1 18
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER
FACULTAD DE INGENIERA QUMICA
DEPARTAMENTO ACADMICO DE INGENIERA
CATERA:
Ciencias Ambientales
PRESENTADO A:
Ing. Jos Pomalaya Valdez
REALIZADO POR:
ALFARO ASTOHUAMN, ngel
ALUMNO DEL VIII SEMESTRE DE LA FIQ-UNCP
Ciudad Universitaria Huancayo Per
Julio del 2008
PROBLEMAS
DE CONTAMINACION DEL AIRE
2 18
1. Convierta los siguientes valores:
Solucin:
a. 500 ppb de CO, medidos a 293K y 101,3 Kpa a mg CO/m3
molgCOM
atmKpaPKT
m
lm
cmppm
28
13.101293
5,0500500 333
=
==
=
==
3
3
3
2
7,58210165.15.0
165.1293082.0
/281
m
mgCOgmg
xlg
xm
l
lgSO
KxmolxKatmxl
molgatmxRTPM
v
wRTMw
nRTpv
==
=====
b. 500 ppm de SO2. Medidos en condiciones normales a mg SO3/Nm 3
molgSOM
atmKpaPKT
m
lm
cmppm
3
33
3
64
13.101293
5,0500500
=
==
=
==
3
3
3
2
289.13311066.215.0
66,2293082.0
/641
m
mgSOx
gmg
xlg
xm
lgSO
KxmolxKAtmxl
molgatmxRTPM
v
wRTMw
nRTpv
=
=====
c. 500 ppm de de CO. Medidos en condiciones normales a mg CO/Nm3 Solucin:
lg
mollmol
xmolgCO
molgCOM
m
lm
cmppm
25.1/4,22
12828
5,0500500 333
===
==
3
3
3 6251025.115.0
m
mgCOgmg
xlg
xm
==
d. 500 pmm de SO2, medidos en condiciones normales a mg SO2/Nm3 Solucin:
3 18
3
3
3
22
33
3
257.142810857.215.0
85.2/4,22
12864
13.101293
5,0500500
m
mgSOgmg
xlg
xm
lg
mollmol
xmolgSO
molgSOM
atmKpaPKT
m
lm
cmppm
==
===
==
=
==
4 18
2. Exprese las concentraciones de contaminantes que se indican en los valores que se piden:
Solucin:
a. 250 mgC6H6/Nm3 en ppm.
ppmm
cm
lcm
xHmolCl
xg
HmolCx
mgg
xNmmg 79.7179.71
13103
14.22
781
1031250 3
3
66
662 ==
b. 420ppm C6H6 medidos a 293K y 101.3 Kpa en mg C6H6/Nm3
366
3
3
66
66
33
3
5.136310246.3142.0
246.3293082.0
/641
78
13.101293
42,0420420
m
HmgCgmg
xlg
xm
lHgC
KxmolxKAtmxl
molgatmxRTPM
v
wRTMw
nRTpv
molHgC
M
atmKpaPKT
m
lm
cmppm
==
=====
=
==
=
==
c. 350 ppm de NO2, medidos en condiciones normales a mg NO2/Nm3
32
32
333
2
3
3
5.75363.7181
104.22
11
4610
13350
46
350350
m
mgNOgmg
xl
molx
molmggNO
xcm
lx
m
cm
molgNOM
m
cmppm
==
=
=
d. 250 mg deNO2, medidos a 293 K y 101.3 Kpa a ppm NO2.
232
3
3
2
22
5.1305.130.
21305.0915.1125.0
2246.915.1293082.0
/461
46
13.101293
25.0250
ppmNOm
NOcmairem
lNOg
lg
lgNO
KxmolxKAtmxl
molgatmxRTPM
v
wRTMw
nRTpv
molgNOM
atmKpaPKT
gNOmgNO
====
=====
=
==
=
=
5 18
2. En una estacin Municipal de control de contaminacin media de ozono, para un periodo de 24 horas, de 25 3/ mg a 25c y 1 Bar. Cul ser la concentracin de ozono expresado en ppm?
