PRINCIPIOS Y PROCESOS QUÍM ICOS Unidad IX - X Cinéticas de los Procesos Químicos – Contaminación Ambiental
Ing. Frank Rincón
1
UNIVERSIDAD JOSÉ ANTONIO PÁEZ
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIAL
PRINCIPIOS Y PROCESOS QUIMICOS
UNIDAD IX. CINÉTICA DE LAS REACCIONES
1. CONCEPTO
Es el área de la química que se dedica al estudio de la velocidad de las reacciones químicas,
los factores que afectan la velocidad y los mecanismos a través de los cuales ocurren las
reacciones. La palabra cinética sugiere movimiento o cambio, en consecuencia para el tema
estudiado cinética se refiere a la rapidez de reacción y en concreto al cambio de
concentración de un reactivo o de un producto con respecto al tiempo (M/s).
2. CARACTERÍSTICAS.
Permite comprender y controlar la velocidad de las reacciones.
Los estudios en esta área pueden ser de carácter experimental o empírico.
Ayuda a establecer las condiciones para producir materiales deseados a una
velocidad útil y económica
Introduce la variable tiempo en su estudio.
Estudia el camino que siguen los reactivos para pasar a productos.
2. VELOCIDAD DE REACCIÓN: CONCEPTO Y EXPLICAR A TRAVÉS DE
EJEMPLOS
.
La velocidad de reacción describe que tan rápido se consumen los reactivos y se
forman los productos.
Existe una curiosidad respecto de la razón por la que las reacciones ocurren a
diferentes rapideces. Algunos procesos, como las etapas iniciales de la visión, la
fotosíntesis y las reacciones nucleares en cadena, ocurren a una rapidez muy corta, del
orden de 10–12 s a 10–6 s. otros, como la polimerización del cemento y la conversión del
grafito en diamante, necesitan millones de años para completarse. En un nivel práctico, el
conocimiento de la rapidez de las reacciones es de gran utilidad para el diseño de fármacos,
el control de la contaminación y el procesamiento de alimentos. Con frecuencia los
químicos industriales ponen más énfasis en la aceleración de la rapidez de una reacción que
en mejorar su rendimiento.
Sabemos que cualquier reacción puede representarse a partir de la ecuación general:
reactivos ⎯→ productos
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Esta ecuación expresa que durante el transcurso de una reacción, los reactivos se consumen
mientras se forman los productos. Como resultado, podemos seguir el progreso de una
reacción al medir ya sea la disminución en la concentración de los reactivos, o el aumento
en la concentración de los productos.
Figura1: Rapidez de la reacción A → B representada como la disminución de las
moléculas de A con el tiempo y como el incremento de las moléculas de b con el tiempo
En la figura 1 se muestra la disminución del número de moléculas de A y el incremento en
el número de moléculas de B con respecto del tiempo. En general, es más conveniente
expresar la rapidez de reacción en términos del cambio en la concentración en cuanto al
tiempo. Así, para la reacción A ⎯→ B, la rapidez se expresa como:
rapidez = −∆[A]
∆𝑡 o rapidez = −
∆[B]
∆𝑡
donde Δ[A] y Δ[B] son los cambios en la concentración (molaridad) en determinado
periodo Δt. Debido a que la concentración de A disminuye durante el intervalo, Δ[A] es una
cantidad negativa. La rapidez de reacción es una cantidad positiva, de modo que es
necesario un signo menos en la expresión de la rapidez para que la rapidez sea positiva. Por
otra parte, la rapidez de formación del producto no requiere un signo de menos porque Δ[B]
es una cantidad positiva (la concentración de B aumenta con el tiempo).
Estas rapideces son rapideces promedio porque representan el promedio en cierto periodo
Δt. A continuación veremos cómo se mide en forma experimental la rapidez de una
reacción. Por definición, sabemos que para determinar la rapidez de una reacción se mide la
concentración del reactivo (o del producto) como una función del tiempo. Para las
reacciones en disolución, la concentración de algunas especies se puede medir por métodos
espectroscópicos. Si participan iones, el cambio en la concentración también se detecta por
mediciones de conductividad eléctrica. Las reacciones con gases se siguen a través de
medidas de presión. A continuación consideraremos dos reacciones específicas para las
cuales se utilizan diferentes métodos para medir la rapidez de reacción.
3.1 Ejemplificación con reacción de bromo molecular y ácido fórmico
En disoluciones acuosas, el bromo molecular reacciona con el ácido fórmico (HCooH)
como sigue:
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3
Br2(ac) + HCooH(ac) ⎯→ 2Br–(ac) + 2H+(ac) + Co2(g)
A medida que progresa la reacción, la concentración de Br2 disminuye con rapidez, y su
color se desvanece. Esta pérdida de color, y por tanto de concentración, se mide fácilmente
con un espectrómetro, que registra la cantidad de luz visible que absorbe el bromo.
La medición del cambio (disminución) de la concentración de bromo desde un tiempo
inicial hasta un tiempo final, permite determinar la rapidez promedio de la reacción durante
ese intervalo:
rapidez promedio = −∆[Br2]
∆𝑡 = −
∆[Br2]final−[Br2]inicial
𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙−𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
Utilizando datos de tablas se calcula la rapidez promedio del primer intervalo de 50 s como
sigue:
Rapidez promedio = −(0.0101)−(0.0120) 𝑀
50.0 𝑠 = 3.80 ∗ 10‾⁵ m/s
Si seleccionamos como intervalo los primeros 100 s, la rapidez promedio estará dada por:
Rapidez promedio = −(0.00846)−(0.0120) 𝑀
100.0 𝑠 = 3.54 ∗ 10‾⁵ 𝑚/𝑠
Estos cálculos demuestran que la rapidez promedio para la reacción depende del intervalo
que seleccionemos. Al calcular la rapidez promedio de la reacción a intervalos cada vez
más cortos, obtenemos la rapidez en un momento específico, lo que proporciona la rapidez
instantánea de la reacción.
Se considera la siguiente reacción:
4NO2(g) + O2(g) ⎯→ 2N2O5(g)
Supongamos que en un momento determinado durante la reacción, el oxígeno molecular
está reaccionando con una rapidez de 0.024 M/s.
a) ¿Con qué rapidez se está formando el N2O5?
b) ¿Con qué rapidez = ∆[O2]
∆𝑡 =
1
2 ∆[N2O5]
∆𝑡 Tenemos:
∆[O2]
∆𝑡 = -0.024 M/s el signo menos
indica que la concentración del o2 está disminuyendo con el tiempo.
Solución a) A partir de la expresión de rapidez anterior tenemos
− ∆[O2]
∆𝑡 =
1
2 ∆[N2O5]
∆𝑡 por tanto:
∆[N2O5]
∆𝑡 = -2 (-0.024M/s) = 0.048 M/s
b) Aquí tenemos:
1
4 ∆[NO2]
∆𝑡 =
∆[O2]
∆𝑡 ; entonces:
∆[NO2]
∆𝑡 = 4 (-0.024M/s) = - 0.096 está reaccionando el No2?
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Estrategia Para calcular la rapidez de la formación del N2o5 y de la desaparición del No2,
necesitamos expresar la rapidez de la reacción en términos de los coeficientes
estequiométricos:
rapidez promedio = −1
4 ∆[NO2]
∆𝑡 M/s
4. APLICAR LA LEY DE VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN A UN EJEMPLO DE
REACCIÓN.
La reacción del óxido nítrico con hidrógeno a 1 280°C es: 2No(g) + 2H2(g) ⎯→ N2(g) +
2H2o(g)
A partir de los siguientes datos, medidos a dicha temperatura, determine: a) la ley de
rapidez, b) su constante de rapidez y c) la rapidez de la reacción cuando [No] = 12.0 × 10–3
M y [H2] = 6.0 × 10–3 M.
Experimento [NO] (M) [𝐻2] (M) Rapidez Inicial
(m/s)
1 5.0 x 10−3 2.0 x 10−3 1.3 x 10−5
2 10.0 x 10−3 2.0 x 10−3 5.0 x 10−5
3 10.0 x 10−3 4.0 x 10−3 10.0 x 10−5
Estrategía: Se tiene un conjunto de datos de rapideces de reacción y de concentración y se
pide que se determine la ley de rapidez y la constante de rapidez. Se supone que la ley de
rapidez tiene la forma de rapidez = k[No]𝑥 [H2]𝑦 ¿Cómo utilizamos estos datos para
determinar x y y? Una vez que se conoce el orden para los reactivos, podemos calcular k a
partir de cualquier conjunto de rapideces y concentraciones. Finalmente, la ley de rapidez
permite calcular la rapidez a cualquier concentración de No y H2.
Solución:
a) Los experimentos 1 y 2 muestran que cuando se duplica la concentración de NO a
una concentración constante de H2, la rapidez se cuadruplica. Si se toma la
proporción de las rapideces a partir de estos dos experimentos
𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧2
𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧1=
5.0 𝑥10−5
1.3 𝑥 10−5𝑚
𝑠
≅𝑘(10.0 𝑥 10−3𝑀)𝑥(2.0 𝑥 10−3 𝑀)𝑦
𝑘(5.0 𝑥 10−3 𝑀)𝑥(2.0 𝑥 10−3 𝑀)𝑦 = (10.0 𝑥 10−3 𝑀)𝑥
(5.0 𝑥 10−3𝑀)𝑥 = 2𝑥 = 4 o x = 2
Es decir, la reacción es de segundo orden con respecto al No. Los experimentos 2 y 3
indican que al duplicar [H2] a [No] constante se duplica la rapidez. Aquí escribimos la
relación como:
𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧3
𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧2=
10.0 𝑥 10−5𝑀/𝑠
5.0 𝑥 10−5 𝑀/𝑠= 2 =
𝑘(10.0 𝑥 10−3𝑀)𝑋(4.0 𝑥 10−3𝑀)𝑦
𝑘(10.0 𝑥 10−3𝑀)𝑥(2.0 𝑥 10−3𝑀)𝑦 = (4.0 𝑥 10−3𝑀)𝑦
(2.0 𝑥 10−3𝑀)𝑦 = 2𝑦 = 2
También puede ser que y = 1, es decir, la reacción es de primer orden en H2. Por tanto, la
ley de rapidez está dada por rapidez = k[No]2 [H2] lo que muestra que es una reacción de
tipo (2 + 1) o de tercer orden global.
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b) La constante de rapidez k se calcula utilizando los valores de cualquiera de los
experimentos. Reacomodando la ley de rapidez, obtenemos: 𝑘 =𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧
[No]2[𝐻2], es decir:
k=5.0 𝑥 10−5 𝑀/𝑠
(10.0 𝑥 10−3𝑀)2(2.0 𝑥 10−3𝑀)= 2.5 𝑥 102/𝑀2. 𝑠
c) Utilizando la constante de rapidez conocida y las concentraciones de No y H2,
escribimos:
Rapidez= (2.5 x 102/𝑀2. 𝑠) (12.0 𝑥 10−3 𝑀)2(6.0 𝑥 10−3𝑀) = 2.2 𝑥 10−4𝑀/𝑠
5. INDICAR EL SIGNIFICADO E IMPORTANCIA DEL TIEMPO DE VIDA
MEDIA.
La vida media es el tiempo requerido para que la concentración de un reactivo disminuya a
la mitad de su valor inicial.
Gráfica de [A]t con respecto del tiempo para la reacción de primer orden A ⎯→productos.
La vida media de la reacción es de 1 min. Cada vez que transcurre una vida media, la
concentración de A se divide la mitad.
La medición de la vida media de una reacción es una forma de determinar la constante de
rapidez de una reacción de primer orden.
El siguiente ejemplo resulta de utilidad en la comprensión de la ecuación de 𝑇1
2
.Si un
estudiante universitario se tarda 5 años en graduarse, su vida media en el bachillerato será
de 2.5 años. Así, la vida media no se ve afectada por el número de estudiantes que hay.
De forma semejante, la vida media de una reacción de primer orden es independiente de la
concentración.
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La utilidad de 𝑇1
2
consiste en que ésta nos da una aproximación de la magnitud de la
constante de rapidez: cuanto menor sea la vida media, mayor será k. Considere, por
ejemplo, dos isótopos radiactivos utilizados en medicina nuclear:
24Na (t12= 14.7 h) y 60Co (t12= 5.3 años).
Es obvio que la desintegración del isótopo 24Na es más rápida porque tiene una vida media
menor. Si iniciamos con 1 g de cada uno de los isótopos, la mayor parte del 24Na se habrá
terminado en una semana, en tanto que la muestra de 60Co permanecerá casi intacta.
6. DEDUCIR LAS ECUACIONES INTEGRADAS DE VELOCIDAD Y TIEMPO DE
VIDA MEDIA EN REACCIONES DE ORDEN CERO, UNO, DOS.
Reacciones de orden cero
Las reacciones de primero y de segundo orden son los tipos de reacciones más conocidas.
Las reacciones de orden cero son poco comunes. Para una reacción de orden cero
𝐴 → 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 La ley de rapidez está dada por
𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 = 𝑘 [𝐴]0
= 𝑘 Por lo tanto, la rapidez de una reacción de orden cero es una constante, independiente de la
concentración de los reactivos. Mediante el cálculo, podemos demostrar que
[𝐴]𝑡 = −𝑘𝑡 + [𝐴]0
Para calcular la vida media de una reacción de orden cero, se establece [𝐴]𝑡 = [𝐴]0/2 en la
ecuación anterior
𝑡12
= [𝐴]0
2𝑘
Cabe destacar que muchas de las reacciones de orden cero conocidas tienen lugar sobre una
superficie metálica. Un ejemplo es la descomposición del óxido nitroso (𝑁2𝑂) en nitrógeno
y oxígeno en presencia de platino (Pt)
2𝑁2𝑂(𝑔) → 2𝑁2(𝑔) + 𝑂2 (𝑔) Cuando todos los sitios de unión en el Pt están ocupados, la rapidez se vuelve constante sin
importar la cantidad de 𝑁2𝑂 presente en la fase gaseosa.
