UNIDAD IX. CINÉTICA DE LAS REACCIONES · los factores que afectan la velocidad y los mecanismos a...

PRINCIPIOS Y PROCESOS QUÍM ICOS Unidad IX - X Cinéticas de los Procesos Químicos – Contaminación Ambiental

Ing. Frank Rincón

1

UNIVERSIDAD JOSÉ ANTONIO PÁEZ

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIAL

PRINCIPIOS Y PROCESOS QUIMICOS

UNIDAD IX. CINÉTICA DE LAS REACCIONES

1. CONCEPTO

Es el área de la química que se dedica al estudio de la velocidad de las reacciones químicas,

los factores que afectan la velocidad y los mecanismos a través de los cuales ocurren las

reacciones. La palabra cinética sugiere movimiento o cambio, en consecuencia para el tema

estudiado cinética se refiere a la rapidez de reacción y en concreto al cambio de

concentración de un reactivo o de un producto con respecto al tiempo (M/s).

2. CARACTERÍSTICAS.

Permite comprender y controlar la velocidad de las reacciones.

Los estudios en esta área pueden ser de carácter experimental o empírico.

Ayuda a establecer las condiciones para producir materiales deseados a una

velocidad útil y económica

Introduce la variable tiempo en su estudio.

Estudia el camino que siguen los reactivos para pasar a productos.

2. VELOCIDAD DE REACCIÓN: CONCEPTO Y EXPLICAR A TRAVÉS DE

EJEMPLOS

.

La velocidad de reacción describe que tan rápido se consumen los reactivos y se

forman los productos.

Existe una curiosidad respecto de la razón por la que las reacciones ocurren a

diferentes rapideces. Algunos procesos, como las etapas iniciales de la visión, la

fotosíntesis y las reacciones nucleares en cadena, ocurren a una rapidez muy corta, del

orden de 10–12 s a 10–6 s. otros, como la polimerización del cemento y la conversión del

grafito en diamante, necesitan millones de años para completarse. En un nivel práctico, el

conocimiento de la rapidez de las reacciones es de gran utilidad para el diseño de fármacos,

el control de la contaminación y el procesamiento de alimentos. Con frecuencia los

químicos industriales ponen más énfasis en la aceleración de la rapidez de una reacción que

en mejorar su rendimiento.

Sabemos que cualquier reacción puede representarse a partir de la ecuación general:

reactivos ⎯→ productos


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2

Esta ecuación expresa que durante el transcurso de una reacción, los reactivos se consumen

mientras se forman los productos. Como resultado, podemos seguir el progreso de una

reacción al medir ya sea la disminución en la concentración de los reactivos, o el aumento

en la concentración de los productos.

Figura1: Rapidez de la reacción A → B representada como la disminución de las

moléculas de A con el tiempo y como el incremento de las moléculas de b con el tiempo

En la figura 1 se muestra la disminución del número de moléculas de A y el incremento en

el número de moléculas de B con respecto del tiempo. En general, es más conveniente

expresar la rapidez de reacción en términos del cambio en la concentración en cuanto al

tiempo. Así, para la reacción A ⎯→ B, la rapidez se expresa como:

rapidez = −∆[A]

∆𝑡 o rapidez = −

∆[B]

∆𝑡

donde Δ[A] y Δ[B] son los cambios en la concentración (molaridad) en determinado

periodo Δt. Debido a que la concentración de A disminuye durante el intervalo, Δ[A] es una

cantidad negativa. La rapidez de reacción es una cantidad positiva, de modo que es

necesario un signo menos en la expresión de la rapidez para que la rapidez sea positiva. Por

otra parte, la rapidez de formación del producto no requiere un signo de menos porque Δ[B]

es una cantidad positiva (la concentración de B aumenta con el tiempo).

Estas rapideces son rapideces promedio porque representan el promedio en cierto periodo

Δt. A continuación veremos cómo se mide en forma experimental la rapidez de una

reacción. Por definición, sabemos que para determinar la rapidez de una reacción se mide la

concentración del reactivo (o del producto) como una función del tiempo. Para las

reacciones en disolución, la concentración de algunas especies se puede medir por métodos

espectroscópicos. Si participan iones, el cambio en la concentración también se detecta por

mediciones de conductividad eléctrica. Las reacciones con gases se siguen a través de

medidas de presión. A continuación consideraremos dos reacciones específicas para las

cuales se utilizan diferentes métodos para medir la rapidez de reacción.

3.1 Ejemplificación con reacción de bromo molecular y ácido fórmico

En disoluciones acuosas, el bromo molecular reacciona con el ácido fórmico (HCooH)

como sigue:


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3

Br2(ac) + HCooH(ac) ⎯→ 2Br–(ac) + 2H+(ac) + Co2(g)

A medida que progresa la reacción, la concentración de Br2 disminuye con rapidez, y su

color se desvanece. Esta pérdida de color, y por tanto de concentración, se mide fácilmente

con un espectrómetro, que registra la cantidad de luz visible que absorbe el bromo.

La medición del cambio (disminución) de la concentración de bromo desde un tiempo

inicial hasta un tiempo final, permite determinar la rapidez promedio de la reacción durante

ese intervalo:

rapidez promedio = −∆[Br2]

∆𝑡 = −

∆[Br2]final−[Br2]inicial

𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙−𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

Utilizando datos de tablas se calcula la rapidez promedio del primer intervalo de 50 s como

sigue:

Rapidez promedio = −(0.0101)−(0.0120) 𝑀

50.0 𝑠 = 3.80 ∗ 10‾⁵ m/s

Si seleccionamos como intervalo los primeros 100 s, la rapidez promedio estará dada por:

Rapidez promedio = −(0.00846)−(0.0120) 𝑀

100.0 𝑠 = 3.54 ∗ 10‾⁵ 𝑚/𝑠

Estos cálculos demuestran que la rapidez promedio para la reacción depende del intervalo

que seleccionemos. Al calcular la rapidez promedio de la reacción a intervalos cada vez

más cortos, obtenemos la rapidez en un momento específico, lo que proporciona la rapidez

instantánea de la reacción.

Se considera la siguiente reacción:

4NO2(g) + O2(g) ⎯→ 2N2O5(g)

Supongamos que en un momento determinado durante la reacción, el oxígeno molecular

está reaccionando con una rapidez de 0.024 M/s.

a) ¿Con qué rapidez se está formando el N2O5?

b) ¿Con qué rapidez = ∆[O2]

∆𝑡 =

1

2 ∆[N2O5]

∆𝑡 Tenemos:

∆[O2]

∆𝑡 = -0.024 M/s el signo menos

indica que la concentración del o2 está disminuyendo con el tiempo.

Solución a) A partir de la expresión de rapidez anterior tenemos

− ∆[O2]

∆𝑡 =

1

2 ∆[N2O5]

∆𝑡 por tanto:

∆[N2O5]

∆𝑡 = -2 (-0.024M/s) = 0.048 M/s

b) Aquí tenemos:

1

4 ∆[NO2]

∆𝑡 =

∆[O2]

∆𝑡 ; entonces:

∆[NO2]

∆𝑡 = 4 (-0.024M/s) = - 0.096 está reaccionando el No2?


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4

Estrategia Para calcular la rapidez de la formación del N2o5 y de la desaparición del No2,

necesitamos expresar la rapidez de la reacción en términos de los coeficientes

estequiométricos:

rapidez promedio = −1

4 ∆[NO2]

∆𝑡 M/s

4. APLICAR LA LEY DE VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN A UN EJEMPLO DE

REACCIÓN.

La reacción del óxido nítrico con hidrógeno a 1 280°C es: 2No(g) + 2H2(g) ⎯→ N2(g) +

2H2o(g)

A partir de los siguientes datos, medidos a dicha temperatura, determine: a) la ley de

rapidez, b) su constante de rapidez y c) la rapidez de la reacción cuando [No] = 12.0 × 10–3

M y [H2] = 6.0 × 10–3 M.

Experimento [NO] (M) [𝐻2] (M) Rapidez Inicial

(m/s)

1 5.0 x 10−3 2.0 x 10−3 1.3 x 10−5

2 10.0 x 10−3 2.0 x 10−3 5.0 x 10−5

3 10.0 x 10−3 4.0 x 10−3 10.0 x 10−5

Estrategía: Se tiene un conjunto de datos de rapideces de reacción y de concentración y se

pide que se determine la ley de rapidez y la constante de rapidez. Se supone que la ley de

rapidez tiene la forma de rapidez = k[No]𝑥 [H2]𝑦 ¿Cómo utilizamos estos datos para

determinar x y y? Una vez que se conoce el orden para los reactivos, podemos calcular k a

partir de cualquier conjunto de rapideces y concentraciones. Finalmente, la ley de rapidez

permite calcular la rapidez a cualquier concentración de No y H2.

Solución:

a) Los experimentos 1 y 2 muestran que cuando se duplica la concentración de NO a

una concentración constante de H2, la rapidez se cuadruplica. Si se toma la

proporción de las rapideces a partir de estos dos experimentos

𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧2

𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧1=

5.0 𝑥10−5

1.3 𝑥 10−5𝑚

𝑠

≅𝑘(10.0 𝑥 10−3𝑀)𝑥(2.0 𝑥 10−3 𝑀)𝑦

𝑘(5.0 𝑥 10−3 𝑀)𝑥(2.0 𝑥 10−3 𝑀)𝑦 = (10.0 𝑥 10−3 𝑀)𝑥

(5.0 𝑥 10−3𝑀)𝑥 = 2𝑥 = 4 o x = 2

Es decir, la reacción es de segundo orden con respecto al No. Los experimentos 2 y 3

indican que al duplicar [H2] a [No] constante se duplica la rapidez. Aquí escribimos la

relación como:

𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧3

𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧2=

10.0 𝑥 10−5𝑀/𝑠

5.0 𝑥 10−5 𝑀/𝑠= 2 =

𝑘(10.0 𝑥 10−3𝑀)𝑋(4.0 𝑥 10−3𝑀)𝑦

𝑘(10.0 𝑥 10−3𝑀)𝑥(2.0 𝑥 10−3𝑀)𝑦 = (4.0 𝑥 10−3𝑀)𝑦

(2.0 𝑥 10−3𝑀)𝑦 = 2𝑦 = 2

También puede ser que y = 1, es decir, la reacción es de primer orden en H2. Por tanto, la

ley de rapidez está dada por rapidez = k[No]2 [H2] lo que muestra que es una reacción de

tipo (2 + 1) o de tercer orden global.


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b) La constante de rapidez k se calcula utilizando los valores de cualquiera de los

experimentos. Reacomodando la ley de rapidez, obtenemos: 𝑘 =𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧

[No]2[𝐻2], es decir:

k=5.0 𝑥 10−5 𝑀/𝑠

(10.0 𝑥 10−3𝑀)2(2.0 𝑥 10−3𝑀)= 2.5 𝑥 102/𝑀2. 𝑠

c) Utilizando la constante de rapidez conocida y las concentraciones de No y H2,

escribimos:

Rapidez= (2.5 x 102/𝑀2. 𝑠) (12.0 𝑥 10−3 𝑀)2(6.0 𝑥 10−3𝑀) = 2.2 𝑥 10−4𝑀/𝑠

5. INDICAR EL SIGNIFICADO E IMPORTANCIA DEL TIEMPO DE VIDA

MEDIA.

La vida media es el tiempo requerido para que la concentración de un reactivo disminuya a

la mitad de su valor inicial.

Gráfica de [A]t con respecto del tiempo para la reacción de primer orden A ⎯→productos.

La vida media de la reacción es de 1 min. Cada vez que transcurre una vida media, la

concentración de A se divide la mitad.

La medición de la vida media de una reacción es una forma de determinar la constante de

rapidez de una reacción de primer orden.

El siguiente ejemplo resulta de utilidad en la comprensión de la ecuación de 𝑇1

2

.Si un

estudiante universitario se tarda 5 años en graduarse, su vida media en el bachillerato será

de 2.5 años. Así, la vida media no se ve afectada por el número de estudiantes que hay.

De forma semejante, la vida media de una reacción de primer orden es independiente de la

concentración.


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La utilidad de 𝑇1

2

consiste en que ésta nos da una aproximación de la magnitud de la

constante de rapidez: cuanto menor sea la vida media, mayor será k. Considere, por

ejemplo, dos isótopos radiactivos utilizados en medicina nuclear:

24Na (t12= 14.7 h) y 60Co (t12= 5.3 años).

Es obvio que la desintegración del isótopo 24Na es más rápida porque tiene una vida media

menor. Si iniciamos con 1 g de cada uno de los isótopos, la mayor parte del 24Na se habrá

terminado en una semana, en tanto que la muestra de 60Co permanecerá casi intacta.

6. DEDUCIR LAS ECUACIONES INTEGRADAS DE VELOCIDAD Y TIEMPO DE

VIDA MEDIA EN REACCIONES DE ORDEN CERO, UNO, DOS.

Reacciones de orden cero

Las reacciones de primero y de segundo orden son los tipos de reacciones más conocidas.

Las reacciones de orden cero son poco comunes. Para una reacción de orden cero

𝐴 → 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 La ley de rapidez está dada por

𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 = 𝑘 [𝐴]0

= 𝑘 Por lo tanto, la rapidez de una reacción de orden cero es una constante, independiente de la

concentración de los reactivos. Mediante el cálculo, podemos demostrar que

[𝐴]𝑡 = −𝑘𝑡 + [𝐴]0

Para calcular la vida media de una reacción de orden cero, se establece [𝐴]𝑡 = [𝐴]0/2 en la

ecuación anterior

𝑡12

= [𝐴]0

2𝑘

Cabe destacar que muchas de las reacciones de orden cero conocidas tienen lugar sobre una

superficie metálica. Un ejemplo es la descomposición del óxido nitroso (𝑁2𝑂) en nitrógeno

y oxígeno en presencia de platino (Pt)

2𝑁2𝑂(𝑔) → 2𝑁2(𝑔) + 𝑂2 (𝑔) Cuando todos los sitios de unión en el Pt están ocupados, la rapidez se vuelve constante sin

importar la cantidad de 𝑁2𝑂 presente en la fase gaseosa.

