ANALISIS TEORICO-PRACTICO DE LA EMISIÓN DE XILENO EN LA ...
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IQ-2007- II- 25 1 UNIV ERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAM ENTO DE INGENIERIA QUIM ICA ANALISIS TEORICO-PRACTICO DE LA EMISIÓN DE XILENO EN LA INDUSTRIA DE PRODUCTOS QUIMICOS / INPROQUIM. ANA CAMILA LÓP EZ SANCH EZ Trabajo para optar al titulo de Ingeniera Química ASE RO RES FELIPE SALCEDO MsC RUBEN ALBERTO FAJARDO MsC Bogotá, enero 2008
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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAM ENTO DE INGENIERIA QUIMICA
ANALISIS TEORICO-PRACTICO DE LA EMISIÓN DE XILENO EN LA INDUSTRIA DE PRODUCTOS QUIMICOS /
INPROQUIM.
ANA CAMILA LÓP EZ SANCHEZ
Trabajo para optar al titulo de Ingeniera Quím ica
ASERORES
FELIPE SALCEDO MsC
RUBEN ALBERTO FAJARDO MsC
Bogotá, enero 2008
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CONTENIDO
1. INTRODUCCION…………………………………………………………………..4
2. RESUMEN…………………………………………………………………………..5
3. OBJETIVOS DEL PROYECTO
3.1. GENERAL………………………………………………………………………6
3.2. ESPECIFICOS…………………………………………………………………6
4. CAPITULO 1. MARCO TEORICO
4.1. COMPUESTOS ORGANICOS VOLATILES
4.1.1. GENERALIDADES……………………………………………………..7
4.1.2. FUENTES ………………………………………………………………9
4.1.3. EFECTOS A LA SALUD Y EL MEDIO AMBIENTE……………….10
4.2. EMISION DE COMPUESTOS ORGANICOS VOLATIL ES A
CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO………………………………...12
4.3. LA EMPRESA: INPROQUIM ………………………………………………18
4.4. EL XILENO COMO COV OBJETO DE ESTUDIO………………………..22
4.4.1. PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS……………………………… .22
4.4.2. FUENTES Y POTENCIAL EXPOSICION………………………….23
4.4.3. RIESGOS PARA LA SALUD………………………………………...24
4.4.4. EMIS ION……………………………………………………………….25
4.5. NORMATIV IDAD: RESOLUCION 1208 DEL DEPARTAMENTO
ADMINISTRATIVO DEL MEDIO AMBIENTE (DAMA)…………………..28
5. CAPITULO 2. METODOS……………………………………………………… ..33
5.1. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL……………………………………..34
5.1.1. Metodología…………………………………………………………...34
5.1.1.1. Método TO 14A ……………………………………………....36
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5.1.2. Medidas de segur idad………………………………………………..42
5.1.3. Resultados…………………………………………………………….43
5.2. MODELO EMPIRICO BASADO EN PROCEDIMIENTO
EXPERIMENTAL
5.2.1. Descr ipción ……………………………………………………………46
5.2.2. Resultados…………………………………………………………….50
5.3. MODELO TEORICO
5.3.1. Descr ipción ……………………………………………………………52
5.3.2. Resultados…………………………………………………………….54
5.4. SIMULACION
5.4.1. Descr ipción ……………………………………………………………55
5.4.2. Resultados…………………………………………………………….58
6. CAPITULO 4. ANALISIS DE RESULTADOS
6.1. Emisión exper imental………………………………………………………..61
6.2. Emisión empírica……………………………………………………………..62
6.3. Emisión teórica……………………………………………………………….64
6.4. Emisión simulada…………………………………………………………….65
6.5. Comparac ión de resultados ………………………………………………..66
7. CAPITULO 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES…………………69
8. REFERENCIAS…………………………………………………………………...72
9. LISTA DE TABLAS……………………………………………………………….74
10. LISTA DE FIGURAS
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1. INTRODUCCION
El estudio de los Co mpuestos Orgánicos Volátiles / COV’s a las diferentes
condiciones de proceso, transporte y almacenamiento es de gran importancia
en el momento de implementar medidas de control efectivas. Para Lograr esto,
además de definir la fuente de emisión, es necesar io caracterizar la sustancia
que se está almacenando, a través de propiedades f ísico químicas , hojas de
segur idad y recomendaciones espec iales que deban tenerse en cuenta. Una
vez se obtiene esta informac ión, se sugiere seleccionar el modelo de emisión
que se ajuste al problema de es tudio, cuyos resultados serán comparados con
los datos exper imentales y con un simulador adecuado. Es te estudio espera
poder realizar una buena aprox imación al análisis de emisión del Compuesto Orgánico Volátil Xileno, teniendo en cuenta las sugerencias ya mencionadas,
para finalmente realizar una propuesta de manejo de este compuesto a la
empresa INPROQUIM con el objetivo de minimizar su emis ión a la atmósfera.
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2. RESUMEN
En este estudio se realizó un análisis de emisión del Compuesto Orgánico Volátil / COV xileno almacenado en los tanques de gran capac idad en
INPROQUIM. Para esto se aplicaron cuatro métodos que permitieron es timar
las emisiones anuales de este COV. Un método exper imental, un modelo
empírico y uno teór ico, además de una s imulación en un programa de softw are
fueron aplicados para lograrlo. Al final se realiza una comparación entre los
resultados obtenidos en los métodos y se propone una estrategia de manejo
para minimizar es tas emis iones. El estudio permitió observar que volúmenes de liquido mayores emiten menos que altos volúmenes, además dentro de las
estrategias de control suger idas, se propone implementar labores de
mantenimiento preventivo con el fin de que las condic iones del tanque se
mantengan en buen es tado, esto, con el fin de minimizar las emisiones de
xileno.
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3. OBJETIVOS
3.1. GENERAL
Realizar un anális is teór ico-práctico de la emisión del Compuesto Orgánico
Volátil de mayor interés en la Industria de Productos Químicos /
INPROQUIM para poster ior propuesta de manejo.
3.2. ESPECIFICOS
1. Realizar una revis ión teór ica de las generalidades de los COV´s y de los
modelos ex istentes para estimar su emisión.
2. Determinar la fuente de emis ión más importante en las instalac iones de
la Industr ia de Productos Químicos / INPROQUIM.
3. Determinar el COV objeto de estudio.
4. Seleccionar un modelo teórico cuyos resultados se ajusten a lo requerido
en es te análisis.
5. Realizar medic iones que permitan cuantificar la emisión del COV objeto
de es tudio en la empresa.
6. Simular las condic iones de operación en una herramienta de softw are
diseñado para este propósito.
7. Analizar y comparar los resultados obtenidos .
8. Proponer una estrategia de manejo de emis ión a la empresa
INPROQUIM.
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4. CAPITULO 1. MARCO TEORICO
4.1. COMPUESTOS ORGANICOS VOLATILES
4.1.1. GENERALIDADES
Compuestos Orgánicos Volátiles , son compuestos líquidos o sólidos que
contienen carbono orgánico que se vapor iza con fac ilidad. Por ejemplo la norma
europea define los COVs como: “cualquier compuesto orgánico que tenga un
punto de ebullic ión inicial menor igual a 250°C a una presión estándar de 101,3
kPa;” (Diario ofic ial de la Unión Europea, 2004). Aunque existen varias
definiciones para estos, para el presente caso de estudio se tomará como
referenc ia la siguiente “Los COV´s definidos como compuestos cuyas
pres iones de vapor a temperatura ambiente son mayores a 0.01psia
(0.0007atm) y cuyos puntos de ebullic ión atmosféricos se encuentran por
encima de los 500ºF (260ºC), dentro de estas caracter ísticas se encuentran la
gran mayor ía de los compuestos orgánicos con menos de 12 átomos de
carbono” . (De Nevers, 1982) En un gran número de oportunidades los
hidrocarburos también son llamados COV`s , esta relación no es correc ta para
todos los casos pero si aplica para un gran numero de compuestos, ya que
estr ictamente hablando los hidrocarburos contienen átomos de Hidrogeno y
carbono
Los COV´s están catalogados como los segundos contaminantes más diversos
y significativos después del mater ial particulado. Por esta razón, es pos ible
encontrar dentro de es te grupo de contaminantes compuestos tóx icos y
cancerígenos como el benceno. Vale la pena ac larar que no todos los COV`s
son tóxicos, la razón por la cual merecen atención es por su par ticipación en la
reacc ión del “smog”:
)1.1.1.4(322 ONOLuzOHCNO +→+++
La razón por la cual es tas reacc iones son tan peligrosas, es por que este ozono
se produce a nivel del suelo, por lo que hombres, animales y plantas estamos
expuestos a respirar lo. En países con estaciones ex isten grandes redes de
monitoreo, ya que en la época de verano por la gran cantidad de radiación se
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disparan los picos de ozono aumentando la cantidad de personas afectadas por
enfermedades respiratorias.
Además de lo anter ior, muchos compuestos pertenecientes a los COV`s son
fuertes absorbedores del infrarrojo lo que contr ibuye específicamente al
calentamiento global.
Se estima que el estudio de la contaminac ión del aire tiene sus inicios en el año
de 1945, luego de que las empresas emergentes de 1930 asociaran las
grandes chimeneas de humo provenientes de sus procesos como s ímbolo de
prosperidad, al punto de inc luir estas imágenes en los s ímbolos oficiales.
En el año de 1945 los esfuerzos por controlar la contaminac ión del aire fueron
encaminados a mitigar los efectos que las grandes fábr icas causaban a sus
vecinos. Poster iormente entre 1945 y 1969 los gobiernos empiezan a tener en
cuenta la importancia de controlar la calidad del aire, hasta que en la década de
los 70`s se empiezan a establecer legislac iones relacionadas con la prohibición
de emis iones y las negac ión de licencias de func ionamiento a aquellas
industrias que no cumplieran con los requisitos es tablec idos en la ley . Como
ejemplo de lo anter ior se puede mostrar el Acto de Aire Limpio (Clean Air Act )
en el cual se establecen limitantes de emis ión y planes de acc ión para áreas
espec ificas de los Estados Unidos.
Como producto a es ta nueva preocupación por la calidad del aire se inic iaron
investigaciones y modelos que permitieran identificar y caracterizar fuentes de
emis ión. De estos estudios se han podido identificar dos c lases de fuentes:
Aquellas que producen emisiones por procesos antropogénicos y las que
generan emisiones por procesos biogénicos.
Las primeras están relacionadas con activ idades como: combustión incompleta,
empleo de disolventes, emis iones a condiciones de almacenamiento, gases de
chimenea, agricultura y tratamiento de refinado de hidrocarburos entre otros.
Mientras que las segundas, corresponden a procesos naturales como
emis iones de plantas, incendios forestales, procesos anaerobios,
descompos ición de material orgánico, etc.
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4.1.2. FUENTES
A través de los años, se han identificado diferentes fuentes de emis ión de COV´s, las cuales han sido divididas en dos clases: Aquellas que producen
emis iones por procesos antropogénicos y las que generan emis iones por
procesos biogénicos. Los primeros están relacionados con actividades como:
combustión incompleta, empleo de disolventes , emis iones a condiciones de
almacenamiento, gases de chimenea, agr icultura y tratamiento de refinado de
hidrocarburos entre otros . Los segundos, corresponden a procesos naturales
como emis iones de plantas, incendios forestales, procesos anaerobios, descompos ición de material orgánico entre otras, por lo que toman el nombre
de COVB´s (Compuestos Orgánicos Volátiles Biogénicos).
Estos compuestos biogénicos, han sido estudiados y aun no ex iste una teor ía
clara acerca de su función. Una de las teorías es la propuesta por Peñuelas en
su publicac ión “Emisiones biogénicas de COVs y cambio global ¿Se defienden
las plantas contra el cambio climático?” en donde se afirma que estos COVB́ s
se producen al aumentar la temperatura externa en respuesta al incremento de
la temperatura del planeta como consecuenc ia del calentamiento global con el
objetivo de proteger las membranas de las plantas.
Como referencia de la magnitud de la importanc ia de los COV´s es pertinente
menc ionar que para el año 2006 la contr ibuc ión de los COV´s a la
contaminac ión atmosfér ica específ icamente en el caso de Estados Unidos
durante el año de 1998 fue de 14% (Ming- HoYu, 2005). Claro esta, que los
Compuestos orgánicos volátiles están div ididos en var ios grupos dependiendo
de las caracter ísticas de las especies como se muestra en la Tabla 1.
GRUPO DE
COV
EJ EMPLOS
Alifáticos Pentano, hexano, heptano, cic lohexano, octano,
nonano, dodecano, 2,4-dimetilhexano
Hidrocarburos
Aromáticos
Benceno, dietilbenceno, trimetilbencenos, tolueno,
xilenos, naftalenos, estireno
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Hidrocarburos
Halogenados
Cloroformo, dic lorometano, tricloroetileno,
tetracloroetileno,diclobencenos
Alcoholes 2-Butilalcohol, 1-dodecanol
Aldehídos Decanal, nonadal
Esteres Acetato de etilo
Tabla 1: Ejemplos de COV´s (Ming-HoYu, 2005)
Los hidrocarburos del petróleo corresponden a unos de los COV´s más
estudiados por su gran uso y complejidad ya que las caracter ís ticas de cada
uno de estos no solo dependerá de las propiedades físicas sino también de las
carac ter ísticas geológicas y geográficas del crudo del cual provienen. Los
hidrocarburos del petróleo se encuentran div ididos en tres grupos dependiendo
de su estructura química: alcanos, alquenos y aromáticos . Estos compuestos
son una de las fuentes de mayor impacto en el ambiente, ya que el manejo,
procesamiento, transporte, almacenamiento y uso involucra pérdidas
cons iderables por su alta volatilidad. Esta es la razón por la que contaminan el
agua a nivel superficial, las áreas costeras y la atmósfera (vale la pena recordar
que uno de los mayores inconvenientes de estos COV´s es su alta pers istencia
en el ambiente). La perforac ión, eliminación, procesamiento, transporte,
almacenamiento y uso de los hidrocarburos del petróleo implica emisiones de
COV´s. Las estructuras específicas y las mezclas de estas tres clases de
hidrocarburos del petróleo determinan propiedades químicas como su
solubilidad y volatilidad
4.1.3. EFECTOS A LA SALUD Y EL MEDIO AMBIENTE
Estos efec tos es tán directamente asociados a las propiedades de estos
compuestos. Los COV´s son volátiles, por lo que son de fácil inhalación y
pueden causar desde problemas respiratorios agudos, hasta daños cerebrales.