Reacciones de orden uno
Como bien se conoce el tiempo de vida media es el tiempo requerido para que la
concentración de un reactivo disminuya a la mitad de su valor inicial, por lo tanto para una
ecuación de velocidad de primer orden tenemos:
𝑡 = 1
𝑘 ln
[𝐴]0
[𝐴]𝑡
Entonces a partir de la definición de vida media, cuando 𝑡 = 𝑡1
2
, [𝐴]𝑡 = [𝐴]0/2, por lo que
𝑡12
= 1
𝑘 ln
[𝐴]0
[𝐴]0/2
O
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𝑡12
= 1
𝑘 ln 2 =
0.693
𝑘
Esta última ecuación nos indica que la vida media de una reacción de primer orden es
independiente de la concentración inicial del reactivo. Por tanto, toma el mismo tiempo
para que la concentración del reactivo disminuya desde 1.0 M hasta 0.5 M o que disminuya
desde 0.10 M hasta 0.050 M. la medición de la vida media de una reacción es una forma de
determinar la constante de rapidez de una reacción de primer orden.
Reacciones de segundo orden
Una reacción de segundo orden es una reacción cuya rapidez depende de la concentración
de uno de los reactivos elevada a la segunda potencia o de la concentración de dos reactivos
diferentes, cada uno elevado a la primera potencia. El tipo más sencillo comprende sólo una
clase de molécula como reactivo:
𝐴 → 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 Donde
𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 = −∆[𝐴]
∆𝑡
A partir de la ley de rapidez
𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 = 𝑘[𝐴]2 De esta manera las unidades de k se determinan escribiendo
𝑘 = 𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧
[𝐴]2=
𝑀/𝑠
𝑀2=
1
𝑀. 𝑠
Otro tipo de reacción de segundo orden es
𝐴 + 𝐵 → 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 Y la ley de rapidez está dada por
𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 = 𝑘[𝐴][𝐵] La reacción es de primer orden en A y de primer orden en B, por lo que tiene un orden
global de 2.
Mediante el cálculo de:
∫𝑑[𝐴]
[𝐴]2
[𝐴]𝑓
[𝐴]𝑜
= −𝑘 ∫ 𝑑𝑡𝑡
0
De esta manera la expresión para las reacciones de segundo orden del tipo “𝐴 →𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜”:
1
[𝐴]𝑡= 𝑘𝑡 +
1
⌈𝐴⌉0
Se puede obtener una ecuación para la vida media de una reacción de segundo orden al
establecer [𝐴]𝑡 = [𝐴]0/2 en la ecuación 1
[𝐴]0/2= 𝑘𝑡1
2+
1
[𝐴]0
Al despejar para 𝑡1
2
se obtiene
𝑡12
= 1
𝑘 [𝐴]0
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Se puede observar que la vida media de una reacción de segundo orden es inversamente
proporcional a la concentración inicial del reactivo. La vida media debe ser menor en las
primeras etapas de la reacción, ya que están presentes más moléculas de reactivo que
chocan entre sí. Realizar mediciones de la vida media a diferentes concentraciones iniciales
es una forma de distinguir entre una reacción de primer orden y una de segundo orden.
Reacciones de orden tres
Cabe destacar que las reacciones de tercer orden y mayores son muy complejas, ya que en
la práctica son poco frecuentes. Una reacción de tercer orden puede estar representado por
la siguiente reacción.
𝑎𝐴 → 𝑃 Siendo de tercer orden respecto al reactivo A
La ecuación diferencial de velocidad es:
𝑣 = −1
𝑎
𝑑[𝐴]
𝑑𝑡= 𝑘[𝐴]3 →
𝑑[𝐴]
[𝐴]3= −𝐾𝐴𝑑𝑡
(𝐾𝐴 = 𝑎𝑘), Integrando obtenemos
[𝐴] = [𝐴]0
(1 + 2𝑘𝐴𝑡[𝐴]02)
12
Representando 1
[𝐴]2 frente a t se obtiene una recta de pendiente igual a 2𝑘𝐴 y de ordenada en
el origen 1
[𝐴]02
Para el cálculo de la vida media de orden 3, debido a su complejidad, se asemejan
directamente al cálculo de vida media para reacciones de orden n, o sea reacciones que son
para n ≠ 1.
A partir de la ecuación:
([𝐴]
[𝐴]0)
1−𝑛
= (𝑛 − 1)𝐾𝐴𝑡𝐴0𝑛−1 + 1
Sustituyendo
[𝐴] = [𝐴]0
2 𝑦 𝑡 = 𝑡1/2
Se obtiene
𝑡1/2 = 2𝑛−1 − 1
(𝑛 − 1)𝐾𝐴𝐴0𝑛−1
7. EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN.
La rapidez de las reacciones aumenta al incrementar la temperatura. Un ejemplo
claro de esto, es el tiempo que se requiere para cocer un huevo en agua es mucho menor si
la “reacción” se lleva a cabo a 100 °𝐶 (unos 10 min) que a 80 °𝐶. Por lo contrario, una
forma efectiva de conservar alimentos consiste en almacenarlos a temperaturas bajo cero,
para que disminuya la rapidez de descomposición bacteriana. En el siguiente gráfico se
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ilustra un ejemplo típico de la relación entre la constante de rapidez de una reacción y la
temperatura.
Figura 1: Dependencia de la constante de rapidez respecto a la temperatura. Las
constantes de rapidez de la mayor parte de las reacciones se incrementan con el aumento
de la temperatura
Otro de los factores que afecta la velocidad de las reacciones son su grado de división o
estado físico de los reactivos, ya que las reaccione entre o gases o entre sustancias en
disolución son rápidas ya que la reacción solo tiene lugar en la superficie de contacto.
Si una reacción interactúa reactivos en distintas fases, su área de contacto es menor y su
rapidez también menor, en cambio, si el área de contacto es mayor, la rapidez es mayor.
Otro factor importante que afecta la velocidad de la reacción son sus concentraciones,
dependencia en la cual se representa con la ecuación de Arrhenius mostrada más adelante.
Así como también la presencia de un catalizador ya que éste puede acelerar o no la
velocidad con el que se produce la reacción.
8. DEDUCIR LA RELACIÓN DE LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN CON LA
VELOCIDAD DE REACCIÓN.
|Para entender la energía de activación es necesario conocer lo que sucede a nivel
molecular y su respectiva cinética, la cual establece que las moléculas de los gases chocan
frecuentemente unas con otras. Por lo tanto las reacciones químicas son resultado de las
colisiones entre las moléculas de los reactivos. En términos de la teoría de las colisiones de
la cinética química, es de esperar que la rapidez de una reacción sea directamente
proporcional al número de colisiones moleculares por segundo o a la frecuencia de las
colisiones moleculares:
𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 ∝ 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠
𝑠
Un ejemplo para mostrar la dependencia de la rapidez de la reacción con la
concentración es considerando la reacción de moléculas de A con moléculas de B para
formar algún producto, cada molécula del producto se forma a partir de la combinación
directa de una molécula de A con una molécula de B. Si se suplicase la concentración de A,
el número de colisiones A-B también se duplicaría, porque para cualquier volumen
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determinado existiría el doble de moléculas de A que podrían chocar con las moléculas de
B. Como consecuencia, la rapidez aumentaría por un factor de 2. De manera semejante, al
duplicar la concentración de las moléculas de B. la rapidez aumentaría al doble. Entonces la
ley de rapidez puede expresarse como
𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 = 𝑘[𝐴][𝐵] De esta manera se podría que cualquier molécula en movimiento posee energía
cinética; cuando más rápido se mueve, su energía cinética es mayor. Pero una molécula que
se mueve rápidamente no se romperá en fragmentos por sí misma. Para reaccionar, debe
chocar con otra molécula. Cuando las moléculas chocan, parte de su energía cinética se
convierte en energía vibracional. Si la energía cinética inicial es grande, las moléculas que
chocan vibrarán tan fuerte que se romperán algunos enlaces químicos. En términos
energéticos, se dice entonces que existe una energía mínima de choque por debajo de la
cual no habrá cambio alguno después del choque. Si no está presente está energía, las
moléculas permanecen intactas y no habrá cambios por colisión, esta pequeña o mínima
energía que se necesita para iniciar la reacción química es la que se conoce finalmente
como energía de activación (𝐸𝑎).
9. EXPLICAR EL SIGNIFICADO DEL COMPLEJO ACTIVADO EN UNA
REACCIÓN.
Como se explicaba en el inciso anterior para que ocurra una reacción, las moléculas que
chocan deben tener unas energía cinética torta, igual o mayor que la energía de activación
(𝐸𝑎). Ahora cuando las moléculas chocan, forman un complejo activado (también
denominado estado de transición), que es una especie de transitoria formado por las
moléculas de los reactivos como resultado de una colisión, antes de que formen el producto.
En la siguiente imagen se muestra dos perfiles diferentes de energía potencial para la
reacción
Figura 2: Perfiles de energía potencial para reacciones a) exotérmicas y b) endotérmicas.
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La reacción se representa por:
𝐴 + 𝐵 → 𝐴𝐵++ → 𝐶 + 𝐷
Donde 𝐴𝐵++ denota un complejo activado formado por la colisión entre A y B. si los
productos más estables que los reactivos, la reacción se verá acompañada por liberación de
color, es decir la reacción es exotérmica. Por otra parte, si los productos son menos estables
que los reactivos, la mezcla de la reacción absorberá calor de los alrededores y se tendrá
una reacción endotérmica
10. CONCEPTO DE ENERGÍA DE ACTIVACIÓN
Es la mínima cantidad de energía que se requiere para iniciar una reacción química.
Para que dos moléculas reaccionen deben colisionar en la orientación correcta y poseer una
cantidad de energía mínima pues a medida que las moléculas se aproximan, sus nubes de
electrones se repelen.
Para superar esto se requiere de energía, que proviene de la energía térmica del
sistema, la suma de la energía traslacional, vibracional y rotacional de cada molécula. Si la
energía es suficiente, se vence la repulsión y las moléculas se aproximan lo suficiente para
que se produzca una reordenación de sus enlaces.
11. APLICAR LA ECUACIÓN DE ARRHENIUS PARA RELACIONAR LA
CONSTANTE ESPECÍFICA DE VELOCIDAD A DISTINTAS TEMPERATURA,
CON LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN DE UNA REACCIÓN.
Esta ecuación expresa la dependencia de la constante de rapidez de una reacción
química con respecto a la temperatura, viene dada mediante por:
Ecuación #1 : Rapidez de la reacción química con respecto a la temperatura
𝑘 = 𝐴𝑒−𝐸𝑎/𝑅𝑇 Donde:
𝑬𝑎=𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛 (
𝑘𝐽𝑚𝑜𝑙
)
𝑹 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 = 8.314 (𝐽
𝐾 × 𝑚𝑜𝑙)
𝑻 = 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎
𝒆 = 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑙𝑜𝑔𝑎𝑟𝑖𝑡𝑚𝑜𝑠 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙𝑒𝑠.
La letra A representa la frecuencia de las colisiones y se llama factor de frecuencia.
Se puede tratar como una constante para un sistema de reacción determinado en un amplio
intervalo de temperatura, la ecuación #1 muestra que la constante de rapidez es
directamente proporcional a A, y por tanto a la frecuencia de las colisiones. Además debido
al signo negativo asociado al exponente (−𝑬𝒂/𝑹𝑻), la constante de rapidez disminuye
cuando aumenta la energía de activación y esto conlleva con el incremento de la
temperatura. Esta ecuación se expresa de forma más útil, aplicando el logaritmo natural de
ambos lados:
Ecuación #2: Rapidez de la reacción química con respecto a la temperatura
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ln 𝑘 = 𝑙𝑛 𝐴𝑒−𝐸𝑎/𝑅𝑇 La ecuación #2 toma entonces la forma como la ecuación de una recta:
ln 𝑘 = (−𝐸𝑎
𝑅𝑇) (
1
𝑇) + ln 𝐴
𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑏 Así pues una gráfica de ln(k) contra 1/T da una línea recta cuya pendiente (m) es igual a
–𝐸𝑎
𝑅𝑇
Y cuya intersección con el eje y es ln (A).
11.1 EJEMPLO DE LA APLICACIÓN DE LA ECUACION DE ARRHENIUS.
La reacción para la descomposición del acetaldehído viene dada por:
𝐶𝐻3𝐶𝐻𝑂(𝑔) → 𝐶𝐻4(𝑔) + 𝐶𝑂(𝑔) Se midieron a 5 temperaturas diferentes. Los datos se presentan en la tabla, trace una
gráfica de ln(k) contra 1/T y determine la energía de activación en (KJ/mol) para la
reacción. Observe que la reacción es de orden 3
2 en relación con 𝐶𝐻3𝐶𝐻𝑂 por lo que k
tiene como unidades 1/𝑀1/2 s.
Considerando la ecuación de Arrhenius
escrita como una ecuación lineal
ln 𝑘 = (−𝐸𝑎
𝑅×
1
𝑇) + ln 𝐴
La grafica de ln(k) contra 1/T (y contra x) forma una línea recta con una pendiente igual a -𝐸𝑎
𝑅 . Por lo tanto la energía de activación se puede determinar a partir de la pendiente de la
1/𝑴𝟏/𝟐 s. T(K)
0.011 700
0.035 730
0.105 760
0.343 790
0.789 810
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gráfica.