Solucin:
Concentracin = 3633
315.0
10150025
mugg
xm
cm
m
g==
ozonoppmm
cm
lcm
xg
xm
g
lgg
Kxmolg
KxmolxKAtmxl
molgatmxRTPM
v
wRTMw
nRTpv
atmmmmhgbarPKT
.0129.00129.01
3103937.11104*25
937.1298
48
293082.0
/46986.0986107501
298
3
3
3 ===
=====
===
=
6 18
3. Una norma de calidad fija para el monxido de carbono una concentracin media de 11 ppm medidos durante un periodo de muestreo de 24 horas. Cual ser la concentracin equivalente en mg/m3.
Solucin:
3
3
33 75.131310
3101
128
4,221311
33111
Nmmg
gcm
xcm
lx
molgCO
xl
molx
m
cm
m
cmppm
==
=
lg
Kxmolg
KxmolxKAtmxl
molgatmxRT
PMvwRT
Mw
nRTpv
KCTatmbarP
937.1298
48
293082.0
/46986.0273500
036.105.1
=====
+=
==
7 18
4. En una planta de produccin de energa , el gas de chimenea sale a 500C y contiene las cantidades de bixido de azufre que a continuacin se indica segn sea la calidad de combustible quemado:
a. 2100 ppm b. 1900ppm.
Si la emisin de gases es de 30000m3/min cual ser la emisin de gas de SO2/5? Dato: La presin de los gases a la salida de la chimenea es de 1.05 bar.
Solucin: a.
31.2
3321002100
m
lm
cmppm ==
b. 3
9.13319001900
m
lm
cmppm ==
a.
32
322
3
109860
min1min
3300003
196.2
196,22731
642
082.0
0364.1
m
gSOseg
xm
xm
g
m
gSOKmolx
gSOx
m
Mx
molxKAtmxl
atm
RTPMv
w
==
===
b.
32
322
3
5.99360
min1min
3300003
987.1
987.12731
649.1
082.0
0364.1
m
gSOseg
xm
xm
gw
m
gSOKmolx
gSOx
m
lx
molxKAtmxl
atmw
==
==
8 18
5. Una norma de calidad del aire fija para el dixido de azufre una concentracin de 85ug/m3 a 20C y 1.1 bar de promedio anual. cual ser la concentracin equivalente en ppb ? Solucin:
Concentracin = 36
633 10*851018585
m
gugg
xm
ugm
g
==
23
33333
36
.0129.040.2931
101
10891.2110*85
891.2298
64
293082.0
/2640855.10855.11.1
29327320
SOppbm
mm
cm
mmx
lcm
xg
xm
g
lg
Kxmolg
KxmolxKAtmxl
molgSOatmxRTPM
v
wRTMw
nRTpv
atmbarPKKCT
===
======
==
=+=
9 18
6. Un mtodo muy frecuente de obtencin de cobre es el tratamiento de sulfuro de cobre (I) con oxigeno, proceso en el cual se libera e cobre metlico y se genera dixido de azufre. Si de desea fabricar diariamente 40Tn de una aleacin Cu-Ni con un contenido de cobre de 18%. Calcule: a. La cantidad diaria de mineral de cobre , con un contendido de sulfuro de
cobre (I) del 32% que abra que tratar, si el proceso de obtencin del cobre transcurre con un rendimiento del 78%
b. Si todo el azufre contenido en el minera procesado se emitiera a la atmsfera como SO2,. Cual sern las emisiones diarias de este compuesto a la atmsfera expresada en Kg SO2/dia?
c. Cual seria la concentracin de este compuesto en las bases de emisin si se liberan a la atmsfera 6.2*104 Nm3 de gas por tonelada de mineral procesado?. Exprsala en ppm y mg SO2/Nm3.
