Tema 3 ECA. Los contaminantes atmosféricos. (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad de Valencia (UV)
Grado Ciencias Ambientales - 2º curso
Asignatura EVALUACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL
Año del apunte 2016
Páginas 13
Fecha de subida 28/03/2016
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Meritxell Maimi Checa TEMA 3 Los contaminantes atmosféricos 1. MATERIAL PARTICULADO Partículas de diversos tamaños, composición o estado físico suspendidas en el aire.
Aerosoles: material particulado formado por núcleos sólidos o líquidos de tamaño comprendido entre 0,001 μm y 500 μm y de composición química muy variable.
Aerosol: mezcla heterogénea de partículas sólidas o líquidas suspendidas en un gas.
La importancia de las partículas radica en sus propiedades físico-químicas: – Absorben, emiten y reflejan luz (“scattering”): afectan al balance radiativo del planeta (efecto directo).
– Proveen superficies para la deposición de moléculas: favorecen la condensación y formación de nubes (efecto indirecto).
– Proveen superficies sobre las cuales ocurren reacciones química: actúan como catalizadores de reacciones).
– Además, al ser respirables (<10 μm) pueden provocar efectos nocivos sobre la salud.
1.1. Clasificación del material particulado 1.1.1. Clasificación atendiendo al tamaño – Partículas gruesas: miden más de 10 μm.
Denominadas “partículas ó material sedimentable”. Están en el aire períodos cortos de tiempo.
– Partículas finas: denominadas “partículas en suspensión”. De entre 0,1 y 10 μm. Pueden ser trasladadas durante grandes distancias por la acción del viento.
Partículas de acumulación.
– Partículas ultrafinas: también son partículas en suspensión. Miden menos de 0,1 μm. Las dividimos en 2 tipos: – Partículas de nucleación: <0,03 μm.
– Partículas de Aitken: entre 0,05 y 0,1 μm.
Nomenclatura: – PST: partículas en suspención totales.
– PMx: x es el diámetro. El tiempo de permanencia en la atmósfera depende del tamaño: – PM10: minutos u horas.
– PM2,5: días o incluso semanas (condiciones meteorológicas adecuadas).
Los altos niveles de partículas en España (respecto a Europa) están influidos por: – Las condiciones atmosféricas: las bajas precipitaciones suponen una baja “depuración” de la atmósfera, y la acción eólica transporta grandes cantidades de partículas.
– Los grandes aportes de partículas procedentes Meritxell Maimi Checa 1.1.2. Clasificación atendiendo al origen – – Aerosoles de origen natural: marinos, geológicos, volcánicos, biogénicos y cósmicos.
Aerosoles de origen antropogénico: 2 tipos: – Aerosoles primarios: emitidos directamente como partículas.
– Aerosoles secundarios: resultado de reacciones químicas.
1.2. Aerosoles secundarios Éstas partículas pueden ser el resultado de una conversión de “gas a partícula”. La unión de moléculas gaseosas puede formar partículas extremadamente pequeñas, proceso denominado “nucleación”.
Los gases también pueden condensarse sobre partículas preexistentes en la atmósfera para dar lugar a aerosoles mayores.
– Núcleos de condensación de las nubes: los aerosoles de la atmósfera permiten que se formen las nubes (efecto indirecto).
No todos los aerosoles sirven como núcleos de condensación de nubes, ya que ésta característica depende del tamaño de la partícula, su composición química, etc. Para actuar como CCN (“Cloud Condensation Nuclei”), las partículas deben ser lo suficientemente higroscópicas (capacidad de los materiales para absorber la humedad atmosférica) y deben contener suficiente cantidad de material soluble en agua.
El número y tamaño de las partículas cambian las características de las nubes, incrementando el número de partículas capaces de formar gotas en la atmósfera, las nubes tendrán más gotas aunque en menor tamaño, lo que hace que disminuyan las nubes de lluvia.
El número y tamaño de las gotas son importantes para la producción de lluvia y determinan las propiedades ópticas de las nubes (“efecto directo” o capacidad de alterar la radiación solar). Las actividades humanas son importantes productoras de materia particulada, por lo que modifican el número y las características de las nubes.
1.2.2. Aerosoles secundarios naturales – – – – La mayoría de los aerosoles secundarios provienen de emisiones naturales de Azufre.
