Tema XVIII La contaminación ambiental y los Ingenieros Industriales

• Introducción

• Ecología y Ecosistema

• Contaminación del aire

• Contaminación del agua

• Contaminación del suelo

• Control de emisiones contaminantes del aire

• Cámaras de sedimentación

• Separadores centrífugos

• Colectores húmedos

• Filtros de tela o bolsas

• Precipitador electrostático

• Bibliografía y referencias a consultar

introducción    

Tradicionalmente la actividad del ingeniero industrial en los sistemas productivos, se ha centrado en la organización y programación de los procesos necesarios para cumplir con los objetivos de producción, el cuidado de la calidad, el cumplimiento de tiempos estándar y control de los costos. En la época actual en la que la sociedad demanda la participación ética de todos los profesionales, para procurar el beneficio de sus semejantes y la conservación de la especie o al menos del medio ambiente para que ésta perdure el máximo tiempo posible, el ingeniero industrial adquiere otra responsabilidad en su quehacer diario, ésta es la de producir cuidando el medio ambiente y lo responsabiliza ante toda la humanidad.

De acuerdo a lo anterior, el ingeniero industrial deberá incluir entre sus conocimientos lo necesario para contribuir a la producción de bienes o servicios con la mentalidad de no modificar las condiciones del medio en el que se desarrollan los seres vivos.

En el curso de procesos de manufactura II de la universidad La Salle, sólo se da una breve introducción sobre la contaminación ambiental y algunos equipos de control. Se deja al interés y responsabilidad de los alumnos de esta carrera continuar el aprendizaje de esta importante materia, tan amplia y compleja que en algunas instituciones es una licenciatura, maestría o doctorado.

ecología y ecosistema    

La ecología es el estudio de los seres vivos y el medio en el que viven. El término fue usado por primera vez por Ernst Haekel en 1870 y se puede decir que todas las actividades del hombre están relacionadas con la ecología, esto la convierte en una parte de la biología muy complicada y que está relacionada con otras ciencias. La vida de los seres vivos siempre dependerá de otros seres vivos y desde luego de que las condiciones de su medio sean las adecuadas para su existencia. Se puede decir que no hay un solo ser vivo que sea autosuficiente o autógeno, ya que su alimentación, reproducción o subsistencia como especie, siempre dependerá de otros seres vivos, a esto se le llama ecosistema. Así se puede decir que un ecosistema es el conjunto de acciones que se dan entre varios seres vivos que permite la subsistencia de alguno o varios de ellos. Una forma más cruel pero sencilla de definir el concepto de ecosistema es ver quién se como a quién.

Uno de los ejemplos más trillados de los ecosistemas son las cadenas alimenticias, o los ciclos del carbono, el nitrógeno o el agua, sin embargo existen millones de ejemplos de ecosistemas que aparentemente no tienen nada que ver con la subsistencia de los seres vivos. Por ejemplo cuando la viuda negra se come al macho después del apareamiento se dice que es porque en sus crías habrá más machos, que hembras, por lo que una forma de lograr el equilibrio en es especie es eliminando al macho, desde luego además que le sirve de alimento durante la gestación.

Lo importante es estar consciente de que los seres vivos encuentran en su medio o ambiente todos los factores biológicos (bióticos) o físicos y químicos (abióticos) necesarios para subsistir como especie y al relacionarse o utilizar estos factores se establece un ecosistema. Los factores bióticos son todos los seres vivos que existen en su medio y los abióticos son como el agua, la energía solar, el viento, el suelo, los minerales y las sustancias en general del medio.

El hombre en su afán de vivir con mayores comodidades y con menos preocupaciones, no se ha preocupado por conservar el equilibrio que debe darse de manera natural entre el hombre y los factores bióticos y abióticos, lo que lo pone en peligro de extinción como especie.

Habrá que recordar que los ecosistemas no son estables, ya que estos cambian de acuerdo a las condiciones climáticas o incluso de acuerdo a los factores disponibles en los propios sistemas. Dado que el hombre ha estado influyendo en los factores de los ecosistemas se han generando modificaciones que pueden ser irreversibles y muchas ocasiones fatales para algunas especies, incluyendo al propio hombre.

El ingeniero industrial puede contribuir de alguna manera a evitar la modificación de los factores abióticos en los ecosistemas. Esto lo hará al procurara que no se modifiquen las características naturales del agua, atmósfera o suelo.