Reacciones de orden uno

Como bien se conoce el tiempo de vida media es el tiempo requerido para que la

concentración de un reactivo disminuya a la mitad de su valor inicial, por lo tanto para una

ecuación de velocidad de primer orden tenemos:

𝑡 = 1

𝑘 ln

[𝐴]0

[𝐴]𝑡

Entonces a partir de la definición de vida media, cuando 𝑡 = 𝑡1

2

, [𝐴]𝑡 = [𝐴]0/2, por lo que

𝑡12

= 1

𝑘 ln

[𝐴]0

[𝐴]0/2

O


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𝑡12

= 1

𝑘 ln 2 =

0.693

𝑘

Esta última ecuación nos indica que la vida media de una reacción de primer orden es

independiente de la concentración inicial del reactivo. Por tanto, toma el mismo tiempo

para que la concentración del reactivo disminuya desde 1.0 M hasta 0.5 M o que disminuya

desde 0.10 M hasta 0.050 M. la medición de la vida media de una reacción es una forma de

determinar la constante de rapidez de una reacción de primer orden.

Reacciones de segundo orden

Una reacción de segundo orden es una reacción cuya rapidez depende de la concentración

de uno de los reactivos elevada a la segunda potencia o de la concentración de dos reactivos

diferentes, cada uno elevado a la primera potencia. El tipo más sencillo comprende sólo una

clase de molécula como reactivo:

𝐴 → 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 Donde

𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 = −∆[𝐴]

∆𝑡

A partir de la ley de rapidez

𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 = 𝑘[𝐴]2 De esta manera las unidades de k se determinan escribiendo

𝑘 = 𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧

[𝐴]2=

𝑀/𝑠

𝑀2=

1

𝑀. 𝑠

Otro tipo de reacción de segundo orden es

𝐴 + 𝐵 → 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 Y la ley de rapidez está dada por

𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 = 𝑘[𝐴][𝐵] La reacción es de primer orden en A y de primer orden en B, por lo que tiene un orden

global de 2.

Mediante el cálculo de:

∫𝑑[𝐴]

[𝐴]2

[𝐴]𝑓

[𝐴]𝑜

= −𝑘 ∫ 𝑑𝑡𝑡

0

De esta manera la expresión para las reacciones de segundo orden del tipo “𝐴 →𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜”:

1

[𝐴]𝑡= 𝑘𝑡 +

1

⌈𝐴⌉0

Se puede obtener una ecuación para la vida media de una reacción de segundo orden al

establecer [𝐴]𝑡 = [𝐴]0/2 en la ecuación 1

[𝐴]0/2= 𝑘𝑡1

2+

1

[𝐴]0

Al despejar para 𝑡1

2

se obtiene

𝑡12

= 1

𝑘 [𝐴]0


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Se puede observar que la vida media de una reacción de segundo orden es inversamente

proporcional a la concentración inicial del reactivo. La vida media debe ser menor en las

primeras etapas de la reacción, ya que están presentes más moléculas de reactivo que

chocan entre sí. Realizar mediciones de la vida media a diferentes concentraciones iniciales

es una forma de distinguir entre una reacción de primer orden y una de segundo orden.

Reacciones de orden tres

Cabe destacar que las reacciones de tercer orden y mayores son muy complejas, ya que en

la práctica son poco frecuentes. Una reacción de tercer orden puede estar representado por

la siguiente reacción.

𝑎𝐴 → 𝑃 Siendo de tercer orden respecto al reactivo A

La ecuación diferencial de velocidad es:

𝑣 = −1

𝑎

𝑑[𝐴]

𝑑𝑡= 𝑘[𝐴]3 →

𝑑[𝐴]

[𝐴]3= −𝐾𝐴𝑑𝑡

(𝐾𝐴 = 𝑎𝑘), Integrando obtenemos

[𝐴] = [𝐴]0

(1 + 2𝑘𝐴𝑡[𝐴]02)

12

Representando 1

[𝐴]2 frente a t se obtiene una recta de pendiente igual a 2𝑘𝐴 y de ordenada en

el origen 1

[𝐴]02

Para el cálculo de la vida media de orden 3, debido a su complejidad, se asemejan

directamente al cálculo de vida media para reacciones de orden n, o sea reacciones que son

para n ≠ 1.

A partir de la ecuación:

([𝐴]

[𝐴]0)

1−𝑛

= (𝑛 − 1)𝐾𝐴𝑡𝐴0𝑛−1 + 1

Sustituyendo

[𝐴] = [𝐴]0

2 𝑦 𝑡 = 𝑡1/2

Se obtiene

𝑡1/2 = 2𝑛−1 − 1

(𝑛 − 1)𝐾𝐴𝐴0𝑛−1

7. EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA VELOCIDAD DE REACCIÓN.

La rapidez de las reacciones aumenta al incrementar la temperatura. Un ejemplo

claro de esto, es el tiempo que se requiere para cocer un huevo en agua es mucho menor si

la “reacción” se lleva a cabo a 100 °𝐶 (unos 10 min) que a 80 °𝐶. Por lo contrario, una

forma efectiva de conservar alimentos consiste en almacenarlos a temperaturas bajo cero,

para que disminuya la rapidez de descomposición bacteriana. En el siguiente gráfico se


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ilustra un ejemplo típico de la relación entre la constante de rapidez de una reacción y la

temperatura.

Figura 1: Dependencia de la constante de rapidez respecto a la temperatura. Las

constantes de rapidez de la mayor parte de las reacciones se incrementan con el aumento

de la temperatura

Otro de los factores que afecta la velocidad de las reacciones son su grado de división o

estado físico de los reactivos, ya que las reaccione entre o gases o entre sustancias en

disolución son rápidas ya que la reacción solo tiene lugar en la superficie de contacto.

Si una reacción interactúa reactivos en distintas fases, su área de contacto es menor y su

rapidez también menor, en cambio, si el área de contacto es mayor, la rapidez es mayor.

Otro factor importante que afecta la velocidad de la reacción son sus concentraciones,

dependencia en la cual se representa con la ecuación de Arrhenius mostrada más adelante.

Así como también la presencia de un catalizador ya que éste puede acelerar o no la

velocidad con el que se produce la reacción.

8. DEDUCIR LA RELACIÓN DE LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN CON LA

VELOCIDAD DE REACCIÓN.

|Para entender la energía de activación es necesario conocer lo que sucede a nivel

molecular y su respectiva cinética, la cual establece que las moléculas de los gases chocan

frecuentemente unas con otras. Por lo tanto las reacciones químicas son resultado de las

colisiones entre las moléculas de los reactivos. En términos de la teoría de las colisiones de

la cinética química, es de esperar que la rapidez de una reacción sea directamente

proporcional al número de colisiones moleculares por segundo o a la frecuencia de las

colisiones moleculares:

𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 ∝ 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑙𝑖𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠

𝑠

Un ejemplo para mostrar la dependencia de la rapidez de la reacción con la

concentración es considerando la reacción de moléculas de A con moléculas de B para

formar algún producto, cada molécula del producto se forma a partir de la combinación

directa de una molécula de A con una molécula de B. Si se suplicase la concentración de A,

el número de colisiones A-B también se duplicaría, porque para cualquier volumen


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determinado existiría el doble de moléculas de A que podrían chocar con las moléculas de

B. Como consecuencia, la rapidez aumentaría por un factor de 2. De manera semejante, al

duplicar la concentración de las moléculas de B. la rapidez aumentaría al doble. Entonces la

ley de rapidez puede expresarse como

𝑟𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 = 𝑘[𝐴][𝐵] De esta manera se podría que cualquier molécula en movimiento posee energía

cinética; cuando más rápido se mueve, su energía cinética es mayor. Pero una molécula que

se mueve rápidamente no se romperá en fragmentos por sí misma. Para reaccionar, debe

chocar con otra molécula. Cuando las moléculas chocan, parte de su energía cinética se

convierte en energía vibracional. Si la energía cinética inicial es grande, las moléculas que

chocan vibrarán tan fuerte que se romperán algunos enlaces químicos. En términos

energéticos, se dice entonces que existe una energía mínima de choque por debajo de la

cual no habrá cambio alguno después del choque. Si no está presente está energía, las

moléculas permanecen intactas y no habrá cambios por colisión, esta pequeña o mínima

energía que se necesita para iniciar la reacción química es la que se conoce finalmente

como energía de activación (𝐸𝑎).

9. EXPLICAR EL SIGNIFICADO DEL COMPLEJO ACTIVADO EN UNA

REACCIÓN.

Como se explicaba en el inciso anterior para que ocurra una reacción, las moléculas que

chocan deben tener unas energía cinética torta, igual o mayor que la energía de activación

(𝐸𝑎). Ahora cuando las moléculas chocan, forman un complejo activado (también

denominado estado de transición), que es una especie de transitoria formado por las

moléculas de los reactivos como resultado de una colisión, antes de que formen el producto.

En la siguiente imagen se muestra dos perfiles diferentes de energía potencial para la

reacción

Figura 2: Perfiles de energía potencial para reacciones a) exotérmicas y b) endotérmicas.


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La reacción se representa por:

𝐴 + 𝐵 → 𝐴𝐵++ → 𝐶 + 𝐷

Donde 𝐴𝐵++ denota un complejo activado formado por la colisión entre A y B. si los

productos más estables que los reactivos, la reacción se verá acompañada por liberación de

color, es decir la reacción es exotérmica. Por otra parte, si los productos son menos estables

que los reactivos, la mezcla de la reacción absorberá calor de los alrededores y se tendrá

una reacción endotérmica

10. CONCEPTO DE ENERGÍA DE ACTIVACIÓN

Es la mínima cantidad de energía que se requiere para iniciar una reacción química.

Para que dos moléculas reaccionen deben colisionar en la orientación correcta y poseer una

cantidad de energía mínima pues a medida que las moléculas se aproximan, sus nubes de

electrones se repelen.

Para superar esto se requiere de energía, que proviene de la energía térmica del

sistema, la suma de la energía traslacional, vibracional y rotacional de cada molécula. Si la

energía es suficiente, se vence la repulsión y las moléculas se aproximan lo suficiente para

que se produzca una reordenación de sus enlaces.

11. APLICAR LA ECUACIÓN DE ARRHENIUS PARA RELACIONAR LA

CONSTANTE ESPECÍFICA DE VELOCIDAD A DISTINTAS TEMPERATURA,

CON LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN DE UNA REACCIÓN.

Esta ecuación expresa la dependencia de la constante de rapidez de una reacción

química con respecto a la temperatura, viene dada mediante por:

Ecuación #1 : Rapidez de la reacción química con respecto a la temperatura

𝑘 = 𝐴𝑒−𝐸𝑎/𝑅𝑇 Donde:

𝑬𝑎=𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑛 (

𝑘𝐽𝑚𝑜𝑙

)

𝑹 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 = 8.314 (𝐽

𝐾 × 𝑚𝑜𝑙)

𝑻 = 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎

𝒆 = 𝑒𝑠 𝑙𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑙𝑜𝑔𝑎𝑟𝑖𝑡𝑚𝑜𝑠 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙𝑒𝑠.

La letra A representa la frecuencia de las colisiones y se llama factor de frecuencia.

Se puede tratar como una constante para un sistema de reacción determinado en un amplio

intervalo de temperatura, la ecuación #1 muestra que la constante de rapidez es

directamente proporcional a A, y por tanto a la frecuencia de las colisiones. Además debido

al signo negativo asociado al exponente (−𝑬𝒂/𝑹𝑻), la constante de rapidez disminuye

cuando aumenta la energía de activación y esto conlleva con el incremento de la

temperatura. Esta ecuación se expresa de forma más útil, aplicando el logaritmo natural de

ambos lados:

Ecuación #2: Rapidez de la reacción química con respecto a la temperatura


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ln 𝑘 = 𝑙𝑛 𝐴𝑒−𝐸𝑎/𝑅𝑇 La ecuación #2 toma entonces la forma como la ecuación de una recta:

ln 𝑘 = (−𝐸𝑎

𝑅𝑇) (

1

𝑇) + ln 𝐴

𝑦 = 𝑚𝑥 + 𝑏 Así pues una gráfica de ln(k) contra 1/T da una línea recta cuya pendiente (m) es igual a

–𝐸𝑎

𝑅𝑇

Y cuya intersección con el eje y es ln (A).

11.1 EJEMPLO DE LA APLICACIÓN DE LA ECUACION DE ARRHENIUS.

La reacción para la descomposición del acetaldehído viene dada por:

𝐶𝐻3𝐶𝐻𝑂(𝑔) → 𝐶𝐻4(𝑔) + 𝐶𝑂(𝑔) Se midieron a 5 temperaturas diferentes. Los datos se presentan en la tabla, trace una

gráfica de ln(k) contra 1/T y determine la energía de activación en (KJ/mol) para la

reacción. Observe que la reacción es de orden 3

2 en relación con 𝐶𝐻3𝐶𝐻𝑂 por lo que k

tiene como unidades 1/𝑀1/2 s.

Considerando la ecuación de Arrhenius

escrita como una ecuación lineal

ln 𝑘 = (−𝐸𝑎

𝑅×

1

𝑇) + ln 𝐴

La grafica de ln(k) contra 1/T (y contra x) forma una línea recta con una pendiente igual a -𝐸𝑎

𝑅 . Por lo tanto la energía de activación se puede determinar a partir de la pendiente de la

1/𝑴𝟏/𝟐 s. T(K)

0.011 700

0.035 730

0.105 760

0.343 790

0.789 810


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gráfica.

Convertimos los datos en la siguiente tabla:

La pendiente de la recta se calcula a partir de 2

pares de coordenadas: −4.00−(−0.45)

(1.41−1.24)×10−3𝐾−1= -𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 =

2.09× 104 𝐾

𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = −𝐸𝑎

𝑅= −2.09 × 104 𝐾

𝐸𝑎 = (8.314𝐽

𝐾𝑚𝑜𝑙) (2.09 × 104 𝐾)=1.74× 105 𝐽

𝑚𝑜𝑙

Es importante resaltar que a pesar de que la constante de rapidez tiene las unidades 1/𝑀1/2

s, la cantidad ln k no tiene unidades lo cual se debe a que no es posible obtener el logaritmo

de una unidad.

12. ESTABLECER EL CONCEPTO DE CATÁLISIS DE UNA REACCIÓN

QUÍMICA.

La catálisis es un fenómeno que permite modificar la velocidad a la cual se lleva a

cabo una reacción química, a través de sustancias denominadas catalizadores. El aumento o

disminución de la velocidad viene dada de acuerdo a la naturaleza de los catalizadores, los

que aumenta la velocidad de reacción son llamados positivos, mientras que los negativos,

disminuyen.