En el ambiente marino, la mayor parte del azufre la emite el fitoplancton en forma de dimetil sulfuro (DMS = (CH3)2S), cuya producción anual se estima en unos 45 MTm y que reacciona con los compuestos atmosféricos formando partículas de dióxido de azufre (SO2) y de sulfatos (SO4 -2).
En la tierra, la descomposición natural de la vegetación y de los animales produce H2S.
Los volcanes liberan directamente SO2 que forma en la atmósfera aerosoles de sulfatos.
1.2.3. Aerosoles secundarios antropogénicos – – Los humanos producen muchas especies nitrogenadas que dan aerosoles de Nitratos.
Algunos compuestos antropogénicos, procedentes de procesos de combustión de petróleo y quema de biomasa, dan lugar a aerosoles de Carbono.
Meritxell Maimi Checa 1.3. La salida de las partículas de la atmósfera: deposición Existen dos tipos de deposición: – Deposición seca: es la caída de las partículas hasta la superficie por gravedad. Este proceso se denomina sedimentación, y normalmente afecta a las partículas de más peso.
Una cantidad no superior al 20% de toda la depuración de las partículas atmosféricas tiene lugar mediante la deposición seca.
– Deposición húmeda: el proceso más importante de depuración es el que se da cuando las partículas son retiradas de la atmósfera asociadas a gotas de agua que favorecen su descenso (lluvia, nieve, hielo, etc).
Cuando empieza a llover, las partículas que forman los CCN descienden con las gotas de agua de las que forman parte (rainout) y además las gotas de agua pueden arrastrar a otras partículas suspendidas en el aire, eliminándolas de la atmósfera (washout).
Es el método más efectivo en la eliminación de partículas superiores a 1 μm.
1.4. Efectos de las partículas Los principales factores determinantes de los efectos de las partículas son: – El tamaño, ya que condiciona el lugar donde se depositan.
– La composición química, que es la responsable de su toxicidad.
Las partículas más grandes se filtran en la nariz y en la garganta y no causan problemas, pero las PM10 pueden llegar a los bronquis y pulmones, donde causan problemas de salud.
Las PM2,5 tienden a penetrar en el sistema de intercambio de gases del pulmón.
Las partículas muy pequeñas (< 0,5 μm) pueden llegar a los alvéolos pulmonares y de allí al torrente sanguíneo y a diversos órganos del cuerpo humano. Algunos de sus efectos son asma, cáncer de pulmón y problemas cardiovasculares.
Otro efecto importante de las partículas en la atmósfera es que dificultan la visibilidad (bruma contaminante).
La abundancia relativa de material particulado varía según el medio: – Aire rural: 70 μg/m3.
– Ambiente urbano: 300 μg/m3.
– Fábricas y talleres: 10000 μg/m3.
– Gases de central térmica: 1000000 μg/m3.
1.5. Legislación La publicación de la Directiva 96/62/CE del Consejo de la Unión Europea del 27 de septiembre de 1996, sobre evaluación y gestión de la calidad del aire, exige a los estados miembros la designación de las autoridades competentes y organismos encargados de realizar la evaluación de la calidad del aire y la autorización de los dispositivos de medición, asegurando la calidad de las mediciones efectuadas y el análisis de lo métodos de evaluación.
Establece: – Los criterios para la realización de la evaluación de la calidad del aire, de forma que sean comunes para todos los estados miembros y, por tanto, comparables entre sí.
– La necesidad de informar a la población en caso de que se superan los umbrales de alerta establecidos para cada uno de los contaminantes atmosféricos.
Meritxell Maimi Checa 1.5.1. Real Decreto 102/2011 La trasposición de la directiva europea al ordenamiento jurídico español se concreta en el Real Decreto 102/2011, de 28 de Enero, relativo a la mejora de la calidad del aire, que sustituye a la legislación anterior y en el que aparecen las definiciones: – Aire ambiente: el aire exterior de la baja troposfera, excluidos los lugares de trabajo.
– Contaminante: cualquier sustancia presente en el aire ambiente que pueda tener efectos nocivos sobre la salud humana, el medio ambiente en su conjunto y demás bienes de cualquier naturaleza.
– Nivel: la concentración de un contaminante en el aire ambiente o su depósito en superficies en un momento determinado.