Con lo antes señalado, se  puede decir que contaminación ambiental es la presencia de materia o energía que impiden las funciones vitales del hombre, los animales o plantas que se desarrollan en la naturaleza.

contaminación del aire    

Los principales contaminantes del aire son:

1.           Las partículas sólidas o polvos. Son generadas por tolvaneras, plantas de energía eléctrica y procesos de fabricación diversos. Estas se miden por su tamaño y se clasifican como toxicas, si generan alguna reacción en el cuerpo humano, en los animales o las plantas.

2.          Los gases. La mayoría se emiten por los procesos de combustión o por reacciones químicas en procesos industriales. Los procesos de combustión pueden ser móviles como los que se generan en los vehículos automotores o estacionarios por ejemplo los calentadores domésticos. Algunas de las principales emisiones producto de la combustión son: el monóxido de carbono, los óxidos de azufre, los óxidos de nitrógeno y el bióxido de carbono. Los principales procesos industriales que generan contaminantes gaseosos son la industria petroquímica, la industria de la galvanoplastía, la producción de energía eléctrica y otras.

También se considera como parte de la contaminación del aire por gases la emisión de olores como los que se desprenden de las plantas de procesamiento de alimentos para animales o las harinas de pescado o ave.

Los gases se miden por su toxicidad, explosividad, corrosividad o por las reacciones que producen en los seres vivos.

3.          El ruido. Por lo regular es producto de una operación industrial que maneja grandes cantidades de materiales y energía. Se mide en decibeles y las frecuencias de honda de las emisiones.

contaminación del agua    

La contaminación del agua se puede dar en tres diferentes ámbitos el campo, las zonas urbanas o la industria.

La contaminación de las aguas de uso agrícola se puede deber al arrastre de sustancias utilizadas para abonar o fumigar los campos agrícolas. Entre los principales contaminantes que se encuentran en esta agua se tienen los de origen orgánico como: aminoácidos, ácidos grasos y ésteres, y los inorgánicos como las sales de sodio, potasio, calcio y magnesio. Con estos contaminantes se disminuye el oxígeno disuelto del agua y se aumenta el número de bacterias.

La contaminación del agua en zonas urbanas es muy diversa pues las aguas urbanas reciben grandes cantidades de materia fecal, de jabón, aceites y plásticos. Para su tratamiento se han desarrollado plantas de tratamiento de aguas de gran tecnología y eficiencia.

La contaminación del agua producto de las actividades industriales producen grandes problemas a los mantos freáticos y los receptores naturales en los que se vierten. Se puede considerar que cada vez que se hace una descarga en un lago, río o mar de un contaminante se genera un desastre ecológico, el que producirá millones de muertes y desequilibrio ecológico. Los principales contaminantes del agua producto de la actividad industrial son:

1.     Aumento de temperatura.

2.     Modificación del PH. (el neutro es 7)

3.     Grasas y aceites.

4.     Sólidos en suspensión

El control de los contaminantes en las aguas se realiza por medio de plantas de tratamiento de aguas, las que pueden funcionar con principios físicos, químicos o biológicos dependiendo del tipo de contaminantes.

Para mayor información sobre contaminación del agua hacer click aquí

contaminación del suelo    

Se puede decir que todos los remanentes de la contaminación del aire y el agua de una manera u otra llegarán a suelo y que este será el receptor final de dichos contaminantes.

Suelo es la capa de tierra que cubre la base rocosa de la tierra, en él se ubican las selvas, los pastizales, los desiertos, los bosques de explotación, las tierras de cultivo y las ciudades. Todo lo que no cabe en estos sistemas se envía al suelo, lo importante es preguntarse si éste tiene la capacidad de procesarlo como parte de sus sistemas o se está generando el desequilibrio ecológico también.

Las principales actividades del hombre que contaminan al suelo son:

1. La deforestación

2. El sobre pastoreo

3. La sobre producción agrícola

4. Los rellenos sanitarios

5. Las grandes concentraciones humanas

6. Los cambios de uso natural del suelo

7. La extracción de productos minerales y químicos

8. La derrama o entierro de materiales peligrosos

9. Etc. Etc. Etc...

Como se puede observar cualquier actividad del hombre genera modificaciones de los factores que permiten vivir a otros seres vivos. Esto implica que el hombre forma parte de las cadenas ecológicas de los seres vivos de nuestro planeta, lo importante es no romper estas cadenas ecológicas que permiten al hombre subsistir como especie sobre nuestro planeta.

control de emisiones contaminantes del aire    

En el mercado existen muchas empresas que se dedican a la venta, diseño, instalación y prueba de equipos de control de emisiones contaminantes. Con este tipo de empresas el ingeniero industrial debe tratar para la solución de algunos de los problemas de contaminación ambiental, por ello es que se debe tener una idea general de las principales características de los contaminantes del aire y de algunos equipos de control.