Los catalizadores actúan proporcionando un mecanismo alterno que provee un

estado de transición diferente y disminuyen la demanda de la energía de activación sin

verse reflejados en el producto final. Estos a su vez no modifican el estado de equilibrio en

las reacciones reversibles, es decir, la constante K es la misma con o sin la presencia de un

catalizador y esto es una consecuencia directa de la Segunda Ley de La Termodinámica, la

cual establece básicamente algunas restricciones a la transferencia de calor y a la eficiencia

posible en los motores térmicos.

El motivo del aumento de velocidad en la reacción es que el catalizador posee la

capacidad de disminuir la energía de activación, que es la principal causante de la lentitud

de la misma.

13. CLASIFICAR LA CATÁLISIS SOBRE LA BASE DE LA FASE DEL

CATALIZADOR CON RESPECTO A LOS REACTIVOS INVOLUCRADOS.

13. 1 Catálisis heterogénea

Es aquella catálisis donde los reactivos y el catalizador se encuentran en fases distintas. Por

lo general, el catalizador suele tratarte de un sólido mientras que los reactivos se encuentran

ln(k) 1/T

-4.51 1.43× 10−3

-3.35 1.37× 10−3

-2.254 1.32× 10−3

-1.070 1.27× 10−3

-0.237 1.23× 10−3


Ing. Frank Rincón

14

en forma de gases o líquidos. La catálisis heterogénea es conocida como el tipo más

importante de catálisis en la industria química, especialmente en la síntesis de muchos

compuestos químicos. Entre los metales y compuestos derivados de ellos que se utilizan

con mayor frecuencia como catalizadores heterogéneos están: potasio, titanio, wolframio,

Aluminio, Cobre, Zinc, Cromo, Hierro, Manganeso, Platino, oro, Molibdeno y Vanadio.

Entre las características de la catálisis heterogénea se tiene:

El catalizador es fácilmente separable

Generalmente estables y fáciles de preparar

El centro activo se encuentra inmovilizado, evitando ciertos procesos de

desactivación.

Es difícil controlar la naturaleza precisa del centro activo.

La reacción tiene lugar en la interfase (dos dimensiones)

Entre uno de los ejemplos donde más se utiliza este tipo de catálisis es la síntesis

Haber de amoniaco, ya que el amoniaco es una sustancia inorgánica de gran valor que se

utiliza en la industria de los fertilizantes, en la manufactura de explosivos y en muchas otras

áreas, sin embargo la reacción utilizada para su producción cuenta con una rapidez de

reacción extremadamente lenta a temperatura ambiente y que a medida que aumenta la

temperatura aumenta su velocidad. Sin embargo, en presencia del hierro, más un pequeño

porcentaje de óxidos de potasio y de aluminio, cataliza la reacción del hidrógeno con el

nitrógeno para producir amoniaco a aproximadamente 500°C, procedimiento que se conoce

como el proceso Haber.

3H2(g) + N2(g) ↔ 2NH3(g)

13.2 Catálisis Homogénea

En la catálisis homogénea los reactivos y el catalizador están dispersos en una sola fase,

ya sea gaseosa o líquida, siendo la fase líquida la más común para llevar a cabo este tipo de

catálisis. Entre sus características principales se tiene:

La reacción tiene lugar en una sola fase (tres dimensiones)

Los catalizadores moleculares pueden ser diseñados con precisión y todos ellos

presentan las mismas propiedades.

La separación del catalizador puede presentar dificultades.

Los catalizadores moleculares pueden ser difíciles de sintetizar y su estabilidad

puede ser limitada.

La movilidad del centro activo permite procesos de desactivación bimoleculares.

La catálisis ácida y la básica constituyen los tipos más importantes de catálisis

homogénea en disolución líquida. Un ejemplo de este tipo es la reacción de acetato de etilo

con agua para formar ácido acético y etanol, la misma ocurre en forma demasiado lenta

para ser medida. Sin embargo, la reacción puede ser catalizada por un ácido. En presencia

de ácido clorhídrico, la rapidez aumenta.


Ing. Frank Rincón

15

La catálisis homogénea tiene algunas ventajas sobre la catálisis heterogénea. Por

una parte, las reacciones pueden llevarse a cabo en condiciones atmosféricas, reduciendo

así los costos de producción y minimizando la descomposición de productos a altas

temperaturas. A su vez, se conoce que los catalizadores homogéneos pueden diseñarse para

funcionar selectivamente para un tipo de reacción en particular y son más baratos que los

metales preciosos, que se utilizan en la catálisis heterogénea.

14. EJEMPLIFICAR LOS DIFERENTES TIPOS DE CATALIZADORES QUE SE

PUEDEN ENCONTRAR EN LA INDUSTRIA.

14. 1 Teniendo en cuenta si aceleran o retardan el proceso químico

Catalizador positivo: es el que aumenta la velocidad de una reacción; son los más

comunes. Entre ejemplos se tienen: Cloruro de aluminio, Dióxido de Nitrogeno,

Hierro y Vanadio.

Catalizador negativo: es conocido como inhibidor, retarda el proceso químico.

Como ejemplo está el Clorato de Potasio.

14.2 Según la fase en que se encuentran

Catalizador homogéneo: el catalizador está en la misma fase que los reactivos y se

combina con alguno de ellos para generar un compuesto intermediario inestable,

que rápidamente se tiende a combinar con más reactivo y genera así más producto.

El ejemplo más utilizado de un catalizador homogéneo es el protón, ya que el agua

es el disolvente más común. Lo que se lleva a cabo es que el agua forma protones

por el proceso de auto-ionización del agua.

Catalizador heterogéneo: los reactivos y el catalizador no están en la misma fase;

por lo general se requieren de materiales que ofrecen superficies adsorbentes,

permitiendo aumentar la concentración y superficie de contacto entre los reactivos,

o en caso de que sea necesario, debilitar las uniones y disminuir la energía de

activación. Un ejemplo de ello es la manufactura del ácido nítrico.

El ácido nítrico es uno de los ácidos inorgánicos más importantes. Se utiliza en la

producción de fertilizantes, colorantes, fármacos y explosivos. El método industrial

más importante para la producción del ácido nítrico es el proceso Ostwald. Las

materias primas, amoniaco y oxigeno molecular, se calientan en presencia de un

catalizador de platino-rodio aproximadamente a 800ºC.

14.3 Según su modo de acción o a su naturaleza.

Electrocatalizador: colabora en la transferencia de electrones entre el electrodo y los

reactivos, y facilita una transformación química intermedia (semirreacción). Por


Ing. Frank Rincón

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ejemplo, se emplean estos catalizadores en la producción de hidrógeno a partir de la

electrólisis de agua.

Organocatalizador: son pequeñas moléculas orgánicas libres de metales con muy

baja sensibilidad a la humedad y al oxigeno, por lo que no exigen condiciones de

reacción especiales. Son muy utilizadas en la preparación de compuestos en los que

no se admite la contaminación con metales (medicamentos, por ejemplo).

Catalizador biológico: el ejemplo clásico son las enzimas que intervienen en

diversos procesos naturales e industriales.

Catalizador de partículas sólidas: por ejemplo, los catalizador sólidos metálicos de

automóvil, que aceleran la transformación de los gases de combustión que se quiere

eliminar, como lo son el monóxido de carbono, óxido de nitrógeno e hidrocarburos

asociados a la combustión incompleta o ineficiente. Dentro de estos encontramos a

los llamados catalizadores de tres vías, porque eliminan los tres contaminantes

principales en el mismo compartimento.

15. REACTORES QUÍMICOS.

Primero se hace necesario conocer lo que es una Reacción Química: Es todo aquel

proceso mediante el cual una sustancia química se transforma en otra diferente.

Sabiendo esto podemos definir un Reactor Químico como el equipo capaz de desarrollar

una o varias reacciones químicas en su interior. Dicha unidad procesadora está constituida

por un recipiente cerrado, el cual cuenta con líneas de entrada y salida para sustancias

químicas, controlando efectivamente las variables del proceso tales como presión,

temperatura y concentración que maximizan la conversión y selectividad de la reacción a

un menor costo, tiempo, y mayor eficiencia posibles.

Esto permite producir a gran escala y permite llevar la química de laboratorio a escala

industrial, con los cuales la vida se hace un poco más sencilla

Para descubrir lo que es capaz de hacer un reactor se necesita conocer el modelo de

contacto, la cinética y la ecuación de rendimiento.

Modelo de contacto: es como circulan y contactan los materiales uno con otro dentro del

reactor, cuán tarde o temprano se mezclan.

Cinética o cuán rápido ocurren las cosas: Si es rápido el equilibrio saldrá del reactor, si no

es rápido la velocidad de la reacción química y quizás la transferencia de calor y materia

determinara que ocurrirá.

Para que pueda existir una reacción química, se debe tener en cuenta unos factores de

mucha importancia como lo son:

Las condiciones de presión, temperatura y composición necesarias para que los

materiales entren en estado de reacción.

Las características termodinámicas y cinéticas de la reacción


Ing. Frank Rincón

17

Las fases (solido, líquido, gaseoso) que se encuentran presentes en la reacción.

Los reactores químicos tienen una clasificación bastante simple.

15.1 Según el modo de operación:

Reactores Discontinuos: Son los que trabajan por cargas o lotes, no tienen flujo de

entrada ni flujo de salida de productos mientras la reacción se lleva a cabo.

Operaciones a pequeña escala para probar nuevos procesos, para fabricar productos

costosos y para procesos difíciles de convertir en operaciones continuas. También

es conocido como Reactor Tipo Batch.

Ventaja: permite altos valores de conversión, dejando los reactantes por

periodos prolongados.

Desventaja: Tienen un alto costo de mano de obra por lote y dificultad de

producción a gran escala.

Reactores Continuos: Son aquellos que trabajan en forma continua y no por lotes o

cargas como los CSTR (Reactor de mezcla completa, reactor de tanque agitado) y

los PFR (Reactores de flujo de pistón).

Ventaja: Su costo de operación es bajo comparado con el de los reactores

por lote. Se facilita el control automático de la producción.

Desventaja: Son menos eficientes que un reactor tubular, Su costo inicial es

alto.

15.2 Según las fases albergadas:

Reactores Homogéneos: Tienen una única fase, liquida o gas.

Reactores Heterogéneos: Tienen varias fases, gas-solido, liquido-solido, gas-

liquido-solido.

15.3 Según el tipo de flujos:

Reactores Ideales: Su diseño es sencillo y no consideran efectos físicos más

complejos o perturbaciones pequeñas.

Reactores No Ideales: Consideran el patrón de flujo, la existencia de zonas muertas

dentro del reactor donde el material no circula, además consideran una dinámica de

fluidos más compleja.

16. DEDUCIR LA IMPORTANCIA DE LOS REACTORES QUÍMICOS EN LOS

PROCESOS QUÍMICOS.

Este sistema es empleado en muchos procesos industriales donde se necesita la

efectividad de ocurrencia de un cambio químico que permita controlar los procesos de

producción y aprovechar mejor las condiciones para obtener productos de mejor calidad,

más puros que satisfagan las necesidades del ser humano.

Estamos en contacto cada día con miles de productos químicos distintos

sintetizados por el hombre que se han hecho indispensables en nuestras vidas. Si bien es


Ing. Frank Rincón

18

cierto que todo lo que compramos diariamente se fabrica mediante un proceso químico o al

menos incluye el uso de productos químicos necesarios, bien sea para la producción de

alimentos, medicinas, vestidos, productos de limpieza que hacen posible que las

condiciones vitales y la esperanza de vida de miles de millones de personas sean cada vez

mejores. Las industrias químicas son la base de cualquier sociedad industrial pues

dependemos de ellas respecto a productos que utilizamos a diario.

La medida de la concentración mediante un método instrumental se basa en la

existencia de una relación proporcional entre dicha concentración y la señal analítica o

respuesta que genera un instrumento

Se puede decir que los reactores, en los cuales se fabrican productos químicos en las

industrias, los tamaños son distintos desde unos pocos cm3 a grandes estructuras que a

menudo se representan en fotografía de plantas industriales. Como lo son los hornos que

productores de cal de piedra caliza, que pueden ser de 25 metros de altura y mantener, al

mismo tiempo, más de 400 toneladas de materiales. Los diseños de los reactores se

definitivos por muchos factores, pero es de particular calidad son la termodinámica y la

cinética de las reacciones químicas que se llevan a cabo. Son varios los tipos principales de

reactor que se denominan por lotes también conocidos como batch o discontinuos y

continuos.

17. DESCRIBIR LOS DIFERENTES TIPOS DE REACTORES QUE SE UTILIZAN

EN LOS PROCESOS QUÍMICOS EN BASE A SU TIPO DE OPERACIÓN Y

DISEÑO

17.1 Reactores batch o discontinuos

Estos son reactores discontinuos o interrumpidos que se utilizan en la mayoría de

los casos para las reacciones que se realizan en los laboratorios. Estos se colocan en un

tubo de ensayo, frasco o vaso de precipitados. Se combinan juntos, lo más frecuente es que

tienda a calentarse. Para que la reacción tenga lugar y luego se enfrían. Los productos se

vierten y es muy necesario esterilizarlos Esta técnica se lleva a cabo en la industria, con la

diferencia está en el tamaño del reactor y las cantidades de reactivos.

Una alternativa a este proceso alterno de reactivos químicos, tipo batch o por lotes

es sustentar, punto por un punto, continuamente al reactor, los reactivos correspondientes,

suelen permitir que la reacción tenga lugar y descartar los productos por otro extremo.

Debe haber una tasa de igual flujo de reactivos y productos. Los reactores continuos rara

vez se utilizan en el laboratorio. Un ablandador de agua puede ser un ejemplo de proceso

continuo. El agua dura de la red eléctrica se pasa a través de un tubo que contiene una

resina de intercambio iónico. La reacción se lleva a cabo en el tubo y el agua blanda sale

por el otro extremo. Cada reactor continuo se instala normalmente cuando se están

produciendo grandiosas cantidades de un producto químico. Es importante que el reactor

pueda operar durante varios meses sin detenerse para así tener mejor calidad de producción.

Los fluidos fluyen a una velocidad muy acelerada. Mientras los reactivos fluyen,

por ejemplo a lo largo de una tubería calentada poco a poco, se van convirtiendo en

productos de mejor calidad. A estas altas velocidades, los productos son incapaces de

difundirse hacia atrás y por tanto hay poco o nada de remezclado. Las condiciones se


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conocen como flujo tapón. Esto reduce la aparición de reacciones laterales y aumenta el

rendimiento del producto deseado.