Dado que muchos de estos compuestos son cancerigenos, pueden causar
infer tilidad o malformaciones en los fetos. Dentro de los cancerigenos, según la
Organización Mundial de la Salud se encuentran el benceno y el 1,3 butadieno,
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y los hidrocarburos polic íclicos . Es tos últimos clasificados como mutagénicos
también.
Otra de las caracterís ticas que hace de los COV´s riesgosos para la salud es su
solubilidad en la grasa, ya que una vez entran al organismo se acumulan en la
grasa del cuerpo y, como no se descomponen con fac ilidad, res iden en el
cuerpo por largos per iodos de tiempo. Además, en su gran mayor ía son tóx icos,
aumentando as í los r iesgos a la salud humana.
En cuanto los efectos nocivos para el medio ambiente son var ias las
investigaciones que se han realizado. En general, se menciona que los COV´s
son potenc iales destructores de la capa de ozono, ya que por su volatilidad y
estabilidad suben y permanecen en la atmósfera por largos periodos de tiempo
y que además por su capacidad para absorber radiac ión, son capaces de
modificar la dis tribución de otros gases promov iendo as í este efecto. Por lo
anter ior, pueden formar ozono troposférico, que es un Gas de Ef ecto
Invernadero (GEI) 2000 veces mas potente que el CO2.
Además de los efectos anteriormente mencionados existe un efecto que no solo
compromete la salud del hombre sino la animales y plantas y es la formación de
ozono troposfér ico, que se diferenc ia del atmosférico por su toxic idad y por que
se mantiene al nivel del suelo. Este ozono es producto de la reacción de COV´s,
luz y óxidos de nitrógeno que además de afec tar la salud humana ejerce un
efecto fitotóx ico sobre los cultivos.
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4.2. EMISION DE COMPUESTOS ORGANICOS VOLATILES A
CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO Como fue menc ionado anter iormente las emisiones de COV´s pueden provenir
de diferentes fuentes , pero para el caso específico del presente estudio, se
analizarán estas emis iones a condiciones de almacenamiento. A continuación
se presentan los tipos de tanques para líquidos orgánicos establecidos por la
norma AP-42 de la Agencia de Protección ambiental de los Estados Unidos /
EPA.
Son muchas las aplicac iones e industrias en las cuales se pueden encontrar
recipientes que contengan COV´s, o sustancias que emitan estos compuestos;
la industr ia petrolera y de productos químicos, refinerías y otras que contengan
o manejen líquidos orgánicos.
En la industria del petróleo estos líquidos orgánicos son llamados “Líquidos de
petróleo” y generalmente son mezc las de hidrocarburos con presiones de
vapor diferentes. En cuanto a los líquidos orgánicos en la industria química
usualmente son llamados líquidos orgánicos volátiles y están compuestos de
químicos puros o por mezclas de estos con presiones de vapor similares
(contrar io a los de la primera aplicac ión menc ionada) como por ejemplo una
mezcla de isopropil y alcoholes butílicos.
De acuerdo a la norma AP-42 de la EPA, ex isten seis diseños bás icos de
tanques para el almacenamiento de COV´s:
1. Tanque de techo fijo (vertical y hor izontal)
2. Tanque de techo externo flotante
3. Tanque de techo interno flotante
4. Tanque de techo flotante con domo externo
5. Tanque con espacio var iable de vapor
6. Tanque a pres ión var iable
Tanque de techo fijo: Se muestra en la figura 1 y consiste en una concha
cilíndr ica en acero. La mayor parte de las pérdidas por evaporac ión en este
tanque están dadas por cambios en la temperatura, la pres ión y el nivel del
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líquido. Los tanques de techo fijo pueden estar orientados horizontal o
verticalmente y estar o no enterrados. Por lo general, el mater ial del que esta compuesto el tanque hor izontal es acero puro o acero con un recubrimiento en
fibra de v idrio, o en poliéster reforzado con fibra de v idrio.
Este tipo de tanques se utiliza para almacenar pequeñas cantidades de líquido,
no más de 40.000 galones, y para asegurar la integridad estructural del tanque
la altura no debe sobrepasar seis veces la longitud del diámetro.
Figur a1: Tanque de techo f ijo, (EPAa, 2006)
El potencial de emisión para los tanques hor izontales ubicados por enc ima del
suelo es el mismo que para los verticales. Para el caso en el que están por
debajo de la superfic ie, las emis iones estarán asoc iadas pr incipalmente con los
cambios en el nivel del líquido dentro del tanque. Los cambios en la
temperatura ambiente o en la pres ión barométr ica no son significativos, ya que
la tierra mantiene la temperatura y evita la perdida de pres ión.
En los tanques de techo fijo, los dos tipos de emisiones más importantes se
dan por pérdidas en el almacenamiento y en el manejo. Las pr imeras se
refieren a la emanac ión de vapores del tanque mediante la expans ión y la
contracc ión del mismo, lo que responde a los cambios del nivel del líquido.
Las emisiones relac ionadas con el manejo, se refieren a las pérdidas
ocas ionadas por el proceso de llenado y vac iado del tanque. La evaporación en
el proceso de llenado es el resultado de un incremento controlado en el nivel del
líquido en el tanque; al aumentar el nivel del líquido, la presión hidros tática al
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inter ior del tanque aumentará y los vapores se escaparán de este. Las perdidas
por evaporación en el proceso de vaciado ocurren cuando el aire entra al tanque, ya que es te se saturará de vapores orgánicos.
Las emisiones en este tipo de tanques var ían en func ión de las siguientes
variables: la capac idad del contenedor, las pres iones de vapor de los líquidos
almacenados, el manejo del tanque y las condiciones a las cuales esté
expuesto.
Tanque de techo externo flotante: Este tipo de tanque se muestra en la Figura 2
y esta compuesto de una concha cilíndr ica con un techo que flota sobre la
superfic ie del líquido, y cons iste en una cubierta ajustado a un sis tema de sello
por anillo.
Figur a2: Tanque de techo e xterno flotante, (EPAa, 2006)
La razón princ ipal por la cual se quiere que el techo es te siempre sobre la
superfic ie es que se reduzcan las pérdidas por evaporación del líquido
almacenado. Por esta razón, las mayores emisiones en este rec ipiente se dan
por la tolerancia que queda entre el cuerpo del tanque y la cubier ta; este
espac io es el que le permite a la cubier ta desplazarse en la medida en la que el
liquido sube y baja de nivel.
Tanque de techo interno fl otante: Se muestra en la figura 3 y como se puede
ver, esta compuesto tanto de un techo fijo como de un techo interno flotante;
existen dos clases de tanques de este tipo: Tanques en los que el techo esta
sujetado por columnas verticales ubicadas en el interior , y tanques con un
sistema de autosopor te que no tienen estas columnas, el segundo caso es muy
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usual en recipientes que alguna vez fueron de techo externo y que fueron
convertidos a interno.
Figur a 3: Tanque de techo interno flotante, (EPAa, 2006)
La cubier ta en estos tanques sube y baja con el nivel del liquido y puede estar
en contacto directo con este (cubierta de contacto) o a unas cuantas pulgadas
por enc ima (cubier ta de no contacto).
Las cubiertas de contacto pueden tener las s iguientes configuraciones: [1]
paneles paralelos de aluminio sujetos con pernos con una estructura de panal
de aluminio en contacto con el líquido. [2] cubiertas de acero flotando en
contacto con el líquido [3] Poliéster reforzado con fibra de vidr io y recubierto en
resina, con paneles boyantes que flotan en contacto con el líquido. La mayor ía
de las cubiertas flotantes internas que se encuentran en servic io son los
paneles paralelos de aluminio o de acero. La mayoría de los techos flotantes
internos de aluminio func ionan con cubier ta de no contacto.
Tanque de techo flotante con domo externo: El tanque con domo ex terno o
“cubierto” tiene el tipo de cubierta más pesada de todos los de techo flotante.
Este se muestra en la Figura 4 donde se puede observar que tiene un domo fijo
en la parte super ior , el que generalmente es una estructura de aluminio
autosoportada. La función pr incipal del domo no es bloquear el vapor sino el
proteger el contenido del rec ipiente de las corrientes de viento.
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Figura 4: Tanque de te cho flotante con domo externo, (EPAa, 2006)
Este tipo de tanque, al igual que el de techo flotante interno, tiene un
mecanismo de ventilac ión a través de un ducto ubicado en la par te más elevada
del domo. Suponiendo el caso en el que la cubierta flotante fuera reemplazada
este seria considerado como un tanque de techo interno flotante
Tanque con espacio variable de vapor: Estos tanques están dispuestos con
reservor ios de vapor expandibles que adaptan el volumen del vapor a las
variac iones causadas por los cambios de temperatura y de presión barométr ica.
Los dos tipos más comunes son: [1] techo levadizo y [2] Tanques de diafragma
flexible, los segundos usan membranas que permiten que el vapor se expanda.
Las pérdidas que pueden suceder en este tanque ocurren en el proceso de
llenado al igual que cuando la capac idad de vapor es excedida.
Tanque a presión variable: Exis ten dos clases de tanques a presión variable: los
de bajas presiones (2.5-15) psi y los de presiones altas (mayores a 15 psi).
Este tipo de tanques son empleados en casos donde las pres iones de vapor de
líquidos y gases a almacenar son altas. La forma y el tamaño dependerán de la
aplicación específ ica. Los tanques presur izados están equipados con una
válvula de presión / vac ío que evita perdidas por ebullición y por pos ibles
cambios de temperatura y pres ión. En los tanques a alta pres ión, se supone
que no hay pérdidas por evaporac ión, mientras que en los de baja no se puede
hacer esta suposic ión dado que hay pérdidas en el proceso de llenado. Hasta el
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momento, no se ha desarrollado una correlación apropiada capaz de estimar las
pérdidas de vapor en los tanques presurizados.
Las emisiones de los tanques de techo flotante mencionados se pueden
descr ibir de manera generalizada. El total de emisiones en es te tipo de tanques
es la sumator ia de todas las pérdidas producto del almacenamiento, ya que la
mayoría de estas ocurre cuando el nivel del líquido disminuye.
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4.3. LA EM PRESA INPROQUIM
La industria de Productos Químicos es una empresa colombiana que fue fundada en 1985 en la Ciudad de Medellín y ac tualmente cuenta con oficinas y
bodegas en Bogotá, Barranquilla y Cali. La empresa esta dedicada a la
distribución de productos químicos y al reacondicionamiento y venta de material
de empaque y productos químicos, lo que les permite brindar nuevos servic ios y
pres tar asesor ías en manejo de res iduos a sus clientes . Los pr inc ipales clientes
de INPROQUIM son las industrias de: pintura, tintas, alimentos, adhes ivos,
cueros, tex til, química, automotriz, lubr icante, petroquímicos, madera, tratamiento de agua, espumas, papel, plástico, y ar tes gráficas, entre otras.
La empresa cuenta con dos unidades de negocio que son: La unidad
estratégica de distr ibución de productos químicos y la Planta de
reacondicionamiento de productos químicos. La primera se dedica a distr ibuir
productos químicos a la industr ia bajo un estricto control de calidad, ya que para
asegurar la calidad de las materias pr imas de los proveedores, de los productos
que comercializan y empacan, realizan análisis en el laboratorio de muestras
significativas durante todo el proceso. Además, si el proveedor lo solicita, se le
entrega un certificado de análisis de cada producto. En cuanto la segunda,
INPROQUIM es líder en la venta y el reacondicionamiento de tambores
metálicos y plásticos , lo que la posiciona como una empresa ambientalmente
responsable, ya que minimiza el impacto ambiental por medio de la reducción
de residuos y el manejo adecuado de desechos peligrosos. Actualmente, INPROQUIM tiene una capac idad de almacenamiento de producto de 1200
toneladas mensuales entre las que se encuentran 300 referencias , que son
almacenadas en diferentes presentac iones; aceites, ác idos , acrilatos, acetatos,
alcoholes, disolventes hidrocarburos y c lorados son algunos de los productos
que distr ibuyen.
Conc ientes de su responsabilidad ambiental, en el año 2007, la empresa
decidió realizar un proyecto enfocado a conocer las emis iones que el almacenamiento de sus productos en tanques de gran capacidad estar ía
generando. Es as í como el presente trabajo de grado hace par te de este
proyecto.
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Los tanques objeto de este estudio tienen la capac idad de almacenar un
promedio de 44 toneladas dependiendo del tipo de solvente ( Imagen 1).