Convertimos los datos en la siguiente tabla:
La pendiente de la recta se calcula a partir de 2
pares de coordenadas: −4.00−(−0.45)
(1.41−1.24)×10−3𝐾−1= -𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 =
2.09× 104 𝐾
𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = −𝐸𝑎
𝑅= −2.09 × 104 𝐾
𝐸𝑎 = (8.314𝐽
𝐾𝑚𝑜𝑙) (2.09 × 104 𝐾)=1.74× 105 𝐽
𝑚𝑜𝑙
Es importante resaltar que a pesar de que la constante de rapidez tiene las unidades 1/𝑀1/2
s, la cantidad ln k no tiene unidades lo cual se debe a que no es posible obtener el logaritmo
de una unidad.
12. ESTABLECER EL CONCEPTO DE CATÁLISIS DE UNA REACCIÓN
QUÍMICA.
La catálisis es un fenómeno que permite modificar la velocidad a la cual se lleva a
cabo una reacción química, a través de sustancias denominadas catalizadores. El aumento o
disminución de la velocidad viene dada de acuerdo a la naturaleza de los catalizadores, los
que aumenta la velocidad de reacción son llamados positivos, mientras que los negativos,
disminuyen.
Los catalizadores actúan proporcionando un mecanismo alterno que provee un
estado de transición diferente y disminuyen la demanda de la energía de activación sin
verse reflejados en el producto final. Estos a su vez no modifican el estado de equilibrio en
las reacciones reversibles, es decir, la constante K es la misma con o sin la presencia de un
catalizador y esto es una consecuencia directa de la Segunda Ley de La Termodinámica, la
cual establece básicamente algunas restricciones a la transferencia de calor y a la eficiencia
posible en los motores térmicos.
El motivo del aumento de velocidad en la reacción es que el catalizador posee la
capacidad de disminuir la energía de activación, que es la principal causante de la lentitud
de la misma.
13. CLASIFICAR LA CATÁLISIS SOBRE LA BASE DE LA FASE DEL
CATALIZADOR CON RESPECTO A LOS REACTIVOS INVOLUCRADOS.
13. 1 Catálisis heterogénea
Es aquella catálisis donde los reactivos y el catalizador se encuentran en fases distintas. Por
lo general, el catalizador suele tratarte de un sólido mientras que los reactivos se encuentran
ln(k) 1/T
-4.51 1.43× 10−3
-3.35 1.37× 10−3
-2.254 1.32× 10−3
-1.070 1.27× 10−3
-0.237 1.23× 10−3
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en forma de gases o líquidos. La catálisis heterogénea es conocida como el tipo más
importante de catálisis en la industria química, especialmente en la síntesis de muchos
compuestos químicos. Entre los metales y compuestos derivados de ellos que se utilizan
con mayor frecuencia como catalizadores heterogéneos están: potasio, titanio, wolframio,
Aluminio, Cobre, Zinc, Cromo, Hierro, Manganeso, Platino, oro, Molibdeno y Vanadio.
Entre las características de la catálisis heterogénea se tiene:
El catalizador es fácilmente separable
Generalmente estables y fáciles de preparar
El centro activo se encuentra inmovilizado, evitando ciertos procesos de
desactivación.
Es difícil controlar la naturaleza precisa del centro activo.
La reacción tiene lugar en la interfase (dos dimensiones)
Entre uno de los ejemplos donde más se utiliza este tipo de catálisis es la síntesis
Haber de amoniaco, ya que el amoniaco es una sustancia inorgánica de gran valor que se
utiliza en la industria de los fertilizantes, en la manufactura de explosivos y en muchas otras
áreas, sin embargo la reacción utilizada para su producción cuenta con una rapidez de
reacción extremadamente lenta a temperatura ambiente y que a medida que aumenta la
temperatura aumenta su velocidad. Sin embargo, en presencia del hierro, más un pequeño
porcentaje de óxidos de potasio y de aluminio, cataliza la reacción del hidrógeno con el
nitrógeno para producir amoniaco a aproximadamente 500°C, procedimiento que se conoce
como el proceso Haber.
3H2(g) + N2(g) ↔ 2NH3(g)
13.2 Catálisis Homogénea
En la catálisis homogénea los reactivos y el catalizador están dispersos en una sola fase,
ya sea gaseosa o líquida, siendo la fase líquida la más común para llevar a cabo este tipo de
catálisis. Entre sus características principales se tiene:
La reacción tiene lugar en una sola fase (tres dimensiones)
Los catalizadores moleculares pueden ser diseñados con precisión y todos ellos
presentan las mismas propiedades.
La separación del catalizador puede presentar dificultades.
Los catalizadores moleculares pueden ser difíciles de sintetizar y su estabilidad
puede ser limitada.
La movilidad del centro activo permite procesos de desactivación bimoleculares.
La catálisis ácida y la básica constituyen los tipos más importantes de catálisis
homogénea en disolución líquida. Un ejemplo de este tipo es la reacción de acetato de etilo
con agua para formar ácido acético y etanol, la misma ocurre en forma demasiado lenta
para ser medida. Sin embargo, la reacción puede ser catalizada por un ácido. En presencia
de ácido clorhídrico, la rapidez aumenta.
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La catálisis homogénea tiene algunas ventajas sobre la catálisis heterogénea. Por
una parte, las reacciones pueden llevarse a cabo en condiciones atmosféricas, reduciendo
así los costos de producción y minimizando la descomposición de productos a altas
temperaturas. A su vez, se conoce que los catalizadores homogéneos pueden diseñarse para
funcionar selectivamente para un tipo de reacción en particular y son más baratos que los
metales preciosos, que se utilizan en la catálisis heterogénea.
14. EJEMPLIFICAR LOS DIFERENTES TIPOS DE CATALIZADORES QUE SE
PUEDEN ENCONTRAR EN LA INDUSTRIA.
14. 1 Teniendo en cuenta si aceleran o retardan el proceso químico
Catalizador positivo: es el que aumenta la velocidad de una reacción; son los más
comunes. Entre ejemplos se tienen: Cloruro de aluminio, Dióxido de Nitrogeno,
Hierro y Vanadio.
Catalizador negativo: es conocido como inhibidor, retarda el proceso químico.
Como ejemplo está el Clorato de Potasio.
14.2 Según la fase en que se encuentran
Catalizador homogéneo: el catalizador está en la misma fase que los reactivos y se
combina con alguno de ellos para generar un compuesto intermediario inestable,
que rápidamente se tiende a combinar con más reactivo y genera así más producto.
El ejemplo más utilizado de un catalizador homogéneo es el protón, ya que el agua
es el disolvente más común. Lo que se lleva a cabo es que el agua forma protones
por el proceso de auto-ionización del agua.
Catalizador heterogéneo: los reactivos y el catalizador no están en la misma fase;
por lo general se requieren de materiales que ofrecen superficies adsorbentes,
permitiendo aumentar la concentración y superficie de contacto entre los reactivos,
o en caso de que sea necesario, debilitar las uniones y disminuir la energía de
activación. Un ejemplo de ello es la manufactura del ácido nítrico.
El ácido nítrico es uno de los ácidos inorgánicos más importantes. Se utiliza en la
producción de fertilizantes, colorantes, fármacos y explosivos. El método industrial
más importante para la producción del ácido nítrico es el proceso Ostwald. Las
materias primas, amoniaco y oxigeno molecular, se calientan en presencia de un
catalizador de platino-rodio aproximadamente a 800ºC.
14.3 Según su modo de acción o a su naturaleza.
Electrocatalizador: colabora en la transferencia de electrones entre el electrodo y los
reactivos, y facilita una transformación química intermedia (semirreacción). Por
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ejemplo, se emplean estos catalizadores en la producción de hidrógeno a partir de la
electrólisis de agua.
Organocatalizador: son pequeñas moléculas orgánicas libres de metales con muy
baja sensibilidad a la humedad y al oxigeno, por lo que no exigen condiciones de
reacción especiales. Son muy utilizadas en la preparación de compuestos en los que
no se admite la contaminación con metales (medicamentos, por ejemplo).
Catalizador biológico: el ejemplo clásico son las enzimas que intervienen en
diversos procesos naturales e industriales.
Catalizador de partículas sólidas: por ejemplo, los catalizador sólidos metálicos de
automóvil, que aceleran la transformación de los gases de combustión que se quiere
eliminar, como lo son el monóxido de carbono, óxido de nitrógeno e hidrocarburos
asociados a la combustión incompleta o ineficiente. Dentro de estos encontramos a
los llamados catalizadores de tres vías, porque eliminan los tres contaminantes
principales en el mismo compartimento.
15. REACTORES QUÍMICOS.
Primero se hace necesario conocer lo que es una Reacción Química: Es todo aquel
proceso mediante el cual una sustancia química se transforma en otra diferente.
Sabiendo esto podemos definir un Reactor Químico como el equipo capaz de desarrollar
una o varias reacciones químicas en su interior. Dicha unidad procesadora está constituida
por un recipiente cerrado, el cual cuenta con líneas de entrada y salida para sustancias
químicas, controlando efectivamente las variables del proceso tales como presión,
temperatura y concentración que maximizan la conversión y selectividad de la reacción a
un menor costo, tiempo, y mayor eficiencia posibles.
Esto permite producir a gran escala y permite llevar la química de laboratorio a escala
industrial, con los cuales la vida se hace un poco más sencilla
Para descubrir lo que es capaz de hacer un reactor se necesita conocer el modelo de
contacto, la cinética y la ecuación de rendimiento.
Modelo de contacto: es como circulan y contactan los materiales uno con otro dentro del
reactor, cuán tarde o temprano se mezclan.
Cinética o cuán rápido ocurren las cosas: Si es rápido el equilibrio saldrá del reactor, si no
es rápido la velocidad de la reacción química y quizás la transferencia de calor y materia
determinara que ocurrirá.
Para que pueda existir una reacción química, se debe tener en cuenta unos factores de
mucha importancia como lo son:
Las condiciones de presión, temperatura y composición necesarias para que los
materiales entren en estado de reacción.
Las características termodinámicas y cinéticas de la reacción
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Las fases (solido, líquido, gaseoso) que se encuentran presentes en la reacción.
Los reactores químicos tienen una clasificación bastante simple.
15.1 Según el modo de operación:
Reactores Discontinuos: Son los que trabajan por cargas o lotes, no tienen flujo de
entrada ni flujo de salida de productos mientras la reacción se lleva a cabo.
Operaciones a pequeña escala para probar nuevos procesos, para fabricar productos
costosos y para procesos difíciles de convertir en operaciones continuas. También
es conocido como Reactor Tipo Batch.
Ventaja: permite altos valores de conversión, dejando los reactantes por
periodos prolongados.
Desventaja: Tienen un alto costo de mano de obra por lote y dificultad de
producción a gran escala.
Reactores Continuos: Son aquellos que trabajan en forma continua y no por lotes o
cargas como los CSTR (Reactor de mezcla completa, reactor de tanque agitado) y
los PFR (Reactores de flujo de pistón).
Ventaja: Su costo de operación es bajo comparado con el de los reactores
por lote. Se facilita el control automático de la producción.
Desventaja: Son menos eficientes que un reactor tubular, Su costo inicial es
alto.
15.2 Según las fases albergadas:
Reactores Homogéneos: Tienen una única fase, liquida o gas.
Reactores Heterogéneos: Tienen varias fases, gas-solido, liquido-solido, gas-
liquido-solido.
15.3 Según el tipo de flujos:
Reactores Ideales: Su diseño es sencillo y no consideran efectos físicos más
complejos o perturbaciones pequeñas.
Reactores No Ideales: Consideran el patrón de flujo, la existencia de zonas muertas
dentro del reactor donde el material no circula, además consideran una dinámica de
fluidos más compleja.
16. DEDUCIR LA IMPORTANCIA DE LOS REACTORES QUÍMICOS EN LOS
PROCESOS QUÍMICOS.
Este sistema es empleado en muchos procesos industriales donde se necesita la
efectividad de ocurrencia de un cambio químico que permita controlar los procesos de
producción y aprovechar mejor las condiciones para obtener productos de mejor calidad,
más puros que satisfagan las necesidades del ser humano.
Estamos en contacto cada día con miles de productos químicos distintos
sintetizados por el hombre que se han hecho indispensables en nuestras vidas. Si bien es
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cierto que todo lo que compramos diariamente se fabrica mediante un proceso químico o al
menos incluye el uso de productos químicos necesarios, bien sea para la producción de
alimentos, medicinas, vestidos, productos de limpieza que hacen posible que las
condiciones vitales y la esperanza de vida de miles de millones de personas sean cada vez
mejores. Las industrias químicas son la base de cualquier sociedad industrial pues
dependemos de ellas respecto a productos que utilizamos a diario.
La medida de la concentración mediante un método instrumental se basa en la
existencia de una relación proporcional entre dicha concentración y la señal analítica o
respuesta que genera un instrumento
Se puede decir que los reactores, en los cuales se fabrican productos químicos en las
industrias, los tamaños son distintos desde unos pocos cm3 a grandes estructuras que a
menudo se representan en fotografía de plantas industriales. Como lo son los hornos que
productores de cal de piedra caliza, que pueden ser de 25 metros de altura y mantener, al
mismo tiempo, más de 400 toneladas de materiales. Los diseños de los reactores se
definitivos por muchos factores, pero es de particular calidad son la termodinámica y la
cinética de las reacciones químicas que se llevan a cabo. Son varios los tipos principales de
reactor que se denominan por lotes también conocidos como batch o discontinuos y
continuos.