17.2 Rector Heterogéneo

Un reactor heterogéneo se utiliza con mucha frecuencia en la industria en la que

fluyen los gases a través de un catalizador sólido (que es a menudo con forma de pequeños

gránulos para incrementar el área superficial). Se describe con mucha frecuencia como un

lecho fijo (Fixed Bed) de catalizador.

Un reactor de lecho fluidizado, muy pocas veces se utiliza algunas cuando las

partículas del catalizador, son muy finas se colocan en una placa distribuidora. Cuando los

reactivos gaseosos pasan a través de la placa distribuidora, las partículas se van con los

gases formando un fluido. En un CSTR, uno o más reactivos.

Por ejemplo, en solución o como una suspensión se introducen en el reactor

proporcionado con un impulsor (agitador) y los productos se extraen continuamente para

tener mejor composición. El impulsor agita los reaccionantes poderosamente para asegurar

una buena mezcla de tal modo que hay una composición equivalente en todo el sistema de

producción.

17.3 Reactores de bucle

Los reactores de bucle son utilizados como prototipo, en la elaboración de

polietileno y de polipropeno. Luego se mezcla con el eteno (o propeno) con el catalizador,

bajo cierta presión, con un diluyente, por lo general un hidrocarburo. Luego se produce una

suspensión que es calentada y circulada alrededor de los bucles y así obtener una mezcla de

mejor calidad.

Sin embargo, por tratarse del concepto de reactivo la clasificación más adecuada en

este caso sería la de características de su uso, según la cual se clasifican en el uso al que

están destinados los reactivos. Esta clasificación viene dada en el envase del reactivo y

depende del tratamiento que se le haya dado, de su riqueza, de su pureza que determina el

uso químico que se le va a poder dar, teniendo en cuenta la precisión, exactitud y error

absoluto que se ha de tener en la operación química a realizar.


Ing. Frank Rincón

20

UNIDAD X.CONTAMINACIÓN INDUSTRIAL

1. Concepto de la contaminación industrial.

Es la incontrolable degradación del medio ambiente debido a las actividades y

productos que ha ocasionado el crecimiento industrial, el cual está directamente relacionado

con la emisión de sustancias nocivas, toxicas o peligrosas hacia la atmosfera sin tener

ningún control de la calidad, densidad y composición química de las mismas.

El problema de la contaminación industrial afecta tanto al aire como al agua y la tierra.

Las causas más comunes que generan la contaminación ambiental es la quema a gran escala

de combustibles fósiles como el petróleo, el carbón y el gas, así como el sobre uso de

fertilizantes y pesticidas, el manejo y almacenamiento inapropiado de desperdicios

orgánicos e inorgánicos, además del agua residual envenenada proveniente de distintos

vertidos, que contaminan tierras, ríos y lagunas.

2. Analizar los efectos de la contaminación industrial a nivel mundial a través de

ejemplos.

Los desastres industriales han causado gran impacto en el medio ambiente, es por esto

que se explicaran los efectos producidos por los mismos mediante ejemplos:

• Desastre de Chernóbil (Ucrania – 1986): Recordado como la mayor catástrofe

nuclear de la historia. Como consecuencia, miles de personas resultaron afectadas en gran

medida por la radiación, además otros miles debieron ser evacuados. Más de medio millón

de personas trabajaron en un proceso de descontaminación, mitigación y contención en

zonas próximas al área del accidente. Sin embargo, tras 30 años de haber ocurrido el

accidente las consecuencias debido a la radiación continúan, por ejemplo, las zonas urbanas

cercanas al reactor hoy en día siguen teniendo niveles de radiación altos comparados a los

que una persona se puede exponer; en lo que respecta a la agricultura, la contaminación de

cultivos, carne y leche siguen siendo un principal problema; debido a la actividad

radioactiva en el agua, la cual afecto a su vez a la tierra, produjo mutaciones en peces y

plantas, actualmente estos han disminuido un poco.

• Derrame de petróleo en el Golfo de México (golfo de México El 22 de Abril de

2010): El derrame de petróleo en el Golfo de México alcanzó más de 1.550 km2 y fue

avanzando hacia la zona del este desde las costas de Luisiana hasta las costas de Alabama y

de Misisipi. Esta explosión provocó el derrame de 780 millones de litros de petróleo, y

aunque los técnicos de British Petroleum hicieron todo lo posible por detener el vertido

petrolero, esto no fue posible y este siguió fluyendo, afectando así la fauna y flora marina,

ocasionando la muerte por envenenamiento ya sea por absorción, por contacto o por asfixia

(el petróleo hace que el mar pierda oxigeno) de cientos de tortugas, delfines y aves. El

efecto del petróleo en los ecosistemas marinos dependen de ciertos factores como, el tipo

de petróleo, distancia del sitio contaminado con las playas y condiciones atmosféricas.


Ing. Frank Rincón

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• Fábrica de Pesticidas (India – 1984): La noche del 2 al 3 de diciembre de 1984, la

fábrica de pesticidas de Union Carbide en Bhopal sufrió un escape de unas 40 toneladas

métricas de metilo isocianato tóxico (MIC). Cerca de medio millón de personas se vieron

expuestas al escape. El gas tóxico mató a entre 7.000 y 10.000 personas en la primera

semana y cerca de 25.000 personas murieron en los siguientes 20 años. Las sustancias

toxicas afectaron las aguas, terrenos y cultivos que se encuentran alrededor de la planta y

siguen generando la muerte de las personas que viven hoy en día ahí.

• Derramen en el rio Guarapiche: En Monagas se desató una emergencia ambiental

el 4 de febrero de 2012 por un derrame de petróleo, tras la ruptura de una tubería la cual al

no ser arreglada a tiempo ocasiono el derrame de crudo en el rio Guarapiche, el cual surte

de agua potable a las poblaciones cercanas. Este trajo como consecuencia la muerte de los

manglares y la desecación de los árboles, y por lo tanto la muerte de la fauna marina.

• Explosión en Cavim: El domingo 30 de enero del año 2011 se produjo una

explosión de gran magnitud en las instalaciones de Cavim (Compañía Anónima

Venezolana de Industrias militares) en Maracay, hecho que dejó como saldo a 1 persona

fallecida, 4 heridos, la evacuación de más de 10 mil habitantes de las comunidades cercanas

y la destrucción de 3 galpones de municiones. Casi 500 viviendas resultaron afectadas,

además del impacto urbanístico y social, que este accidente causo, también género una gran

cantidad de dióxido de carbono liberado hacia la atmosfera, el cual afecta directamente a la

capa de ozono.

• Explosión en la refinería de Amuay: Se suscitó un accidente en dos tanques

contenedores de gas propano y butano lo que ocasionó un incendio de gran magnitud

acompañado de una explosión que provocó 48 muertes, 121 personas heridas y más de 290

Viviendas Afectadas. Además, un día antes de la extinción se incendió un tercer tanque de

la Refinería. El impacto ambiental que produjo esta explosión es la deposición de las

partículas emitidas, porque aparte de ocasionar problemas respiratorios y cardiopatías en las

personas, altera los ciclos químicos, de nutrientes en los suelos y aguas superficiales. A su

vez la onda expansiva generó la destrucción de la vegetación en el área de impacto.

Además la diseminación de los PAH (hidrocarburos poli-aromáticos presentes en las

partículas), tanto en el suelo como los cuerpos de agua, pueden ocasionar alteraciones

genéticas, bioquímicas y fisiológicas en diversas especies, que pueden poner en riesgo su

supervivencia así como la eficacia biológica en las áreas expuestas.

3. Indicar las diferentes fuentes de contaminación en los procesos químicos

• Fuentes contaminantes por combustión: Como sucede con el sistema de

enfriamiento, el vapor que se genera es para múltiples aplicaciones, debido a que, como se

dijo anteriormente, las plantas de margarinas se encuentran integradas con la planta de

refinación y en algunos casos con la de Hidrogenación. Por tanto, existe un grupo de

calderas encargadas de generar el vapor necesario para todas las plantas. En estas plantas se

generan contaminantes por combustión en las calderas y en las plantas auxiliares de

generación eléctrica. Estos gases de combustión están formados especialmente por CO,


Ing. Frank Rincón

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CO2, H2O, en algunos casos se emplea el Carbón como combustible, aumentando la carga

contaminante y produciendo compuestos azufrados. Lo mismo sucede con las plantas de

generación de energía eléctrica, puesto que utilizan combustible diésel. Se incluyen dentro

de estos a las emisiones de carbón producidas por los motores de combustión, así como el

polvo generado por el desgaste de la superficie del suelo, por el tránsito vehicular y la

expansión urbana. Afecta el intercambio gaseoso de plantas y animales, en estos últimos

desencadenan trastornos de las vías respiratorias.

• Contaminantes por almacenamiento y enfriamiento: Es dado comúnmente por el

refrigerante que se pierde por las líneas de conducción en el sistema de enfriamiento,

medido como la cantidad que se repone luego de cierto periodo de tiempo. El uso del agua

en los procesos de enfriamiento de máquina y los procesos de producción de energía

utilizando radioisótopos, así como la utilización de combustibles fósiles genera un aumento

de la susceptibilidad de los organismos vivos, la alteración del ciclo vital en organismos

(invertebrados, peces, anfibios, y reptiles) y la disminución de la cantidad de oxigeno

atmosférico y acuático.

• Contaminación por Ruido: Este es un contaminante que algunas veces es ignorado

sin valorar el grave efecto que sobre la salud ofrece. Los sitios donde se genera mayor

ruido, es la sección donde se ubican los compresores y en menor proporción en la sección

de empaque. La industria mecánica crea los más graves de todos los problemas causados

por el ruido en gran escala y somete a una parte importante de la población activa a niveles

de ruido peligroso. Los niveles más altos de ruido son comúnmente causados por

componentes o corrientes gaseosas que se mueven a gran velocidad o por operaciones con

percusión.

• Residuos Sólidos de origen Industrial: Aquel que es generado en actividades

propias de este sector, como resultado de los procesos de producción. La creciente

producción de residuos inertes compromete la disponibilidad de superficies de vertido

suficientes en condiciones ambientales aceptables. Con el ritmo actual de incremento de la

producción de los residuos todos los espacios disponibles para la disposición final

actualmente funcionando, se colmarán en muy pocos años. No sólo este tipo de residuos

presenta problemas de gestión, también existe el del inadecuado tratamiento de los residuos

especialmente los de origen industrial. Por otra parte, el tratamiento de residuos traslada en

ocasiones la contaminación de un medio a otro. Por ejemplo, la incineración de residuos

sólidos produce gases, partículas y vapores que contaminarán el aire si no se realiza un

adecuado tratamiento. El almacenamiento en vertederos, a su vez, puede producir diversos

efectos sobre el aire y las aguas superficiales y subterráneas como incendios y explosiones-

si no existe una salida adecuada de los gases que emanan y una buena recogida y

tratamiento de los lixiviados líquidos


Ing. Frank Rincón

23

3.1 EFLUENTES LÍQUIDOS

3.1.1 CONCEPTO

Los efluentes líquidos son los desechos arrastrados por el agua, procedentes de

viviendas, establecimientos comerciales e industriales, más las aguas subterráneas,

superficiales o de precipitación que pudieran agregarse. Las aguas residuales tienen su

propia característica inherente a su origen y puede contener varias sustancias químicas o de

origen orgánico, estos derivan directamente de la fabricación de todo tipo de productos.

Los efluentes líquidos consisten en disoluciones acuosas a distinta concentración de

los productos empleados en el proceso productivo. Es imprescindible el tratamiento de esta

agua previo a su vertido debido al poder contaminante que tienen, gracias a los agentes

contaminantes que posee.

3.1.2. EXPLICAR LOS DIFERENTES TIPOS DE EFLUENTES LÍQUIDOS

Los tipos de efluentes líquidos derivan del tipo de actividad de la cual provengan, según

esto se pueden desarrollar los siguientes:

Industriales: Son los que resultan de cualquier actividad industrial y manufacturera,

donde hagan uso del agua, para llevar a cabo sus procesos de producción y

transformación de materiales. Según sus vertidos se pueden clasificar en cinco

grupos:

- Efluentes orgánicos e inorgánicos: Provienen de refinerías, petroquímicas,

textiles, residuos cloacales, de destilerías de petróleo, de las fábricas de sebo y

de frigoríficos.

- Efluentes inorgánicos: Provienen de explotaciones mineras, salinas y de plantan

que se encargar de la limpieza y tratamientos de metales.

- Efluentes orgánicos: Son los que se generan por industrias lecheras, de

productos alimenticios y azucareras. Así como también de las papeleras y

lavanderías.

- Efluentes de refrigeración: Se producen por las centrales nucleares y las

centrales térmicas. Es importante resaltar que el calor también puede ser

considerado un contaminante cuando el vertido del agua empleada para la

refrigeración de las centrales eléctricas y nucleares hace subir la temperatura del

agua de la que se abastecen.

- Efluentes con materias en suspensión: Estos se generan por el trabajo y lavado

de distintos minerales. Principalmente mármol y carbón.

Sanitarios: Son los que se generan en asentamientos poblacionales, instalaciones

turísticas, edificios públicos, centros comerciales, aseos, entre otros. La

composición de este tipo de efluentes varía de acuerdo al uso a que el agua fue

sometida, los principales factores que pueden influir son el clima, la situación social

y económica y los hábitos de la población.


Ing. Frank Rincón

24

Drenaje: Proceden principalmente de las pluviales. Su contaminación es muy baja y

procede de zonas de almacenaje de productos al aire libre, derrames de productos en

las vías y zonas a la intemperie, rodeadas de vehículos. Según la actividad de la

industria, su tratamiento deberá ser tenido en cuenta

3.1.2. ENUMERAR LOS PRINCIPALES CONTAMINANTES EN LOS

EFLUENTES INDUSTRIALES

3.1.2.1 Sustancias toxicas (metales): hierro, cobre, níquel, plomo, cadmio, cinc, mercurio,

cobalto. Principalmente se encuentran en efluentes provenientes de industrias metalúrgicas

y también presente en la industria papelera, éstos se caracterizan por sus condiciones

tóxicas perjudiciales para la vida acuática como es la mortalidad de peces o

envenenamiento de diferentes organismos presentes en el agua.

3.1.2.2 Sustancias consumidoras de oxígeno: los detergentes y materia orgánica tienen la

característica de reducir la cantidad de oxígeno en el agua provocando un aumento de DOB

(demanda biológica de oxígeno). Provienen mayormente de industria papelera, textiles, de

alimentación e industrias químicas.