Im agen 1: tanques de gr an capacidad INPROQUIM
En la Tabla 2 se muestran los productos almacenados en estos y su
movimiento.
PRODUCTO MOVIMIENTO
(tn / mes)
Xileno 60-70
Tolueno 30-40
Metanol 60
Etanol 30-40
Acetato de propilo 35
Tabla 2: Productos almacenados en tanques de gran capacidad
Los tanques objeto de es tudio conforman un grupo de 21 contenedores en los
que se almacenan mater ias primas que serán posteriormente comercializadas.
Estos corresponden al primer tipo de tanque descr ito por la norma AP42 de la
EPA, Tanque de techo fijo (vertical y horizontal). Estos tanques fueron
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construidos de acuerdo a los estándares consignados en la norma API-650, la
cual especifica: mater iales, dimensiones, volumen, densidad y peso para cada uno de los tanques. En cuanto al mantenimiento, mensualmente son
monitoreados y cada 5 años los tanques son sometidos a un monitoreo
exhaustivo; en este se hace un estudio completo de las condiciones que inc luye
la rev isión de cada uno de los anillos , ya que cada uno de estos debe tener el
calibre para el que fueron diseñados.
Ahora bien, teniendo en cuenta que son varios los compuestos almacenados en
los tanques de gran capac idad y que por razones de alcance del presente
proyecto de grado no es posible analizar las emisiones de todos los productos,
se hará el estudio para el COV más significativo. Para selecc ionar lo se
definieron dos criter ios: Propiedades fisicoquímicas y volumen de almacenamiento y movimiento.
Propiedades fis ico-químicas : Las propiedades más relevantes para los
productos almacenados en los tanques de gran capac idad (Tabla 2), se
presentan en la Tabla 3.
PRODUCTO INFLAMABLE TÓXICO VELOCIDAD DE EVAPORACIÓN
(Butil acetato=1)
PRESION DE VAPOR
(mmHg)
Xileno Si Si 0.7 6 a 20°C
Tolueno Si Si 2.1 28 a 25°C
Metanol Si Si - 92 a 20°C
Etanol Si No - 92 a 20°C
Acetato de propilo
Si No - 59.2 a 25°C
Tabla 3: Propiedades productos almacenados, (INPROQUIMa, 2000)
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Observando las caracter ísticas, el primer cr iterio de selección ser ia la
toxicidad, por lo que el estudio del etanol y el acetato de propilo quedan descartados, luego se procede a observar el volumen de almacenamiento:
Volumen de almacenamiento y movimiento: Teniendo en cuenta que a
mayor cantidad de producto almacenado y movimiento, mayor será la
emis ión, se observó la tabla del movimiento de los productos y el de
mayor rotac ión es el x ileno.
El último de los cr iterios definidos fue que la prueba para el anális is del COV de
interés estuviera montada en el equipo a utilizar. Por lo que una vez más el
xileno es el elegido. Definido el COV objeto de estudio se procede a realizar un
anális is de la emis ión de este producto a las condic iones de almacenamiento de
la empresa. Para posteriormente proponer una estrategia de manejo que
minimice es tas emisiones (Capitulo 5).
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22
4.4. EL XILENO COM O COV DE ESTUDIO
El Xileno es un compuesto aromático ampliamente utilizado como solvente en la fabricac ión de pinturas. Por su alta solvenc ia, puede reemplazar al tolueno,
según la aplicación. En la industr ia del petróleo es empleado para mejorar el
número de octano en la gasolina y también es usado en la industria de los
polímeros como mater ia pr ima. Generalmente cuando se habla de una mezcla
de x ileno se está haciendo referencia a una mezcla de sus isómeros,
compuestos que presentan la misma fórmula molecular pero diferente formula
estructural. Meta-xileno (m-xileno), para-x ileno (p-xileno), orto-xileno (o-xileno), son los tres isómeros de este solvente y típicamente se encuentran distr ibuidos
en una mezcla de la s iguiente manera: (m-xileno) entre 40% y 65%, para-xileno,
(p-xileno) más del 20% y (o-x ileno) 20%.
4.4.1. PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS
Las propiedades del Xileno se encuentran listadas a continuac ión en la tabla 4.
CARACTERISTICA DESCRIPCION
Inflamable Si
Oxidante No
Corrosivo No
Explosivo No
Tox ico Si
Asfixiante No
Irritante Si
Radiactivo no
Apar ienc ia y color Liquido incoloro, volátil de olor agradable
Solubilidad en agua (% peso) Ninguna, soluble en
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solventes orgánicos
Veloc idad de evaporac ión (Butil
acetato=1)
0.7
Punto de ebullic ión 137 °C
Presión de vapor 6 mmHg a 20°C
Gravedad específica 0.86
Punto de congelac ión -48°C
Dens idad del vapor ( aire=1) 37
Tabla 4: Propiedades físico quím icas del Xileno, (EPAe, 1995)
En cuanto la reactividad su ficha técnica menc iona que no es estable, y que
puede formar mezclas explosivas con el aire, en lo posible debe mantenerse
alejado de fuentes de calor y de ignición. Es incompatible con los agentes
oxidantes y su degradación térmica-oxidativa puede producir gases y vapores
tóxicos.
4.4.2. FUENTES Y POTENCIAL EXPOSICION
Teniendo en cuenta que el xileno se encuentra catalogado como Compuesto
Orgánico Volátil, es posible detectarlo en el aire, la lluv ia, el suelo, la superficie
del agua, sedimentos y en los organismos acuáticos . Por sus caracterís ticas
solventes es fácil de encontrar en el aire al interior de lugares en los que se hace uso de pinturas y ambientadores, como los son las casas y las oficinas. La
Agencia para Sustancias Tox icas y Enfermedades registradas del
Departamento de Salud y Servic ios humanos de Atlanta (ATSDR) registró
concentraciones para el m-xileno y p-xileno de 0.010 a 0.047 mg / m3 en estos
lugares, concentraciones que podr ían ser consideradas como bajas si se tiene
como referenc ia que el rango de concentración registrado por la misma agencia
para las zonas urbanas en Estados Unidos es de 0.003 a 0.38 mg / m3. En el
mismo estudio, se reportaron trazas de es te solvente en el agua dispuesta para
consumo humano entre un rango de 0.2 a 0.99 µg / L, concentración que no
representa mayor r iesgo a la salud. (EPAe, 1995)
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4.4.3. RIESGOS PARA LA SALUD
La razón pr incipal por la cual es cons iderado como r iesgoso para la salud, es
por su volatilidad, ya que esta propiedad le permite fác ilmente comprometer la
salud humana. La inhalac ión de es te compuesto puede causar disnea e
irritac ión en las vías respirator ias, además de nauseas vomito y dolor
abdominal. En cuanto los efec tos crónicos, el estudio realizado por la ASTDR
menc iona que la expos ición constante produce efec tos neurológicos
permanentes como dolores de cabeza, mareo, fatiga, temblor, falta de
coordinación, ansiedad, pérdida de la me moria a corto plazo y dificultad para
concentrarse.
Como es común, luego de varias investigaciones se encuentra una cantidad de
sustanc ia toxica de referenc ia la cual no debe sobrepasarse para evitar efectos
a la salud humana. Para el caso del Xileno, la Agenc ia de Protecc ión Ambiental
de los Estados Unidos / EPA propone que la dos is de referencia (RD) para una
mezcla de xilenos debe ser de 2 mg / KgPeso /día, lo que quiere dec ir que esta
es la máxima cantidad de exposic ión permitida antes de que daños crónicos
aprec iables , se manifiesten en el organismo. Si se aumenta la exposición por
encima de la dos is de referenc ia, el r iesgo potenc ial de efectos adversos a la
salud humana también aumenta. Por su parte la ATSDR (menc ionada
anter iormente) calculó el nivel mínimo de r iesgo por inhalac ión (MRL) para el
xileno como 0.4 mg / m3 estudio que se basó en el anális is neurológico de
trabajadores que se exponen crónicamente a este compuesto.
Otros de los estudios que se han realizado se encuentran relacionados con los
efectos nocivos que puede causar es te compuesto a la salud reproductiva. La
ATSDR en el documento “Perfil tox icológico de los xilenos” afirma que se
aumentan los abortos espontáneos en mujeres cuyos esposos se encuentran trabajando con este solvente, además se comprobó que la sobre expos ición de
estos hombres producía también malformaciones en los fetos tales como
amorfismo en los esqueletos y peso por debajo de lo normal. En la ficha técnica
del xileno se establece que la concentración máxima permitida de vapores de
xilenos en el aire para una exposic ión en jornada diar ia de 8 horas es de 200
ppm. (INPROQUIMa, 2007)
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4.4.4. EMIS ION
La gran mayor ía de las emis iones asociadas al x ileno están relac ionadas con la
producción de este solvente y con procesos de carga y descarga,
almacenamiento, fugas y dispos itivos de venteo.
Cuando se habla de emisión por proceso productivo, se deben tener en cuenta
parámetros como la configuración de la refinería, s i el solvente se encuentra o
no mezc lado y la naturaleza del crudo que esta hac iendo alimentado como
materia pr ima. Como producto de estudio de la emisión de x ileno durante
procesos productivos, la EPA propone los s iguientes factores de emis ión para
diferentes condiciones.
PROC ESO
PRODUCTIVO
FACTOR DE
EMISION (lb/ton)
PRODUCTO Producción de p-xileno 1.14
Producción de o-xileno 2.09
Producción de m-xileno 1.58
Tabla 5: Factores de emisión de procesos productivos para isómeros del
xileno (EPAe, 1995)
Ahora bien, hay varias fuentes de emisión que se incluyen en las pérdidas por
almacenamiento que no solo corresponden a este como tal, por ejemplo el
manejo de carga y descarga, el llenado de tambores, carro tanques, barcos y
tanques también se encuentran dentro de es ta categor ía.
Teniendo en cuenta que son muy variadas las fuentes de emisión, la EPA ha
desarrollado una norma que permite es timar las pérdidas de COV´s a
condiciones de almacenamiento. La norma AP-42 tiene en cuenta un gran
número de parámetros tales como geometr ía del recipiente que almacena,
carac ter ísticas morfológicas y estado, propiedades del líquido, ubicación del
recipiente además de condic iones climáticas promedio y el manejo de
inventarios. Sin embargo, la misma Agencia desarrolló unos factores genéricos
de emisión para los casos en los que no toda la informac ión requerida por el
modelo está disponible. En la tabla 6 se muestran es tos factores para los
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isómeros del x ileno, factores que fueron es timados basados en pruebas y datos
de inventar ios.
PROCESO
PRODUCTIVO
PRODUCTO
ALMACENADO
FACTOR DE
EMISION (lb/ton)
PRODUCTO
Producc ión de p-xileno p-xileno 1.19
Producc ión de o-xileno o-xileno 0.08
Producc ión de m-x ileno m-x ileno 0.12
Producc ión de
etilbenceno
Mezcla de
xilenos
0.05
Tabla 6: Factores de emisión a condiciones de alm acenamiento (EPAe,
1995)
Otra de las posibles fuentes de emisión es la producida por las fugas, si bien
estas son muy var iables y por lo tanto dif ícilmente cuantificables, la EPA, al
igual que para los procesos productivos y para el almacenamiento, desarrolló
unos grados de emis ión genéricos que como se menciona en el documento
deben ser manejados cuidadosamente ya que no toman en cuenta escapes
puntuales s ino que hacen un estimativo general de las pos ibles fugas para una
planta hipotética, las fugas que son tenidas en cuenta en el modelo
corresponden a válvulas de proceso y de alivio, techos, compresores , bombas,
bridas y conexiones de tuber ías. En la tabla 7 se muestra el fac tor de emisión
para plantas hipotéticas productoras de los isómeros del xileno.
PROC ESO PRODUCTIVO FACTOR DE
EMISION (lb/ton) PRODUCTO
Producción de p-xileno 0.24
Producción de o-xileno 0.38
Producción de m-xileno 0.30
Producción de etilbenceno 0.05
Tabla 7: Factores de emisión por fugas en plantas hipotéticas de producción de isóm eros del xileno, (EPAe, 1995)
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En la tabla 8 se muestran factores de emisión promedio para los equipos más
comunes donde se presentan fugas.
EQUIPO SERVICIO FACTOR DE EM ISION
(lb/h/fuente)
Válvula Gas
Liquido liv iano
Liquido pesado
0.0123
0.0156
0.00051
Bomba Liquido liv iano
Liquido pesado
0.109
0.0471
Compresor Gas/ vapor 0.502
Br ida Todos 0.0018
Tabla 8: Factores de emisión promedio de fugas en equipos comunes (EPAe, 1995)
Los factores de emis ión promedio de fugas en equipos comunes mostrados en
la tabla fueron desarrollados de manera empírica, pero si se desea hacer una
estimac ión mas detallada de es tos, se puede hacer uso de los modelos
existentes. Por ejemplo uno de ellos es el modelo de fuga / acercamiento a la
no fuga, el cual se encuentra basado en la determinación del número de fugas y
de componentes no fugaces y luego es tos valores son multiplicados por los
factores de emisión propuestos por la EPA en la tabla 8. Otro de los modelos
que se emplea para el cálculo riguroso de es tas emisiones consiste en medir la
emis ión por fuga en el equipo específ ico para luego observar en que rango de
emis ión se encuentra. Los rangos son 0-1.000ppmv, 1.001-10.000 ppmv y
mayores a 10.000 ppmv. El número de cada componente que caiga en un
rango particular es multiplicado por el fac tor de emis ión de ese rango. También
existen métodos basados en ecuac iones más complejas pero para su aplicación
es necesario conocer un gran número de parámetros.