17. DESCRIBIR LOS DIFERENTES TIPOS DE REACTORES QUE SE UTILIZAN
EN LOS PROCESOS QUÍMICOS EN BASE A SU TIPO DE OPERACIÓN Y
DISEÑO
17.1 Reactores batch o discontinuos
Estos son reactores discontinuos o interrumpidos que se utilizan en la mayoría de
los casos para las reacciones que se realizan en los laboratorios. Estos se colocan en un
tubo de ensayo, frasco o vaso de precipitados. Se combinan juntos, lo más frecuente es que
tienda a calentarse. Para que la reacción tenga lugar y luego se enfrían. Los productos se
vierten y es muy necesario esterilizarlos Esta técnica se lleva a cabo en la industria, con la
diferencia está en el tamaño del reactor y las cantidades de reactivos.
Una alternativa a este proceso alterno de reactivos químicos, tipo batch o por lotes
es sustentar, punto por un punto, continuamente al reactor, los reactivos correspondientes,
suelen permitir que la reacción tenga lugar y descartar los productos por otro extremo.
Debe haber una tasa de igual flujo de reactivos y productos. Los reactores continuos rara
vez se utilizan en el laboratorio. Un ablandador de agua puede ser un ejemplo de proceso
continuo. El agua dura de la red eléctrica se pasa a través de un tubo que contiene una
resina de intercambio iónico. La reacción se lleva a cabo en el tubo y el agua blanda sale
por el otro extremo. Cada reactor continuo se instala normalmente cuando se están
produciendo grandiosas cantidades de un producto químico. Es importante que el reactor
pueda operar durante varios meses sin detenerse para así tener mejor calidad de producción.
Los fluidos fluyen a una velocidad muy acelerada. Mientras los reactivos fluyen,
por ejemplo a lo largo de una tubería calentada poco a poco, se van convirtiendo en
productos de mejor calidad. A estas altas velocidades, los productos son incapaces de
difundirse hacia atrás y por tanto hay poco o nada de remezclado. Las condiciones se
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conocen como flujo tapón. Esto reduce la aparición de reacciones laterales y aumenta el
rendimiento del producto deseado.
17.2 Rector Heterogéneo
Un reactor heterogéneo se utiliza con mucha frecuencia en la industria en la que
fluyen los gases a través de un catalizador sólido (que es a menudo con forma de pequeños
gránulos para incrementar el área superficial). Se describe con mucha frecuencia como un
lecho fijo (Fixed Bed) de catalizador.
Un reactor de lecho fluidizado, muy pocas veces se utiliza algunas cuando las
partículas del catalizador, son muy finas se colocan en una placa distribuidora. Cuando los
reactivos gaseosos pasan a través de la placa distribuidora, las partículas se van con los
gases formando un fluido. En un CSTR, uno o más reactivos.
Por ejemplo, en solución o como una suspensión se introducen en el reactor
proporcionado con un impulsor (agitador) y los productos se extraen continuamente para
tener mejor composición. El impulsor agita los reaccionantes poderosamente para asegurar
una buena mezcla de tal modo que hay una composición equivalente en todo el sistema de
producción.
17.3 Reactores de bucle
Los reactores de bucle son utilizados como prototipo, en la elaboración de
polietileno y de polipropeno. Luego se mezcla con el eteno (o propeno) con el catalizador,
bajo cierta presión, con un diluyente, por lo general un hidrocarburo. Luego se produce una
suspensión que es calentada y circulada alrededor de los bucles y así obtener una mezcla de
mejor calidad.
Sin embargo, por tratarse del concepto de reactivo la clasificación más adecuada en
este caso sería la de características de su uso, según la cual se clasifican en el uso al que
están destinados los reactivos. Esta clasificación viene dada en el envase del reactivo y
depende del tratamiento que se le haya dado, de su riqueza, de su pureza que determina el
uso químico que se le va a poder dar, teniendo en cuenta la precisión, exactitud y error
absoluto que se ha de tener en la operación química a realizar.
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UNIDAD X.CONTAMINACIÓN INDUSTRIAL
1. Concepto de la contaminación industrial.
Es la incontrolable degradación del medio ambiente debido a las actividades y
productos que ha ocasionado el crecimiento industrial, el cual está directamente relacionado
con la emisión de sustancias nocivas, toxicas o peligrosas hacia la atmosfera sin tener
ningún control de la calidad, densidad y composición química de las mismas.
El problema de la contaminación industrial afecta tanto al aire como al agua y la tierra.
Las causas más comunes que generan la contaminación ambiental es la quema a gran escala
de combustibles fósiles como el petróleo, el carbón y el gas, así como el sobre uso de
fertilizantes y pesticidas, el manejo y almacenamiento inapropiado de desperdicios
orgánicos e inorgánicos, además del agua residual envenenada proveniente de distintos
vertidos, que contaminan tierras, ríos y lagunas.
2. Analizar los efectos de la contaminación industrial a nivel mundial a través de
ejemplos.
Los desastres industriales han causado gran impacto en el medio ambiente, es por esto
que se explicaran los efectos producidos por los mismos mediante ejemplos:
• Desastre de Chernóbil (Ucrania – 1986): Recordado como la mayor catástrofe
nuclear de la historia. Como consecuencia, miles de personas resultaron afectadas en gran
medida por la radiación, además otros miles debieron ser evacuados. Más de medio millón
de personas trabajaron en un proceso de descontaminación, mitigación y contención en
zonas próximas al área del accidente. Sin embargo, tras 30 años de haber ocurrido el
accidente las consecuencias debido a la radiación continúan, por ejemplo, las zonas urbanas
cercanas al reactor hoy en día siguen teniendo niveles de radiación altos comparados a los
que una persona se puede exponer; en lo que respecta a la agricultura, la contaminación de
cultivos, carne y leche siguen siendo un principal problema; debido a la actividad
radioactiva en el agua, la cual afecto a su vez a la tierra, produjo mutaciones en peces y
plantas, actualmente estos han disminuido un poco.
• Derrame de petróleo en el Golfo de México (golfo de México El 22 de Abril de
2010): El derrame de petróleo en el Golfo de México alcanzó más de 1.550 km2 y fue
avanzando hacia la zona del este desde las costas de Luisiana hasta las costas de Alabama y
de Misisipi. Esta explosión provocó el derrame de 780 millones de litros de petróleo, y
aunque los técnicos de British Petroleum hicieron todo lo posible por detener el vertido
petrolero, esto no fue posible y este siguió fluyendo, afectando así la fauna y flora marina,
ocasionando la muerte por envenenamiento ya sea por absorción, por contacto o por asfixia
(el petróleo hace que el mar pierda oxigeno) de cientos de tortugas, delfines y aves. El
efecto del petróleo en los ecosistemas marinos dependen de ciertos factores como, el tipo
de petróleo, distancia del sitio contaminado con las playas y condiciones atmosféricas.
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• Fábrica de Pesticidas (India – 1984): La noche del 2 al 3 de diciembre de 1984, la
fábrica de pesticidas de Union Carbide en Bhopal sufrió un escape de unas 40 toneladas
métricas de metilo isocianato tóxico (MIC). Cerca de medio millón de personas se vieron
expuestas al escape. El gas tóxico mató a entre 7.000 y 10.000 personas en la primera
semana y cerca de 25.000 personas murieron en los siguientes 20 años. Las sustancias
toxicas afectaron las aguas, terrenos y cultivos que se encuentran alrededor de la planta y
siguen generando la muerte de las personas que viven hoy en día ahí.
• Derramen en el rio Guarapiche: En Monagas se desató una emergencia ambiental
el 4 de febrero de 2012 por un derrame de petróleo, tras la ruptura de una tubería la cual al
no ser arreglada a tiempo ocasiono el derrame de crudo en el rio Guarapiche, el cual surte
de agua potable a las poblaciones cercanas. Este trajo como consecuencia la muerte de los
manglares y la desecación de los árboles, y por lo tanto la muerte de la fauna marina.
• Explosión en Cavim: El domingo 30 de enero del año 2011 se produjo una
explosión de gran magnitud en las instalaciones de Cavim (Compañía Anónima
Venezolana de Industrias militares) en Maracay, hecho que dejó como saldo a 1 persona
fallecida, 4 heridos, la evacuación de más de 10 mil habitantes de las comunidades cercanas
y la destrucción de 3 galpones de municiones. Casi 500 viviendas resultaron afectadas,
además del impacto urbanístico y social, que este accidente causo, también género una gran
cantidad de dióxido de carbono liberado hacia la atmosfera, el cual afecta directamente a la
capa de ozono.
• Explosión en la refinería de Amuay: Se suscitó un accidente en dos tanques
contenedores de gas propano y butano lo que ocasionó un incendio de gran magnitud
acompañado de una explosión que provocó 48 muertes, 121 personas heridas y más de 290
Viviendas Afectadas. Además, un día antes de la extinción se incendió un tercer tanque de
la Refinería. El impacto ambiental que produjo esta explosión es la deposición de las
partículas emitidas, porque aparte de ocasionar problemas respiratorios y cardiopatías en las
personas, altera los ciclos químicos, de nutrientes en los suelos y aguas superficiales. A su
vez la onda expansiva generó la destrucción de la vegetación en el área de impacto.
Además la diseminación de los PAH (hidrocarburos poli-aromáticos presentes en las
partículas), tanto en el suelo como los cuerpos de agua, pueden ocasionar alteraciones
genéticas, bioquímicas y fisiológicas en diversas especies, que pueden poner en riesgo su
supervivencia así como la eficacia biológica en las áreas expuestas.
3. Indicar las diferentes fuentes de contaminación en los procesos químicos
• Fuentes contaminantes por combustión: Como sucede con el sistema de
enfriamiento, el vapor que se genera es para múltiples aplicaciones, debido a que, como se
dijo anteriormente, las plantas de margarinas se encuentran integradas con la planta de
refinación y en algunos casos con la de Hidrogenación. Por tanto, existe un grupo de
calderas encargadas de generar el vapor necesario para todas las plantas. En estas plantas se
generan contaminantes por combustión en las calderas y en las plantas auxiliares de
generación eléctrica. Estos gases de combustión están formados especialmente por CO,
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CO2, H2O, en algunos casos se emplea el Carbón como combustible, aumentando la carga
contaminante y produciendo compuestos azufrados. Lo mismo sucede con las plantas de
generación de energía eléctrica, puesto que utilizan combustible diésel. Se incluyen dentro
de estos a las emisiones de carbón producidas por los motores de combustión, así como el
polvo generado por el desgaste de la superficie del suelo, por el tránsito vehicular y la
expansión urbana. Afecta el intercambio gaseoso de plantas y animales, en estos últimos
desencadenan trastornos de las vías respiratorias.
• Contaminantes por almacenamiento y enfriamiento: Es dado comúnmente por el
refrigerante que se pierde por las líneas de conducción en el sistema de enfriamiento,
medido como la cantidad que se repone luego de cierto periodo de tiempo. El uso del agua
en los procesos de enfriamiento de máquina y los procesos de producción de energía
utilizando radioisótopos, así como la utilización de combustibles fósiles genera un aumento
de la susceptibilidad de los organismos vivos, la alteración del ciclo vital en organismos
(invertebrados, peces, anfibios, y reptiles) y la disminución de la cantidad de oxigeno
atmosférico y acuático.
• Contaminación por Ruido: Este es un contaminante que algunas veces es ignorado
sin valorar el grave efecto que sobre la salud ofrece. Los sitios donde se genera mayor
ruido, es la sección donde se ubican los compresores y en menor proporción en la sección
de empaque. La industria mecánica crea los más graves de todos los problemas causados
por el ruido en gran escala y somete a una parte importante de la población activa a niveles
de ruido peligroso. Los niveles más altos de ruido son comúnmente causados por
componentes o corrientes gaseosas que se mueven a gran velocidad o por operaciones con
percusión.
• Residuos Sólidos de origen Industrial: Aquel que es generado en actividades
propias de este sector, como resultado de los procesos de producción. La creciente
producción de residuos inertes compromete la disponibilidad de superficies de vertido
suficientes en condiciones ambientales aceptables. Con el ritmo actual de incremento de la
producción de los residuos todos los espacios disponibles para la disposición final
actualmente funcionando, se colmarán en muy pocos años. No sólo este tipo de residuos
presenta problemas de gestión, también existe el del inadecuado tratamiento de los residuos
especialmente los de origen industrial. Por otra parte, el tratamiento de residuos traslada en
ocasiones la contaminación de un medio a otro. Por ejemplo, la incineración de residuos
sólidos produce gases, partículas y vapores que contaminarán el aire si no se realiza un
adecuado tratamiento. El almacenamiento en vertederos, a su vez, puede producir diversos
efectos sobre el aire y las aguas superficiales y subterráneas como incendios y explosiones-
si no existe una salida adecuada de los gases que emanan y una buena recogida y
tratamiento de los lixiviados líquidos
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3.1 EFLUENTES LÍQUIDOS
3.1.1 CONCEPTO
Los efluentes líquidos son los desechos arrastrados por el agua, procedentes de
viviendas, establecimientos comerciales e industriales, más las aguas subterráneas,
superficiales o de precipitación que pudieran agregarse. Las aguas residuales tienen su
propia característica inherente a su origen y puede contener varias sustancias químicas o de
origen orgánico, estos derivan directamente de la fabricación de todo tipo de productos.
Los efluentes líquidos consisten en disoluciones acuosas a distinta concentración de
los productos empleados en el proceso productivo. Es imprescindible el tratamiento de esta
agua previo a su vertido debido al poder contaminante que tienen, gracias a los agentes
contaminantes que posee.