3.1.2.3 Sustancias que generan olor, sabor, color y turbiedad: Aquí se encuentran los

hidrocarburos, plomo, mercurio, aceites minerales, petróleo, derivados fenólicos y

nafténicos, residuos semisólidos, tinturas y también detergentes. Estas sustancias son

incapaces de mezclarse con el agua. La industria petroquímica es la principal en emitir

efluentes con estos componentes contaminantes.

3.1.2.4 Nutrientes: nitratos, materia orgánica, microorganismos, fosfatos, sales,

jabones: Este tipo de nutrientes provoca la eutrofización (acumulación de residuos

orgánicos en el litoral marino) y se pueden encontrar en los desagües de industrias de

alimentación e instalaciones sanitarias.

Cabe destacar que existen contaminantes específicos, los cuales, proceden de

industrias muy concretas y, normalmente, punteras, y se caracterizan por ser altamente

contaminantes. Podemos encontrar agentes tensoactivos, pesticidas, derivados halogenados

o fosforados de hidrocarburos, compuestos orgánicos específicos, sales metálicas,

compuestos eutrofizantes, entre otros.

3.1.3. DESCRIBIR LOS TRATAMIENTOS MÁS UTILIZADOS EN LA

RECUPERACIÓN DE EFLUENTES INDUSTRIALES

Los tratamientos a los que se deben someter los efluentes tienen que garantizar la

eliminación o recuperación del compuesto orgánico en el grado requerido por la legislación

que regula el vertido del efluente o para garantizar las condiciones mínimas del proceso en

el caso de reutilización o recirculación de la corriente para uso interno. El nivel máximo

admisible de contaminante puede conseguirse mediante la utilización de diversas técnicas

tanto destructivas como no destructivas.


Ing. Frank Rincón

25

- Métodos no destructivos: Adsorción (carbón activo y otros adsorbentes),

Desorción (Stripping), Extracción en fase líquida con disolventes, tecnología de

membranas (Ultrafiltración, nanofiltración).

- Métodos destructivos: Tratamiento biológico (aerobio y anaerobio), Oxidación

química, Incineración, Oxidación húmeda catalítica y no catalítica, Oxidación

húmeda supercrítica, Procesos avanzados de oxidación.

3.1.3.1 TRATAMIENTOS PARA EFLUENTES EN SUSPENSIÓN

La eliminación de esta materia en suspensión se suele hacer mediante operaciones

mecánicas. Sin embargo, en muchos casos, y para favorecer esa separación, se utilizan

aditivos químicos, denominándose en este caso tratamientos químico-físicos.

- Desbaste: Es una operación en la que se trata de eliminar sólidos de mayor tamaño

que el que habitualmente tienen las partículas que arrastran las aguas. El objetivo es

eliminarlos y evitar que dañen equipos posteriores del resto de tratamientos. Suele

ser un tratamiento previo a cualquier otro. El equipo que se suele utilizar son rejas

por las que se hace circular el agua, construidas por barras metálicas de 6 o más

mm, dispuestas paralelamente y espaciadas entre 10 y 100 mm. Se limpian con

rastrillos que se accionan normalmente de forma mecánica. En otros casos, si el tipo

de sólidos lo permite, se utilizan trituradoras, reduciendo el tamaño de sólidos y

separándose posteriormente por sedimentación u otras operaciones.

- Sedimentación: Operación física en la que se aprovecha la fuerza de la gravedad

que hace que una partícula más densa que el agua tenga una trayectoria

descendente, depositándose en el fondo del sedimentador. Esta operación será más

eficaz cuanto mayor sea el tamaño y la densidad de las partículas a separar del agua,

es decir, cuanto mayor sea su velocidad de sedimentación, siendo el principal

parámetro de diseño para estos equipos. A esta operación de sedimentación se le

suele denominar también decantación .Realmente, este tipo de partículas (grandes y

densas, como las arenas) se tienen en pocas ocasiones en aguas industriales. Lo más

habitual es encontrar sólidos poco densos, por lo que es necesario, para hacer más

eficaz la operación, llevar a cabo una coagulación-floculación previa, que como se

explicará más adelante, consiste en la adición de ciertos reactivos químicos para

favorecer el aumento del tamaño y densidad de las partículas. La forma de los

equipos donde llevar a cabo la sedimentación es variable, en función de las

características de las partículas a sedimentar (tamaño, forma, concentración,

densidad, etc.).


Ing. Frank Rincón

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Sedimentadores rectangulares: La velocidad de desplazamiento horizontal del agua

es constante y se suelen utilizar para separar partículas densas y grandes (arenas).

Sedimentadores circulares: Son más habituales. En ellos el flujo de agua suele ser

radial desde el centro hacia el exterior, por lo que la velocidad de desplazamiento

del agua disminuye al alejarnos del centro del sedimentador.

Sedimentadores lamelares: Han surgido como alternativa a los Sedimentadores

poco profundos, al conseguirse una mayor área de sedimentación en el mismo

espacio.

- La filtración: es una operación en la que se hace pasar el agua a través de un medio

poroso, con el objetivo de retener la mayor cantidad posible de materia en

suspensión. El medio poroso tradicionalmente utilizado es un lecho de arena, de

altura variable, dispuesta en distintas capas de distinto tamaño de partícula, siendo

la superior la más pequeña y de entre 0.15 y 0.3 mm. Es una operación muy

utilizada en el tratamiento de aguas potables, así como en el tratamiento de aguas

para reutilización, para eliminar la materia en suspensión que no se ha eliminado en

anteriores operaciones (sedimentación). En aguas industriales hay más variedad en

cuanto al material filtrante utilizado, siendo habitual el uso de Tierra de Diatomeas.

También es habitual, para mejorar la eficacia, realizar una coagulación-floculación

previa.

Filtración por gravedad: El agua circula verticalmente y en descenso a través del

filtro por simple gravedad.

Filtración por presión. Normalmente están contenidos en recipientes y el agua se

ve forzada a atravesar el medio filtrante sometido a presión.

- Flotación: Operación física que consiste en generar pequeñas burbujas de gas

(aire), que se asociarán a las partículas presentes en el agua y serán elevadas hasta la

superficie, de donde son arrastradas y sacadas del sistema. Obviamente, esta forma

de eliminar materia en suspensión será adecuada en los casos en los que las

partículas tengan una densidad inferior o muy parecida a la del agua, así como en el

caso de emulsiones, es decir, una dispersión de gotas de un líquido inmiscible,

como en el caso de aceites y grasas. En este caso las burbujas de aire ayudan a

“flotar” más rápidamente estas gotas, dado que generalmente la densidad de estos

líquidos es menor que la del agua.

Flotación por aire disuelto (DAF): En este sistema el aire se introduce en el agua

residual bajo una presión de varias atmósferas.

Flotación por aire inducido: La operación es similar al caso anterior, pero la

generación de burbujas se realiza a través de difusores de aire, normalmente


Ing. Frank Rincón

27

situados en la parte inferior del equipo de flotación, o bien inducidas por rotores o

agitadores.

- Coagulación-Floculación: La materia en suspensión puede estar formada por

partículas de pequeño tamaño (10-6 – 10-9 m), lo que conforma una suspensión

coloidal. Estas suspensiones coloidales suelen ser muy estables en tratamientos

avanzados de aguas residuales industriales, en muchas ocasiones debido a

interacciones eléctricas entre las partículas. Por tanto tienen una velocidad de

sedimentación extremadamente lenta, por lo que haría inviable un tratamiento

mecánico clásico. Una forma de mejorar la eficacia de todos los sistemas de

eliminación de materia en suspensión es la adición de ciertos reactivos químicos

que, en primer lugar, desestabilicen la suspensión coloidal (coagulación) y a

continuación favorezcan la floculación de las mismas para obtener partículas

fácilmente sedimentables. Es una operación que se utiliza a menudo, tanto en el

tratamiento de aguas residuales urbanas y potables como en industriales (industria

de la alimentación, pasta de papel, textiles, etc.)

-

3.1.3.2 TRATAMIENTOS PARA LA ELIMINACIÓN DE MATERIA DISUELTA

Al igual que en el caso de la materia en suspensión, la materia disuelta puede tener

características y concentraciones muy diversas: desde grandes cantidades de sales

inorgánicas disueltas (salmueras) orgánicas (materia orgánica biodegradable en industria de

alimentación) hasta extremadamente pequeñas cantidades de inorgánicos (metales pesados)

y orgánicos (pesticidas) pero necesaria su eliminación dado su carácter peligroso.

- Precipitación: Consiste en la eliminación de una sustancia disuelta indeseable, por

adición de un reactivo que forme un compuesto insoluble con el mismo, facilitando

así su eliminación por cualquiera de los métodos descritos en la eliminación de la

materia en suspensión. Algunos autores incluyen en este apartado la coagulación-

floculación. Sin embargo, el término precipitación se utiliza más para describir

procesos como la formación de sales insolubles, o la transformación química de un

ión en otro con mayor o menor estado de oxidación que provoque la formación de

un compuesto insoluble. Un reactivo de muy frecuente uso en este tipo de

operaciones es el Ca2+, dada la gran cantidad de sales insolubles que forma, por

ejemplo es el método utilizado para la eliminación de fosfatos (nutriente).

- Adsorción: El proceso de adsorción consiste en la captación de sustancias solubles

en la superficie de un sólido. Un parámetro fundamental es este caso será la

superficie específica del sólido, dado que el compuesto soluble a eliminar se ha de

concentrar en la superficie del mismo. La necesidad de una mayor calidad de las

aguas está haciendo que este tratamiento esté en auge. Es considerado como un


Ing. Frank Rincón

28

tratamiento de refino, y por lo tanto al final de los sistemas de tratamientos más

usuales, especialmente con posterioridad a un tratamiento biológico.

- La desinfección, pretende la destrucción o inactivación de los microorganismos que

puedan causarnos enfermedades, dado que el agua es uno de los principales medios

por el que se transmiten. Los organismos causantes de enfermedades pueden ser

bacterias, virus, protozoos y algunos otros. La desinfección se hace imprescindible

para la protección de la salud pública, si el agua a tratar tiene como finalidad el

consumo humano. En el caso de aguas residuales industriales, el objetivo puede ser

no solo desactivar patógenos, sino cualquier otro organismo vivo, si lo que se

pretende es reutilizar el agua. Para llevar a cabo la desinfección se pueden utilizar

distintos tratamientos: Tratamiento físico (calor, radiación..), ácidos o bases, etc…

pero fundamentalmente se utilizan agentes oxidantes.

- Tratamientos biológicos: Constituyen una serie de importantes procesos de

tratamiento que tienen en común la utilización de microorganismos (entre las que

destacan las bacterias) para llevar acabo la eliminación de componentes indeseables

del agua, aprovechando la actividad metabólica de los mismos sobre esos

componentes. La aplicación tradicional consiste en la eliminación de materia

orgánica biodegradable, tanto soluble como coloidal, así como la eliminación de

compuestos que contienen elementos nutrientes (N y P). Es uno de los tratamientos

más habituales, no solo en el caso de aguas residuales urbanas, sino en buena parte

de las aguas industriales

- Fangos activados: Proceso básico Consiste en poner en contacto en un medio

aerobio, normalmente en una balsa aireada, el agua residual con flóculos biológicos

previamente formados, los que se adsorbe la materia orgánica y donde es degradada

por las bacterias presentes. Junto con el proceso de degradación, y para separar los

flóculos del agua, se ha de llevar a cabo una sedimentación, donde se realiza un

recirculación de parte de los fangos, para mantener una elevada concentración de

microorganismos en el interior de reactor, además de una purga equivalente a la

cantidad crecida de organismos.

- Procesos biológicos aerobios. Son muchas las posibilidades de tratamiento:

Cultivos en suspensión: Proceso de fangos activados (lodos activados), y

modificaciones en la forma de operar: aireación prolongada, contacto-estabilización,

reactor discontinuo secuencial (SBR).


Ing. Frank Rincón

29

Cultivos fijos: Los microorganismos se pueden inmovilizar en la superficie de

sólidos (biomasa soportada), destacando los filtros percoladores (también conocido

como lechos bacterianos o filtros biológicos)

- Procesos biológicos anaerobios: El tratamiento anaerobio es un proceso biológico

ampliamente utilizado en el tratamiento de aguas residuales. Cuando éstas tienen

una alta carga orgánica, se presenta como única alternativa frente al que sería un

costoso tratamiento aerobio, debido al suministro de oxígeno. El tratamiento

anaerobio se caracteriza por la producción del denominado “biogas”, formado

fundamentalmente por metano (60-80%) y dióxido de carbono (40-20%) y

susceptible de ser utilizado como combustible para la generación de energía térmica

y/o eléctrica.

3.2. EMISIONES GASEOSAS

3.2.1 CONCEPTO

La actividad industrial produce la emisión de una gran cantidad de gases

contaminantes a la atmósfera; vapor de agua, dióxido de carbono, metano, óxidos de

nitrógeno, ozono y CFC (clorofluorocarbonos). Estos gases son los responsables de la

calidad del aire que respiramos. Una concentración elevada de gases contaminantes puede

producir enfermedades respiratorias e incluso la muerte a los seres vivos de la zona.

La contaminación ambiental es un problema originado por la presencia en la

atmósfera de gases nocivos para los seres vivos. Conocer cuáles son estos gases

contaminantes resulta esencial para poder prevenir su aparición. Los gases contaminantes

son elementos que concentrados en altas cantidades en la atmósfera generan riesgos y

problemas medioambientales y para los seres vivos. Una parte de los mecanismos de

generación de estos contaminantes son de origen natural como los volcanes, pero el

problema surge en los procesos industriales que implican combustión de elementos fósiles

o el uso excesivo del transporte por carretera entre otros.

Entre los gases contaminantes más habituales podemos citar los siguientes:

El dióxido de carbono, el monóxido de carbono, los hidrocarburos, los óxidos de nitrógeno,

los óxidos de azufre y el ozono.