– Evaluación: cualquier método utilizado para medir, calcular, predecir o estimar el nivel de un contaminante en el aire ambiente o sus efectos.
– Valor límite: un nivel fijado basándose en conocimientos científicos, con el fin de evitar, prevenir o reducir los efectos nocivos para la salud humana y para el medio ambiente en su conjunto y demás bienes de cualquier naturaleza, que debe alcanzarse en un plazo determinado y no superarse una vez alcanzado.
– Margen de tolerancia: porcentaje del valor límite o cantidad en que éste puede sobrepasarse con arreglo a las condiciones establecidas.
– Nivel crítico: nivel fijado con arreglo a conocimientos científicos por encima del cual pueden producirse efectos nocivos para algunos receptores como las plantas, árboles o ecosistemas naturales pero no para el hombre.
– Valor objetivo: nivel de un contaminante que deberá alcanzarse, en la medida de lo posible, en un momento determinado para evitar, prevenir o reducir los efectos nocivos sobre la salud humana, el medio ambiente en su conjunto y demás bienes de cualquier naturaleza.
– Umbral de información: nivel de un contaminante a partir del cual una exposición de breve duración supone un riesgo para la salud humana de los grupo de población especialmente vulnerables y las Administraciones competentes deben suministrar una información inmediata y apropiada.
– Umbral de alerta: un nivel a partir del cual una exposición de breve duración supone un riesgo para la salud humana que afecta al conjunto de la población y requiere la adopción de medidas inmediatas por parte de las Administraciones competentes.
– Zona: porción de territorio delimitada por la Administración competente y utilizada para evaluación y gestión de la calidad del aire.
– Aglomeración: concentración de población superior a 250000 habitantes o bien, cuando la población sea igual o inferior a 250000 habitantes, con una densidad de población por km2 que determine la Administración competente y justifique que se evalúe y controle la calidad del aire ambiente.
– Ubicaciones de fondo urbano: lugares situados en zonas urbanas cuyos niveles sean representativos de la exposición de la población urbana en general.
En cuanto a los valores límite: – Para partículas PM10: – Valor límite diario: 50µg/m3, que no podrán superarse en más de 35 ocasiones por año.
– Valor límite anual: 40µg/m3.
– Para partículas PM2,5: – Valor objetivo anual: 25µg/m3.
– Valor límite anual: 25µg/m3.
Meritxell Maimi Checa 1.6. Método de medida de partículas – – PM10: partículas que pasan a través del cabezal de tamaño selectivo para un diámetro aerodinámico de 10µm con una eficiencia de corte del 50%.
PM2,5: partículas que pasan a través del cabezal de tamaño selectivo para un diámetro aerodinámico de 2,5µm con una eficiencia de corte del 50%.
1.6.1. Técnica de medida de Referencia (R.D 102/2011) Las normas UNE-EN 12341 y UNE-EN 14907 del Real Decreto 102/2011 describen un método de referencia de partículas, y el procedimiento para demostrar la equivalencia de otros métodos de medida al de referencia.
El aire se hace pasar a través de un cabezal de tamaño selectivo y las partículas se depositan en un filtro. Al menos el 50% de las partículas que se recogen en el filtro, deben ser PM10 o PM2,5.
1.7. Plomo 2/3 de las partículas de plomo encontradas en atmósferas urbanas tiene un tamaño menor de 5µm.
El plomo es muy peligroso para el medio ambiente por: – Su elevada toxicidad: degenera el tejido nervioso central, lo que produce alteraciones en el crecimiento y en el desarrollo mental, así como en el sentido del oído. Puede ocasionar anemia al interferir con el hierro en la formación de hemoglobina.
– No sufre degradación química ni biológica: permanece en el medio durante largos períodos de tiempo, afectando a las cadenas tróficas, debido a la acumulación de plomo en los organismos de los seres vivos (bioacumulación).
Fuentes antropogénicas: – Industrias químicas (pinturas, esmaltes, etc).
– Industrias mineras.
– Procesos de fundición y recuperación de metales.
– Incineración de residuos.
– Combustión de carbón y gasolinas.
– Fabricación baterías, etc.
Valores límites: – Valor límite anual: 0,5µg/m3.
1.7.1. Técnica de Referencia para el análisis de Pb Se utiliza un método de espectometría de absorción atómica para determinar el plomo particulado en aerosoles.
