Question

. Una instalación de producción de energía térmica quema carbón como combustible y produce unas emisiones gaseosas de 8,6 Nm3 por Kg de combustible incinerado. a) Calcular cuál será la concentración de partículas, expresada en mg/Nm3 en los gases de emisión, si se generan 7,6 Kg de partículas por tonelada de combustible incinerado. b) Debe disminuirse la concentración de partículas en los gases que emiten hasta 200 mg/Nm3. Indique qué tipo de sistema de depuración podría instalarse para que las emisiones de esa industria cumpliese el objetivo de reducción y qué rendimiento exigiría el mismo. Justifique su respuesta. .

Answer 1

En el estudio  del medio ambiente, deben tenerse en cuenta los factores que lo afectan para hacer una evaluación detallada de los efectos o la influencia de esos factores.  En el caso de los contaminantes ambientales, estos se determinan por medio de equipos destinados a ello, y se determina el impacto que pudieran tener  tanto en un lugar determinado como en  la salud de sus habitantes. La evaluación determinará el grado de contaminación, y las medidas conducentes a evitar, disminuir a niveles admisibles, o eliminar los contaminantes.

Para calcular la concentración de partículas en los gases emitidos por la combustión del carbon (C), que es un cálculo un poco complejo, tomando en cuenta los parámetros descritos tenemos:

ppm = [7,7 Kg /1 Ton C] [Kg C/6,8 m3 gases] [1 Ton C /1000 Kg C][10⁶ mg/Kg ]

ppm  = 1058,82 ppm de gases emitidos.

Lo voy a explicar paso a paso para que se entienda:

a) Tenemos 7,7 Kg de partículas en 1 tonelada de carbón, que vamos a dividir entre 1000 (que es la cantidad de Kg en 1 tonelada) eso nos da el valor de 0,072 partículas por tonelada;

b) Tomamos el 2° componente de la fórmula: 1 Kg/6,8 m3 gases = 1/6,8 = 0,1471;

c) El 3° componente expresa una relación que sabemos ya, la de la equivalencia de 1 tonelada a 1000 Kg.

d) Finalmente sabemos que hay 1.000000 de mg por cada Kg de partículas, lo que nos dará el “illon” de las partes por millón.

Decimos entonces que el producto de la multiplicación de los componentes de la fótmula quedará:  

ppm (partículas) = 0,0072 particulas por tonelada x 0,1471 x 1 x 1.000.000 = 1058,82 ppm

Ahora bien, nos piden que expresemos este valor en  mg/Nm³ (se lee como miligramos sobre metros cubicos Normales). No es fácil, pero tampoco imposible; la dificultad radica en que la combustión del carbón produce una mezcla de gases entre los que se incluyen anhídrido carbónico (CO₂), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NO y NO₂), anhídrido sulfuroso (SO₂), sulfuro de hidrógeno (H₂S), cianuro de hidrógeno o ácido cianhídrico (HCN), amoníaco (NH₃), así como también hidrocarburos (cxhy), sustancias sólidas (hollín), vapor de agua y oxígeno. Para la conversión de ppm a mg/Nm³ se requiere el peso molecular de cada sustancia, porque estarán incluidas en el valor de ppm obtenido; pero podemos aplicar la conversión al CO (Monóxido de Carbono), como si fuera el único gas resultante:

1058,82 ppm de CO → mg/m³

Esto es a presión y temperaturas normales ( 1 atm – 25°C)

Aplicamos la ecuación de los gases ideales:

 

P x V = n x R x T

P= presión,

V= volumen ocupado por el gas,

n= n° de moles CO,

R = constante universal de los gases,

T = Temperatura en °K (25°C = 298,15°K)

El peso molecular del CO = 28,01 gr/mol

mg/m³ = ($\frac{Peso molecular (PM)}{Volumen Molar (VM)}$) x p.p.m.

Hay que calcular el volumen molar del CO, y la R para el CO

R = 57,098 mmHg xLt/mol x°K

Despejando la ecuación:

P V = n  R T

V = (n x R x T)/P

V = (28,01 x 57,98 x 298,15) / 760

V = 635,13 L/mol

Sustituimos:

mg/m³ = (28,01/653,13) x 1058,82 = 45,41 mg/Nm3 de CO.

Para lograr disminuir la concentración de las partículas de gases, puede usarse un precipitador electrostático, que tiene la capacidad de atrapar partículas contaminantes de un gas, mediante la ionización de las mismas por una corriente eléctrica inducida.

Para el cálculo del rendimiento decimos:

Rendimiento: ($\frac{particulas eliminadas}{particulas producidas}$)x 100

Como ya expuse anteriormente, realizar la conversión de ppm a mg/Nm³ es complejo, por lo que trabajaremos en base a ppm.

Si lo que se quiere, de acuerdo al enunciado, es disminuir la emisión de partículas de gases hasta 200 ppm, debemos restar o “atrapar” 858,52 ppm de gases, porque

1058,52 – 200 = 858,52 ppm.

Rendimiento = (858,52 / 1058,52) x 100 = 81,11%

Rendimiento será del 81,11 %