Conc luyendo, una buena metodología podr ía ser realizar mediciones
exper imentales y comparar las con las emis iones promedio propuestas por la
EPA. Si los resultados se encuentran cercanos se puede decir que la emisión
se encuentra en un rango determinado, s i var ían demas iado se pueden entrar a
trabajar modelos mas robustos como los basados en correlaciones.
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4.5. NORMATIVIDAD: RESOLUCION 1208 DEL DEPARTAM ENTO
TÉCNICO ADMINISTRATIVO DEL M EDIO AMBIENT E (DAMA)
Como fue comentado, la empresa objeto de estudio del presente estudio,
INPROQUIM es una empresa distr ibuidora de productos químicos localizada en
Bogotá. Por lo que la autoridad ambiental competente es el Departamento
Administrativo del Medio Ambiente DAMA, que por medio de la resolución 1208
resuelve una serie de normas y estándares sobre la prevención y control de la
contaminac ión atmosférica por fuentes fijas en la ciudad de Bogotá. Esta norma
se encuentra dividida en ocho capítulos:
1. Definiciones
2. Normas de calidad del aire para agentes contaminantes.
3. Normas de emisión para fuentes fijas. 4. Determinac ión de la altura del punto de descarga.
5. Métodos de muestreo.
6. Mecanismos de v igilanc ia y control del cumplimiento de las normas de
emis ión para fuentes fijas.
7. Estudios de evaluación de emisiones atmosfér icas y auditor ias
8. Control de Hidrocarburos totales.
El pr imer capitulo hace c lar idad acerca de términos que son mencionados en el
documento y bajo los cuales aplica la norma. Para el caso del es tudio del xileno
es importante tener en cuenta las s iguientes definiciones (DAMA, 2006)
Nivel normal (I) : Es aquel en que la concentración de contaminantes en el aire y
su tiempo de expos ición o durac ión son tales , que no producen efectos noc ivos ,
directos o indirectos en el medio ambiente o la salud humana.
Nivel de Prevención (II): Es aquel en que la concentrac ión de contaminantes en
el aire y su tiempo de expos ición o durac ión, causan efectos adversos y
manifiestos, aunque leves, en la salud humana o en el medio ambiente tales
como irr itac ión de las mucosas, alergias, enfermedades leves de las vías
respiratorias o efectos dañinos en las plantas, disminución de la v isibilidad u
otros efectos nocivos evidentes .
Nivel de Alerta (III) : Es aquel en que la concentrac ión de contaminantes en el aire y su tiempo de exposic ión o duración, puede causar alteraciones
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manifiestas en el medio ambiente o la salud humana y en espec ial alteraciones
de algunas func iones fisiológicas vitales, enfermedades crónicas en organismos vivos y reducc ión de la expectativa de v ida de la población expuesta.
Nivel de Emergencia ( IV): Es aquel en que la concentración de contaminantes
en el aire y su tiempo de exposic ión o durac ión, puede causar enfermedades
agudas o graves u ocas ionar la muerte a organismos v ivos , y en espec ial a los
seres humanos.
En el segundo capitulo se hace referenc ia a las normas de calidad de aire, lo
que indica la concentrac ión que debe alcanzarse para diferentes periodos de
tiempo, en este capitulo se presentan normas para contaminantes
convencionales (CO, SO2, NO2, O3 y mater ial particulado), y para sustancias
peligrosas (articulo 3), entre las que se encuentran hidrocarburos aromáticos
como benceno y tolueno, por esta razón, es te ar ticulo será tenido en cuenta
para la normativa del x ileno. En la tabla 9 se muestran las concentraciones
permitidas para el año 2010.
CONTAMINANTE PERIODO DESCRIPCION UNIDAD 2010
Cadmio y sus
compuestos
expresados como
Cd
Anual Promedio
aritmético de las
concentraciones
medias diar ias
en 365 días
µg/m3 0,04
Mercurio y sus
compuestos
expresados como
Hg
Anual Promedio
aritmético de los
valores de las
muestras
diar ias en 365
días
µg/m3 5
Benceno Anual Promedio
aritmético de los
valores de las
µg/m3 2.5
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muestras
diar ias en 365 días
Tolueno Anual Promedio
aritmético de los
valores de las
muestras
diar ias en 365
días
µg/m3 200
Formaldehído Anual Promedio
aritmético de los
valores de las
muestras
diar ias en 365
días
µg/m3 600
Tabla 9: Normas de calidad de aire para sustancias peligrosas, (DAMA, 2006)
Ahora bien, avanzando en la norma hac ia el capitulo 3 se encuentran varios
artículos referentes a las fuentes fijas , pero es de especial interés el articulo 5
titulado “Norma de emis ión general para fuentes fijas en procesos productivos“
cuya información relevante para este estudio es presentada en la tabla 10.
CONTAMINANTE FLUJO MASICO DE CONTAMINANTE
CONCENTRACION mg/m3
2010
Sustancias orgánicas clase
I: tetrac lorometano,
tric lorometano, bencilo,
entre otros .
>=0.1 20
Sustancias orgánicas clase >=2 100
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II: Tolueno, etilbenceno,
xilenos, 1,1-dic loroetano entre otros .
Sustancias orgánicas clase
III: Acetona y etanol dados
como sumator ia de los
compuestos presentes.
>=3 150
Tabla 10: Norma de emisión para fuentes fijas en procesos productivos, (DAMA, 2006)
Otro de los parámetros que evalúa la norma del DAMA es la altura del punto de
descarga, capitulo cuatro. Esta altura corresponde al lugar en el cual se debe
tomar la muestra, y esta determinada con base en el flujo volumétrico y másico
de los contaminantes, la veloc idad de salida de los gases y su temperatura,
además del diámetro de salida del ducto. Con el fin de fac ilitar el procedimiento,
el DAMA adopto dentro de esta resolución un nomograma desarrollado por la
Guía ambiental alemana de control de contaminac ión del aire, el cual permite
calcular la altura de la chimenea con mayor facilidad.
Para entrar a trabajar este nomograma es necesario conocer las siguientes
carac ter ísticas : Diámetro del ducto (m), Temperatura de los gases de salida
(°C) , flujo volumétrico de los contaminantes a condiciones normales (m3 /h) y el
flujo más ico de estos (Kg / h).
Luego, es necesario calcular el factor de inmisión (transferencia de
contaminantes de la atmósfera a un receptor, proceso contrar io a emis ión) (S)
que permite obtener la altura efectiva de emisión. Factor que ya fue tabulado y
se encuentra en la resolución. Este factor aun no se ha tabulado para
Compuestos Orgánicos Volátiles por lo que para el presente estudio no será
tenida en cuenta la altura del punto de descarga.
En el capitulo cinco, la norma presenta los métodos de muestreo que deben ser
empleados para que el cumplimiento de la norma sea valida y menciona que
además de los presentados en la Resolución, podrán ser aplicados métodos
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32
que estén aprobados por la Agenc ia de Protecc ión Ambiental de los Estados
Unidos – EPA. Para el presente estudio se hará uso de Método TO-14A “Determinac ión de COV´s en aire empleando recipientes espec iales para
posterior análisis por cromatografía de gases” diseñado por la EPA, el que será
detallado mas adelante.
IQ-2007- II-25
33
5. CAPITULO 2. M ETODOS
El estudio y control de las emis iones de COV´s se ha convertido en un tema de
gran importanc ia en el estudio de la calidad del aire al igual que el desarrollo de
estrategias de control y mitigac ión. Es por esto que las agenc ias internac ionales
y los centros de investigación han venido desarrollando modelos que permitan
estimar las emis iones de estos contaminantes, lo que a través de una
valoración prev ia, permite dimensionar la magnitud de la emis ión para poder
seleccionar el modelo exper imental mas apropiado al igual que los equipos a
utilizar
Luego de un anális is detallado de los pos ibles modelos para estimar la emisión
de x ileno en la Industria de Productos Químicos / INPROQUIM se dec idió
realizar un análisis teórico, práctico y una simulación en un programa diseñado
para es ta aplicación, con el fin de presentar una buena aprox imac ión al caso de
estudio y poder as í comparar los resultados obtenidos en cada uno los cuatro
métodos. La comparac ión de cada uno de estos se presenta en la Tabla 11.
Método experimental
TO-14 A
Modelo empírico AP-42
Modelo teórico
450/2-78-029
Simulación TANKS AP-42
Desarrollo EPA API EPA API Grado
dificultad Medio Alto Bajo Medio
Basado en Toma de muestras
Información empresa y datos exper imentales
Equilibr io L-V Información empresa
Información necesaria
Caracter ís ticas solvente
o Caracter ísticas solvente o Caracter ísticas tanque o Movimiento tanque o Condiciones ambientales
o Solvente o Condic iones ambientales
o Solvente o Caracterís ticas
tanque o Movimiento
tanque o Condic iones
ambientales
Rango aplicación
COV´s estables Líquidos del petróleo, COV`s, mezclas de sustanc ias
Depende de la informac ión de la sus tancia.
Líquidos del petróleo, COV`s, mezclas de sustancias
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34
Tabla 11: Comparación de cada uno de los métodos
5.1. PROC EDIMIENTO EXPERIMENTAL
5.1.1. Metodología
El solvente objeto de estudio es abastecido a INPROQUIM por parte de la
Empresa Colombiana de Petróleos / ECOPETROL por lo que la programación
de la toma de muestras estuvo sujeta a la llegada del producto desde la
refinería de Barrancabermeja y a la disponibilidad para realizar un protocolo de
segur idad adecuado en la empresa.
De acuerdo al presupuesto planteado, se programó la toma de 6 muestras de
aire a diferentes condic iones de carga y almacenamiento con el fin de
carac ter izar diferentes eventos y su emis ión. Para la toma de las muestras se
hizo uso de una bomba SUPELCO (imagen 2) propiedad del laborator io de
Ingenier ía ambiental de la Univers idad de los Andes y de bolsas de muestreo
Tedlar con capacidad para 1L. Estas bolsas se caracterizan por que son inertes
a una gran cantidad de sus tanc ias y por su baja permeabilidad, lo que permite
una buena calidad de la muestra durante su almacenamiento.
Im agen 2: Bom ba Supelco
químicas con pres iones de vapor s imilares.
químicas con presiones de vapor similares.
Cálculo emis ión
Concentrac ión y Flujo volumétr ico
Pérdidas por almacenamiento y trabajo
Pérdida por trabajo
Pérdidas por almacenamiento y trabajo.
IQ-2007- II-25
35
Una vez tomada la muestra cada bolsa fue identificada con una etiqueta con la
informac ión necesaria y posteriormente recubierta en papel aluminio para garantizar la conservación. Luego fue almacenada en una nevera con hielo para
evitar el calentamiento. La toma de muestra es mostrada en la imagen 3.
Imagen 3: Toma de muestra
La metodología empleada es la propuesta por el método TO 14A que será
presentado en la sección 5.1.1.1. Este método es el método mas empleado
para la toma de muestra y anális is de Compuestos Orgánicos Volátiles en aire y
fue desarrollado por la Agencia de protección ambiental de Estados Unidos
(EPA). Además, Una vez obtenidas las muestras se realizó en análisis por
cromatografía de gases en el equipo HP 6890 series II.
Para el análisis de los compuestos orgánicos volátiles se utilizó la
microextracc ión en fase sólida (SPME), con una fibra de 75 µm de
Carboxen/Polidimetils iloxano (CAR/PDMS) para extraer los compuestos
orgánicos volátiles de la muestra. El dispositivo SPME se dejó expuesto a la
muestra durante 15 minutos. Luego, se realizó el análisis en el cromatógrafo de
gases HP6890 Ser ies II, dotado con un puer to de inyecc ión split/splitless, una
columna SPB-624 (6% Cinanopropilfenil - 94% dimetilsiloxano copolímero), de
60m x 0.32mm (diámetro interno) x 1.85µm (espesor de la fase estacionar ia) y
un detec tor de ionizac ión de llama (FID). La fibra con los analitos absorbidos
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36
durante el per iodo de extracción fue expuesta en puerto de inyección operado
en el modo splitless (250°C) La programación de la rampa de calentamiento del horno fue de 40°C durante 5 min has ta 210°C (3°C/min) . La temperatura del
detec tor fue de 280°C.
5.1.1.1. Método TO-14 A “Determinac ión de COV´s en aire empleando
recipientes especiales para pos terior anális is por cromatograf ía
de gases ”
El método TO-14 A Alcance del método:
El método TO-14A se aplica a COV´s que sean estables a las condiciones de
almacenamiento del recipiente en el cual van a ser almacenados al momento de
la toma de la muestra. Algunos de los compuestos que han sido probados y que
permanecen estables son los mostrados en la tabla 12. Como se puede
observar los tres isómeros del x ileno hacen parte de estos compuestos, por lo
que la metodología presentada en el método aplica para es te caso de estudio.
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37
Tabla 12: COV´s estables a condiciones de toma de muestra (EPAc,1999 )
Los compuestos mostrados en la Tabla, han sido probados y permanecen
estables, c laro esta que para que esta condic ión se cumpla también deben ser
tenidas en cuenta cons ideraciones relac ionadas con el rec ipiente, las cuales
serán mostradas mas adelante. Colectores de muestra en buen estado, no
contaminados y s in fugas son algunas de las condiciones que deben ser
evaluadas.
