velocidad promedio de los vientos (m/s)
σx, σy: Parámetros de dispersión o de distribución.
H: Altura Efectiva
y: coordenada transversal a la dirección horizontal del viento.
Figura 4. Representación esquemática de funcionamiento del modelo
Fuente: Extraído de la guía para la ejecución de modelos de dispersión de la US EPA
Variables utilizadas en el modelo
• Tasa de emisión
• Velocidad y dirección del viento.
• Estabilidad Atmosférica.
• Dimensiones de la Chimenea
• Velocidad de Salida de los Gases
• Temperatura de salidas de los Gases
• Condiciones Atmosféricas
Tasas de emisión
Para el caso de fuentes en operación, es recomendable usar los valores de emisión
medidos, para lo cual la forma de calcular la tasa de emisión es multiplicar directamente
la concentración en ppmv (partes por millón en volumen) por la densidad del gas
contaminante corregida a las condiciones de chimenea y por el flujo volumétrico también
Velocidad del viento
La ley de potencias del viento se utiliza para ajustar la velocidad del viento observada,
Uref, desde una altura de medición de referencia, href, hasta la altura de emisión de la
chimenea (hs). La velocidad del viento a la altura de la fuente Us, es usada en la ecuación
de la pluma Gaussiana, y en las fórmulas de elevación de la Pluma. La ecuación de la ley
de potencias es de la forma:
𝑢𝑠 = 𝑢𝑟𝑒𝑓[ ℎ𝑠 ℎ𝑟𝑒𝑓]
𝑝
Donde p es el exponente del perfil del viento. Los valores de p pueden ser dados por el
usuario en función de la categoría de estabilidad y la clase de velocidad del viento. Los
valores establecidos para p, son los siguientes:
Tabla 8 Exponentes de estabilidad atmosférica Categoría de
estabilidad Exponente rural Exponente urbano
A 0,07 0,15
Fuente: Constantes de estabilidad atmosféricas de Pasquill
Estabilidad Atmosférica
La estabilidad atmosférica se acopla al movimiento vertical de la atmósfera. Las clases
A= extremadamente inestable
B= inestable
C= ligeramente inestable
D= neutra
E= ligeramente estable
F= moderadamente estable
Altura efectiva de emisión
La altura física de emisión es el resultado de añadir la elevación de la pluma (Δh) a la
altura física de la fuente (hs). Este fenómeno de elevación de la pluma es el resultado de
la flotación de la corriente de gas debido a su mayor temperatura con respecto al aire
ambiente y la velocidad con la que sale de la chimenea.
Figura 5. Representación esquemática de la elevación de la pluma
Fuente: Guía para la elaboración de modelos de dispersión US EPA
Coeficientes o Parámetros de dispersión
El método de cálculo se basa en el empleo de relaciones semi-empíricas, considerando
las distintas categorías de estabilidad atmosférica y la distancia viento abajo de la fuente
en que se encuentra el receptor Este se calcula a través de la fórmula de Briggs Los
Este factor depende del área en la cual se localicé la fuente de emisión, ya que las
ecuaciones para el cálculo de σx, σy varían en función de la estabilidad atmosférica y el
tipo de terreno (urbano o rural).
Los parámetros que controlar serán los contaminantes provenientes de la combustión (CO,
SO2, NOX, material particulado) y los provenientes de la fundición (Plomo y SO2), ambos
flujos son vertidos a la atmósfera a través de la chimenea.
Pese a que el software AERMOD View cuenta con su propia validación programada, es
necesario realizar monitoreos de los parámetros analizados, para obtener los valores de
concentración de cada contaminante que realmente se percibe en el aire. Estos análisis en
ningún momento plantearán poner en duda los resultados del modelo, pues debemos
recordar que el área es influenciada por un sin número de industrias que también cuentan
con vertidos al aire y los resultados que se obtengan servirán como base de la influencia
4. PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
4.1. Emisiones determinadas en los procesos de fundición
Las emisiones de plomo a la atmósfera provienen de los siguientes equipos, fueron
calculadas con base a los factores de emisión establecidos por la Agencia de Protección
Ambiental de los Estados Unidos en su apéndice 42, para emisiones controladas de
plomo:
Plomo total producido por la compañía de fundición de plomo: 8000 toneladas por año.
Tabla 9 Cálculo de Emisión controlada de plomo
Equipo
Total de plomo emitido a la chimenea por año: 76,7 kg
Tabla 10 Cálculo de Emisión conducida de plomo que va al ciclón, depurador y casa de bolsas.
Total de plomo recuperado en los equipos de control (ciclón, depurador y casa de bolsas)
fue 32 048 kilogramos durante el año 2015.