3.1.2. EXPLICAR LOS DIFERENTES TIPOS DE EFLUENTES LÍQUIDOS
Los tipos de efluentes líquidos derivan del tipo de actividad de la cual provengan, según
esto se pueden desarrollar los siguientes:
Industriales: Son los que resultan de cualquier actividad industrial y manufacturera,
donde hagan uso del agua, para llevar a cabo sus procesos de producción y
transformación de materiales. Según sus vertidos se pueden clasificar en cinco
grupos:
- Efluentes orgánicos e inorgánicos: Provienen de refinerías, petroquímicas,
textiles, residuos cloacales, de destilerías de petróleo, de las fábricas de sebo y
de frigoríficos.
- Efluentes inorgánicos: Provienen de explotaciones mineras, salinas y de plantan
que se encargar de la limpieza y tratamientos de metales.
- Efluentes orgánicos: Son los que se generan por industrias lecheras, de
productos alimenticios y azucareras. Así como también de las papeleras y
lavanderías.
- Efluentes de refrigeración: Se producen por las centrales nucleares y las
centrales térmicas. Es importante resaltar que el calor también puede ser
considerado un contaminante cuando el vertido del agua empleada para la
refrigeración de las centrales eléctricas y nucleares hace subir la temperatura del
agua de la que se abastecen.
- Efluentes con materias en suspensión: Estos se generan por el trabajo y lavado
de distintos minerales. Principalmente mármol y carbón.
Sanitarios: Son los que se generan en asentamientos poblacionales, instalaciones
turísticas, edificios públicos, centros comerciales, aseos, entre otros. La
composición de este tipo de efluentes varía de acuerdo al uso a que el agua fue
sometida, los principales factores que pueden influir son el clima, la situación social
y económica y los hábitos de la población.
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Drenaje: Proceden principalmente de las pluviales. Su contaminación es muy baja y
procede de zonas de almacenaje de productos al aire libre, derrames de productos en
las vías y zonas a la intemperie, rodeadas de vehículos. Según la actividad de la
industria, su tratamiento deberá ser tenido en cuenta
3.1.2. ENUMERAR LOS PRINCIPALES CONTAMINANTES EN LOS
EFLUENTES INDUSTRIALES
3.1.2.1 Sustancias toxicas (metales): hierro, cobre, níquel, plomo, cadmio, cinc, mercurio,
cobalto. Principalmente se encuentran en efluentes provenientes de industrias metalúrgicas
y también presente en la industria papelera, éstos se caracterizan por sus condiciones
tóxicas perjudiciales para la vida acuática como es la mortalidad de peces o
envenenamiento de diferentes organismos presentes en el agua.
3.1.2.2 Sustancias consumidoras de oxígeno: los detergentes y materia orgánica tienen la
característica de reducir la cantidad de oxígeno en el agua provocando un aumento de DOB
(demanda biológica de oxígeno). Provienen mayormente de industria papelera, textiles, de
alimentación e industrias químicas.
3.1.2.3 Sustancias que generan olor, sabor, color y turbiedad: Aquí se encuentran los
hidrocarburos, plomo, mercurio, aceites minerales, petróleo, derivados fenólicos y
nafténicos, residuos semisólidos, tinturas y también detergentes. Estas sustancias son
incapaces de mezclarse con el agua. La industria petroquímica es la principal en emitir
efluentes con estos componentes contaminantes.
3.1.2.4 Nutrientes: nitratos, materia orgánica, microorganismos, fosfatos, sales,
jabones: Este tipo de nutrientes provoca la eutrofización (acumulación de residuos
orgánicos en el litoral marino) y se pueden encontrar en los desagües de industrias de
alimentación e instalaciones sanitarias.
Cabe destacar que existen contaminantes específicos, los cuales, proceden de
industrias muy concretas y, normalmente, punteras, y se caracterizan por ser altamente
contaminantes. Podemos encontrar agentes tensoactivos, pesticidas, derivados halogenados
o fosforados de hidrocarburos, compuestos orgánicos específicos, sales metálicas,
compuestos eutrofizantes, entre otros.
3.1.3. DESCRIBIR LOS TRATAMIENTOS MÁS UTILIZADOS EN LA
RECUPERACIÓN DE EFLUENTES INDUSTRIALES
Los tratamientos a los que se deben someter los efluentes tienen que garantizar la
eliminación o recuperación del compuesto orgánico en el grado requerido por la legislación
que regula el vertido del efluente o para garantizar las condiciones mínimas del proceso en
el caso de reutilización o recirculación de la corriente para uso interno. El nivel máximo
admisible de contaminante puede conseguirse mediante la utilización de diversas técnicas
tanto destructivas como no destructivas.
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- Métodos no destructivos: Adsorción (carbón activo y otros adsorbentes),
Desorción (Stripping), Extracción en fase líquida con disolventes, tecnología de
membranas (Ultrafiltración, nanofiltración).
- Métodos destructivos: Tratamiento biológico (aerobio y anaerobio), Oxidación
química, Incineración, Oxidación húmeda catalítica y no catalítica, Oxidación
húmeda supercrítica, Procesos avanzados de oxidación.
3.1.3.1 TRATAMIENTOS PARA EFLUENTES EN SUSPENSIÓN
La eliminación de esta materia en suspensión se suele hacer mediante operaciones
mecánicas. Sin embargo, en muchos casos, y para favorecer esa separación, se utilizan
aditivos químicos, denominándose en este caso tratamientos químico-físicos.
- Desbaste: Es una operación en la que se trata de eliminar sólidos de mayor tamaño
que el que habitualmente tienen las partículas que arrastran las aguas. El objetivo es
eliminarlos y evitar que dañen equipos posteriores del resto de tratamientos. Suele
ser un tratamiento previo a cualquier otro. El equipo que se suele utilizar son rejas
por las que se hace circular el agua, construidas por barras metálicas de 6 o más
mm, dispuestas paralelamente y espaciadas entre 10 y 100 mm. Se limpian con
rastrillos que se accionan normalmente de forma mecánica. En otros casos, si el tipo
de sólidos lo permite, se utilizan trituradoras, reduciendo el tamaño de sólidos y
separándose posteriormente por sedimentación u otras operaciones.
- Sedimentación: Operación física en la que se aprovecha la fuerza de la gravedad
que hace que una partícula más densa que el agua tenga una trayectoria
descendente, depositándose en el fondo del sedimentador. Esta operación será más
eficaz cuanto mayor sea el tamaño y la densidad de las partículas a separar del agua,
es decir, cuanto mayor sea su velocidad de sedimentación, siendo el principal
parámetro de diseño para estos equipos. A esta operación de sedimentación se le
suele denominar también decantación .Realmente, este tipo de partículas (grandes y
densas, como las arenas) se tienen en pocas ocasiones en aguas industriales. Lo más
habitual es encontrar sólidos poco densos, por lo que es necesario, para hacer más
eficaz la operación, llevar a cabo una coagulación-floculación previa, que como se
explicará más adelante, consiste en la adición de ciertos reactivos químicos para
favorecer el aumento del tamaño y densidad de las partículas. La forma de los
equipos donde llevar a cabo la sedimentación es variable, en función de las
características de las partículas a sedimentar (tamaño, forma, concentración,
densidad, etc.).
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Sedimentadores rectangulares: La velocidad de desplazamiento horizontal del agua
es constante y se suelen utilizar para separar partículas densas y grandes (arenas).
Sedimentadores circulares: Son más habituales. En ellos el flujo de agua suele ser
radial desde el centro hacia el exterior, por lo que la velocidad de desplazamiento
del agua disminuye al alejarnos del centro del sedimentador.
Sedimentadores lamelares: Han surgido como alternativa a los Sedimentadores
poco profundos, al conseguirse una mayor área de sedimentación en el mismo
espacio.
- La filtración: es una operación en la que se hace pasar el agua a través de un medio
poroso, con el objetivo de retener la mayor cantidad posible de materia en
suspensión. El medio poroso tradicionalmente utilizado es un lecho de arena, de
altura variable, dispuesta en distintas capas de distinto tamaño de partícula, siendo
la superior la más pequeña y de entre 0.15 y 0.3 mm. Es una operación muy
utilizada en el tratamiento de aguas potables, así como en el tratamiento de aguas
para reutilización, para eliminar la materia en suspensión que no se ha eliminado en
anteriores operaciones (sedimentación). En aguas industriales hay más variedad en
cuanto al material filtrante utilizado, siendo habitual el uso de Tierra de Diatomeas.
También es habitual, para mejorar la eficacia, realizar una coagulación-floculación
previa.
Filtración por gravedad: El agua circula verticalmente y en descenso a través del
filtro por simple gravedad.
Filtración por presión. Normalmente están contenidos en recipientes y el agua se
ve forzada a atravesar el medio filtrante sometido a presión.
- Flotación: Operación física que consiste en generar pequeñas burbujas de gas
(aire), que se asociarán a las partículas presentes en el agua y serán elevadas hasta la
superficie, de donde son arrastradas y sacadas del sistema. Obviamente, esta forma
de eliminar materia en suspensión será adecuada en los casos en los que las
partículas tengan una densidad inferior o muy parecida a la del agua, así como en el
caso de emulsiones, es decir, una dispersión de gotas de un líquido inmiscible,
como en el caso de aceites y grasas. En este caso las burbujas de aire ayudan a
“flotar” más rápidamente estas gotas, dado que generalmente la densidad de estos
líquidos es menor que la del agua.
Flotación por aire disuelto (DAF): En este sistema el aire se introduce en el agua
residual bajo una presión de varias atmósferas.
Flotación por aire inducido: La operación es similar al caso anterior, pero la
generación de burbujas se realiza a través de difusores de aire, normalmente
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situados en la parte inferior del equipo de flotación, o bien inducidas por rotores o
agitadores.
- Coagulación-Floculación: La materia en suspensión puede estar formada por
partículas de pequeño tamaño (10-6 – 10-9 m), lo que conforma una suspensión
coloidal. Estas suspensiones coloidales suelen ser muy estables en tratamientos
avanzados de aguas residuales industriales, en muchas ocasiones debido a
interacciones eléctricas entre las partículas. Por tanto tienen una velocidad de
sedimentación extremadamente lenta, por lo que haría inviable un tratamiento
mecánico clásico. Una forma de mejorar la eficacia de todos los sistemas de
eliminación de materia en suspensión es la adición de ciertos reactivos químicos
que, en primer lugar, desestabilicen la suspensión coloidal (coagulación) y a
continuación favorezcan la floculación de las mismas para obtener partículas
fácilmente sedimentables. Es una operación que se utiliza a menudo, tanto en el
tratamiento de aguas residuales urbanas y potables como en industriales (industria
de la alimentación, pasta de papel, textiles, etc.)
-
3.1.3.2 TRATAMIENTOS PARA LA ELIMINACIÓN DE MATERIA DISUELTA
Al igual que en el caso de la materia en suspensión, la materia disuelta puede tener
características y concentraciones muy diversas: desde grandes cantidades de sales
inorgánicas disueltas (salmueras) orgánicas (materia orgánica biodegradable en industria de
alimentación) hasta extremadamente pequeñas cantidades de inorgánicos (metales pesados)
y orgánicos (pesticidas) pero necesaria su eliminación dado su carácter peligroso.
- Precipitación: Consiste en la eliminación de una sustancia disuelta indeseable, por
adición de un reactivo que forme un compuesto insoluble con el mismo, facilitando
así su eliminación por cualquiera de los métodos descritos en la eliminación de la
materia en suspensión. Algunos autores incluyen en este apartado la coagulación-
floculación. Sin embargo, el término precipitación se utiliza más para describir
procesos como la formación de sales insolubles, o la transformación química de un
ión en otro con mayor o menor estado de oxidación que provoque la formación de
un compuesto insoluble. Un reactivo de muy frecuente uso en este tipo de
operaciones es el Ca2+, dada la gran cantidad de sales insolubles que forma, por
ejemplo es el método utilizado para la eliminación de fosfatos (nutriente).
- Adsorción: El proceso de adsorción consiste en la captación de sustancias solubles
en la superficie de un sólido. Un parámetro fundamental es este caso será la
superficie específica del sólido, dado que el compuesto soluble a eliminar se ha de
concentrar en la superficie del mismo. La necesidad de una mayor calidad de las
aguas está haciendo que este tratamiento esté en auge. Es considerado como un
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tratamiento de refino, y por lo tanto al final de los sistemas de tratamientos más
usuales, especialmente con posterioridad a un tratamiento biológico.
- La desinfección, pretende la destrucción o inactivación de los microorganismos que
puedan causarnos enfermedades, dado que el agua es uno de los principales medios
por el que se transmiten. Los organismos causantes de enfermedades pueden ser
bacterias, virus, protozoos y algunos otros. La desinfección se hace imprescindible
para la protección de la salud pública, si el agua a tratar tiene como finalidad el
consumo humano. En el caso de aguas residuales industriales, el objetivo puede ser
no solo desactivar patógenos, sino cualquier otro organismo vivo, si lo que se
pretende es reutilizar el agua. Para llevar a cabo la desinfección se pueden utilizar
distintos tratamientos: Tratamiento físico (calor, radiación..), ácidos o bases, etc…
pero fundamentalmente se utilizan agentes oxidantes.