Diferentes fuentes producen estos compuestos químicos pero la principal fuente

artificial es la quema de combustible fósil. La contaminación del aire interior es producida

por el consumo de tabaco, el uso de ciertos materiales de construcción, productos de

limpieza y muebles del hogar. Los contaminantes gaseosos del aire provienen de volcanes,

e industrias. El tipo más comúnmente reconocido de contaminación del aire es la niebla

tóxica (smog). La niebla tóxica generalmente se refiere a una condición producida por la

acción de la luz solar sobre los gases de escape de automotores, fábricas, edificios, casas,

etc.

http://twenergy.com/contaminacion/que-es-la-contaminacion-ambiental-456

https://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbono

https://es.wikipedia.org/wiki/Mon%C3%B3xido_de_carbono

https://es.wikipedia.org/wiki/Hidrocarburo

https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xidos_de_nitr%C3%B3geno

https://es.wikipedia.org/wiki/Ozono

https://es.wikipedia.org/wiki/Combustible

https://es.wikipedia.org/wiki/Tabaco

https://es.wikipedia.org/wiki/Volc%C3%A1n

https://es.wikipedia.org/wiki/Industria

https://es.wikipedia.org/wiki/Smog


Ing. Frank Rincón

30

3.2.2. CLASIFICAR Y EXPLICAR LOS DIFERENTES TIPOS DE EMISIONES

GASEOSAS.

Podemos diferenciar los contaminantes en dos grandes grupos, con el criterio de si

han sido emitidos directamente a la atmosfera por fuentes de emisión, como los

automóviles, las chimeneas de las industrias, si se han formado en la atmosfera, entre otros.

Estos pueden ser:

Los contaminantes primarios: En la atmosfera son aquellos que se emiten

directamente. Son muchos los gases contaminantes, los más comunes son el dióxido

de carbono, el monóxido de carbono (CO), los óxidos de azufre y nitrógeno (SOx y

NOx), el CO2 y los CFCs.

Los contaminantes Secundarios: Se forman por medio de procesos químicos

atmosféricos que actúan sobre los contaminantes primarios o incluso sobre especies

no contaminantes en la atmosfera. Generalmente son producidos por la tendencia

natural de la atmosfera a oxidar los gases. El ácido sulfúrico, H2SO4, se genera por

oxidación de un contaminante primario SO2, mientras que el contaminante

secundario NO2, se produce cuando se oxida el contaminante primario NO. Uno de

los contaminantes más importantes es el ozono O3, para el que la materia prima es el

oxígeno atmosférico, O2.

También hay especies contaminantes que pueden ser emitidas directamente y/o se

forman durante su transporte aéreo. Por ejemplo, los hidrocarburos, el material

particulado, entre otros

Ejemplos:

Óxidos de carbono

Incluyen el dióxido de carbono (CO2) y el monóxido de carbono (CO). Los dos son

contaminantes primarios.

Monóxido de carbono

Es uno de los productos de la combustión incompleta. Es peligroso para las personas

y los animales, puesto que se fija en la hemoglobina de la sangre, impidiendo el transporte

de oxígeno en el organismo. Además, es inodoro, y a la hora de sentir un ligero dolor de

cabeza ya es demasiado tarde. Se diluye muy fácilmente en el aire ambiental, pero en un

medio cerrado, su concentración lo hace muy tóxico, incluso mortal. Cada año, aparecen

varios casos de intoxicación mortal, a causa de aparatos de combustión puestos en

funcionamiento en una habitación mal ventilada.

https://es.wikipedia.org/wiki/Combusti%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Hemoglobina

https://es.wikipedia.org/wiki/Sangre

https://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno


Ing. Frank Rincón

31

Los motores de combustión interna de los automóviles emiten monóxido de carbono

a la atmósfera por lo que en las áreas muy urbanizadas tiende a haber una concentración

excesiva de este gas hasta llegar a concentraciones de 50-100 ppm, tasas que son

peligrosas para la salud de las personas.

Dióxido de carbono

La concentración de CO2 en la atmósfera está aumentando de forma constante debido

al uso de carburantes fósiles como fuente de energía y es teóricamente posible demostrar

que este hecho es el causante de producir un incremento de la temperatura de la Tierra –

efecto invernadero– La amplitud con que este efecto puede cambiar el clima mundial

depende de los datos empleados en un modelo teórico, de manera que hay modelos que

predicen cambios rápidos y desastrosos del clima y otros que señalan efectos climáticos

limitados. La reducción de las emisiones de CO2 a la atmósfera permitiría que el ciclo total

del carbono alcanzara el equilibrio a través de los grandes sumideros de carbono como son

el océano profundo y los sedimentos.

Monóxido de nitrógeno

También llamado óxido de nitrógeno (II) es un gas incoloro y poco soluble en agua

que se produce por la quema de combustibles fósiles en el transporte y la industria. Se

oxida muy rápidamente convirtiéndose en dióxido de nitrógeno, NO2, y posteriormente

en ácido nítrico, HNO3, produciendo así lluvia ácida o efecto invernadero.

Dióxido de azufre

La principal fuente de emisión de dióxido de azufre a la atmósfera es la combustión

del carbón que contiene azufre. El SO2 resultante de la combustión del azufre se oxida y

forma ácido sulfúrico, H2SO4 un componente de la llamada lluvia ácida que es nocivo para

las plantas, provocando manchas allí donde las gotitas del ácido han contactado con las

hojas.

SO2 + O = SO3

SO2 + H2O = H2SO3

SO3 + H2O = H2SO4

2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3

https://es.wikipedia.org/wiki/Partes_por_mill%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_invernadero

https://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_del_carbono

https://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_del_carbono

https://es.wikipedia.org/wiki/Sumidero_de_carbono

https://es.wikipedia.org/wiki/Oc%C3%A9ano

https://es.wikipedia.org/wiki/Sedimento

https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_nitr%C3%B3geno_(II)

https://es.wikipedia.org/wiki/Combustibles_f%C3%B3siles

https://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_nitr%C3%B3geno

https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_n%C3%ADtrico

https://es.wikipedia.org/wiki/Lluvia_%C3%A1cida

https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_sulf%C3%BArico


Ing. Frank Rincón

32

La lluvia ácida se forma cuando la humedad en el aire se combina con el óxido de

nitrógeno o el dióxido de azufre emitido por fábricas, centrales eléctricas y automotores que

queman carbón o aceite. Esta combinación química de gases con el vapor de agua forma

el ácido sulfúrico y los ácidos nítricos, sustancias que caen en el suelo en forma de

precipitación o lluvia ácida. Los contaminantes que pueden formar la lluvia ácida pueden

recorrer grandes distancias, y los vientos los trasladan miles de kilómetros antes de

precipitarse con el rocío, la llovizna, o lluvia, el granizo, la nieve o la niebla normales del

lugar, que se vuelven ácidos al combinarse con dichos gases residuales.

El SO2 también ataca a los materiales de construcción que suelen estar formados por

minerales carbonatados, como la piedra caliza o el mármol, formando sustancias solubles

en el agua y afectando a la integridad y la vida de los edificios o esculturas.

Compuestos orgánicos volátiles

Metano

El metano, CH4, es el más abundante y más importante de los hidrocarburos

atmosféricos. Es un contaminante primario que se forma de manera natural en diversas

reacciones anaeróbicas del metabolismo. El ganado, las reacciones de putrefacción y la

digestión de las termitas forman metano en grandes cantidades. También se desprende del

gas natural, del que es un componente mayoritario y en algunas combustiones. Así mismo

se forman grandes cantidades de metano en los procesos de origen humano hasta constituir,

según algunos autores, cerca del 50% del emitido a la atmósfera. Desaparece de la

atmósfera a consecuencia, principalmente, de reaccionar con los radicales OH formando,

entre otros compuestos, ozono. Su vida media en la troposfera es de entre 5 y 10 años. Se

considera que no produce daños en la salud ni en los seres vivos, pero influye de forma

significativa en el efecto invernadero y también en las reacciones estratosféricas.

CFC y similares

Los clorofluorocarbonos (CFC) son compuestos formados por átomos de Carbono,

Flúor y Cloro. Estos compuestos no son tóxicos, ni inflamables y tienen una reactividad

muy baja. Por todas estas características, los CFC son unos compuestos muy útiles

comercialmente; con extensas aplicaciones como refrigerantes, gases propelentes en aerosol

y en espumas, aislantes, e incluso como limpiadores por sus propiedades disolventes.

Durante la década de 1980 se liberaron a la atmósfera más de 1 millón de toneladas

por año, sin considerar los efectos adversos que esto podría producir, más tarde se observó

una relación directa entre las emisiones de CFC a la atmósfera y el tamaño del agujero de

https://es.wikipedia.org/wiki/Lluvia_%C3%A1cida

https://es.wikipedia.org/wiki/Humedad

https://es.wikipedia.org/wiki/Aire

https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_nitr%C3%B3geno

https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_nitr%C3%B3geno

https://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_azufre

https://es.wikipedia.org/wiki/Carb%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Aceite

https://es.wikipedia.org/wiki/Gas

https://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_de_agua


https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_n%C3%ADtrico

https://es.wikipedia.org/wiki/Roc%C3%ADo_(fen%C3%B3meno_f%C3%ADsico)

https://es.wikipedia.org/wiki/Lluvia

https://es.wikipedia.org/wiki/Granizo

https://es.wikipedia.org/wiki/Nieve

https://es.wikipedia.org/wiki/Niebla

https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido

https://es.wikipedia.org/wiki/Carbonato

https://es.wikipedia.org/wiki/Caliza

https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1rmol


Ing. Frank Rincón

33

ozono cada temporada. Esto se debe a la baja reactividad de los CFC, que permite que

lleguen inalterados a la estratosfera. Una vez allí la radiación UV los fotoliza, liberando

radicales de cloro. Estos radicales de cloro intervienen en una serie de reacciones químicas

cuyo resultado es la destrucción de las moléculas de ozono (O3), con la consiguiente

disminución del espesor de la capa de ozono estratosférica. Además, se estima que un sólo

radical de cloro es capaz de destruir unas 50 mil moléculas de ozono.

Cuando la evidencia científica del daño causado por los CFCs se fue haciendo

unánime, la industria aceptó la necesidad de desarrollar nuevos productos para sustituirlos y

los gobiernos llegaron a acuerdos internacionales (Montreal, 1987; Londres, 1990 y

Copenhague 1992) para limitar la fabricación de esos productos dañinos para el ozono.

Otros hidrocarburos

En la atmósfera están presentes muchos otros hidrocarburos, principalmente

procedentes de fenómenos naturales, pero también originados por actividades humanas,

sobre todo las relacionadas con la extracción, el refino y el uso del petróleo y sus derivados.

Sus efectos sobre la salud son variables. Algunos no parece que causen ningún daño, pero

otros, en los lugares en los que están en concentraciones especialmente altas, afectan al

sistema respiratorio y podrían causar cáncer. Intervienen de forma importante en las

reacciones que originan el "smog" fotoquímico.

Oxidantes

Ozono (O3) (estratosférico y troposférico)

El ozono es la sustancia principal en este grupo, aunque también otros compuestos

actúan como oxidantes en la atmósfera.

El ozono, O3, es una molécula formada por átomos de oxígeno. Se diferencia del

oxígeno molecular normal en que este último es O2. El ozono es un gas de color azulado

que tiene un fuerte olor muy característico que se suele notar después de las descargas

eléctricas de las tormentas. De hecho, una de las maneras más eficaces de formar ozono a

partir de oxígeno, es sometiendo a este último a potentes descargas eléctricas. Es una

sustancia que cumple dos papeles totalmente distintos según se encuentre en la estratosfera

o en la troposfera.


Ing. Frank Rincón

34

Ozono estratosférico

El que está en la estratosfera (de 10 a 50 km.) es imprescindible para que la vida se

mantenga en la superficie del planeta porque absorbe las letales radiaciones ultravioletas

que nos llegan del sol.

Ozono troposférico

El ozono que se encuentra en la troposfera, junto a la superficie de la Tierra, es un

importante contaminante secundario. El que se encuentra en la zona más cercana a la

superficie se forma por reacciones inducidas por la luz solar en las que participan,

principalmente, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos presentes en el aire. Es el

componente más dañino del smog fotoquímico y causa daños importantes a la salud,

cuando está en concentraciones altas, y frena el crecimiento de las plantas y los árboles.

3.2.3. DESCRIBIR LOS TRATAMIENTOS MÁS COMUNES PARA MANEJAR

LAS EMISIONES GASEOSAS.

Se realizan primero mediante el almacenamiento adecuado de los productos, de

acuerdo con la volatilidad. En lo que respecta a las emisiones gaseosas (humos)

procedentes de la combustión, se lleva a cabo mediante la utilización de combustibles bajo

contenido en azufre o de aditivo para la disminución de la emisión de partículas, entre otras

medidas. Así mismo hay sistemas de medición periódica de las emisiones (en forma de

gases a la atmosfera), con el fin de garantizar que se cumplan las especificaciones

medioambientales establecidas por las leyes.

3.2.3.1 Proceso de absorción

Basan su funcionamiento en el hecho de que los gases residuales están compuestos de

mezclas de sustancias en fase gaseosa, algunas de las cuales son solubles en fase líquida.

En el proceso de absorción de un gas, el efluente gaseoso que contiene el contaminante a

eliminar se pone en contacto con un líquido en el que el contaminante se disuelve. La

transferencia de materia se realiza por el contacto del gas con el líquido en lavadores

húmedos o en sistemas de absorción en seco.

3.2.3.2 Proceso de adsorción

Una alternativa a los sistemas de absorción por líquido lo constituye la adsorción de los

contaminantes sobre sólidos. En los procesos de adsorción los gases, vapores y líquidos se

retienen sobre una superficie sólida como consecuencia de reacciones químicas y/o fuerzas

superficiales. Se produce una difusión desde la masa gaseosa hasta la superficie externa del

sólido y de las moléculas del gas dentro de los poros de sólido seguida de la adsorción

propiamente dicha de las moléculas del gas en la superficie del sólido. Los sólidos más


Ing. Frank Rincón

35

adecuados para la adsorción son los que presentan grandes relaciones superficie-volumen,

es decir, aquellos que tienen una elevada porosidad y área superficial para facilitar el

contacto sólido-gas: tierra de Fuller, bauxita, carbón activado, alúmina activada, tamices

moleculares, etc. Periódicamente, es necesaria la sustitución o regeneración del adsorbente

para que su actividad no descienda de determinados niveles.

3.2.3.3 Proceso de condensación:

Los contaminantes gaseosos son removidos por el cambio de fase a líquido y la

separación de esta fase del gas. La condensación es generalmente inducida enfriando la

corriente de gas. La eficiencia depende principalmente de la temperatura de rocío de la

mezcla. Pueden ser condensadores convencionalmente, refrigerados o criogénicos.