Solucin:
a. La reaccin: 222 2 SOCuOSCu ++
Aleacin CU-Ni: 18%Cu
Produccin: 40OM/da
Cu en la aleacin: 0.18 (40) = 7.2TM/da Rendimiento: diaTMdiaTM /23.9
78.0/27.7
=
La cantidad de mineral de cobre:
SdeCudiaTM
diaTMdiaTM
diaTM
xSmolCuSgCu
xgCu
molCux
molCuSmolCu
2
2
22
./11.3632.0
/55.1155.11237.91159
5.631
21
===
b. De la reaccin: 2
22 SO 2Cu O S Cu ++
dakgSO
4649a4.649TM/d
diaS Cu 11,55TM
x 1molSO
64gSO x
S Cu 159gS 1molCu
xS 1molCu
SO 1mol
2
2
2
2
2
2
2
2
==
=
c. se tiene:
gas Nm 10 x 223.882 mineral TM 36.11x TMmineral
gasnm x106.2
mineral TM / gasNm x104.649
34 34
3 4
==
=
10 18
SO ppm 726,79 = Nmcm
726,79 =
1kg g 10
x 11
cm 10x
64g 1mol
x1mol22,4l
x Nm 10 x 223,882
kg 4649 =
NmSO mg
2076,54 = 1Kg
mg10 x
Nm 10 x 223,882kg 4649
=
23
3
333
34
32
4
34
11 18
7. Para generar electricidad, se queman en una central trmica 4000 TM da de un carbn que tiene una riqueza en carbn del 80 y un contenido de azufre de un 1.1 %. calcule:
a. Las toneladas de dixido de azufre emitidas a la atmsfera al ao. b. Que cantidad mensual de caliza del 85 de riqueza de carbonato de
calcio, ser necesario aadir a los gases de escape para reducir en un 80 las emisiones de dixido de azufre, precipitndolo en forma de sulfato de calcio?
c. Las emisiones de dixido de azufre, una vez depurado, expresadas en ppm y en mg/Nm3, si el volumen total de gases emitidos es de 4.10 4 Nm3 / da.
Solucin:
a. Carbn: 4000TM I da
C = 0.80(4000) = 3200 TM / dia S = 0.011(4000) = 44 TM / dia En la reaccin: 22 SO O S +
La cantidad de SO2 emitidas:
mes
SO TM 67 2676, ao
SO TM 32120
aoDias 365
x dia
SO TM 88 S de TM 44 x
SO 1molSO 64g
x S 32gS 1mol
x S 1mol
SO 1mol
22
2
2
22
==
==
b. Se tiene la reaccin: 24223 2CO CaSO 2 O 2SO CO 2Ca +++
mes
SO TM 67) 0.80(2676, x
CO Ca 1mol CaCO 100g
x SO 64g
SO 1molx
SO 2mol CaCO 2mol
3
3
3
2
2
2
3=
La cantidad de caliza:
12 18
mes
TMCaCO 27.3936
mes (0.85)CaCO TM 3345,83
33==
c. Las emisiones de SO2 = 88 TM SO2
2
32
6
32
SO ppm 770
m3cm3 770
L 10cm
x 64g
SO 1mol x
mol22,4L
x TMmg 10
x m3 104x
dia x
DiaSO TM 88
=
==
NmSO mg
2200 = TM 1
mg 10 x
4x10dia
x dia
SO 88TM 2
26
332
m=
13 18
8. Una industria utiliza como combustible 21/da de un carbn que contiene 90% de C y un 2% de S y emite gases a las atmsfera con un caudal de 1500 Nm3/h.
a. Calcular la concertacin de partculas en le gas de emisin si un 5% del contenido de C del carbn se forma de partculas inquemadas.
b. Calculas el contenido de SO2 en los gases de emisin, expresado como mg/ Nm3, suponiendo que no se aplica ningn sistema de depuracin.
c. Si para depurar las emisiones de partculas se instala un filtro de mangas que tiene una eficacia terica de 99%, calcular la concentracin final de la partcula que se emite en el exterior.
Solucin:
a. Cantidad de carbn: 2 TM I da
C = 90% = 0.90 (2) = 1.80 TM/ da S = 2% = 0.02 (2) = 0.047 TM /da
Gases a las atmsferas: 1500 Nm3 / h
Partculas: 5% de C = 0.05 (1.8) = 0.09 TM/da = 3.75kg/h La concentracin:
NmC mg2500
kgmg 10
x h/ 1500Nm
kg/h 3.753
4
3 ==
b. Contenido de SO2 en la atmsfera:
S = 0.04 TM da = 1.6667 kg/da
La reaccin de emisin:
2 ?