- Tratamientos biológicos: Constituyen una serie de importantes procesos de
tratamiento que tienen en común la utilización de microorganismos (entre las que
destacan las bacterias) para llevar acabo la eliminación de componentes indeseables
del agua, aprovechando la actividad metabólica de los mismos sobre esos
componentes. La aplicación tradicional consiste en la eliminación de materia
orgánica biodegradable, tanto soluble como coloidal, así como la eliminación de
compuestos que contienen elementos nutrientes (N y P). Es uno de los tratamientos
más habituales, no solo en el caso de aguas residuales urbanas, sino en buena parte
de las aguas industriales
- Fangos activados: Proceso básico Consiste en poner en contacto en un medio
aerobio, normalmente en una balsa aireada, el agua residual con flóculos biológicos
previamente formados, los que se adsorbe la materia orgánica y donde es degradada
por las bacterias presentes. Junto con el proceso de degradación, y para separar los
flóculos del agua, se ha de llevar a cabo una sedimentación, donde se realiza un
recirculación de parte de los fangos, para mantener una elevada concentración de
microorganismos en el interior de reactor, además de una purga equivalente a la
cantidad crecida de organismos.
- Procesos biológicos aerobios. Son muchas las posibilidades de tratamiento:
Cultivos en suspensión: Proceso de fangos activados (lodos activados), y
modificaciones en la forma de operar: aireación prolongada, contacto-estabilización,
reactor discontinuo secuencial (SBR).
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Cultivos fijos: Los microorganismos se pueden inmovilizar en la superficie de
sólidos (biomasa soportada), destacando los filtros percoladores (también conocido
como lechos bacterianos o filtros biológicos)
- Procesos biológicos anaerobios: El tratamiento anaerobio es un proceso biológico
ampliamente utilizado en el tratamiento de aguas residuales. Cuando éstas tienen
una alta carga orgánica, se presenta como única alternativa frente al que sería un
costoso tratamiento aerobio, debido al suministro de oxígeno. El tratamiento
anaerobio se caracteriza por la producción del denominado “biogas”, formado
fundamentalmente por metano (60-80%) y dióxido de carbono (40-20%) y
susceptible de ser utilizado como combustible para la generación de energía térmica
y/o eléctrica.
3.2. EMISIONES GASEOSAS
3.2.1 CONCEPTO
La actividad industrial produce la emisión de una gran cantidad de gases
contaminantes a la atmósfera; vapor de agua, dióxido de carbono, metano, óxidos de
nitrógeno, ozono y CFC (clorofluorocarbonos). Estos gases son los responsables de la
calidad del aire que respiramos. Una concentración elevada de gases contaminantes puede
producir enfermedades respiratorias e incluso la muerte a los seres vivos de la zona.
La contaminación ambiental es un problema originado por la presencia en la
atmósfera de gases nocivos para los seres vivos. Conocer cuáles son estos gases
contaminantes resulta esencial para poder prevenir su aparición. Los gases contaminantes
son elementos que concentrados en altas cantidades en la atmósfera generan riesgos y
problemas medioambientales y para los seres vivos. Una parte de los mecanismos de
generación de estos contaminantes son de origen natural como los volcanes, pero el
problema surge en los procesos industriales que implican combustión de elementos fósiles
o el uso excesivo del transporte por carretera entre otros.
Entre los gases contaminantes más habituales podemos citar los siguientes:
El dióxido de carbono, el monóxido de carbono, los hidrocarburos, los óxidos de nitrógeno,
los óxidos de azufre y el ozono.
Diferentes fuentes producen estos compuestos químicos pero la principal fuente
artificial es la quema de combustible fósil. La contaminación del aire interior es producida
por el consumo de tabaco, el uso de ciertos materiales de construcción, productos de
limpieza y muebles del hogar. Los contaminantes gaseosos del aire provienen de volcanes,
e industrias. El tipo más comúnmente reconocido de contaminación del aire es la niebla
tóxica (smog). La niebla tóxica generalmente se refiere a una condición producida por la
acción de la luz solar sobre los gases de escape de automotores, fábricas, edificios, casas,
etc.
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3.2.2. CLASIFICAR Y EXPLICAR LOS DIFERENTES TIPOS DE EMISIONES
GASEOSAS.
Podemos diferenciar los contaminantes en dos grandes grupos, con el criterio de si
han sido emitidos directamente a la atmosfera por fuentes de emisión, como los
automóviles, las chimeneas de las industrias, si se han formado en la atmosfera, entre otros.
Estos pueden ser:
Los contaminantes primarios: En la atmosfera son aquellos que se emiten
directamente. Son muchos los gases contaminantes, los más comunes son el dióxido
de carbono, el monóxido de carbono (CO), los óxidos de azufre y nitrógeno (SOx y
NOx), el CO2 y los CFCs.
Los contaminantes Secundarios: Se forman por medio de procesos químicos
atmosféricos que actúan sobre los contaminantes primarios o incluso sobre especies
no contaminantes en la atmosfera. Generalmente son producidos por la tendencia
natural de la atmosfera a oxidar los gases. El ácido sulfúrico, H2SO4, se genera por
oxidación de un contaminante primario SO2, mientras que el contaminante
secundario NO2, se produce cuando se oxida el contaminante primario NO. Uno de
los contaminantes más importantes es el ozono O3, para el que la materia prima es el
oxígeno atmosférico, O2.
También hay especies contaminantes que pueden ser emitidas directamente y/o se
forman durante su transporte aéreo. Por ejemplo, los hidrocarburos, el material
particulado, entre otros
Ejemplos:
Óxidos de carbono
Incluyen el dióxido de carbono (CO2) y el monóxido de carbono (CO). Los dos son
contaminantes primarios.
Monóxido de carbono
Es uno de los productos de la combustión incompleta. Es peligroso para las personas
y los animales, puesto que se fija en la hemoglobina de la sangre, impidiendo el transporte
de oxígeno en el organismo. Además, es inodoro, y a la hora de sentir un ligero dolor de
cabeza ya es demasiado tarde. Se diluye muy fácilmente en el aire ambiental, pero en un
medio cerrado, su concentración lo hace muy tóxico, incluso mortal. Cada año, aparecen
varios casos de intoxicación mortal, a causa de aparatos de combustión puestos en
funcionamiento en una habitación mal ventilada.
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Los motores de combustión interna de los automóviles emiten monóxido de carbono
a la atmósfera por lo que en las áreas muy urbanizadas tiende a haber una concentración
excesiva de este gas hasta llegar a concentraciones de 50-100 ppm, tasas que son
peligrosas para la salud de las personas.
Dióxido de carbono
La concentración de CO2 en la atmósfera está aumentando de forma constante debido
al uso de carburantes fósiles como fuente de energía y es teóricamente posible demostrar
que este hecho es el causante de producir un incremento de la temperatura de la Tierra –
efecto invernadero– La amplitud con que este efecto puede cambiar el clima mundial
depende de los datos empleados en un modelo teórico, de manera que hay modelos que
predicen cambios rápidos y desastrosos del clima y otros que señalan efectos climáticos
limitados. La reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera permitiría que el ciclo total
del carbono alcanzara el equilibrio a través de los grandes sumideros de carbono como son
el océano profundo y los sedimentos.
Monóxido de nitrógeno
También llamado óxido de nitrógeno (II) es un gas incoloro y poco soluble en agua
que se produce por la quema de combustibles fósiles en el transporte y la industria. Se
oxida muy rápidamente convirtiéndose en dióxido de nitrógeno, NO2, y posteriormente
en ácido nítrico, HNO3, produciendo así lluvia ácida o efecto invernadero.
Dióxido de azufre
La principal fuente de emisión de dióxido de azufre a la atmósfera es la combustión
del carbón que contiene azufre. El SO2 resultante de la combustión del azufre se oxida y
forma ácido sulfúrico, H2SO4 un componente de la llamada lluvia ácida que es nocivo para
las plantas, provocando manchas allí donde las gotitas del ácido han contactado con las
hojas.
SO2 + O = SO3
SO2 + H2O = H2SO3
SO3 + H2O = H2SO4
2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3
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La lluvia ácida se forma cuando la humedad en el aire se combina con el óxido de
nitrógeno o el dióxido de azufre emitido por fábricas, centrales eléctricas y automotores que
queman carbón o aceite. Esta combinación química de gases con el vapor de agua forma
el ácido sulfúrico y los ácidos nítricos, sustancias que caen en el suelo en forma de
precipitación o lluvia ácida. Los contaminantes que pueden formar la lluvia ácida pueden
recorrer grandes distancias, y los vientos los trasladan miles de kilómetros antes de
precipitarse con el rocío, la llovizna, o lluvia, el granizo, la nieve o la niebla normales del
lugar, que se vuelven ácidos al combinarse con dichos gases residuales.
El SO2 también ataca a los materiales de construcción que suelen estar formados por
minerales carbonatados, como la piedra caliza o el mármol, formando sustancias solubles
en el agua y afectando a la integridad y la vida de los edificios o esculturas.
Compuestos orgánicos volátiles
Metano
El metano, CH4, es el más abundante y más importante de los hidrocarburos
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 forman metano en grandes cantidades. También se desprende del
gas natural, del que es un componente mayoritario y en algunas combustiones. Así mismo
se forman grandes cantidades de metano en los procesos de origen humano hasta constituir,
según algunos autores, cerca del 50% del emitido a la atmósfera. Desaparece de la
atmósfera a consecuencia, principalmente, de reaccionar con los radicales OH formando,
entre otros compuestos, ozono. Su vida media en la troposfera es de entre 5 y 10 años. Se
considera que no produce daños en la salud ni en los seres vivos, pero influye de forma
significativa en el efecto invernadero y también en las reacciones estratosféricas.
CFC y similares
Los clorofluorocarbonos (CFC) son compuestos formados por átomos de Carbono,
Flúor y Cloro. Estos compuestos no son tóxicos, ni inflamables y tienen una reactividad
muy baja. Por todas estas características, los CFC son unos compuestos muy útiles
comercialmente; con extensas aplicaciones como refrigerantes, gases propelentes en aerosol
y en espumas, aislantes, e incluso como limpiadores por sus propiedades disolventes.
Durante la década de 1980 se liberaron a la atmósfera más de 1 millón de toneladas
por año, sin considerar los efectos adversos que esto podría producir, más tarde se observó
una relación directa entre las emisiones de CFC a la atmósfera y el tamaño del agujero de
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ozono cada temporada. Esto se debe a la baja reactividad de los CFC, que permite que
lleguen inalterados a la estratosfera. Una vez allí la radiación UV los fotoliza, liberando
radicales de cloro. Estos radicales de cloro intervienen en una serie de reacciones químicas
cuyo resultado es la destrucción de las moléculas de ozono (O3), con la consiguiente
disminución del espesor de la capa de ozono estratosférica. Además, se estima que un sólo
radical de cloro es capaz de destruir unas 50 mil moléculas de ozono.
Cuando la evidencia científica del daño causado por los CFCs se fue haciendo
unánime, la industria aceptó la necesidad de desarrollar nuevos productos para sustituirlos y
los gobiernos llegaron a acuerdos internacionales (Montreal, 1987; Londres, 1990 y
Copenhague 1992) para limitar la fabricación de esos productos dañinos para el ozono.
Otros hidrocarburos
En la atmósfera están presentes muchos otros hidrocarburos, principalmente
procedentes de fenómenos naturales, pero también originados por actividades humanas,
sobre todo las relacionadas con la extracción, el refino y el uso del petróleo y sus derivados.
Sus efectos sobre la salud son variables. Algunos no parece que causen ningún daño, pero
otros, en los lugares en los que están en concentraciones especialmente altas, afectan al
sistema respiratorio y podrían causar cáncer. Intervienen de forma importante en las
reacciones que originan el "smog" fotoquímico.
Oxidantes
Ozono (O3) (estratosférico y troposférico)
El ozono es la sustancia principal en este grupo, aunque también otros compuestos
actúan como oxidantes en la atmósfera.
El ozono, O3, es una molécula formada por átomos de oxígeno. Se diferencia del
oxígeno molecular normal en que este último es O2. El ozono es un gas de color azulado
que tiene un fuerte olor muy característico que se suele notar después de las descargas
eléctricas de las tormentas. De hecho, una de las maneras más eficaces de formar ozono a
partir de oxígeno, es sometiendo a este último a potentes descargas eléctricas. Es una
sustancia que cumple dos papeles totalmente distintos según se encuentre en la estratosfera
o en la troposfera.
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Ozono estratosférico
El que está en la estratosfera (de 10 a 50 km.) es imprescindible para que la vida se
mantenga en la superficie del planeta porque absorbe las letales radiaciones ultravioletas
que nos llegan del sol.
Ozono troposférico
El ozono que se encuentra en la troposfera, junto a la superficie de la Tierra, es un
importante contaminante secundario. El que se encuentra en la zona más cercana a la
superficie se forma por reacciones inducidas por la luz solar en las que participan,
principalmente, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos presentes en el aire. Es el
componente más dañino del smog fotoquímico y causa daños importantes a la salud,
cuando está en concentraciones altas, y frena el crecimiento de las plantas y los árboles.
3.2.3. DESCRIBIR LOS TRATAMIENTOS MÁS COMUNES PARA MANEJAR
LAS EMISIONES GASEOSAS.
Se realizan primero mediante el almacenamiento adecuado de los productos, de
acuerdo con la volatilidad. En lo que respecta a las emisiones gaseosas (humos)
procedentes de la combustión, se lleva a cabo mediante la utilización de combustibles bajo
contenido en azufre o de aditivo para la disminución de la emisión de partículas, entre otras
medidas. Así mismo hay sistemas de medición periódica de las emisiones (en forma de
gases a la atmosfera), con el fin de garantizar que se cumplan las especificaciones
medioambientales establecidas por las leyes.
3.2.3.1 Proceso de absorción
Basan su funcionamiento en el hecho de que los gases residuales están compuestos de
mezclas de sustancias en fase gaseosa, algunas de las cuales son solubles en fase líquida.