Frecuentemente utilizados para compuestos concentrados y capaces de ser reutilizados en el

proceso.

3.2.3.4 Proceso de combustión

La combustión constituye un proceso apropiado para la eliminación de compuestos

orgánicos transformándolos en dióxido de carbono y vapor de agua y también es válido

para determinadas sustancias inorgánicas. Tipos de combustión:

Espontánea: Cuando se trata de eliminar gran parte de los gases que son tóxicos que

tienen olores fétidos, la combustión ha de realizarse a alta temperatura y con tiempo de

retención controlado, por lo que el coste de combustible puede ser elevado.

Procesos catalíticos: Con el fin de realizar la combustión a temperaturas más bajas,

suele utilizarse la combustión en presencia de un catalizador, por lo general un metal de

transición depositado en una matriz de alúmina. Este tipo de combustión suele

emplearse en la eliminación de trazas de compuestos que contienen

fenoles, formaldehido, azufre, etc. Un problema que presenta la combustión catalítica es

la del envenenamiento del catalizador por algunas sustancias en forma de partículas

3.3. DESECHOS SÓLIDOS

3.3.1. CONCEPTO.

El concepto de desecho sólido es el que se aplica a todo tipo de residuo o desecho

que genera el ser humano a partir de su vida diaria y que tienen forma o estado sólido a

diferencia de los desechos líquidos o gaseosos.

Los desechos sólidos son los que ocupan un mayor porcentaje en el total de

desechos o residuos que el ser humano genera debido a que gran parte de lo que se

consume o se utiliza en la vida cotidiana deja desechos de este tipo. Además, son también

los que ocupan mayor espacio al no asimilarse al resto de la naturaleza y al permanecer


Ing. Frank Rincón

36

muchos de ellos por años e incluso siglos en el terreno. Adicionalmente los desechos

sólidos industriales son parte de la recogida selectiva de residuos domésticos y similares y

cabe destacar que los términos y condiciones de tratamiento son los mismos. Estos residuos

no tienen agentes tóxicos o peligrosos y la manipulación o el almacenamiento no requieren

precauciones especiales.

3.3.2. CLASIFICAR Y EXPLICAR LOS DIFERENTES TIPOS DE DESECHOS

SÓLIDOS.

3.2.2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS DESECHOS SÓLIDOS

3.2.2.1.1 POR SU ORIGEN

El origen de los desechos sólidos lo determina el tipo de actividades que las

personas realizan. Por ejemplo, es evidente que los desechos que se producen en los

hogares son diferentes a los que resultan del trabajo en las fábricas así como también

aquellos desechos que se generan en áreas libres(parques, playas, autopistas, entre

otros), agropecuarias, comerciales por mencionar algunos.

La cantidad y características de los desechos sólidos de cada hogar dependen de

factores como:

Hábitos de consumo

Nivel económico

Ubicación geográfica

La época del año

3.2.2.1.2 POR SU COMPOSICIÓN Y TIEMPO QUE TARDAN EN

DESCOMPONER

Residuos orgánicos: son biodegradables (se descomponen naturalmente). Son

aquellos que tienen la característica de poder desintegrarse o degradarse

rápidamente, transformándose en otro tipo de materia orgánica. Ejemplo: los restos

de comida, frutas y verduras, sus cáscaras, carne, huevos, por mencionar algunos.

Residuos no orgánicos (o inorgánicos): son los que por sus características

químicas sufren una descomposición natural muy lenta. Muchos de ellos son de

origen natural pero no son biodegradables, por ejemplo los envases de plástico.

Generalmente se reciclan a través de métodos artificiales y mecánicos, como las

latas, vidrios, plásticos, gomas. En muchos casos es imposible su transformación o

reciclaje; otros, como las pilas, son peligrosos y contaminantes.

3.2.2.1.3 POR TIPO DE MANEJO

Se puede clasificar un residuo por presentar algunas características asociadas a

manejo que debe ser realizado de la siguiente forma:

Residuo peligroso: Son residuos que por su naturaleza son inherentemente

peligrosos de manejar y/o disponer, pueden causar muerte, enfermedad, son


Ing. Frank Rincón

37

peligrosos para la salud o el medio ambiente cuando son manejados en forma

inapropiada.

Residuo Sólido Patógeno: residuo que por sus características y composición puede

ser reservorio o vehículo de infección a los seres humano.

Residuo Sólido Tóxico: residuo que por sus características físicas o químicas,

dependiendo de su concentración y tiempo de exposición, puede causar daño y aun

la muerte a los seres vivientes o puede provocar contaminación ambiental.

Residuo inerte: Residuo estable en el tiempo, el cual no producirá efectos

ambientales apreciables al interactuar en el medio ambiente.

Residuo no peligroso: Ninguno de los anteriores. Se considera un residuo sólido NO

PELIGROSO a aquellos provenientes de casas, sitios de servicio privado y público,

demoliciones y construcciones, establecimientos comerciales y de servicios que no tengan

efectos nocivos sobre la salud humana

3.3.2.2 TIPOS DE DESECHOS SÓLIDOS

Los desechos sólidos se pueden agrupar en las siguientes categorías importantes:

Los desechos sólidos domésticos, también llamados residuos sólidos urbanos, son

un tipo de residuo que incluye principalmente basura doméstica, provienen de las

actividades de cocina y limpieza que se realizan en los hogares, restaurantes, hoteles

entre otros. Estos desechos ya sean en estado sólido o en forma semisólida, en

general hacen referencia a los residuos que quedan procedentes de los hogares y que

contienen materiales que no se han separado o enviado para su reciclaje.

Los desechos sólidos domésticos a su vez pueden clasificarse de la siguiente

forma:

- Los desechos biodegradables: Los productos derivados de la alimentación y de

la cocina, residuos verdes, el papel (también puede ser reciclado).

- Material reciclable: papel, vidrio, botellas, latas, metales, algunos plásticos,

entre otros.

- Desechos inertes: Los materiales sobrantes del mundo de la construcción y la

demolición, suciedad, piedras, escombros.

- Desechos compuestos: Desechos de prendas de vestir, Tetra Pak, y los desechos

de plástico como juguetes.

- Desechos domésticos peligrosos (también llamados “residuos peligrosos

del hogar”) y los desechos tóxicos: Medicamentos, desechos electrónicos,

pinturas, productos químicos, bombillas, tubos fluorescentes, aerosoles,

fertilizantes y plaguicidas, baterías, betún de zapatos.

Desechos sólidos tóxicos: Pueden ser causa de varios efectos nocivos sobre la salud

de los seres humanos y otras especies de animales. En general, los desechos sólidos

tóxicos pueden deteriorar desde los suelos, pasando a la cadena alimenticia y acabar


Ing. Frank Rincón

38

llegando, por supuesto, al hombre. Los desechos tóxicos pueden acelerar la

proliferación de las bacterias. Los compuestos órgano clorados son productos de

origen químico sintético que combinan partículas de cloro con moléculas orgánicas.

Este binomio tóxico de alta estabilidad, una vez liberado al medio ambiente puede

alcanzar distancias muy lejanas a las del origen de emisión, a través de las

corrientes marinas, o arrastradas por el aire. La particularidad de este tóxico es que

tarda varios años en biodegradarse y desaparecer, y que se acumula en el cuerpo

humano y en los cuerpos de los animales.

Desechos comerciales: Estos desechos provienen de locales comerciales, tiendas,

oficinas, almacenes, y tiendas por departamentos. Comprenden papel, cartones,

botellas, bienes dañados y desechados, y finalmente materiales orgánicos e

inorgánicos que muchas veces pueden ser peligrosos y reactivos ante ciertas

sustancias químicas.

Desechos sólidos industriales: Son parte de la recogida selectiva de residuos

domésticos y similares, pero los términos y condiciones de tratamiento son los

mismos, estos residuos no tienen agentes tóxicos o peligrosos y la manipulación o el

almacenamiento no requieren precauciones especiales. Generalmente los desechos

sólidos están constituidos por materiales como:

Madera

Papel y cartón

Metales

Plásticos

Vidrio

Caucho

Textiles/cuero

Desechos orgánicos

A su vez los desechos sólidos industriales se clasifican en:

- Residuos industriales sólidos Inertes

Residuos que no presentan efectos sobre el medio ambiente, pues su composición de

elementos contaminantes es mínima. Estos residuos presentan nula capacidad de

combustión, no tienen reactividad química y no migran del punto de disposición. Ejemplos:

escombros, baldosas, etcétera.

- Residuos industriales sólidos peligrosos

Son aquellos materiales sólidos, pastosos, líquidos y gaseosos contenidos en recipientes que

luego de un proceso de producción, transformación, utilización o consumo; su propietario

destina a su recuperación o al abandono.

Desechos sólidos hospitalarios: Los desechos de hospitales son a menudo muy

tóxicos ya que contienen materiales peligrosos e infecciosos. Han sido clasificados,

aparte de los desechos generales que provienen de las cocinas de los hospitales, en


Ing. Frank Rincón

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desechos infecciosos, desechos biológicos y objetos puntiagudos y afilados. El

manejo inadecuado de estos desechos, así como mezclarlos con los demás desechos

municipales y depositarlos en basureros abiertos o rellenos sanitarios inapropiados,

representa una seria amenaza ambiental y sanitaria para la población en general. La

eliminación de estos residuos es de una gran preocupación por parte del medio

ambiente, ya que muchos desechos médicos están clasificados como infecciosos o

peligrosos para la salud y podrían potencialmente llegar a la propagación de

enfermedades infecciosas

3.3.3. DESCRIBIR LOS TRATAMIENTOS MÁS COMUNES PARA EL MANEJO

DE DESECHOS

Para el tratamiento de los residuos sólidos se emplean principalmente los siguientes

métodos:

3.3.3.1 POR MÉTODO FÍSICO

Separación manual o mecanizada

Es muy empleada para la recuperación de papel, cartón, vidrio, metales y otros productos

que son sujetos de comercialización como materias primas para diversas industrias. La

separación manual se practica en las fuentes generadoras, en los camiones recolectores de

residuos sólidos y en los tiraderos de residuos sólidos que operan “a cielo abierto”. La

separación magnética se utiliza a nivel industrial para separar materiales ferrosos. En

Mérida, Yucatán y en la Ciudad de México existen plantas procesadoras de residuos con

separación mecanizada.

Compactación

Este método se utiliza principalmente en los rellenos sanitarios para el confinamiento

definitivo de los residuos. La compactación se hace con maquinaria pesada en rellenos que

disponen más de 40 toneladas por día. El grado de compactación optima en un relleno

sanitario es de 700-800 kg/ m3. Para ciudades de menos de 50.000 habitantes se puede

emplear equipos más sencillos o inclusive puede hacerse la compactación en forma manual.

La compactación también se utiliza en el sistema de recolección y transferencia de residuos

sólidos, con el objeto de bajar los costos en el transporte.

3.3.3.2 POR MÉTODO QUÍMICO

Compostificación

La compostificación consiste en la descomposición de la materia orgánica en presencia de

oxígeno (aire). Los principales productos del metabolismo biológico son dióxido de

carbono, agua y calor. Es la descomposición biológica de la materia orgánica en ausencia


Ing. Frank Rincón

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de oxígeno. Los productos en este caso son metano, dióxido de carbono y numerosos

compuestos intermedios tales como ácidos orgánicos de bajo peso molecular. La

compostificación libera significativamente menos energía por peso de materia

descompuesta. Además el potencial de desprendimiento de olores es mucho más alto a

causa de los productos intermedios. El objetivo de la compostificación es convertir la

materia orgánica putrescible a una forma estable y destruir los organismos patógenos

perjudiciales para el hombre.

Una variante de este proceso es el Vemicompostaje que consiste en producir

composta aprovechando la actividad metabólica de la lombriz roja de California. En la

actualidad existe experiencia en nuestro país.

Compostaje de desechos sólidos

Las materias que son de naturaleza orgánica, tales como el material vegetal, trozos

de alimentos, y productos de papel, pueden ser reciclados mediante el compostaje.

Mediante procesos biológicos de digestión se descomponen en materia orgánica. Este

material orgánico resultante es reciclado posteriormente como mantillo o compost y

destinado para la agricultura o la jardinería. Además, los residuos gaseosos obtenidos del

proceso (como el metano) pueden ser capturados y utilizados para la generación de

electricidad.

Existe una gran variedad de compostaje y de métodos de digestión, así como

diversas tecnologías a escala industrial. Los métodos de descomposición biológica se

dividen en dos tipos: aeróbico y anaeróbico. Aunque una mezcla entre los dos métodos

también existe.

3.3.3.3 MÉTODO TÉRMICO:

Incineración

La incineración es un método de eliminación que supone la combustión de los

materiales de desecho. Las instalaciones de incineración y otros tipos de sistemas de

tratamiento son a veces descritos como “tratamientos térmicos”. Las Incineradoras

convierten los desechos en calor, gas, vapor y ceniza. Las instalaciones de incineración se

llevan a cabo tanto a pequeña escala por parte de personas como a gran escala por parte de

las industrias. Se utilizan para eliminar desechos sólidos, desechos líquidos y gaseosos. Es

reconocido como un método práctico para la eliminación de determinados residuos

peligrosos (biológicos, tales como desechos médicos). La incineración es un método

polémico para la eliminación de desechos, debido a cuestiones tales como la emisión de

gases contaminantes. Este método es común en países como Japón, donde la tierra es más

escasa, ya que estas instalaciones en general, no requieren de mucho espacio como los

vertederos. La energía obtenida de los residuos es aplicada para las propias instalaciones

que queman los residuos en un horno o caldera para generar calor, vapor y / o electricidad.


Ing. Frank Rincón

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Esterilización

Existen tres métodos de esterilización entre los cuales están:

- Esterilización con calor: esterilización con calor húmedo

a) A libre presión

b) Bajo presión

- Esterilización con calor seco

- Esterilización con Químicos

A continuación se explicaran cada uno de los métodos de esterilización:

Esterilización con calor:

a) Esterilización con calor húmedo a libre presión: esta esterilización se realiza a

través de la exposición del material contaminado a bajas temperaturas, sin embargo

este método se considera no efectivo, debido a que no existe la muerte total de los

microorganismos. Es importante resaltar que los procesos de estirilización deben de

partir del siguiente principio: “Si no hay muerte total de todos los microorganismos

no hay esterilización”.

b) Esterilización en calor húmedo bajo presión: También llamada a vapor o

autoclave, es un método de desinfección, preferidos para ciertos materiales porosos

(textiles, gomas, plásticos), en donde se conozca o sospeche que puedan estar

contaminados con microorganismos patógenos. Según LA Rovere (1988) a través

de la utilización de éste método se asegura la completa desinfección del material o

desecho.