En cuanto a la estabilidad también es necesario tener en cuenta un caso
espec ial y es el de las mezc las . Como es conoc ido, el comportamiento de las
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38
mezclas es muy susceptible a los cambios, por lo que se debe tener especial
cuidado con la composición de la mezcla en el colec tor . Lo ideal ser ía poder tomar la muestra de la mezcla y analizar su es tabilidad de manera particular
para poder así generar un anális is confiable. La norma menciona algunos casos
en lo que se debe tener especial cuidado con la calidad del muestra, por
ejemplo, si la muestra contiene un bajo contenido de humedad, es probable que
se ocas ionen pérdidas de COV´s en las paredes del recipiente, estas pérdidas
pueden ser evitadas si la muestra contiene mayor contenido de esta. Una
situac ión similar sucede en el caso en el que el colec tor se encuentre presurizado, ya que las muestras con alto contenido de humedad se
condensaran provocando pérdidas de los componentes solubles en el agua
condensada.
Ahora, otra de las cons iderac iones que debe tenerse en cuenta es que el
colector tiene un área limitada, por lo que los gases estarán compitiendo por los
sitios activos, esta situac ión se puede obv iar cuando se emplean colectores de
muestra apropiados y certificados, ya que es tos , dentro de su diseño, ya
cons ideran estos efectos, y dependiendo del fabricante se asegura una
estabilidad en la concentración de la muestra durante periodos de tiempo
definidos ( normalmente una muestra se puede almacenar has ta 30 días sin
que cambie su composic ión).
Descripción del método
El método presentado se basa en la recolección de la muestra de aire en un
recipiente especial y posterior análisis por cromatograf ía de gases. Es por esto
que se debe tener en cuenta si la muestra se encuentra presurizada o no. Para
una muestra presurizada es necesar io emplear un elemento de evacuación y
una bomba en la línea de toma de la muestra. Las muestras presurizadas
requieren de una bomba adicional que provea pres ión positiva al colector, para permitir as í el flujo del gas al recipiente, mientras que una muestra no
presurizada, el aire es dir igido a través de un tren de muestreo el cual cons iste
en varios componentes que regulan la tasa de duración del muestreo.
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39
Una vez la muestra de aire es recolectada, la válvula del colector es cerrada y
este es etiquetado. Ex isten varios métodos para etiquetear la
muestra, para el caso del presente
estudio se registrara la s iguiente
información:
1. Serial del colec tor
2. Numero de la muestra 3. Lugar de la toma de la muestra
4. Fecha de la toma de la muestra.
Una vez la muestra es transportada al laboratorio, la informac ión de esta es
sistematizada. Durante el análisis , la humedad de la muestra es reducida,
generalmente por un deshumidificador localizado a la entrada del equipo, y los
COV´s son concentrados en una trampa criogénica. Luego, el criogen es
removido y la temperatura de la trampa es incrementada. Los COV´s que fueron
originalmente recolec tados en la trampa son revolatilizados y separados en una
columna del cromatógrafo para posteriormente ser detectados y cuantificados.
Los detectores empleados en la técnica de cromatografía de gases están
catalogados en dos grupos: Detectores no específicos y Detectores específicos.
Los primeros, son más económicos que los específ icos , pero la gran desventaja es que requieren ser calibrados para un gran número de compuestos, ya que el
detec tor identifica todos los compuestos, prev iamente calibrados, presentes en
una muestra. Dentro de los no específicos se encuentra el Detector de
Nitrógeno Fósforo (NDP), Detector de ionización de llama (FID), el de captura
de electrones (ECD) y el detector de foto ionización (PID), mientras que los
detec tores específ icos incluyen el detector linear cuádruple de masas el cual
puede operar en dos modos diferentes dependiendo de la necesidad. El modo SIM que por sus s iglas en ingles traduce Monitor selector de iones o el modo
SCAN. La selección de uno o más de estos detectores depende básicamente
de la espec ific idad y la sens ibilidad de la aplicación.
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40
Los detectores no específicos son menos costosos que los específicos pero
dependiendo del análisis, la sensibilidad de los segundos puede ser mucho mejor. Por ejemplo, si la muestra que se desea analizar contiene compuestos
de nitrógeno o de fósforo que se quieren detec tar, el detector suger ido será el
NPD, mientras que s i se espera encontrar una mezc la de hidrocarburos será
mejor emplear el FID y el PID. Sin embargo en la mayor ía de los casos, cuando
se encuentran errores en el cromatograma, estos generalmente son asociados
a pos ibles interferenc ias, por ejemplo en el caso de COV´s altamente volátiles
es dif ícil reconocer cada uno de los picos , por lo que no es recomendable usar como detector un detector no espec ifico.
Según la norma técnica TO-14A, a través de comparaciones cuantitativas se ha
podido observar que el detector de ionización de llama (FID) se encuentra
sujeto a un mayor error en comparac ión al detector de captura de electrones
(ECD), esto se debe a que el de electrones es mas selectivo.
Es por lo anter ior que la norma sugiere que al realizar análisis de cromatografía
de gases, se empleen varios tipos de detectores para la misma muestra al igual
que propone tener en cuenta los tiempos de retención referenciados en los
artículos para poder así generar una correlac ión que permita minimizar el error
de interpretación del cromatograma. También, se debe tener en cuenta que los
detec tores no específicos no son los más indicados al momento de analizar
compuestos de una mezcla compleja.
Por otra par te los detectores específicos realizan una muy buena identificación del compuesto, permitiendo as í un análisis con mayor espec ific idad que en el
multidetector. De operarse en el modo SIM la sensibilidad del espectrómetro de
masas se estar ía aproximando a la del sistema de multidetecc ión, la desventaja
es que la felixibilidad es limitada.
Para la operac ión en el modo SIM, el espectrómetro es programado para tomar
datos para un determinado número de componentes c lave, mientras que en el
modo SCAN el espectrómetro se conv ierte en un detector universal, al punto de detec tar compuestos que no son detectados en el multidetector.
En general, el modo SCAN permite realizar una identificac ión pos itiva mientras
que el modo SIM realizar la cuantificación de una lista determinada de COV´s
que se define prev iamente mediante una Lista de Componentes Objetivo (TCL).
IQ-2007- II-25
41
Por esta razón, al momento de la selección de detectores específicos o no
específicos deben ser cons iderados fac tores como: Objetivos del proyecto, Limites deseados de detección, Disponibilidad de los equipos, costos y
capac idad de desarrollar una estrategia de anális is para la estudio en cuestión.
Algunas de las ventajas y desventajas de cada uno de los métodos son
presentadas en las Tablas continuación:
Multidetector no especifico
VENTAJAS DESVENTAJAS Menor costo en comparación a CG / SM Varios detectores deben ser calibrados
Requiere menor volumen de muestra No realiza una identificación positiva de
los componentes
Mas sens ible: ECD puede ser 1000
veces mas sens ible que el CG / SM
Posibles interferencias en el análisis a
causa de los co-eluentes
No reconoce componentes desconocidos
No diferenc ia entre los componentes
clave y los componentes que interfieren
Tabla 13: Multidetector no especif ico, (EPAc, 1999)
Multidetector espec ifico
Modo SIM VENTAJAS DESVENTAJAS
Identificación positiva del componente No puede identificar componentes no
espec ificados
Mayor sensibilidad que el modo
SCAN
Mas costoso que el multidetector CG
Resuelve los picos de los eluentes Requiere de una gran cantidad de
volumen Mas espec ifico que el multidetec tor
Tabla 14: Multidetector especif ico modo SIM , (EPAc, 1999)
Modo SCAN
IQ-2007- II-25
42
VENTAJAS DESVENTAJAS Identificación positiva del componente Menor sensibilidad que el modo SIM
Puede identificar todos los
componentes
Requiere de una gran cantidad de
volumen
Resuelve los picos de los eluentes Mas costoso que el multidetector CG
Tabla 15: Multidetector especifico m odo SCAN , (EPAc, 1999)
5.1.2. Medidas de segur idad
Para la toma de las muestras fue necesar io programar la vis ita, ya que para el
procedimiento era necesario que necesar io realizar un protocolo de seguridad y
conocer las reglas de seguridad de la planta al igual que un permiso de trabajo
peligroso en alturas.
Una vez fue programada la toma de las muestras, la empresa INPROQUIM,
suministro los elementos de protección personal sugeridos (imagen 4) en la
ficha de segur idad del xileno (INPROQUIM a, 2007):
Gafas de segur idad con protecc ión en la orbita externa.
Ropa adecuada.
Botas de seguridad.
Guantes .
Respirador con cartucho para vapores orgánicos combinado con filtro de
polvo o de niebla.
Casco.
Arnés de segur idad y línea de vida para trabajo en alturas.
Durante la toma de las muestras siempre hubo un acompañante encargado de
la apertura de los tanques y de la seguridad durante el procedimiento.
IQ-2007- II-25
43
Imagen 4: Elementos de seguridad
5.1.3. Resultados
Como fue mencionado en la metodología se programó la toma de datos para
diferentes s ituaciones de carga y almacenamiento con el fin de poder observar
el comportamiento de la emis ión a diferentes condiciones y proponer una
estrategia de manejo. La programación de la toma de las muestras se presenta
en la tabla 16:
MUESTRA TANQUE OBSERVACIÓN HORA
1 5 Almacenamiento 3:00pm
2 6 Almacenamiento 3:30pm
3 5 Almacenamiento 9:30am
4 5 Almacenamiento 11:00am
5 5 Carga 12:00am
6 5 Carga 12:05am
Tabla 16: Observación m uestras
IQ-2007- II-25
44
Una vez programada la toma de las muestras se realizaron las mediciones.
Para estas fue necesario tomar la medida del volumen de líquido en el tanque y el flujo de contaminante en el tiempo para poder así conocer la emisión.
Para medir el volumen de líquido en el tanque se siguió la metodología que
realiza INPROQUIM para medir los inventarios en los tanques, la cual cons iste
en medir el volumen de líquido con la ayuda de una cinta metálica de nivel que
se engrasa con una pomada que al contacto con el líquido cambia de color . Una
vez conocida la altura de liquido y con la ayuda de la tabla de nivel de liquido
en el tanque se halla el volumen de x ileno que hay almacenado en ese
momento.
En cuanto al flujo volumétrico, éste fue calculado teniendo en cuenta el tiempo
en el que se llenaba un volumen determinado en la bolsa Tedlar. Una vez
realizado este procedimiento se obtiene la tabla 17:
Tabla 17: Volumen de líquido en el tanque.
Luego, las muestras son analizadas en el laboratorio de Ingenier ía Ambiental de
la Universidad de los Andes obteniendo los s iguientes resultados tabla 18.
MUESTRA TANQUE ALTURA LIQUIDO (m ) V LIQUIDO (L) V LIQUIDO (gal)
1 5 2.03 16532.74 4373.74
2 6 0.538 4432.72 1172.68
3 5 1.692 14130.61 3738.26
4 5 5.907 47783.68 12641.19
5 5 5.95 478702.00 12664.07
6 5 5.99 48130.66 12853.18
IQ-2007- II-25
45
Tabla 18: Concentraciones
Los resultados presentados en (µg/m3) fueron obtenidos mediante la conversión
de unidades propuesta por la Resoluc ión 1208 del DAMA
33 10466.24
*)()/( PMppmCmgC =µ
Una vez calculado el flujo volumétr ico de la mezc la, es posible presentar los
resultados de emisión para cada unos de los casos. Tabla 19
MUESTRA V LIQUIDO
(gal)
FLUJO VOLUMETRICO
(Kg /hr)
Ppm C (µg/m3)
1 4373.74 3.6 2.8 12131.1
2 1172.68 3.3 2.8 12131.1
3 3738.26 2.4 52.7 228455.0
4 12641.19 2.4 932.8 4041526.2
5 12664,07 164.6 2402.8 10410234.6
6 12853,18 164.6 2505.1 10853410.4
IQ-2007- II-25
46
Tabla 19: Em isión de xileno
5.2. MODELO EM PIRICO BASADO EN PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
5.2.1. Descr ipción
El modelo empír ico selecc ionado fue el desarrollado por la Agencia de
Protección Ambiental de los Estados Unidos EPA en su documento
“Recopilación de factores de emis ión para los contaminantes del aire (AP-42)”,
documento que fue publicado por primera vez en el año 1972 y que ha venido
actualizándose a través de los años. Es te documento esta div ido en varias
secciones que son: Fuentes de combustión externa, dispos ición de residuos
sólidos, fuentes de combustión interna, pérdidas por evaporac ión, industr ia del
petróleo, industria de procesamiento de químicos orgánicos ,tanques de
almacenamiento de líquidos orgánicos , industr ia del procesamiento de químicos
inorgánicos , industr ia de alimentos y agr icultura, industr ia de productos
madereros, industr ia de productos mineros , industr ia de la metalurgia, fuentes
varias y fuentes biogénicas. El documento AP-42 permite estimar de manera
teórica la emisión de Compuestos Orgánicos Volátiles a condiciones de
almacenamiento mediante correlaciones diseñadas por el Ins itito Americano del
MUESTRA C (Kg/m3) FLUJO VOLUMETRICO
(Kg/hr)
EMISION
(Kg xileno /hr)
EMISION
(Lb xileno /año)
1 1.2E-05 3.6 3.6E-05 0.64
2 1.2E-05 3.3 3.3E-05 0.58
3 2.3E-04 2.4 4.6E-04 8.01
4 4.0E-03 2.4 8.1E-03 141.62
5 1.0E-02 164.6 1.42794 25017.46
6 1.1E-02 164.6 1.48873 26082.48
IQ-2007- II-25
47
Petróleo / API. En es te modelo es posible estimar la emis ión para cada uno de
los 6 tipos de tanques adecuados para el almacenamiento de líquidos orgánicos (presentados en la sección 4.2), razón por la cual fue elegido. Una vez realizada
la carac ter ización de la empresa se observó que los tanques empleados
corresponden a los de techo fijo vertical y hor izontal.