2 SO O S +
NmSO mg
2222.22 SO 1mol
SO 64g x
S 32gS 1mol
x 1molS
SO 1mol x
kgmg 10
x /h 1500Nm
kg/h 1.667 3
2
2
224
2 ==
c. Partculas al exterior: eficiencia de filtro 99%
14 18
Al exterior: 1%
3Nmparticulas mg25 0.01(2500) ==
15 18
9. Si durante un proceso de produccin se genera 3 kg de partculas por tonelada de producto fabricado, y la administracin le permite unas emisiones mximas de 110 mg/ m3, calcule cual debe ser el rendimiento mnimo del sistema de depuracin de partculas a instalar si el caudal de gases es de 1400 m3 por tonelada de producto fabricado.
Solucin:
Produccin:
Fabricado Prod. TMpartculas
3
Emisin mxima:
m
mg 110 3
Flujo de gases:
Fabricado prod. TMm
14003
Relacionando:
33
6
m2147.85mg/
Fabricado Prod. TMm1400
1kgmg 10
Fabricado Prod. TMPartculas 3Kg.
3 ==x
Rendimiento: 5.12% 100%x 2147.85
110 ==
Rendimiento mnimo: (100 - 5.12) = 94.88% (que falta para sistema de depuracin)
16 18
10. Un garaje posee unas dimensiones de 5 m de largo, 4m de ancho y 2.8m de altura. Si un coche permaneciera en marcha dentro del e, calcule cual seria la concentracin en mg/ m3 de monxido de carbono en el interior al cabo de 3 horas, sabiendo que la concentracin de este compuesto en los gases de escape es de 8g CO/m3 y que el motor del coche al ralent emite 2.4 m3/h de gases de escape. Calcule tambin en cuanto tiempo se llegara a alcanzar la concertacin de 1500 ppm de Co, considerada inmediatamente peligrosa para la vida o la salud (IPVS).
Solucin:
Volumen del garaje: = 5m x 4m x 2.8m = 56 m3
Presin: 1atm. Temperatura: 20 C =293 k
Gas de escape: 3mCO g 8
: tiempo 3h
Emisin: 2.4 m3/h Concentracin de CO: 1500 ppm = 1500 cm3/m3 = 1.5 L/m3
CO en el garaje: = 8000mg/m3 x 2.4 m3/56m3 x 1028,57 mg CO/m3
La concentracin de CO:
RTPM
v
wRTMw
nRTpv ===
33
3 m
mgCO1748.11.7481g/m m
1x1.5
lg1.1654
1.1654g/l 293
molxK1 x atm 0.082
1atmx28g
===
==
Kx
Calculo del tiempo:
5h5min.5.09h m
CO mg1748.1 x O/m31028.57mgC
3h3 ===
17 18
11. Sabiendo que le valor limite umbral (VLU) que indica el porcentaje del oxigeno en el aire ambiente por debajo del cual pueden ocasionarse efectos perjudiciales para la salud es de 18% en volumen, calcule si se correra el riesgo de alcanzar en un laboratorio de dimensiones 8m de largo, 5m de ancho y 3m de altura en el que se produce una fuga total del nitrgeno contenido en 4 botellas de 20 litros cada uno, a una presin d 180 atm. Y situados en el interior del laboratorio.
Considere que el laboratorio se encuentra a una presin de 1atm. Y 22 C de temperatura, y que la composicin de aire es de un 21% de oxigeno y un 79% de nitrgeno en volumen.
Solucin:
Efecto perjudicial (18% de O2 en el aire Laboratorio P= 1Atm T= 22C Volumen total de laboratorio (aire) = 8mx5mx3m = 120m3 Fuga de nitrogeno: P s1= 4x20l=80l Ps2 = 180atm.
Aplicando la ley de Boyle:
2211 V PV P =
23 N m 14.414400L
1atm180atmx80LV2 ===
Volumen de aire: 120 m2
32
32
m 94,8 (120) 0.79 Vol.Nm 25,20,21(120)Vol.O
==
==
322
2
134.4m 109.2 25.2 Vol.N Vol.O :aire del TotalVolumen
N2 m3 109.2 (fuga) 14.4 94.8 N deVolumen
=+=+
=+=
18 18
22
22
N 81.25% 100% x 134.4109,2 N Vol.
O 18.75% 100% x 134.425.2
Vol.O
==
==
Por lo tanto al ser: 18.75%. 18% no supone riesgo aunque este muy prximo.
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