- Esterilización con calor seco: es un proceso empleado para la esterilización de

materiales que resisten altas temperaturas, tales como metal, talco, vidrio y

grasa. Produce a mediano y largo plazo desgaste de la película protectora del

material.

- Esterilización con Químicos: otro de los métodos recomendados para la

esterilización es la desinfección química, este tratamiento es el más apropiado

para residuos sólidos líquidos, sin embargo también puede ser empleado para el

tratamiento de residuos sólidos infecciosos. Para una desinfección química

efectiva, deben considerarse los siguientes aspectos: grado de contaminación,

cantidad del material proteico presente, espacio y cantidad de desinfectante.

3.3.3.4 AMBIENTALES:

Reciclaje

El proceso de extracción de recursos o el valor de los desechos es lo que suele

denominarse el reciclaje, en el sentido de recuperar o reutilizar el material. Hay una serie de

diferentes métodos por los cuales el material de desecho se recicla: las materias primas se

pueden extraer y reutilizarse, el contenido calorífico de los residuos puede ser convertido en

electricidad. En la mayoría de los países desarrollados se almacenan los materiales para la


Ing. Frank Rincón

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generalización y reutilización de materiales de la vida cotidiana, tales como los cascos

vacíos de las bebidas. Estos se recogen y clasifican en diferentes tipos de material, de modo

que las materias primas pueden ser reutilizadas en nuevos productos. El material para el

reciclaje puede ser recogido por separado a partir de los desechos utilizando los

contenedores apropiados y los vehículos de recogida.

Vertedero de desechos sólidos

Las operaciones en vertederos implican enterrar los desechos fuera de las zonas

habitadas por el ser humano. Y esto sigue siendo una práctica común en la mayoría de los

países. Los vertederos a menudo se establecen en lugares abandonados o no utilizados

como viejas canteras o minas. Adecuadamente diseñados y bien administrados los

vertederos pueden ser un sistema relativamente barato e higiénico de eliminar materiales

de desecho. Por lo contrario, los vertederos viejos, mal diseñados o mal gestionados pueden

crear una serie de efectos ambientales adversos, como el viento, la basura, la atracción de

parásitos, y la generación de líquidos lixiviados. Otro subproducto de los vertederos es el

gas (en su mayoría compuesto de metano y dióxido de carbono), que se produce como

residuo orgánico. Este gas puede crear problemas de olor, mata a la vegetación de la

superficie y es un gas de efecto invernadero.

Ecoparques

Los ecoparques son centros especializados en la recogida, selección y recuperación

de todos aquellos desechos que generamos en nuestros hogares, que no podemos reciclar en

ninguno de los contenedores que encontramos en nuestras ciudades. Estos ecoparques son

de acceso libre y gratuito, y en ellos encontramos diferentes contenedores para depositar

nuestros residuos separándolos correctamente para su posterior reciclaje.

Por norma general encontraremos contenedores comunes como los de plásticos,

papel y cartón, y vidrio, aunque también otros más específicos dedicados a depositar

baterías y pilas, escombros, muebles, medicamentos, electrodomésticos o aceites.

3.3.3.5 PROCESO BIOLÓGICO

Los más empleados son:

Oxidación:

Esta tecnología está basada principalmente en el uso de agentes oxidantes tales

como peróxido de hidrogeno, ozono o hipoclorito de calcio para oxidar la materia orgánica.

La oxidación de aire húmedo es un tratamiento que rompe enlaces presentes en los

compuestos orgánicos e inorgánicos oxidables se realiza en altas temperaturas y presiones y

se desarrolló originalmente para tratar lodos residuales.


Ing. Frank Rincón

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Polimerización:

Utiliza catalizadores para convertir monómeros o polímeros de bajo grado en

compuestos particulares de alto peso molecular que pueden encapsular en su matriz

diversos tipos de residuos.

3.3.4. ENUMERAR LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS DESECHOS

PELIGROSOS

El código CRETIB, es un sistema de clasificación para residuos peligrosos en base a

sus características. La Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente

(LGEEPA), define como materiales peligrosos a los: Elementos, sustancias, compuestos,

residuos o mezclas de ellos que, independientemente de su estado físico, representen un

riesgo para el ambiente, la salud o los recursos naturales, por sus características corrosivas,

reactivas, explosivas, tóxicas, inflamables o biológico-infecciosas.

De acuerdo a la NOM-052-SEMARNAT-2005, un material puede presentar una o varias

características que están definidas por el código CRETIB el cual significa:

C: corrosivo, Capacidad de un compuesto de disolver a otro. Se indica por el pH y

se identifica como una característica dentro de los residuos peligrosos ya que

residuos con un alto o bajo pH pueden reaccionar peligrosamente con otros residuos

o causar que contaminantes tóxicos migren de ciertos residuos. La corrosión del

acero es un indicador principal de residuos peligrosos en ese lugar.

R: reactivo, Característica para los residuos peligrosos, porque residuos inestables

pueden poseer un problema explosivo en alguna etapa dentro del ciclo de manejo de

residuos.

E: explosivo, Capacidad de las sustancias químicas que provocan una liberación

instantánea de presión, gas y calor a temperatura, ocasionado por un choque

repentino, presión o alta temperatura. De otra forma son aquellas que producen una

expansión repentina, por turbulencia, originada por la ignición de cierto volumen de

vapor inflamable, acompañado por ruido, junto con fuerzas físicas violentas capaces

de dañar seriamente las estructuras por la expansión rápida de los gases.

T: tóxico, Capacidad de una sustancia para producir daños en los tejidos vivos,

lesiones en el sistema nervioso central, enfermedad grave o en casos extremos la

muerte, cuando se ingiere, inhala o se absorbe a través de la piel.

I: inflamable, es la medida de la facilidad que presenta un gas, líquido o sólido para

encenderse y de la rapidez con que, una vez encendido, se diseminarán sus llamas.

Cuanto más rápida sea la ignición, más inflamable será el material. Los líquidos

inflamables no lo son por sí mismos, sino que lo son debido a que su vapor es

combustible.


Ing. Frank Rincón

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B: Biológico-Infeccioso, Un residuo es biológico- infeccioso cuando: el residuo

contiene bacterias, virus u otros microrganismos con capacidad de infección;

contiene toxinas producidas por microrganismos con capacidad de infección.

Sin embargo el rombo de seguridad para las sustancias peligrosas utilizado actualmente es

el siguiente:

ROMBO NFPA 704:

NFPA 704, es la norma estadounidense que explica el "diamante de materiales peligrosos"

establecido por la Asociación Nacional de Protección contra el Fuego, utilizado para

comunicar los riesgos de los materiales peligrosos. Es importante para ayudar a mantener el

uso seguro de productos químicos. Se emplea para el transporte de productos envasados y a

granel, y no para el almacenamiento estacionario como tanque de Crudo, Productos, entre

otros. La edición actual es la del año 2012.

Las cuatro divisiones tienen colores asociados con un significado. El azul hace referencia a

los peligros para la salud, el rojo indica la amenaza de inflamabilidad y el amarillo el

peligro por reactividad: es decir, la inestabilidad del producto. A estas tres divisiones se les

asigna un número de 0 (sin peligro) a 4 (peligro máximo). Por su parte, en la sección blanca

puede haber indicaciones especiales para algunos materiales, indicando que

son oxidantes, corrosivos, reactivos con agua o radiactivos. Los cuáles serán explicados a

continuación:

Color azul: Está indicado para los peligros para la salud

0. Materiales bajo, cuya exposición no existe peligro en caso de ingestión o inhalación

en dosis considerables, como el cloruro de sodio.

1. Materiales que causan irritación, pero solo daños residuales menores aún en

ausencia de tratamiento médico. Un ejemplo es la glicerina.

2. Materiales bajo, cuya exposición intensa o continua puede sufrirse incapacidad

temporal o posibles daños permanentes a menos que se dé tratamiento médico rápido,

como ejemplo: el cloroformo o la cafeína.

3. Materiales que bajo corta exposición pueden causar daños temporales o

permanentes, aunque se preste atención médica, como el hidróxido de potasio.

https://es.wikipedia.org/wiki/Norma_(tecnolog%C3%ADa)

https://es.wikipedia.org/wiki/Asociaci%C3%B3n_Nacional_de_Protecci%C3%B3n_contra_el_Fuego

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https://es.wikipedia.org/wiki/Inflamable

https://es.wikipedia.org/wiki/Reactividad

https://es.wikipedia.org/wiki/Oxidante

https://es.wikipedia.org/wiki/Corrosi%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Radiactivo

https://es.wikipedia.org/wiki/Cloruro_de_sodio

https://es.wikipedia.org/wiki/Glicerina

https://es.wikipedia.org/wiki/Cloroformo

https://es.wikipedia.org/wiki/Cafe%C3%ADna

https://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3xido_de_potasio


Ing. Frank Rincón

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4. Elemento que, con una muy corta exposición, puede causar la muerte o un daño

permanente, incluso en caso de atención médica inmediata. Por ejemplo, el cianuro de

hidrógeno.

Color Rojo: Indica la amenaza de inflamabilidad

0. Materiales que no se queman, como el agua o expuesto a una temperatura de 815° C

(1.500ºF) por más de 5 minutos.

1. Materiales que deben precalentarse antes de que ocurra la ignición, cuyo punto de

inflamabilidad es superior a 93°C (200°F).

2. Materiales que deben calentarse moderadamente o exponerse a temperaturas altas

antes de que ocurra la ignición, como el petrodiésel. Su punto de inflamabilidad oscila

entre 38°C (100°F) y 92°C (200°F).

3. Líquidos y sólidos que pueden encenderse en casi todas las condiciones de

temperatura ambiental, como la gasolina. Tienen un punto de inflamabilidad entre 24°C

(73°F) y 37°C (100°F).

4. Materiales que se vaporizan rápido o completamente a la temperatura a presión

atmosférica ambiental, o que se dispersan y se quemen fácilmente en el aire, como el

propano. Tienen un punto de inflamabilidad por debajo de 23°C (73°F).

Color Amarillo: Indica el peligro por reactividad.

0. Normalmente estable, incluso bajo exposición al fuego y no es reactivo con agua

(ejemplo, helio).

1. Normalmente estable, pero puede llegar a ser inestable en condiciones de

temperatura elevada (ejemplo, acetileno (etino)).

2. Experimenta cambio químico violento en condiciones de temperatura y presión

elevadas, reacciona violentamente con agua o puede formar mezclas explosivas con

agua (ejemplo, fósforo, compuestos del potasio, compuestos del sodio).

3. Capaz de detonar o descomponerse explosivamente pero requiere una fuente de

ignición, debe ser calentado bajo confinamiento antes de la ignición, reacciona

explosivamente con agua o detonará si recibe una descarga eléctrica (ejemplo, flúor)

4. Fácilmente capaz de detonar o descomponerse explosivamente en condiciones de

temperatura y presión normales (ejemplo, nitroglicerina, RDX)

Color Blanco: Indicaciones especiales, riesgos específico

El espacio blanco puede contener los siguientes símbolos:

'W', el cual nos indica que reacciona con agua de manera inusual o peligrosa, como

el cianuro de sodio o el sodio.

https://es.wikipedia.org/wiki/Cianuro_de_hidr%C3%B3geno

https://es.wikipedia.org/wiki/Cianuro_de_hidr%C3%B3geno

https://es.wikipedia.org/wiki/Petrodi%C3%A9sel

https://es.wikipedia.org/wiki/Gasolina

https://es.wikipedia.org/wiki/Propano

https://es.wikipedia.org/wiki/Punto_de_inflamabilidad

https://es.wikipedia.org/wiki/Helio

https://es.wikipedia.org/wiki/Acetileno

https://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3sforo

https://es.wikipedia.org/wiki/Fl%C3%BAor

https://es.wikipedia.org/wiki/Nitroglicerina

https://es.wikipedia.org/wiki/RDX

https://es.wikipedia.org/wiki/Agua

https://es.wikipedia.org/wiki/Cianuro_de_sodio

https://es.wikipedia.org/wiki/Sodio


Ing. Frank Rincón

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'OX' o 'OXY', nos proporciona que es un oxidante, como el perclorato de

potasio o agua oxigenada.

'SA', indica que es un gas asfixiante simple, limitado para los gases:

hidrógeno, nitrógeno, helio, neón, argón, kriptón y xenón.

'COR' o 'CORR' , se refiere a que es corrosivo: ácido o base fuerte, como el ácido

sulfúrico o el hidróxido de potasio. Específicamente, con las letras 'ACID' se puede

indicar “ácido” y con 'ALK', “base”.

'BIO' o , hace referencia a riesgo biológico, por ejemplo, un virus.

'RAD' o : El material es radioactivo, como el plutonio.

'CRYO' o 'CYL': Criogénico, como el nitrógeno líquido.

'POI' : Producto venenoso, por ejemplo, el arsénico

Los símbolos: 'W', 'OX' y 'SA' se reconocen oficialmente por la norma NFPA 704, pero se

usan ocasionalmente símbolos con significados obvios como los señalados.

https://es.wikipedia.org/wiki/Oxidante

https://es.wikipedia.org/wiki/Perclorato_de_potasio

https://es.wikipedia.org/wiki/Perclorato_de_potasio

https://es.wikipedia.org/wiki/Agua_oxigenada

https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Gas_asfixiante&action=edit&redlink=1

https://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3geno

https://es.wikipedia.org/wiki/Nitr%C3%B3geno

https://es.wikipedia.org/wiki/Helio

https://es.wikipedia.org/wiki/Ne%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Arg%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Kript%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Xen%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Corrosi%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido

https://es.wikipedia.org/wiki/Base_(qu%C3%ADmica)



https://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3xido_de_potasio

https://es.wikipedia.org/wiki/Riesgo_biol%C3%B3gico

https://es.wikipedia.org/wiki/Virus

https://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Plutonio

https://es.wikipedia.org/wiki/Criogenia

https://es.wikipedia.org/wiki/Nitr%C3%B3geno_l%C3%ADquido

https://es.wikipedia.org/wiki/Veneno

https://es.wikipedia.org/wiki/Ars%C3%A9nico

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Ing. Frank Rincón

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UNIDAD IX. CINÉTICA DE LAS REACCIONES · los factores que afectan la velocidad y los mecanismos a...

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