Para este tipo de tanque el modelo plantea la emisión de COV´s como la suma
de las pérdidas de trabajo (Llenado y vac iado) y de almacenamiento de la
siguiente manera:
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡
=
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡
=
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡=
+=
añolb
PérdidaL
añolbPérdidaL
añolbPérdidaL
LLL
entoAlmacenamis
trabajow
totalT
swT (5.2.1.1)
La pérdida por almacenamiento es modelada en términos de los siguientes
términos: El volumen de vapor que queda entre la superfic ie del liquido y la
parte super ior del tanque ( vV ), la densidad de es te vapor ( vW ), un factor de
expansión del espacio de vapor ( EK ), un factor de saturac ión del vapor ( sK ) y
una constante.
)2.1.2.5(365 SEVVs KKWVL =
El primero es calculado basado en la geometr ía del tanque:
[ ][ ]
[ ]ftraVaporCabezaAltuHftnqueDiametroTaD
ftorVolumenVapV
HDV
vo
v
vov
=
=
=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
3
2 (5.2.1.3) 4π
IQ-2007- II-25
48
El segundo es calculado con base en el peso molecular y los parámetros de
Temperatura y presión promedio en la superficie del líquido de la s iguiente manera:
][Pr][Pr
tan731.10
)4.1.2.5(
3
3
RieLiquidoomSuperficTempDiariaTpsiuidoerficieLiqomATempSupPdeVaporP
RlbmolpsiaftlteUniversaConsR
lbmollblarVaporPesoMolecuM
ftlbporDensidadVaW
RTPM
W
LA
VA
v
v
LA
vAvv
°==
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡°
=
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=
=
El factor de expansión del espac io de vapor depende directamente de las
propiedades del liquido que se este almacenando en el tanque, y de la
ventilación en el mismo. Si el líquido almacenado tiene una presión de vapor
verdadera mayor a 0.1psia se sugiere calcular es te factor por medio de la
siguiente ecuac ión:
[ ][ ]
[ ]
][Pr][Pr
][Pr
Pr.
)5.1.2.5(0
RieLiquidoomSuperficTempDiariaTpsiuidoerficieLiqomATempSupPdeVaporP
psiaféricaesiónAtmosPpsiaAliviocionValvulRangoOperaP
psiesiónVaporoRangoDiariPRoTempVaporRangoDiariT
PPPP
TT
K
LA
VA
A
B
v
V
VAA
BV
LA
VE
°===
=∆=∆
°=∆
⟩−∆∆
+∆
= −
Luego se calcula el Factor de Saturación a través de la s iguiente ecuación:
IQ-2007- II-25
49
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=
==
+=
psiaftteCons
ftraVaporCabezaAltuHpsiuidoerficieLiqomATempSupPdeVaporP
HPK
vo
VA
vovAs
1tan053.0
][][Pr
)6.1.2.5(053.01
1
En donde la cabeza de la altura del vapor (HV0) corresponde a la altura de un
cilindro cuyo volumen es equivalente al volumen del espacio de vapor de un
tanque de techo fijo vertical y horizontal incluyendo el volumen debajo del techo
de domo. Esta cabeza se es tima con la siguiente ecuac ión:
][][][
][)7.1.2.5(
0
0
ftoAlturaTechHftidoAlturaLiquHftndroAlturaCiliH
ftraVaporCabezaAltuHHHHH
Techo
L
s
V
TechoLsV
==
==
+−=
Una vez calculada la pérdida por almacenamiento, se procede a calcular la
pérdida por trabajo. Esta, se refiere a la pérdida de volumen de líquido
almacenado a causa de procesos de llenado y vaciado del tanque. Los términos
empleados en este caso son: Peso molecular del vapor ( vM ), Presión de vapor
promedio a la Temperatura de la superficie del liquido ( vAP ), Volumen anual de
vaciado del tanque ( Q ), pérdidas por trabajo de vac iado ( NK ) , numero de
vaciados (N) y un factor de pérdida de producto por trabajo del tanque ( PK )
)8.1.2.5(0010.0 PNVAVW KQKPML =
Para calcular el número de vaciadas (N) por año se hace uso de la s iguiente
relac ión:
IQ-2007- II-25
50
[ ][ ]ftmaLiquidoAlturaMaxiH
ftdoEnTanqueimoDeLiquiVolumenMaxV
HDV
VQN
LX
LX
LXLX
LX
==
=
=
3
2
4
)9.1.2.5(614.5
π
En cuanto al volumen anual de vaciado del taque ( Q ) la relación que sugiere la
norma es:
)10.1.2.5(4614.5
2DNH
Q LX ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=π
De acuerdo a lo anter ior y asumiendo que el valor es tándar de R es 10.731ft3
psia /lbmolº R la ecuac ión general para la pérdida por trabajo seria:
)11.1.2.5(4
)731.10(614.5
0010.0 2VPNLXLAw WKKDNHTL ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
π
5.2.2. Resultados
Conforme la descripción del modelo, a continuac ión se aplicará el modelo
teórico a cada una de las muestras tomadas para poder as í comparar los
resultados obtenidos. Dado que las muestras 1, 2,3 y 4 corresponden a
condiciones de almacenamiento, las pérdidas se calcularan por medio de la
ecuac ión correspondiente.
SEVVs KKWVL 365=
Muestra 1: Almacenamiento.
MUESTRA VOLUMEN VAPOR,
VV
(ft3)
DENSIDAD DEL
VAPOR, Wv
(Lb / ft3)
FACTOR DE EXPANSIÓN
KE (ft)
FACTOR DE SATURACIÓN
KS
PERDIDA
(Lb/ año)
1 1141.75 0.0023 0.066 0.92 58.20
Tabla 20: Resultados muestra 1
IQ-2007- II-25
51
Muestra 2: Almacenamiento
MUESTRA VOLUMEN VAPOR,
VV
(ft3)
DENSIDAD DEL
VAPOR, Wv
(Lb / ft3)
FACTOR DE EXPANSIÓN
KE (ft)
FACTOR DE SATURACIÓN
KS
PERDIDA
(Lb/ año)
2 1387.88 0.0023 0.066 0.91 69.97
Tabla 21: Resultados muestra 2
Muestra 3: Almacenamiento
MUESTRA VOLUMEN VAPOR,
VV
(ft3)
DENSIDAD DEL
VAPOR, Wv
(Lb / ft3)
FACTOR DE EXPANSIÓN
KE (ft)
FACTOR DE SATURACIÓN
KS
PERDIDA
(Lb/ año)
3 1234.91 0.0023 0.066 0.92 62.95
Tabla 22: Resultados muestra 3
Muestra 4: Almacenamiento
MUESTRA VOLUMEN VAPOR,
VV
(ft3)
DENSIDAD DEL
VAPOR, Wv
(Lb / ft3)
FACTOR DE EXPANSIÓN,
KE (ft)
FACTOR DE SATURACIÓN,
KS
PERDIDA
(Lb/ año)
4 37.95 0.0023 0.066 0.98 2.06
Tabla 23: Resultados muestra 4
Una vez calculadas las pérdidas por almacenamiento se procede a calcular la
pérdida por trabajo para las muestras 5 y 6 de la siguiente manera:
VPNLXLAw WKKDNHTL 2
4)731.10(
614.50010.0
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
π
Muestra 5 y 6: Carga
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52
MUESTRA ALTURA MAX
LIQUIDO,HLX (ft)
PERDIDAS POR
VACIADO KN
FACTOR POR PERDIDA DE
PRODUCTO,KP
DENSIDAD VAPOR,Wv
(Lb / ft3)
PERDIDA
(Lb/ año)
5 y 6 19.75 1 1 0.15 5672.21
Tabla 24: Resultados m uestras 5 y 6
5.3. MODELO TEÓRICO
5.3.1. Descr ipción
El modelo teór ico seleccionado es uno de los más empleados en el es tudio de la emisión de COV`s a condiciones de almacenamiento y se encuentra basado
en el equilibrio liquido-vapor. Este modelo tiene un amplio rango de aplicación,
ya que es bas tante senc illo y solamente depende de la informac ión que se
tenga del COV de interés . El método es presentado en el artículo “Metodología
para la estimación de emisiones de Compuestos Orgánicos Volátiles en
procesos batch”. A diferencia del modelo empírico, el teór ico no diferencia entre
los tipos de tanques.
Lo pr imero que el modelo requiere es la información correspondiente al gas, lo
que hace de este un método muy flexible, ya que en la gran mayoría de los
casos se conoce la informac ión básica del COV. Como el equilibrio se encuentra establecido a una P y T, determinadas, en ambas fases es necesario
definir estas var iables, además de la razón volumétr ica de desplazamiento. Una
vez conocidas las carac ter ísticas a las que se encuentra este gas , el método
plantea el equilibrio liquido vapor tomando la fase liquida (α) como el solvente
puro y la fase vapor (β) como una mezcla de aire y solvente. El s istema líquido
gas se asume en equilibr io.
)1.1.3.5)(,(),( PTPT βα µµ =
Luego, se carac ter izan cada una de las fases de la s iguiente manera:
Fase vapor: Teniendo en cuenta que el sistema se encuentra a presiones
cercanas a la presión atmosférica y que las concentrac iones del COV
son bajas, es pos ible asumir que esta fase se comporta como un gas
IQ-2007- II-25
53
ideal, por lo que aplicando la ley de Raoult se obtiene la s iguiente
expresión:
osospacioGaseesionTdelEPdeiATesionVaporP
quidolardeiEnLiFraccionMoxaldeiesionParciP
porlardeiEnVaFraccionMoyPP
xPP
y
T
i
i
i
i
T
ii
T
ii
PrPr
Pr
)2.1.3.5(
*
*
==
===
==
Fase Líquida: Ya que el compuesto se encuentra en estado puro (xileno)
es posible calcular la pres ión de vapor por medio de la ecuac ión de
Antoine.
[ ][ ]
ciatesDeLaSusConsCBAKaDeLiquidoTemperaturT
baroresionDeVapPCT
BALnP
tantan,,
Pr
)3.1.3.5(*
===
+−=
Como es necesario encontrar una relación entre la fracción molar del
compuesto en el líquido y la fracción molar en la fase gaseosa se hace uso
de la ley de Henry.
VapordelEspacioesionTotalPaiteHenryParConsH
orardeiEnVapraccionMolyquidolardeiEnLiFraccionMox
PHx
PPy
T
i
i
i
T
ii
T
ii
Prtan
)4.1.3.5(
==
==
==
Una vez son conocidas las fracciones molares se construye la razón de emisión
de la siguiente manera: Multiplicando yi por la razón de llenado del tanque y
conv irtiendo es ta razón volumétr ica a una expresión de emisión más ica usando
la ley de los gases ideales.
IQ-2007- II-25
54
[ ][ ]
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡=
===
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡=
=
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡=
=
molglarPesoMolecuMW
barioVaporesionEspacPKporaEspacioVaTemperaturT
lteUniversaConsR
masazamientoGtricaDesplTasaVolumeV
larFaseGasFraccionMoyhrlbonRazonEmisiE
RTMWPVy
E
T
T
i
R
TTiR
Pr
tanmin
)5.1.3.5(
3
5.3.2. Resultados
Una vez aplicado el modelo teór ico, fue posible calcular la emisión de xileno en
lb / año para las muestras 5 y 6 (correspondientes a operaciones de carga) . La
pres ión de vapor para cada uno de los casos fue calculada aplicando la
ecuac ión de Antoine cuyas constantes para el xileno se muestran en la tabla 25
A B C
Valor 4.09 1458.706 212.04
Tabla 25: Constantes de Antoine (Pr ausnitz , 2001)
Muestra 5:
Em ision Carga (lb /año) 8927.17
Presión total (bar) 0.74
Presión sat a T determinada (bar) 0.006
Fracc ión vapor (y) 0.007
Tasa de bombeo liquido (gpm) 91.6
Tasa volumétr ica desplazamiento (m3/min) 0.33
Peso molecular (g/mol) 106
R (bar m3 /mol K) 0.000083
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55
T (K) 291.15
Muestra 6:
Em ision Carga (lb /año) 10663.31
Presión total (bar) 0.74
Presión sat a T determinada (bar) 0.007
Fracc ión vapor (y) 0.009
Tasa de bombeo liquido (gpm) 91.6
Tasa volumétr ica desplazamiento (m3/min) 0.33
Peso molecular (g/mol) 106
R (bar m3 /mol K) 0.000083
T (K) 294.15
5.4. SIM ULACION
5.4.1. Descr ipción
La s imulación de las emisiones de COV´s es de gran importanc ia al momento
de seleccionar el modelo y los métodos de muestreo, ya que por ser una
primera aproximac ión, permite predec ir el rango de emisión.
La Agencia de Protecc ión Ambiental de los Estados Unidos / EPA en su
documento “Recopilación de factores de emisión para los contaminantes del
aire” desarrolló un programa de softw are llamado TANKS de libre distribución,
basado en las ecuac iones desarrolladas por Instituto Americano del Petróleo /
API. En la base de datos de la EPA también se encuentra manual titulado “Guía
del usuario para el programa TANKS”. El programa fue escr ito en el lenguaje de
programación y permite s imular la emis ión para cada tipo de tanque basado en:
Descr ipción: Esta es un campo opc ional que permite personalizar el
tanque con un número identificación y una breve descripción.