Los átomos de los distintos elementos absorben radiación de una λ característica. Un monocromador (filtro) cumple la función de seleccionar la longitud de onda específica a la que absorbe el elemento que se analiza.
Las autoridades competentes podrán utilizar cualquier otro método si pueden demostrar que da resultados equivalentes al método anterior.
Meritxell Maimi Checa 1.8. Metales Dentro de las partículas podemos encontrar diferentes metales. Algunos son netamente tóxicos, otros pueden tener un efecto nocivo a elevadas concentraciones, mientras que muchos metales son elementos esenciales para la vida.
Se clasifican: – Según su masa específica: – Pesados: densidad > 5 g/m3.
– Ligeros: densidad < 5g/m3.
– Según presencia en la corteza terrestre: – Abundantes: > 1000 ppmv.
– Trazas: < 1000 ppmv.
Los motivos por los que los metales particulados son tóxicos peligrosos son: – Persistencia: se trata de elementos simples que no son degradados ni química ni biológicamente; pueden formar compuestos cuya toxicidad sea menor o mayor que la del elemento puro, pero el metal siempre es recuperable.
– Estabilidad: pueden ser transportados a grandes distancias tanto por aire como por agua hasta entrar en un organismo vivo donde su ritmo de eliminación es lento, por lo que se transmiten dentro de la cadena trófica, acumulándose en los animales que ocupan su parte alta.
– Efectos crónicos: el hombre acumula metales en su organismo, pues estos pueden tener una permanencia de varios años, pudiéndose producir efectos graves al alcanzar una cierta concentración.
1.8.1. Procesos que hacen aparecer metales en la atmósfera – – Combustión de carburantes fósiles: el carbón libera Ni, Cr, Zn, Hg, Sn y otros.
Minería: las minas metálicas al aire y los depósitos de residuos mineros en forma de partículas en suspensión o gases.
– Industria metalúrgica: libera partículas y gases en los procesos de fundición y refinado.
– Corrosión y desgaste de materiales metálicos: materiales corroídos por su exposición al exterior, baterías gastadas (Pb, Hg, Cd, Ni).
– Incineración de residuos.
– Liberación directa: fumigaciones con compuestos de Hg.
– Industria nuclear y espacial: materiales radiactivos residuales.
La atmósfera es zona de paso para metales que terminan depositándose en aguas y suelos.
El Real Decreto 102/2011 establece valores objetivo para una serie de sustancias que pueden detectarse en las partículas como el arsénico, cadmio, níquel y benzo(a)pireno: – Arsénico (As): 6µg/m3.
– Cadmio (Cd): 5µg/m3.
– Níquel (Ni): 20µg/m3.
– Benzo(a)pierano (B(a)P): 1µg/m3.
Meritxell Maimi Checa 2. DERIVADOS DEL AZUFRE 2.1. SO2 → dióxido de azufre o anhídrido sulfuroso Es el contaminante primario emitido en mayor cantidad después del CO.
Es un gas más pesado que el aire, es bastante estable, soluble en agua, incoloro, no inflamable. En altas concentraciones tiene un olor fuerte e irritante para las vías respiratorias.
Su tiempo de vida medio (tiempo que tarda en que su concentración se reduzca a la mitad) es de 2 a 4 días.
Su concentración normal en la atmósfera es de 24 a 90 pptv. Casi la mitad vuelve a depositarse en la superficie y el resto se convierte en iones sulfato (SO4 2-) por lo que es un importante precursor en la lluvia ácida.
2.1.1. Fuentes – Naturales (suponen el 60% de la emisión de SO2): volcanes, descomposición biológica, oxidación del H2S en la atmósfera.
– Antropogénicas: – Aglomeraciones urbanas: calefacción y automóviles.
– Industrias: centrales térmicas, fundiciones, refinerías de petróleo, etc.
El umbral de alerta del SO2 es de 500 µg/m3. Se considerará superado el umbral cuando durante 3 horas consecutivas se exceda dicho valor cada hora, en lugares representativos de la calidad del aire en un área de, como mínimo, 100km2 o en una zona o aglomeración entera, tomando la superficie que sea menor.
2.1.2. Técnica de medida de referencia La técnica de medición de referencia del SO2 es la fluorescencia UV. En caso de utilizar otra técnica distinta, se debe demostrar que sus resultados son equivalentes a los de la técnica de referencia.