La eficiencia en la remoción de plomo de todas las unidades de control se define por la
siguiente fórmula:
𝐸𝑓 = (1 − 𝑃𝑏𝑠 𝑃𝑏𝑠+ 𝑃𝑏𝑟
) 𝑥100
Donde,
Ef: Eficiencia
Pbs: Plomo que sale por la chimenea
Pbr: Plomo recuperado en los equipos de control
La eficiencia de retención de plomo en los sistemas de control es del 99,7%
Los 76,7 kg de plomo vertidos a la chimenea, representa únicamente el 40,5 % de las
partículas totales que emiten tanto los hornos, como las ollas de refinación, pues el
porcentaje restante por su tamaño no puede romper la fuerza de gravedad y caen dentro
Tabla 11 Cálculo de la Distribución de las partículas de acuerdo con su diámetro
Fuente: Autor, mediante metodología Background report AP-42, section 12-11. Secundary Lead Processing (United States Environmental Protection Agency, 1998)
Las emisiones de los contaminantes CO, SO2, NOx y material particulado, provienen de
dos fuentes muy importantes que consumen como combustible el Diésel (Fuel Oil N°2)
y el coque como medio secuestrante para la que ocurran las reacciones de óxido –
reducción, que permiten reducir electrónicamente el plomo desde sus diferentes óxidos
hasta su estado elemental en los hornos de fundición.
Tabla 12. Características de diseño y de operación de las chimeneas de la compañía de fundición de plomo
abcde Valor promedio obtenido de los muestreos realizados entre 2015 y 2016
Fuente: Compañía de Fundición de Plomo
Las fuentes se encuentran ubicadas en las coordenadas UTM (616286; 9771349) para la
chimenea del horno de fundición N°1 y (616312; 9771341) para la chimenea del horno
Luego se procede a ingresar los datos señalados en la tabla 5 del presente informe, cuyos
datos fueron obtenidos mediante monitoreos realizados durante los años 2015 y 2016 en
las fuentes de emisión; no obstante, para obtener mayores resultados en esta investigación,
se consideró también incluir los siguientes parámetros:
Tabla 13. Cálculo de la Tasa de emisión de contaminantes con base a factores de emisión
Contaminante Horno N°1 Horno N°2
PM10a 0,083 g/s 0,1930 g/s
PM2,5 b 0,064 g/s 0,1488 g/s
Plomo c 0,0008 g/s 0,0016 g/s
O3d 6,22 µg/m3
abc Valor obtenido de los factores de emisión de la USEPA, para la fundición secundaria de plomo d Valor medido a nivel ambiental, para determinar la formación de NO
2
Fuente: Monitoreos realizados a nivel ambiental por Compañía Fundidora
4.2.Información histórica de datos meteorológicos
Los datos meteorológicos son de vital importancia para determinar las condiciones del
transporte de los contaminantes atmosféricos. En este caso particular, se procesó la
información disponible en la página webmet.com mediante el módulo de AERMET, que
procesó un archivo formato SAMSON, que genera un archivo de perfil de vientos y un
archivo de superficie, además se solicitó información al Instituto Oceanográfico de la
Armada para corroborar los datos horarios de los satélites con los promedios citados por
el instituto nacional; estos archivos son ingresados al sistema AERMOD, que toma todas
las características meteorológicas presentes en los archivos antes mencionados. Además,
permite determinar las características de estabilidad atmosférica considerando los
• Flujo de calor sensible
• Velocidad de fricción superficial
• Escala de velocidad convectiva
• Gradiente de temperatura potencial vertical sobre PBL
• Altura de la capa límite de generación convectiva - PBL
• Altura de la capa de contorno generada mecánicamente - SBL
• Monin-Obukhov Longitud
• Longitud de rugosidad de la superficie
• Bowen Ratio
• Albedo
• Velocidad del viento – Ws. (Ver Anexo 1. Distribución de la velocidad y dirección
de los vientos en el año 2015).
• Dirección del viento – Wd. (Ver Anexo 2. Frecuencia porcentual de la velocidad
y dirección de los vientos en el año 2015).
• Altura de Referencia para Ws y Wd
• Temperatura - temperatura
• Referencia Altura para temperatura
Figura 6. Precipitaciones 2015, ciudad de Guayaquil
Fuente: Inocar 2015
Figura 7. Temperatura promedio 2015, ciudad de Guayaquil
Figura 8. Frecuencia de distribución de los vientos 2015, ciudad de Guayaquil
Fuente: WebMet
Procesado mediante AERMET, Lakes Environmental
Con la información antes mencionada, se procedió a establecer las categorías de
estabilidad atmosféricas, para calcular mediante la teoría de la capa límite terrestre la
estabilidad atmosférica, bajo los siguientes valores. Ver figura 10.
Figura 9. Distribución de la velocidad y dirección de los vientos en el año 2015
Fuente: WebMet