IQ-2007- II-25
56
Caracter ísticas Fís icas: Dimensiones, carac ter ísticas del cilindro y del
techo y dispos itivos de venteo. Para el caso del tanque objeto de estudio (tanque de techo fijo hor izontal y ver tical) la información requer ida es la
mostrada en la tabla 26
CARACTERISTICA DESCRIPCIÓN
Altura del c ilindro (ft) Altura actual del c ilindro del tanque
Diámetro (ft) Diámetro del c ilindro
Altura máxima del liquido (ft) Es la máx ima altura del líquido orgánico dentro
del tanque. Debe ser menor o igual a la altura
del cilindro y es usada para el cálculo del
volumen de trabajo del tanque.
Altura promedio del liquido (ft) Es la altura promedio del líquido en la unidad
que se quiera conocer la emisión. Debe ser
menor o igual a la altura máxima del líquido y
es empleada en el cálculo de las pérdidas por
almacenamiento.
Volumen de trabajo (gal) Es el volumen efectivo de trabajo, y el
programa lo calcula automáticamente con la
información del diámetro del tanque y de la altura máx ima del líquido
Llenadas / Vac iadas al año Es el número de veces al año en el que el
tanque es vaciado y llenado por completo
Llenadas / Vaciadas netas (gal /
año)
Son los galones netos que hacen parte de
todas las llenadas / vac iadas en el año. El
programa lo calcula automáticamente.
Color y brillo del c ilindro El programa tiene los posibles colores del
cilindro con sus respectivos br illos. Por ejemplo:
IQ-2007- II-25
57
Aluminio / difuso.
Condiciones del cilindro El programa da las opc iones de buenas y malas
condiciones del c ilindro.
Color y brillo del techo El programa tiene los posibles colores del
techho con sus respectivos brillos . Por ejemplo:
Aluminio / difuso.
Condiciones del techo El programa da las opc iones de buenas y malas
condiciones del techo.
Tipo de techo El programa da las opc iones de cono y domo
para el tipo de techo
Altura del techo (ft) Altura del techo dependiendo del tipo.
Dispositivos de venteo (Puig) El programa permite introduc ir la presión de vac ío.
Tabla 26: Inform ación requerida por TANKS
Localizac ión del tanque: El programa cuenta con una amplia base de
datos con más de 100 c iudades de Estados Unidos y tiene la opción de
ingresar nuevas localizaciones. Para el presente caso de estudio se
introdujo la c iudad de Bogotá con las condiciones de Temperatura
máxima y mínima diaria mensual (°F) y velocidad promedio del viento (m
/ h) registradas en la estación metereológica 2120579 “Dorado” que es
la más cercana a la localización de INPROQUIM. Esta informac ión fue
adquirida en el Ins tituto de Hidrología, Meteorología y Estudios
Ambientales de Colombia / IDEAM .El último de los parámetros requerido
por el programa es el de radiación solar (Btu / ft2 dia). Éste fue
introducido con la información que se encuentra v irtualmente disponible
por la Adminis trac ión Nac ional Aeronáutica y del Espacio / NASA en el
Centro Científ ico de datos A tmosfér icos (NASA, 2003). En esta página se
introducen las coordenadas correspondientes a Bogotá y se puede
acceder a los registros de radiac ión solar.
IQ-2007- II-25
58
Contenido del tanque: Este información corresponde al líquido
almacenado en el recipiente. El programa permite las siguientes categor ías: Líquidos orgánicos, Destilados del petróleo y aceites crudos.
En es ta misma opción es posible espec ificar si se trata de una mezcla
multicomponente o no.
Cálculos: Una vez especificado lo anterior se procede a seleccionar el
periodo de tiempo para el cual se desea conocer la emisión y se genera
el reporte correspondiente.
5.4.2. Resultados
La informac ión que fue alimentada al programa para el desarrollo de la
simulación de los tanques 5 y es se presenta en las Tablas 27 y 28
respectivamente y líquido orgánico fue selecc ionado para el contenido del
tanque.
CARACTERISTICA DESCRIPCIÓN
Altura del cilindro (ft) 22.63
Diámetro (ft) 10.49
Altura máx ima del liquido (ft) 19.75
Altura promedio del liquido (ft) 4.92
Volumen de trabajo (gal) 14.000
Llenadas / Vaciadas al año 18
Llenadas / Vac iadas netas (gal / año) 252.000
Color y brillo del c ilindro Blanco / Blanco
Condiciones del cilindro Buenas
Color y br illo del techo Blanco / Blanco
Condic iones del techo Regulares
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59
Tipo de techo Domo
Altura del techo (ft) 1.41
Tabla 27: Inform ación tanque 5
CARACTERISTICA DESCRIPCIÓN
Altura del cilindro (ft) 16.79
Diámetro (ft) 11.08
Altura máx ima del liquido (ft) 16.04
Altura promedio del liquido (ft) 4.8
Volumen de trabajo (gal) 11569.29
Llenadas / Vaciadas al año 18
Llenadas / Vac iadas netas (gal / año) 55532.62
Color y brillo del c ilindro Blanco / Especular
Condiciones del cilindro Buenas
Color y br illo del techo Blanco / Especular
Condic iones del techo Regulares
Tipo de techo Domo
Altura del techo (ft) 0.65
Tabla 28: Inform ación tanque 6
Una vez realizada la s imulación se obtuvieron los resultados: Tabla 29.
MUESTA EMISION SIM ULACION
(Lb xileno /año)
1 76.43
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60
2 51.6
3 76.43
4 76.43
5 76.5
6 76.5
Tabla 29: Resultados sim ulación
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61
6. CAPITULO 4. ANALISIS DE RESULTADOS
6.1. Em isión experimental Las muestras analizadas corresponden a diferentes operaciones en los
tanques. Las primeras 4 fueron tomadas a condic iones de almacenamiento,
esto quiere decir que el líquido se encuentra en reposo, no hay bombeo de
líquido ni descarga del mismo, razón por la cual es necesario tomar la muestra
de aire mediante una bomba de succión. Mientras que las muestras 5 y 6
corresponden a la operación de carga del tanque, lo que significa que se está
bombeando liquido a razón de 91.6 gmp.
Comparando los flujos volumétricos , se puede observar que las muestras
correspondientes a almacenamiento (1, 2,3, 4) tienen flujos volumétricos muy
bajos (3.6, 3.3, 2.4 y 2.4 Kg / h) respectivamente, mientras que las 5 y 6 presentan los mayores flujos, 164.6 Kg / h. Esto puede explicarse si se tiene en
cuenta que el líquido que entra por la parte inferior del tanque a medida que
sube, desplaza el aire contenido entre la superficie del líquido y la superficie del
tanque. Hecho que es ta directamente relac ionado con la emisión.
Ahora bien relacionando la emisión y el volumen de líquido en el tanque para
las muestras 1,3 y 4 se puede observar que a mayor volumen de líquido en el
tanque mayor será la emisión. Esto se explica teniendo en cuenta que si el
volumen de líquido es mayor, menor será el volumen del espacio vac ío y mayor
será la saturación de es te con el compuesto volátil para cada una de las
muestras . Respecto a las muestras 5 y 6 es claro que presentan las mayores
emis iones (25017.46 y 26082.48 Lb / año) respectivamente. Es de esperarse
que la operac ión de carga produzca la mayor emis ión, ya que al aumentar el
nivel de liquido se enriquece el espac io de aire (alta concentración) y este a su
vez se desplaza a flujos volumétricos muy altos respecto a los presentados en
el almacenamiento (164.6 Kg / hr).
Teniendo en cuenta que los resultados experimentales corresponden al mejor
acercamiento de la emis ión real, estos valores serán fijados como referencia
para comparar los resultados obtenidos por los otros tres métodos.
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62
6.2. Emisión em pírica
El análisis de las emisiones de xileno por el modelo empírico para las muestras
de almacenamiento, presenta valores muy similares para las muestras 1, 2 y 3
correspondientes a almacenamiento, mientras que la emis ión de la muestra 4
se encuentra bastante alejada de es tos valores y de el de la operación de
carga. Esto se explica por que en el modelo las pérdidas por almacenamiento
se encuentran directamente relacionadas con el volumen de espacio vacío (V v)
y el menor volumen de espacio vac ío es el de la muestra 4 (37.95 ft3).
Analizando la similitud en los valores de emisión de las muestras 1,2 y 3, se
observa que hay dos parámetros que son constantes para las tres muestras: El Factor de expansión (KE), el fac tor de saturación (Ks) y la densidad del vapor
(WV). Detallando la ecuación (5.2.1.5) se observa que este factor de expansión
(KE) solo depende de la Temperatura máxima y mínima diaria y esta es la
misma para todas las muestras ya que los tanques se encuentran en la misma
ubicación. En cuanto al factor de saturac ión, la ecuación 5.2.1.6 muestra que
este está relac ionado a la pres ión de vapor a la temperatura promedio de la
superfic ie del liquido (PVA) y a la cabeza de altura de vapor (Hv0). El pr imero es
muy similar para los tres casos ya que el diseño del tanque (forma, dispos ición,
material y color) permite asumir que la temperatura al inter ior es constante. En
cuanto al segundo, en la tabla 30 se puede observar que el comportamiento de
esta cabeza para cada uno de los tres casos es muy similar.
MUESTRA ALTURA
LIQUIDO (ft)
ALTURA
TECHO (ft)
CABEZA ALTURA
DE VAPOR (FT)
1 6.6 1.41 14.62
2 1.731 0.65 15
3 5.54 1.41 15.67
Tabla 30: Cabeza de vapor
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63
Por último se puede explicar la s imilitud entre las emisiones de las pr imeras tres
muestras s i se tiene en cuenta que la densidad del vapor es la misma para las tres. Dado que la concentrac ión es muy s imilar para las tres el peso molecular
también lo es. Además la presión de vapor y la temperatura en la superficie del
líquido son iguales .
En cuanto a los valores de emis ión de las muestras del trabajo de carga (5 y 6),
los valores son iguales por que los parámetros de esta ecuación son los
mismos para ambas muestras. Las únicas diferencias en las muestras 5 y 6 son
la hora de toma de muestra y el nivel de líquido en el tanque y estas variables
no son tenidas en cuenta para el cálculo de emis ión por carga en este modelo.
Finalmente, los valores de pérdida por trabajo de vac iado (KN) y la pérdida de
producto por trabajo del tanque (Kp) tienen el valor de la unidad. Para el cálculo
de la pérdida por vac iado la norma desarrollo la figura 5, en la que se puede
calcular esta pérdida conociendo el número de vac iadas. Para el caso de
INPROQUIM ésta operación se realiza entre 12 y 24 veces por año, por lo que
esta pérdida se calculó para el promedio (18) y por la figura se puede encuentra
que KN=1.
Figur a 5: Calculo vaciadas (EPA a, 2006)
En cuanto a las pérdidas por trabajo de producto la norma propone que para el
trabajo con líquido orgánicos KE=1.
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64
6.3. Emisión teórica
Como fue descrito en el capitulo 2, el modelo teór ico solo tiene en cuenta las
pérdidas por trabajo entendidas como carga y descarga, por lo que no es
posible aplicar lo a las primeras cuatro muestras . Analizando los resultados
obtenidos para las correspondientes a carga (5 y 6) se observa que el valor de
emis ión más alto corresponde a la muestra tomada a una mayor temperatura, lo
que tiene sentido si se tiene en cuenta que la presión de vapor depende de
esta.
Para el desarrollo de los cálculos se asumió que ambas fases se comportan
como ideales, lo que es una aprox imación válida si se tiene en cuenta que el líquido es puro y que el gas se encuentra a presiones cercanas a la
atmosférica. A diferencia de los otros modelos, este no hace diferenciación en
el tipo de tanque s ino que calcula una emis ión genér ica para todos los
contenedores.
En cuanto la operac ión de descarga, ésta estaba programada para ser
monitoreada pero la toma de la muestra es de gran dificultad, ya que al
realizarse la descarga por la parte infer ior del tanque todo el aire es taba siendo
succionado hac ia abajo mientras que el punto de toma de muestra se encuentra
en el techo del tanque. Es por esta razón que es de esperarse que la pérdida
por descarga sea muy pequeña. Luego de realizar los cálculos respectivos que
sugiere el método se encontró que efectivamente la emisión en esta operación
es muy pequeña (tabla 31).
Em isión Des carga (lb /año) 3.9E-06
Presión total (mmHg) 560
Presión sat a T determinada (bar) 0,007
Fracc ión vapor (y) 0.009
Sumator ia PtYi 5.17
Volumen de espacio vacío (ft3) 116.52
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65
Volumen inicial de aire en el TK ( ft3) 157.7
P final en el TK (mmHg) 560
Sumator ia PtYi 5.17
Volumen de espacio vacio (ft3) 116.52
Volumen final de aire en el TK (ft3) 85.06
Tiempo de vaciado del tanque (hr) 2.5
Tasa de aire remov ido ( Vr) 29.08
Razón inic ial de aire (Ri) 145.9
Razón final de aire ( Rf) 107.3
Cociente Ra 126.6
R (ft3 mmHg / K lbmol) 999
VRS= Vr/Ra 0.22
Tabla 31: Emisión teórica descarga
6.4. Emisión simulada
Las pérdidas por emisión calculadas por el programa TANKS corresponden a las
pérdidas por almacenamiento y por la operación de carga y descarga que el
programa estima a partir de la información alimentada. Por esta razón los
resultados de las muestras 1, 3 y 4 son los mismos. Mientras que la muestra 2 al
ser tomada en un tanque diferente presenta otro valor . Al observar los resultados
de las pérdidas de todas las muestras relac ionadas al tanque 6 (todas menos la
2) es claro que todas se encuentran en el mismo rango (76.4-76.5) esto se
explica por el hecho de que el programa no tiene en cuenta el nivel de liquido en
el tanque sino que realiza un es timativo el volumen promedio del tanque (y este
es el mismo para todas).