Se ilumina la muestra con luz ultravioleta (214nm) y las moléculas de SO2 emiten luz de fluorescensia en el visible (350nm) → La intensidad de fluorescencia es proporcional a la concentración de SO2: I=K·C 2.2. SO3 → trióxido de azufre, óxido sulfúrico o anhídrido sulfúrico Es un contaminante secundario que se forma cuando el SO2 reacciona con el oxígeno de la atmósfera: 2 SO2 + O2 → 2 SO3 Reacciona rápidamente con el agua formando ácido sulfúrico que se disuelve en el agua del aire y puede seguir suspendido en él durante largos períodos de tiempo: SO3 + H2O → H2SO4 Contribuye de una forma importante a la llamada lluvia ácida.
Meritxell Maimi Checa 3. DERIVADOS DEL CARBONO 3.1. CO → monóxido de carbono Es el contaminante primario más abundante y ampliamente distribuido en la troposfera.
Es un gas incoloro, inodoro, insípido, menos denso que el aire (se acumula en la parte alta de los recintos) y su vida media en la atmósfera es de 2 a 4 meses.
Es muy tóxico y puede causar la muerte cuando se respira en niveles elevados. Se combina con la hemoglobina de la sangre (es de 200 a 300 veces más afín a la hemoglobina que el oxígeno), formando carboxihemoglobina, lo cual impide la formación de oxihemoglobina, y por tanto el transporte de oxígeno por la sangre no se lleva a cabo.
Es responsable de la muerte de muchas personas en minas de carbón, incendios y lugares cerrados (garajes, habitaciones con braseros, etc).
La fuente principal de CO es la combustión incompleta del carbono (se da cuando hay poco O2).
Según el Real Decreto 102/2011, el valor límite establecido para el CO es de 10µg/m3.
3.1.1. Fuentes – – Naturales: – En el mar se da la oxidación biológica por organismos marinos, lo que genera CO.
– Vulcanismo.
– Oxidación del metano (CH4) en reacciones fotoquímicas.
Antropogénicas: después del CO2, el CO es el contaminante emitido en mayor cantidad a la atmósfera por causas no naturales.
Se produce cuando, en ambientes de poco oxígeno (se produce la combustión incompleta) de queman combustibles como gas, gasolina, keroseno, carbón, petróleo, en la incineración de residuos urbanos, en los incendios forestales, consumo de tabaco, etc.
3.1.2. Técnica de medida de referencia Se utiliza la técnica de absorción de radiación infrarroja no dispersiva: Se coloca la muestra de aire con CO a analizar en el interior de una cámara que es atravesada por luz infrarroja.
La atenuación de la radiación que pasa a través de la cámaras nos da una medida de la concentración de CO2 en la muestra, de acuerdo con la ley de Lambert – Beer.
No sólo se detecta el CO, sino también otros compuestos que se encuentran en el aire de la muestra, absorberán luz infrarroja, en oarticular el agua y el CO2, que tienen bandas de absorción anchas que pueden interferir con la medida de CO.
Se han desarrollado diferentes soluciones técnicas para suprimir estos efectos, por ejemplo midiendo la absorción infrarroja de una longitud de onda específica (4,7 µm para CO) en la que no absorben los otros compuestos presentes en la muestra.
Meritxell Maimi Checa 3.2. CO2 → dióxido de carbono Es un gas sin color, olor ni sabor, presente en la atmósfera de forma natural no es tóxico.
Enormes cantidades, del orden de 10^12 Tm, pasan por el ciclo natural del carbono en el proceso de fotosíntesis de las plantas. Dada su presencia natural en la atmósfera y su falta de toxicidad, no deberíamos considerarlo una sustancia que contamina, pero se dan dos circunstancias que lo hacen un contaminante de gran importancia en la actualidad: – Su gran contribución al efecto invernadero.
– Su concentración está aumentando de forma anormal por la quema de combustibles fósiles y de bosques.
Fuentes: – Naturales: respiración, descomposición de materia orgánica, incendios forestales naturales.
– Antropogénicas: en general por procesos de combustión como la producción de energía, calefacción y transporte (quema de combustibles fósiles), quema de biomasa, etc.
