Arístides Sotomayor - Tecnologías limpias y medio ambiente en el sector industrial peruano

5.1 Evolución histórica de las emisiones

En su discurso inaugural del 20 de enero de 1960, el recién electo presidente norteamericano John F. Kennedy prometía llevar a su nación a nuevas fronteras de la ciencia y la tecnología. Con estas palabras, formulaba los principios que servirían de guía en aquellos años, cuando nada parecía imposible. La creencia de que todo era posible caracteriza al espíritu de la década de 1960: optimismo, crecimiento y desarrollo. Pero ya en 1972 los científicos del Club de Roma advierten en su informe Los límites del crecimiento de la destrucción de la Tierra debido a un crecimiento económico sin restricciones (Meadows, Randers y Behrens III, 1972). En la década de 1970, los países industrializados empezaron a introducir la protección al medio ambiente en la legislación y a desarrollar soluciones rápidas al problema de la contaminación, con métodos de limpieza al final del proceso o “al final del tubo” (en inglés, end-of-pipe ). En la década siguiente, se estableció una serie de prioridades conocidas como evitar, valorar y disponer, con el objeto de reducir el impacto ambiental de los residuos, efluentes y emisiones de los procesos industriales. Posteriormente, se amplió el concepto al propio producto, lo que consiste en reprocesar, reusar y garantizar su disposición final.

Entre las llamadas tecnologías end-of-pipe se encuentran la incineración de basura, el tratamiento de aguas residuales y emisiones gaseosas, así como el reciclaje fuera de la planta de producción. Se entiende por emisiones a la contaminación generada por el proceso o planta de producción en forma de contaminación del aire, ruido, luz y calor, entre otros. Las emisiones son transmitidas de la fuente o emisor (en inglés, source ) a través del agua, viento, luz y otros medios hacia el sumidero o receptor, y actúan en el medio ambiente y las personas afectando su calidad de vida. A este proceso se le conoce como inmisión. La figura 1.17ilustra el concepto de la cadena de emisión, transmisión e inmisión producida por las diferentes fuentes de contaminación. En los años sesenta y setenta, las emisiones de gases ocurrían a través de las chimeneas y las inmisiones se acumulaban en forma regional; su efecto directo fueron molestias para los habitantes y contaminación del medio ambiente local. La solución más simple a este problema fue utilizar chimeneas más altas (hasta 470 m en centrales térmicas), con la consecuencia de que las emisiones se distribuían en un área mayor (efecto de dilución) y era imposible realizar una trazabilidad al origen de la contaminación (muy importantes para emisiones de azufre y óxidos de nitrógeno). Las plantas con chimeneas altas eran consideradas solo como una solución aparente, pues no eliminaban el origen de la contaminación.

Figura 1.17

Cadena de proceso de emisión, transmisión e inmisión de gases

Elaboración propia

Los objetivos del tratamiento de emisiones se centran en la eliminación de sustancias nocivas (partículas, gases y aerosoles) por medio de métodos mecánicos, físicos o por transformaciones químicas. Frecuentemente se emplea una combinación de métodos muy diversos para cumplir con la estricta normativa vigente de los límites máximos permisibles (LMP). Los métodos de tratamiento se pueden clasificar en forma general del modo indicado a continuación, aunque debe observarse que los límites de esta clasificación no son estrictamente marcados y existe la combinación de más de un método:

• Separación de sólidos (polvos y material particulado)

• Separación de líquidos

• Separación de gases

• Depuración térmica

• Depuración biológica

Los polvos o material particulado (PM) se pueden clasificar en polvos gruesos (> 20 µm) y polvos finos (< 20 µm). En esta última categoría, son de especial importancia el material particulado menor a 10 µm (denominado PM10) y el menor a 2,5 µm (PM2,5), por los graves efectos que causan en la salud de las personas. Por ejemplo, en una gran ciudad del mundo industrializado como Berlín, la fracción fina PM10 del material particulado contiene un 37 % de compuestos de carbono (2/3 orgánicos, 1/3 inorgánicos), 32 % de sales, 20 % de óxidos metálicos (Al, Fe, Si, Ca, K, Na) y 11 % de otras sustancias. Los métodos de separación de material particulado se dividen según el tipo y tamaño de las partículas; en general, suele ocurrir que cuando más pequeñas sean las partículas, mayor será el costo de separación. La figura 1.18muestra el rango de partículas sólidas y aerosoles, así como los métodos de análisis y de separación, entre los cuales están las cámaras de sedimentación, los ciclones, los filtros, el lavado de gases y los precipitadores electrostáticos (electrofiltros).

Figura 1.18

Tamaño de partículas y rango de separación de sólidos y aerosoles

Elaboración propia a partir de Langermann (2014)

Un ciclón es un equipo de separación de partículas que consta de un cuerpo cilíndrico en la parte superior y una parte cónica inferior. La alimentación ingresa tangencialmente por la parte superior del cuerpo cilíndrico y genera un movimiento rotacional de la corriente, con la consecuente separación de las partículas debido a la fuerza centrífuga. Las partículas separadas son arrastradas con la corriente en un movimiento en espiral (de allí el nombre de ciclón) y se van acumulando en la punta de la sección cónica (vórtice o vortex ) a causa de la menor velocidad del gas, mientras que el gas limpio, con partículas muy finas, escapa por la parte central superior. La principal ventaja de este equipo es la separación continua de los polvos; sin embargo, solo permite apartar partículas de mayor tamaño y la temperatura de los gases en general no es muy alta. La figura 1.19ilustra un esquema del funcionamiento de un ciclón. Los ciclones también se pueden instalar en conjuntos radiales o lineales (multiciclón) y pueden tener en la entrada una cámara de separación en zigzag para las partículas más gruesas (véase la figura 1.20).

Figura 1.19

Esquema del sistema de funcionamiento de un ciclón

Elaboración propia a partir de Langermann (2014)

Figura 1.20

Esquema multiciclón y cámara de separación en zigzag

Elaboración propia a partir de EOI(2018)

El principio de funcionamiento de un filtro es el de hacer pasar la corriente de gases con partículas a través de un medio poroso (tela filtrante), cuyo tamaño de apertura debe ser menor que el de las partículas que van a ser separadas. La principal ventaja de estos equipos es la construcción relativamente simple y que se pueden emplear para altas temperaturas; en cambio, las desventajas son la operación discontinua, la caída de presión y la eficiencia, que se ve afectada por factores como la humedad y el crecimiento de la torta. Los filtros de gases pueden ser planos, pero la construcción más común es la de mangas cilíndricas (filtro de mangas). La figura 1.21muestra el sistema de funcionamiento y los detalles constructivos de un filtro de mangas.