En cuanto el acabado del tanque, para ambos tanques se especificó color blanco
y condiciones de c ilindro buenas mientras que para los techos se espec ificaron
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66
condiciones regulares ( imagen 5) . Para es ta condición, el simulador asume un
factor de absorbanc ia (α) de 0.34.
Imagen 5: Condiciones de los techos de los tanques 5 y 6
Otra de las suposiciones que realiza el programa es que el mov imiento del tanque se dis tribuye igualmente en cada uno de los meses. En cuanto la
pres ión de vapor, el programa tiene su propia base de datos con las constantes
correspondientes para cada una de las sustancias, para el caso de una mezcla
de isómeros de xileno a las condic iones climáticas y meteorológicas
alimentadas de la información del IDEAM, el programa calcula una presión de
vapor de 0.008 bar para el tanque 5 y de 0.007 bar para el tanque 6.
6.5. Com paración de resultados de las emisiones
Como fue menc ionado en la secc ión 6.1 los resultados arrojados por la emisión
exper imental serán tomados como referencia para comparar con los empír icos,
teóricos y simulados. La tabla 32 resume los resultados de las emis iones en Lb
xileno / año.
MUESTRA EMISION EXPERIMENTAL
EMISION EMPIRICA
EMISION TEORICA
EMISION SIM ULACION
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67
Tabla 32: Resumen emisiones
Comparando la emisión exper imental con la empír ica, es c laro que ex iste una
gran diferencia. Observando las emis iones experimentales se puede notar que la
tendencia es que a menor volumen de espacio vac ío mayor será la emisión;
Mientras que la relación entre la pérdida por almacenamiento y el volumen de
espac io vacío es proporc ional. Esto explica que la emis ión estimada para la muestra 4 (la de mayor volumen de líquido y menor espac io vac ío) sea la mas
baja de todas (2.06 Lb xileno / año).
En cuanto las muestras correspondientes a la carga es indiscutible que el valor de la emis ión aumenta en ambos registros, lo que comprueba que la emis ión por
carga del tanque es mayor que para el almacenamiento. Otra de las razones por
las que se presentan diferenc ias en los resultados de ambos modelos es por el
valor de la dens idad del vapor. El modelo empír ico sugiere realizar los cálculos
según la ecuación 5.2.1.4 y esta arroja densidades iguales para todos los casos
de almacenamiento (0.0023 Lb / ft3), mientras que experimentalmente si se
realiza un estimativo para cada uno de los casos teniendo en cuenta las partes
por millón que contiene cada una de las muestras y asumiendo comportamiento
de gas ideal se encuentra que la densidad es diferente para cada muestra.
Continuando con la comparación, ahora entre los resultados exper imentales y
teóricos es importante tener en cuenta que como se mencionó en la secc ión 6.2
solo es posible analizar las muestras correspondientes a carga. Por medio de la
tabla se observa que ambos presentan la tendencia a aumentar la emisión al
(Lb xileno /año) (Lb xileno /año) (Lb xileno /año) (Lb xileno /año)
1 0.64 58.20 - 76.43
2 0.58 69.97 - 51.6
3 8.01 62.95 - 76.43
4 141.62 2.06 - 76.43
5 25017.46 5672.21 8927.17 76.5
6 26082.48 5672.21 10663.31 76.5
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68
aumentar la temperatura, lo que tiene sentido por que al aumentar esta variable
se favorece la volatilización del xileno. La diferenc ia en los valores se puede explicar s i se tiene en cuenta que el modelo teórico se basa en el equilibr io, pero
al momento de la toma de las muestras se ev idenció que durante el proceso de
carga el s istema no se encuentra en equilibr io. El liquido esta entrando a una
razón de 91.6 gpm provocando turbulenc ia y gradientes de temperatura y presión.
Esto explica la diferenc ia en los resultados.
Analizando los resultados exper imentales con los simulados se ev idencia que
además de que la emis ión s imulada es casi constante, (el programa asume un
nivel de liquido promedio en el tanque) los datos calculados por el programa son
mucho menores a los “reales” (experimentales). Esta misma s ituac ión se
referencia en un estudio realizado en la Ciudad de Dar –es-Salaam en TANZANIA. El articulo titulado “Emis ión, Riesgo y dispersión de líquidos
orgánicos a condiciones de almacenamiento en países en desarrollo, el caso de
DAR-ES-SALAAM , TANZANIA ” sugiere desarrollar una correlación entre los
dos modelos. Para el presente caso de estudio, no se dispone de datos
suficientes para dicha correlac ión. (Jackson, 2006)
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69
7. CAPITULO 5. CONCLUSIONES Y RECOM ENDACIONES
CONCLUSIONES
Tomando como referenc ia los resultados experimentales presentados en la
tabla 5.1.2 y comparándolos con la resoluc ión 1208 del DAMA, en donde se
establece que para flujos volumétr icos de x ileno mayores a 2 Kg / h la
concentración máx ima para el 2010 debe ser de 100 mg / m3, es claro que
todos los flujos volumétricos exper imentales son mayores a 2 Kg / h por lo que
deben cumplir con la normativ idad. La tabla 33 permite observar la concentración de cada una de las muestras en mg / m3.
MUESTRA C (µg/m 3) C (mg / m 3)
1 12131.1 12.1
2 12131.1 12.1
3 228455.0 228.455
4 4041526.2 4041.53
5 10410234.6 10410.2
6 10853410.4 10853.4
Tabla 33: Concentraciones
Los valores que aparecen en negr ita son los que se encuentran por enc ima de
normativa para el 2010. Para disminuir esta emisión es necesario aplicar
medidas de control, por lo que en la sección de recomendaciones se presentan
algunas de las medidas que pueden ser aplicadas.
Ahora bien, analizando los cuatro métodos empleados, se concluye que el
modelo empírico no es una buena aproximac ión al proceso de carga, ya que no
permite estimar la emisión para diferentes condiciones de llenado. En cuanto al
modelo teór ico y sus diferencias con los resultados “reales” se concluye que
este método solo aplica para razones de bombeo pequeñas que permitan
simular el sistema como un sistema en equilibrio.
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70
Observando los resultados arrojados por la s imulac ión realizada en TANKS y la
exper imentación se conc luye que el programa es de gran utilidad siempre y cuando se realice una correlac ión entre los datos para encontrar el
comportamiento.
Finalmente y de acuerdo a las sugerencias presentadas por la EPA en la AP-42
se comprobó que la aplicac ión de varios métodos es de gran importanc ia para
asegurar la validez de los resultados.
RECOM ENDACIONES
Una vez analizados los modelos se procede a presentar algunas estrategias de
control de fác il aplicación y bajo costo y otras relac ionadas al manejo del
tanque, al igual que se sugiere realizar un inventar io de emisiones para todos
los tanques con el fin de adoptar medidas sobre lo más significativos y en orden
de pr ioridad.
1. Volumen de liquido: Observando la relac ión que ex iste entre el volumen
de líquido almacenado y la emis ión, se sugiere tener varios tanques con
volúmenes de líquido medios a un solo tanque con el nivel máx imo de
líquido. Esta recomendación se propone teniendo en cuenta que la
empresa dispone de dos tanques de gran capac idad para el
almacenamiento de x ileno.
2. Número de vaciadas: De acuerdo a la simulación la pérdidas en el
tanque se disminuirían manejando un menor numero de vaciadas, es por
esto que se sugiere disminuir las vaciadas manteniendo un volumen
remanente mayor.
3. Tasa de bombeo: Tasas de bombeo menores generan menos pérdida, al
realizar un proceso de carga más lento lo que hace que el vapor sea
desplazado en menor cantidad y por lo tanto disminuye la emisión.
4. Tipo de tanque: El estudio de Tanzania comprobó que el tipo de tanque
influye considerablemente en la emisión. Tanques de techo flotante
interno y ex terno generan 90% menos emisiones que los de techo fijo.
Esto se explica por que cuando hay un aumento en la temperatura el
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techo flotante sube para mantener la pres ión s in neces idad de
dispositivos de venteo. Mientras que el de techo fijo libera pres ión por medio de los dispositivos de aliv io. Ver figura 6
Figura 6: Comparación tanque techo fijo y f lotante (Jackson, 2006)
5. Temperatura: Mantener la temperatura constante al interior del tanque
disminuye la evaporac ión del líquido. Para lograr esto se sugiere
implementar un programa de mantenimiento preventivo en el que se
revisen las condic iones estructurales y el espesor de recubrimiento,.
También se sugiere as ilar el tanque para reducir la transferenc ia de calor
entre el contenido y el ambiente
6. Disminuir el uso del tanque: Se sugiere no almacenar el producto en el
tanque cuando sea necesar io. La transferenc ia de un carrotanque a otro
sería lo ideal, ya que se disminuir ían las pérdidas tanto por
almacenamiento como por trabajo.
7. Realizar un inventari o de emisiones : Se sugiere monitorear la emisión de
todos los tanques de gran capacidad, con el fin priorizar las medidas de
control a aplicar.
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72
8. REFERENCIAS
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McGraw Hill.
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2007 en
http://eur lex.europa.eu/LexUr iServ/s ite/es/oj/2004/l_143/l_14320040430es00
870096.pdf)
EPAa, 2006, Compilation of Air Pollutant Emission Factors , [Versión
Elec trónica] Volumen 1, Capitulo 7, Quinta edición.
EPAb,1978, Control of Volatile Organic emiss ions from manufacture of
synthes ized pharmaceutical products, [Vers ión Elec trónica] Apendice B,
Pags B1-B5
EPAc, 1999, Determinación de Compuestos Orgánicos Volátiles / COV´s en
muestras tomadas del aire en recipientes espec iales y poster ior análisis por
cromatografía de gases/ espectrometr ía de masas” [Versión Elec trónica],
Pags 14 A1-14 A5
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softw are: Version 4.0, [Versión Electrónica]
EPAe, 1995, Xilenos [versión electrónica] recuperado el 15 de nov iembre de
(http://www .epa.gov/ttn/atw /hlthef/xylenes.html#ref.
EPAf, 1994, Localización y estimación de emisiones de emisiones en el aire
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INPROQUIM a, 2007, Hoja de Seguridad Xileno.
Ming- HoYu, 2005, Environmental Toxicology Biological and health effects of
pollutants.
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2007 )
Praunitz, The properties of gases and liquids, 5a ed, Ed Mac Graw Hill,
2001.
Shine, B (1996), Methods for Estimating Volatile Organic Co mpound
emiss ion from batch processing facilities, Journal of Cleaner Production,
Volumen (4) , No 1, Pags 1-7
IQ-2007- II-25
74
9. LISTA DE TABLAS
TABLA Página
Tabla 1. Ejemplos de COV´s 10
Tabla 2 Productos almacenados en tanques de gran capac idad 19
Tabla 3. Propiedades productos almacenados, 20
Tabla 4. Propiedades f ís ico químicas del Xileno, 23
Tabla 5. Factores de emis ión de procesos productivos para isómeros del xileno
25
Tabla 6. Factores de emis ión a condic iones de almacenamiento 26
Tabla 7. Factores de emis ión por fugas en plantas hipotéticas de producc ión de isómeros del x ileno
26
Tabla 8. Factores de emis ión promedio de fugas en equipos comunes 27
Tabla 9. Normas de calidad de aire para sustancias peligrosas 30
Tabla 10. Norma de emis ión para fuentes fijas en procesos productivos 31
Tabla 11. Comparación de cada uno de los métodos 33
Tabla 12. COV´s estables a condiciones de toma de muestra 37
Tabla 13. Multidetector no específico 41
Tabla 14. Multidetector específ ico modo SIM 41
Tabla 15. Multidetector específ ico modo SCAN 42
Tabla 16. Observación muestras 43
Tabla 17. Volumen de líquido en el tanque 44
Tabla 18. Concentraciones 45
Tabla 19. Emis ión de x ileno 46
Tabla 20. Resultados muestra 1 50
Tabla 21. Resultados muestra 2 51
Tabla 22. Resultados muestra 3 51
Tabla 23. Resultados muestra 4 51
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Tabla 24. Resultados muestra 5 y 6 52
Tabla 25. Constantes de Antoine 54
Tabla 26. Informac ión requer ida por TANKS 57
Tabla 27. Informac ión tanque 5 59
Tabla 28. Informac ión tanque 6 59
Tabla 29. Resultados simulac ión 60
Tabla 30. Cabeza de vapor 62
Tabla 31. Emis ión teór ica descarga 65
Tabla 32. Resumen emis iones 67
Tabla 33. Concentraciones 69
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76
10. LISTA DE FIGURAS
FIGURA Pagina
Figura 1. Tanque de techo fijo 13
Figura 2. Tanque de techo externo flotante 14
Figura 3. Tanque de techo fijo flotante 15
Figura 4. Tanque de techo flotante con domo externo 16
Figura 5. Calculo vaciadas 63
Figura 6. Comparación tanque techo fijo y flotante 71