3.2.1. COVs → compuestos orgánicos volátiles Engloban tanto los hidrocarburos (HC) (alcanos, alquenos, alquimos e HC aromáticos) como otras sustancias: aldehídos, cetonas, ácidos, etc, todas ellas con una temperatura de ebullición menor a 100ºC.
Los HC se suelen dividir en 2 grupos: – El metano, que supone el 85% del total.
– Los llamados HC no metánicos: alcanos (9%), alquenos (2,7%), alquinos (1%) y los HC aromáticos (2,3%).
Su importancia estriba en que son precursores de la formación de ozono troposférico. Los HC aromáticos (son los que poseen las propiedades especiales asociadas con el anillo de benceno), sobre todo los policíclicos (benzopireno, tolueno o naftalena), son potencialmente cancerígenos (el benceno es un carcinógeno humano que favorece el desarrollo de todo tipo de leucemias).
Los HC presentan baja toxicidad, pero su reactividad fotoquímica (luz solar) da compuestos oxidados que son los perjudiciales.
Fuentes: – Naturales: plantas (isoprenos), microorganismos, insectos (metano).
– Antropogénicas: – Combustión incompleta (vehículos, calefacciones, etc).
– Evaporación de combustibles.
– Pinturas, barnices, lacas y otros productos emiten HC a la atmósfera por evaporación (al secarse el producto aplicado) y en los procesos de fabricación.
– Industrias del petróleo, alimentación y química orgánica.
– Metano: tiene una vida media en la troposfera de 7 a 10 años y un nivel de fondo de 1,5 ppmv es el más abundante e importante de los HC atmosféricos.
Es un contaminante primario que se forma de manera natural en diversas reacciones anaeróbicas del metabolismo: el ganado, las reacciones de putrefacción y la digestión de las termitas forma metano en grandes cantidades.
También se desprende del gas natural, del que es un componente mayoritario.
Es destruido en la baja atmósfera porque reacciona con radicales libres hidroxilo (OH-) y con el CO formando ozono, entre otros compuestos.
Se considera que no produce daños en la salud ni en los seres vivos, pero contribuye al efecto invernadero y también a la desaparición del ozono estratosférico.
Meritxell Maimi Checa Fuentes: – Naturales: por descomposición anaeróbica de materia orgánica y en los sistemas digestivos de termitas y rumiantes.
– Antropogénicas: cultivos de arroz, quema de biomasa y combustibles fósiles, basureros (los residuos sólidos urbanos contienen gran cantidad de basuras orgánicas cuya fermentación confinada produce CH4 y gases como el biogas), etc.
Biogás: mezcla de CH4 (50- 70%) y CO2 + pequeñas proporciones de H2, N2, O2 y H2S.
4. DERIVADOS DEL NITRÓGENO 4.1. N2O → óxido nitroso Es un gas incoloro, de olor dulce y más denso que el aire que puede resultar tóxico a altas concentraciones (inhibe la producción de glóbulos blancos en la médula espinal). Se conoce como gas de la risa.
Se utiliza como anestésico, en aplicaciones industriales (propelente, “Que sirve para expulsar el líquido de un aerosol”), etc.
En la troposfera es prácticamente inerte y su vida media es de mas de 100 años. Va desapareciendo en la estratosfera por reacciones fotoquímicas (lo que influye en la destrucción de la capa de ozono).
También es un importante gas de efecto invernadero.
Fuentes: – Naturales: producido en procesos biológicos en océanos y suelos.
– Antrópicas: – Combustiones (procesos industriales, gases de escape de automóviles, quema de biomasa).
– Producción de nylon y ácido nítrico.
– Agricultura: entre el 30 y 50% del fertilizante nitrogenado es absorbido por los cultivos, un porcentaje significativo del no absorbido se convierte en N2O.
4.2. NOx → óxido de nitrógeno (NO) y dióxido de nitrógeno (NO2) – – – – – El NO es un gas incoloro, mientras que el NO2 es un gas de color rojo pardo intenso.
El NO es emitido en mayor cantidad, pero sufre una rápida oxidación a NO2.
El NO es inocuo, pero el NO2 irrita las vías respiratorias.
Los NOx son muy reactivos, por lo que son descompuestos rápidamente (vida media corta).
Se oxidan rápidamente a NO 3- en forma de aerosol o, a través de la reacción del NO2 con el vapor de agua de la atmósfera, se forma ácido nítrico (HNO3), que es un componente importante de la lluvia ácida.