En el proceso de absorción de un gas, el efluente gaseoso que contiene el contaminante a
eliminar se pone en contacto con un líquido en el que el contaminante se disuelve. La
transferencia de materia se realiza por el contacto del gas con el líquido en lavadores
húmedos o en sistemas de absorción en seco.
3.2.3.2 Proceso de adsorción
Una alternativa a los sistemas de absorción por líquido lo constituye la adsorción de los
contaminantes sobre sólidos. En los procesos de adsorción los gases, vapores y líquidos se
retienen sobre una superficie sólida como consecuencia de reacciones químicas y/o fuerzas
superficiales. Se produce una difusión desde la masa gaseosa hasta la superficie externa del
sólido y de las moléculas del gas dentro de los poros de sólido seguida de la adsorción
propiamente dicha de las moléculas del gas en la superficie del sólido. Los sólidos más
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adecuados para la adsorción son los que presentan grandes relaciones superficie-volumen,
es decir, aquellos que tienen una elevada porosidad y área superficial para facilitar el
contacto sólido-gas: tierra de Fuller, bauxita, carbón activado, alúmina activada, tamices
moleculares, etc. Periódicamente, es necesaria la sustitución o regeneración del adsorbente
para que su actividad no descienda de determinados niveles.
3.2.3.3 Proceso de condensación:
Los contaminantes gaseosos son removidos por el cambio de fase a líquido y la
separación de esta fase del gas. La condensación es generalmente inducida enfriando la
corriente de gas. La eficiencia depende principalmente de la temperatura de rocío de la
mezcla. Pueden ser condensadores convencionalmente, refrigerados o criogénicos.
Frecuentemente utilizados para compuestos concentrados y capaces de ser reutilizados en el
proceso.
3.2.3.4 Proceso de combustión
La combustión constituye un proceso apropiado para la eliminación de compuestos
orgánicos transformándolos en dióxido de carbono y vapor de agua y también es válido
para determinadas sustancias inorgánicas. Tipos de combustión:
Espontánea: Cuando se trata de eliminar gran parte de los gases que son tóxicos que
tienen olores fétidos, la combustión ha de realizarse a alta temperatura y con tiempo de
retención controlado, por lo que el coste de combustible puede ser elevado.
Procesos catalíticos: Con el fin de realizar la combustión a temperaturas más bajas,
suele utilizarse la combustión en presencia de un catalizador, por lo general un metal de
transición depositado en una matriz de alúmina. Este tipo de combustión suele
emplearse en la eliminación de trazas de compuestos que contienen
fenoles, formaldehido, azufre, etc. Un problema que presenta la combustión catalítica es
la del envenenamiento del catalizador por algunas sustancias en forma de partículas
3.3. DESECHOS SÓLIDOS
3.3.1. CONCEPTO.
El concepto de desecho sólido es el que se aplica a todo tipo de residuo o desecho
que genera el ser humano a partir de su vida diaria y que tienen forma o estado sólido a
diferencia de los desechos líquidos o gaseosos.
Los desechos sólidos son los que ocupan un mayor porcentaje en el total de
desechos o residuos que el ser humano genera debido a que gran parte de lo que se
consume o se utiliza en la vida cotidiana deja desechos de este tipo. Además, son también
los que ocupan mayor espacio al no asimilarse al resto de la naturaleza y al permanecer
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muchos de ellos por años e incluso siglos en el terreno. Adicionalmente los desechos
sólidos industriales son parte de la recogida selectiva de residuos domésticos y similares y
cabe destacar que los términos y condiciones de tratamiento son los mismos. Estos residuos
no tienen agentes tóxicos o peligrosos y la manipulación o el almacenamiento no requieren
precauciones especiales.
3.3.2. CLASIFICAR Y EXPLICAR LOS DIFERENTES TIPOS DE DESECHOS
SÓLIDOS.
3.2.2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS DESECHOS SÓLIDOS
3.2.2.1.1 POR SU ORIGEN
El origen de los desechos sólidos lo determina el tipo de actividades que las
personas realizan. Por ejemplo, es evidente que los desechos que se producen en los
hogares son diferentes a los que resultan del trabajo en las fábricas así como también
aquellos desechos que se generan en áreas libres(parques, playas, autopistas, entre
otros), agropecuarias, comerciales por mencionar algunos.
La cantidad y características de los desechos sólidos de cada hogar dependen de
factores como:
Hábitos de consumo
Nivel económico
Ubicación geográfica
La época del año
3.2.2.1.2 POR SU COMPOSICIÓN Y TIEMPO QUE TARDAN EN
DESCOMPONER
Residuos orgánicos: son biodegradables (se descomponen naturalmente). Son
aquellos que tienen la característica de poder desintegrarse o degradarse
rápidamente, transformándose en otro tipo de materia orgánica. Ejemplo: los restos
de comida, frutas y verduras, sus cáscaras, carne, huevos, por mencionar algunos.
Residuos no orgánicos (o inorgánicos): son los que por sus características
químicas sufren una descomposición natural muy lenta. Muchos de ellos son de
origen natural pero no son biodegradables, por ejemplo los envases de plástico.
Generalmente se reciclan a través de métodos artificiales y mecánicos, como las
latas, vidrios, plásticos, gomas. En muchos casos es imposible su transformación o
reciclaje; otros, como las pilas, son peligrosos y contaminantes.
3.2.2.1.3 POR TIPO DE MANEJO
Se puede clasificar un residuo por presentar algunas características asociadas a
manejo que debe ser realizado de la siguiente forma:
Residuo peligroso: Son residuos que por su naturaleza son inherentemente
peligrosos de manejar y/o disponer, pueden causar muerte, enfermedad, son
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peligrosos para la salud o el medio ambiente cuando son manejados en forma
inapropiada.
Residuo Sólido Patógeno: residuo que por sus características y composición puede
ser reservorio o vehículo de infección a los seres humano.
Residuo Sólido Tóxico: residuo que por sus características físicas o químicas,
dependiendo de su concentración y tiempo de exposición, puede causar daño y aun
la muerte a los seres vivientes o puede provocar contaminación ambiental.
Residuo inerte: Residuo estable en el tiempo, el cual no producirá efectos
ambientales apreciables al interactuar en el medio ambiente.
Residuo no peligroso: Ninguno de los anteriores. Se considera un residuo sólido NO
PELIGROSO a aquellos provenientes de casas, sitios de servicio privado y público,
demoliciones y construcciones, establecimientos comerciales y de servicios que no tengan
efectos nocivos sobre la salud humana
3.3.2.2 TIPOS DE DESECHOS SÓLIDOS
Los desechos sólidos se pueden agrupar en las siguientes categorías importantes:
Los desechos sólidos domésticos, también llamados residuos sólidos urbanos, son
un tipo de residuo que incluye principalmente basura doméstica, provienen de las
actividades de cocina y limpieza que se realizan en los hogares, restaurantes, hoteles
entre otros. Estos desechos ya sean en estado sólido o en forma semisólida, en
general hacen referencia a los residuos que quedan procedentes de los hogares y que
contienen materiales que no se han separado o enviado para su reciclaje.
Los desechos sólidos domésticos a su vez pueden clasificarse de la siguiente
forma:
- Los desechos biodegradables: Los productos derivados de la alimentación y de
la cocina, residuos verdes, el papel (también puede ser reciclado).
- Material reciclable: papel, vidrio, botellas, latas, metales, algunos plásticos,
entre otros.
- Desechos inertes: Los materiales sobrantes del mundo de la construcción y la
demolición, suciedad, piedras, escombros.
- Desechos compuestos: Desechos de prendas de vestir, Tetra Pak, y los desechos
de plástico como juguetes.
- Desechos domésticos peligrosos (también llamados “residuos peligrosos
del hogar”) y los desechos tóxicos: Medicamentos, desechos electrónicos,
pinturas, productos químicos, bombillas, tubos fluorescentes, aerosoles,
fertilizantes y plaguicidas, baterías, betún de zapatos.
Desechos sólidos tóxicos: Pueden ser causa de varios efectos nocivos sobre la salud
de los seres humanos y otras especies de animales. En general, los desechos sólidos
tóxicos pueden deteriorar desde los suelos, pasando a la cadena alimenticia y acabar
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llegando, por supuesto, al hombre. Los desechos tóxicos pueden acelerar la
proliferación de las bacterias. Los compuestos órgano clorados son productos de
origen químico sintético que combinan partículas de cloro con moléculas orgánicas.
Este binomio tóxico de alta estabilidad, una vez liberado al medio ambiente puede
alcanzar distancias muy lejanas a las del origen de emisión, a través de las
corrientes marinas, o arrastradas por el aire. La particularidad de este tóxico es que
tarda varios años en biodegradarse y desaparecer, y que se acumula en el cuerpo
humano y en los cuerpos de los animales.
Desechos comerciales: Estos desechos provienen de locales comerciales, tiendas,
oficinas, almacenes, y tiendas por departamentos. Comprenden papel, cartones,
botellas, bienes dañados y desechados, y finalmente materiales orgánicos e
inorgánicos que muchas veces pueden ser peligrosos y reactivos ante ciertas
sustancias químicas.
Desechos sólidos industriales: Son parte de la recogida selectiva de residuos
domésticos y similares, pero los términos y condiciones de tratamiento son los
mismos, estos residuos no tienen agentes tóxicos o peligrosos y la manipulación o el
almacenamiento no requieren precauciones especiales. Generalmente los desechos
sólidos están constituidos por materiales como:
Madera
Papel y cartón
Metales
Plásticos
Vidrio
Caucho
Textiles/cuero
Desechos orgánicos
A su vez los desechos sólidos industriales se clasifican en:
- Residuos industriales sólidos Inertes
Residuos que no presentan efectos sobre el medio ambiente, pues su composición de
elementos contaminantes es mínima. Estos residuos presentan nula capacidad de
combustión, no tienen reactividad química y no migran del punto de disposición. Ejemplos:
escombros, baldosas, etcétera.
- Residuos industriales sólidos peligrosos
Son aquellos materiales sólidos, pastosos, líquidos y gaseosos contenidos en recipientes que
luego de un proceso de producción, transformación, utilización o consumo; su propietario
destina a su recuperación o al abandono.
Desechos sólidos hospitalarios: Los desechos de hospitales son a menudo muy
tóxicos ya que contienen materiales peligrosos e infecciosos. Han sido clasificados,
aparte de los desechos generales que provienen de las cocinas de los hospitales, en
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desechos infecciosos, desechos biológicos y objetos puntiagudos y afilados. El
manejo inadecuado de estos desechos, así como mezclarlos con los demás desechos
municipales y depositarlos en basureros abiertos o rellenos sanitarios inapropiados,
representa una seria amenaza ambiental y sanitaria para la población en general. La
eliminación de estos residuos es de una gran preocupación por parte del medio
ambiente, ya que muchos desechos médicos están clasificados como infecciosos o
peligrosos para la salud y podrían potencialmente llegar a la propagación de
enfermedades infecciosas
3.3.3. DESCRIBIR LOS TRATAMIENTOS MÁS COMUNES PARA EL MANEJO
DE DESECHOS
Para el tratamiento de los residuos sólidos se emplean principalmente los siguientes
métodos:
3.3.3.1 POR MÉTODO FÍSICO
Separación manual o mecanizada
Es muy empleada para la recuperación de papel, cartón, vidrio, metales y otros productos
que son sujetos de comercialización como materias primas para diversas industrias. La
separación manual se practica en las fuentes generadoras, en los camiones recolectores de
residuos sólidos y en los tiraderos de residuos sólidos que operan “a cielo abierto”. La
separación magnética se utiliza a nivel industrial para separar materiales ferrosos. En
Mérida, Yucatán y en la Ciudad de México existen plantas procesadoras de residuos con
separación mecanizada.
Compactación
Este método se utiliza principalmente en los rellenos sanitarios para el confinamiento
definitivo de los residuos. La compactación se hace con maquinaria pesada en rellenos que
disponen más de 40 toneladas por día. El grado de compactación optima en un relleno
sanitario es de 700-800 kg/ m3. Para ciudades de menos de 50.000 habitantes se puede
emplear equipos más sencillos o inclusive puede hacerse la compactación en forma manual.
La compactación también se utiliza en el sistema de recolección y transferencia de residuos
sólidos, con el objeto de bajar los costos en el transporte.
3.3.3.2 POR MÉTODO QUÍMICO
Compostificación
La compostificación consiste en la descomposición de la materia orgánica en presencia de
oxígeno (aire). Los principales productos del metabolismo biológico son dióxido de
carbono, agua y calor. Es la descomposición biológica de la materia orgánica en ausencia
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de oxígeno. Los productos en este caso son metano, dióxido de carbono y numerosos
compuestos intermedios tales como ácidos orgánicos de bajo peso molecular. La
compostificación libera significativamente menos energía por peso de materia
descompuesta. Además el potencial de desprendimiento de olores es mucho más alto a
causa de los productos intermedios. El objetivo de la compostificación es convertir la
materia orgánica putrescible a una forma estable y destruir los organismos patógenos
perjudiciales para el hombre.
Una variante de este proceso es el Vemicompostaje que consiste en producir
composta aprovechando la actividad metabólica de la lombriz roja de California. En la
actualidad existe experiencia en nuestro país.
Compostaje de desechos sólidos
Las materias que son de naturaleza orgánica, tales como el material vegetal, trozos
de alimentos, y productos de papel, pueden ser reciclados mediante el compostaje.
Mediante procesos biológicos de digestión se descomponen en materia orgánica. Este
material orgánico resultante es reciclado posteriormente como mantillo o compost y
destinado para la agricultura o la jardinería. Además, los residuos gaseosos obtenidos del
proceso (como el metano) pueden ser capturados y utilizados para la generación de
electricidad.