– Son precursores de la formación de ozono troposférico (ambiente urbano).
– Los NOx son precirsores de la formación de partículas secundarias como los nitratos de peroxiacilo (PAN).
– No se acumulan en la cadena alimentaria.
Fuente: combustión a altas temperaturas en presencia de aire (se divide el N2, que es una molécula muy estable).
N2 + O2 ↔ 2 NO 2 NO + O2 ↔ 2 NO2 Meritxell Maimi Checa – – De origen antropogénico: la mayoría del NOx antropogénico proviene del transporte.
También puede ocurrir en otras reacciones muy caloríficas como en la parte más caliente de las llamas que se producen al arder la biomasa o en procesos de fundición, electrochapado, etc.
De origen natural: la mayor fuente de NOx es de origen natural. Son las tormentas eléctricas (rayos) donde se alcanzan temperaturas de hasta 30000ºC, y los enlaces de N2 se rompen con gran facilidad.
4.2.1. Real Decreto 102/2011: valor límite del NO2 y NO El umbral de alerta del NO2 es 400 µg/m3. Se considerará superado cuando durante 3 horas consecutivas se exceda dicho valor cada hora en lugares representativos de la calidad del aire en un área de, como mínimo, 100km2 o en una zona o aglomeración entera, tomando la superficie que sea menor.
4.2.2. Técnica de medida de referencia La quimioluminiscencia es la técnica de medición de referencia de los NOx. Se determina el NO por reacción con O3, formándose NO2 excitado que, al volver a su estado fundamental, emite luz de entre 590 y 3000 nm, con un pico a 1200 nm (IR).
Para determinar a concentración de NO2, éste se descompone por fotodisociación con luz UV en NO y O, determinándose la concentración de NO.
Una vez obtenidas las concentraciones de NO y de NO2, se suman para obtener la concentración de NOx.
4.3. NH3 → amoníaco Es de los pocos contaminantes atmosféricos con carácter básico, neutralizando parte importante de los ácidos sulfúricos y nítrico, formados por la oxidación del SO2 y de los NOx.
Como ión amonio (NH4 +, se forma cuando se combina una molécula de amoniaco con un ión hidrógeno) es un constituyente importante de los aerosoles con incidencia en el efecto invernadero.
Fuentes de emisión: producción de alimentos (agricultura y ganadería).
5. CLORO – FLUORO – CARBONOS (CFCs) En 1931, se sintetizaron y pantentaron los CFCs como una sustancia refrigerante no inflamable ni tóxico que sustituyera al amoniaco como fluido refrigerante estándar.
Los CFCs son prácticamente no reactivos en la troposfera y relativamente insolubles en aguua, y por ello no son eliminados de la atmósfera por la lluvia, ni se disuelven en los océanos.
Entre 1950 y 1960, los CFCs se utilizaron para diversas aplicaciones, como propelentes en aerosoles, plásticos y limpieza de componentes electrónicos. A principios de la década de los 70, la industria utilizaba alrededor de 10^6 Tm/año.
Aunque hace 30 años no se aceptaba la idea de que los CFCs pudieran destruir el ozono de la atmósfera superior, hoy se sabe que el cloro que contiene es uno de los responsables de la creación del agujero de ozono.
Meritxell Maimi Checa 5.1. Consecuencias del uso de los CFCs Las moléculas de CFC tienen una larga vida activa. El CFC – 11 es activo durante unos 65 años, y el CFC – 12 durante unos 110 años.
El potencial de agotamiento del ozono (PAO)*: – CFC – 11: 1.
– CFC – 12: 1.
– CFC – 113: 0,8.
– CFC – 114: 1.
– CFC – 115: 0,6.
(Se toma como referencia con valor 1 el potencial del CFC – 11).
Además, la producción de CFCs contribuye aproximadamente un 14% en el efecto invernadero.
Cada molécula de CFC – 11 contribuye 3500 veces más que el CO2 al efecto invernadero, cada molécula de CFC – 12 contribuye 7300 veces más.
El Protocolo de Montreal de 1987 limita la producción de CFCs.
6. OZONO (O3) El O3 es un gas de bajo punto de fusión (-112ºC), de color azulado y olor característico (el olor que hay en el ambiente un día de tormenta).
El ozono puede tener efectos completamente distintos en función del lugar en que se encuentre: – Ozono estratosférico: en la estratosfera se concentra el 90% del ozono de nuestro planeta. Desempeña una función esencial al absorber radiaciones UV.
– Ozono troposférico: en la troposfera el O3 es el componente más dañino del efecto smog fotoquímico, causa perjuicios importantes a la salud cuando está en concentraciones altas, frena el crecimiento de las plantas y los árboles, es un poderoso irritante de las vías respiratorias, es el principal causante del asma en ambiente urbano, incluso en pequeñas concentraciones.
Las concentraciones de ozono pueden alcanzar niveles dañinos a la salud cuando el clima es cálido y soleado (UV) con vientos relativamente ligeros (poca dispersión), ya que favorecen las reacciones fotoquímicas que lo producen a nivel del suelo.
Fuentes: – Natural: fotólisis del O2 por radiación UV.
– Antropogénica: descomposición fotoquímica de los NOx (smog urbano).
6.1. Efectos del ozono Dependen de su concentración, la duración (periodo de tiempo durante el que se produce) y del receptor (seres vivos, vegetación o materiales).
Las personas son más sensibles al ozono cuando están activas al aire libre. La actividad física causa que las personas respiren más rápida y profundamente, y el ozono penetra más profundamente dentro de las partes del pulmón que son más susceptibles.
Meritxell Maimi Checa 6.2. Parámetros de la legislación – – Máximo de las medias móviles octohorarias: el máximo de las medias móviles octohorarias del día deberá seleccionarse examinando promedios móviles de 8 horas.
Cada promedio octohorario así calculado se asignará al día en que dicho promedio termina, es decir, el primer período de cálculo para un día será el periodo a partir de las 17:00h del día anterior hasta la 1:00h de dicho día; el último período de cálculo para un día cualquiera será el período a partir de las 16:00H hasta las 00:00h de dicho día.
AOT40 (μg/h·m3): suma de la diferencia entre las concentraciones horarias superiores a los 40 ppbv (= 80μg/m3) y a lo largo de un periodo dado utilizando únicamente los valores horarios medidos entre las 8:00 y las 20:00h cada día.
AOT40 = Σɴ (C>80 – 80) Los umbrales de información y de alerta a la población son los que, de una forma más inmediata, pueden afectar a la poblaciones. Son valores a partir de los cuales podrían darse efectos adversos sobre la salud.
La superación de estos umbrales da lugar a lo que generalmente se denomina como “episodios de ozono”.
6.2.1. Real Decreto 102/2011: valores objetivo y objetivos a largo plazo para el ozono – – – – Valor objetivo para la protección de la salud humana: 120μg/m3 que no deberá superarse más de 25 días por cada año civil de promedio en un periodo de 3 años.
Valor objetivo para la protección de la vegetación: 18000μg/h·m3 de promedio en un promedio de 5 años.
Objetivo a largo plazo para la protección de la salud humana: 120μg/m3.
Objetivo a largo plazo para la protección de la vegetación: 6000μg/h·m3.
6.2.2. Técnica de medida de referencia Se utiliza la técnica de absorción de ultravioleta (fotometría UV). Cuando un haz de luz UV atraviesa cierto volumen de aire que contiene moléculas de O3, hay una absorción de radiación UV por las mismas, que será máxima para λ ≈ 250nm.
La muestra de aire entra en el analizador de ozono y se hace pasar por un catalizador (absorbente selectivo de ozono) el cual convierte el O3 en O2.
Esta muestra, sin ozono, pasa por la cámara de medida en la que un detector mide la cantidad de radiación UV que se transmite en el rango de los 253'7 nm.
Esta medida de intensidad se define como medida de referencia “Io”, y su valor incluye cualquier otro gas que pudiera estar presente en la muestra.
A continuación, la muestra de aire que contiene O3 se dirige directamente a la cámara de medida sin pasar por el absorbente de ozono.
La medida de la radiación UV transmitida por esta “muestra” con ozono será “I”: Ley de Lambert – Beer: I = Io·exp(-σ·L·Coz) Aplicando la Ley de Lambert – Beer, donde L es la longitud de la cámara atravesada por la radiación UV y σ es la sección transversal de absorción del ozono 253'7 nm, que es conocida, obtenemos la concentración de O3.
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