Existe una gran variedad de compostaje y de métodos de digestión, así como
diversas tecnologías a escala industrial. Los métodos de descomposición biológica se
dividen en dos tipos: aeróbico y anaeróbico. Aunque una mezcla entre los dos métodos
también existe.
3.3.3.3 MÉTODO TÉRMICO:
Incineración
La incineración es un método de eliminación que supone la combustión de los
materiales de desecho. Las instalaciones de incineración y otros tipos de sistemas de
tratamiento son a veces descritos como “tratamientos térmicos”. Las Incineradoras
convierten los desechos en calor, gas, vapor y ceniza. Las instalaciones de incineración se
llevan a cabo tanto a pequeña escala por parte de personas como a gran escala por parte de
las industrias. Se utilizan para eliminar desechos sólidos, desechos líquidos y gaseosos. Es
reconocido como un método práctico para la eliminación de determinados residuos
peligrosos (biológicos, tales como desechos médicos). La incineración es un método
polémico para la eliminación de desechos, debido a cuestiones tales como la emisión de
gases contaminantes. Este método es común en países como Japón, donde la tierra es más
escasa, ya que estas instalaciones en general, no requieren de mucho espacio como los
vertederos. La energía obtenida de los residuos es aplicada para las propias instalaciones
que queman los residuos en un horno o caldera para generar calor, vapor y / o electricidad.
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Esterilización
Existen tres métodos de esterilización entre los cuales están:
- Esterilización con calor: esterilización con calor húmedo
a) A libre presión
b) Bajo presión
- Esterilización con calor seco
- Esterilización con Químicos
A continuación se explicaran cada uno de los métodos de esterilización:
Esterilización con calor:
a) Esterilización con calor húmedo a libre presión: esta esterilización se realiza a
través de la exposición del material contaminado a bajas temperaturas, sin embargo
este método se considera no efectivo, debido a que no existe la muerte total de los
microorganismos. Es importante resaltar que los procesos de estirilización deben de
partir del siguiente principio: “Si no hay muerte total de todos los microorganismos
no hay esterilización”.
b) Esterilización en calor húmedo bajo presión: También llamada a vapor o
autoclave, es un método de desinfección, preferidos para ciertos materiales porosos
(textiles, gomas, plásticos), en donde se conozca o sospeche que puedan estar
contaminados con microorganismos patógenos. Según LA Rovere (1988) a través
de la utilización de éste método se asegura la completa desinfección del material o
desecho.
- Esterilización con calor seco: es un proceso empleado para la esterilización de
materiales que resisten altas temperaturas, tales como metal, talco, vidrio y
grasa. Produce a mediano y largo plazo desgaste de la película protectora del
material.
- Esterilización con Químicos: otro de los métodos recomendados para la
esterilización es la desinfección química, este tratamiento es el más apropiado
para residuos sólidos líquidos, sin embargo también puede ser empleado para el
tratamiento de residuos sólidos infecciosos. Para una desinfección química
efectiva, deben considerarse los siguientes aspectos: grado de contaminación,
cantidad del material proteico presente, espacio y cantidad de desinfectante.
3.3.3.4 AMBIENTALES:
Reciclaje
El proceso de extracción de recursos o el valor de los desechos es lo que suele
denominarse el reciclaje, en el sentido de recuperar o reutilizar el material. Hay una serie de
diferentes métodos por los cuales el material de desecho se recicla: las materias primas se
pueden extraer y reutilizarse, el contenido calorífico de los residuos puede ser convertido en
electricidad. En la mayoría de los países desarrollados se almacenan los materiales para la
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generalización y reutilización de materiales de la vida cotidiana, tales como los cascos
vacíos de las bebidas. Estos se recogen y clasifican en diferentes tipos de material, de modo
que las materias primas pueden ser reutilizadas en nuevos productos. El material para el
reciclaje puede ser recogido por separado a partir de los desechos utilizando los
contenedores apropiados y los vehículos de recogida.
Vertedero de desechos sólidos
Las operaciones en vertederos implican enterrar los desechos fuera de las zonas
habitadas por el ser humano. Y esto sigue siendo una práctica común en la mayoría de los
países. Los vertederos a menudo se establecen en lugares abandonados o no utilizados
como viejas canteras o minas. Adecuadamente diseñados y bien administrados los
vertederos pueden ser un sistema relativamente barato e higiénico de eliminar materiales
de desecho. Por lo contrario, los vertederos viejos, mal diseñados o mal gestionados pueden
crear una serie de efectos ambientales adversos, como el viento, la basura, la atracción de
parásitos, y la generación de líquidos lixiviados. Otro subproducto de los vertederos es el
gas (en su mayoría compuesto de metano y dióxido de carbono), que se produce como
residuo orgánico. Este gas puede crear problemas de olor, mata a la vegetación de la
superficie y es un gas de efecto invernadero.
Ecoparques
Los ecoparques son centros especializados en la recogida, selección y recuperación
de todos aquellos desechos que generamos en nuestros hogares, que no podemos reciclar en
ninguno de los contenedores que encontramos en nuestras ciudades. Estos ecoparques son
de acceso libre y gratuito, y en ellos encontramos diferentes contenedores para depositar
nuestros residuos separándolos correctamente para su posterior reciclaje.
Por norma general encontraremos contenedores comunes como los de plásticos,
papel y cartón, y vidrio, aunque también otros más específicos dedicados a depositar
baterías y pilas, escombros, muebles, medicamentos, electrodomésticos o aceites.
3.3.3.5 PROCESO BIOLÓGICO
Los más empleados son:
Oxidación:
Esta tecnología está basada principalmente en el uso de agentes oxidantes tales
como peróxido de hidrogeno, ozono o hipoclorito de calcio para oxidar la materia orgánica.
La oxidación de aire húmedo es un tratamiento que rompe enlaces presentes en los
compuestos orgánicos e inorgánicos oxidables se realiza en altas temperaturas y presiones y
se desarrolló originalmente para tratar lodos residuales.
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Polimerización:
Utiliza catalizadores para convertir monómeros o polímeros de bajo grado en
compuestos particulares de alto peso molecular que pueden encapsular en su matriz
diversos tipos de residuos.
3.3.4. ENUMERAR LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS DESECHOS
PELIGROSOS
El código CRETIB, es un sistema de clasificación para residuos peligrosos en base a
sus características. La Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente
(LGEEPA), define como materiales peligrosos a los: Elementos, sustancias, compuestos,
residuos o mezclas de ellos que, independientemente de su estado físico, representen un
riesgo para el ambiente, la salud o los recursos naturales, por sus características corrosivas,
reactivas, explosivas, tóxicas, inflamables o biológico-infecciosas.
De acuerdo a la NOM-052-SEMARNAT-2005, un material puede presentar una o varias
características que están definidas por el código CRETIB el cual significa:
C: corrosivo, Capacidad de un compuesto de disolver a otro. Se indica por el pH y
se identifica como una característica dentro de los residuos peligrosos ya que
residuos con un alto o bajo pH pueden reaccionar peligrosamente con otros residuos
o causar que contaminantes tóxicos migren de ciertos residuos. La corrosión del
acero es un indicador principal de residuos peligrosos en ese lugar.
R: reactivo, Característica para los residuos peligrosos, porque residuos inestables
pueden poseer un problema explosivo en alguna etapa dentro del ciclo de manejo de
residuos.
E: explosivo, Capacidad de las sustancias químicas que provocan una liberación
instantánea de presión, gas y calor a temperatura, ocasionado por un choque
repentino, presión o alta temperatura. De otra forma son aquellas que producen una
expansión repentina, por turbulencia, originada por la ignición de cierto volumen de
vapor inflamable, acompañado por ruido, junto con fuerzas físicas violentas capaces
de dañar seriamente las estructuras por la expansión rápida de los gases.
T: tóxico, Capacidad de una sustancia para producir daños en los tejidos vivos,
lesiones en el sistema nervioso central, enfermedad grave o en casos extremos la
muerte, cuando se ingiere, inhala o se absorbe a través de la piel.
I: inflamable, es la medida de la facilidad que presenta un gas, líquido o sólido para
encenderse y de la rapidez con que, una vez encendido, se diseminarán sus llamas.
Cuanto más rápida sea la ignición, más inflamable será el material. Los líquidos
inflamables no lo son por sí mismos, sino que lo son debido a que su vapor es
combustible.
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B: Biológico-Infeccioso, Un residuo es biológico- infeccioso cuando: el residuo
contiene bacterias, virus u otros microrganismos con capacidad de infección;
contiene toxinas producidas por microrganismos con capacidad de infección.
Sin embargo el rombo de seguridad para las sustancias peligrosas utilizado actualmente es
el siguiente:
ROMBO NFPA 704:
NFPA 704, es la norma estadounidense que explica el "diamante de materiales peligrosos"
establecido por la Asociación Nacional de Protección contra el Fuego, utilizado para
comunicar los riesgos de los materiales peligrosos. Es importante para ayudar a mantener el
uso seguro de productos químicos. Se emplea para el transporte de productos envasados y a
granel, y no para el almacenamiento estacionario como tanque de Crudo, Productos, entre
otros. La edición actual es la del año 2012.
Las cuatro divisiones tienen colores asociados con un significado. El azul hace referencia a
los peligros para la salud, el rojo indica la amenaza de inflamabilidad y el amarillo el
peligro por reactividad: es decir, la inestabilidad del producto. A estas tres divisiones se les
asigna un número de 0 (sin peligro) a 4 (peligro máximo). Por su parte, en la sección blanca
puede haber indicaciones especiales para algunos materiales, indicando que
son oxidantes, corrosivos, reactivos con agua o radiactivos. Los cuáles serán explicados a
continuación:
Color azul: Está indicado para los peligros para la salud
0. Materiales bajo, cuya exposición no existe peligro en caso de ingestión o inhalación
en dosis considerables, como el cloruro de sodio.
1. Materiales que causan irritación, pero solo daños residuales menores aún en
ausencia de tratamiento médico. Un ejemplo es la glicerina.
2. Materiales bajo, cuya exposición intensa o continua puede sufrirse incapacidad
temporal o posibles daños permanentes a menos que se dé tratamiento médico rápido,
como ejemplo: el cloroformo o la cafeína.
3. Materiales que bajo corta exposición pueden causar daños temporales o
permanentes, aunque se preste atención médica, como el hidróxido de potasio.
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4. Elemento que, con una muy corta exposición, puede causar la muerte o un daño
permanente, incluso en caso de atención médica inmediata. Por ejemplo, el cianuro de
hidrógeno.
Color Rojo: Indica la amenaza de inflamabilidad
0. Materiales que no se queman, como el agua o expuesto a una temperatura de 815° C
(1.500ºF) por más de 5 minutos.
1. Materiales que deben precalentarse antes de que ocurra la ignición, cuyo punto de
inflamabilidad es superior a 93°C (200°F).
2. Materiales que deben calentarse moderadamente o exponerse a temperaturas altas
antes de que ocurra la ignición, como el petrodiésel. Su punto de inflamabilidad oscila
entre 38°C (100°F) y 92°C (200°F).
3. Líquidos y sólidos que pueden encenderse en casi todas las condiciones de
temperatura ambiental, como la gasolina. Tienen un punto de inflamabilidad entre 24°C
(73°F) y 37°C (100°F).
4. Materiales que se vaporizan rápido o completamente a la temperatura a presión
atmosférica ambiental, o que se dispersan y se quemen fácilmente en el aire, como el
propano. Tienen un punto de inflamabilidad por debajo de 23°C (73°F).
Color Amarillo: Indica el peligro por reactividad.
0. Normalmente estable, incluso bajo exposición al fuego y no es reactivo con agua
(ejemplo, helio).
1. Normalmente estable, pero puede llegar a ser inestable en condiciones de
temperatura elevada (ejemplo, acetileno (etino)).
2. Experimenta cambio químico violento en condiciones de temperatura y presión
elevadas, reacciona violentamente con agua o puede formar mezclas explosivas con
agua (ejemplo, fósforo, compuestos del potasio, compuestos del sodio).
3. Capaz de detonar o descomponerse explosivamente pero requiere una fuente de
ignición, debe ser calentado bajo confinamiento antes de la ignición, reacciona
explosivamente con agua o detonará si recibe una descarga eléctrica (ejemplo, flúor)
4. Fácilmente capaz de detonar o descomponerse explosivamente en condiciones de
temperatura y presión normales (ejemplo, nitroglicerina, RDX)
Color Blanco: Indicaciones especiales, riesgos específico
El espacio blanco puede contener los siguientes símbolos:
'W', el cual nos indica que reacciona con agua de manera inusual o peligrosa, como
el cianuro de sodio o el sodio.
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'OX' o 'OXY', nos proporciona que es un oxidante, como el perclorato de
potasio o agua oxigenada.
'SA', indica que es un gas asfixiante simple, limitado para los gases:
hidrógeno, nitrógeno, helio, neón, argón, kriptón y xenón.
'COR' o 'CORR' , se refiere a que es corrosivo: ácido o base fuerte, como el ácido
sulfúrico o el hidróxido de potasio. Específicamente, con las letras 'ACID' se puede
indicar “ácido” y con 'ALK', “base”.
'BIO' o , hace referencia a riesgo biológico, por ejemplo, un virus.
'RAD' o : El material es radioactivo, como el plutonio.
'CRYO' o 'CYL': Criogénico, como el nitrógeno líquido.
'POI' : Producto venenoso, por ejemplo, el arsénico
Los símbolos: 'W', 'OX' y 'SA' se reconocen oficialmente por la norma NFPA 704, pero se
usan ocasionalmente símbolos con significados obvios como los señalados.
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