Para seleccionar el mejor equipo de control de un contaminante se deben conocer muy bien las características de las emisiones, por ejemplo en el caso de las emisiones contaminantes del aire los principales términos que describen a las partículas suspendidas en el aire son los siguientes:

Partículas. Cualquier material, excepto agua no contaminada, que exista en estado soplido o líquido en la atmósfera o en una corriente de gas en condiciones normales.

Aerosol. Una dispersión de partículas microscópicas, sólidas o líquidas, en un medio gaseoso.

Polvo. Partículas sólidas de un tamaño mayor que el coloidal (0.05 micras), capaces de estar en suspensión temporal en el aire.

Ceniza fina. Partículas de ceniza finamente divididas y arrastradas por el gas producto de la combustión. Éstas pueden o no contener combustible no quemado.

Niebla. Aerosol visible.

Partícula. Masa discreta de materia sólida o líquida.

Humo. Partículas pequeñas arrastradas por los gases que resultan de la combustión.

Hollín. Una aglomeración de partículas de carbón.

Los tamaños de las partículas que contaminan el aire son su mejor descriptor y varios de los equipos de control se seleccionan por esta característica. A continuación se presenta una tabla general en la que se establecen los tamaños de algunos elementos contaminantes del aire.   

Los equipos purificadores del aire se pueden relacionar con el tamaño de partículas que pueden capturar. A continuación se presenta una tabla con información aproximada de los tamaños de partículas que pueden ser atrapadas por diferentes equipos de control.

Las partículas de mayor tamaño son las que son capturadas por lo equipos de control con 100% de eficiencia.

La definición del tipo de equipo a utilizar para controlar un contaminante, no sólo depende del tamaño de las partículas a controlar, también son muy importantes sus características físicas y químicas. De nada servirá un filtro de tela con material húmedo o con alta temperatura, tampoco funcionará un precipitador electrostático si el material a capturar no se puede ionizar. Por ello se deberán conocer las características físicas y limitaciones operativas de los equipos de control. A continuación se hace una pequeña descripción de los equipos de control de polvos y gases y se establecen sus características de operación.

cámaras de sedimentación    

Son grandes cámaras en las que la velocidad de los contaminantes desciende hasta que por gravedad se deposita en el fondo del equipo.

Su máxima eficiencia se logra con partículas no mayores a 1000 micras, siempre y cuando su densidad sea alta.

separadores centrífugos    

También se les conoce como ciclones y los hay de baja ó alta energía. Estos equipos utilizan la fuerza centrífuga para hacer que las partículas se adhieran a una de sus paredes, de en donde éstas caen a una tolva receptora. Pueden captar con 95 % de eficiencia partículas de 50 micras, cuando su diámetro es pequeño, porque la fuerza centrífuga es mayor que con diámetros grandes. A estos equipos se les puede inyectar agua y volverlos húmedos con lo que su eficiencia aumenta notablemente, pues llegan a captar polvo de 5 micras con 95 % de eficiencia.

colectores húmedos    

En los colectores húmedos lo que se hace es atrapar a las partículas contaminantes en las gotas de agua que circulan por el colector y luego eliminar del agua los contaminantes atrapados. También en los colectores húmedos puede haber algunas reacciones químicas o térmicas que pueden ayudar al control de emisiones de gases, por ejemplo si se tienen una emisión de óxidos de azufre (SOx) u óxidos de nitrógeno (NOx) al mezclarse con el agua se podrá tener ácido sulfúrico o nítrico, los que se pueden controlar en el equipo. Otro ejemplo es cuando se tienen emisiones de tretracloruro de etilo líquido que se utiliza para desengrasar. Su evaporación se da a temperatura ambiente y su condensación se logra a 15 °C, así que al pasar los gases evaporados por un recipiente en el que el agua baje su temperatura a 15°C se logrará la condensación y por lo tanto su captura en el fluido de control.

Hay tres tipos de colectores húmedos:

a. Colectores de baja energía. Son aquellos en los que el flujo de aire contaminado pasa por una niebla o cortina de agua. Son para atrapar partículas de más de 50 micras o para hacer reacciones químicas o térmicas con los contaminantes. Los más conocidos son las cajas de aspersión en los que el flujo contaminado pasa entre el agua que es aspersada por una boquillas.

En los colectores húmedos lo que se hace es atrapar a las partículas contaminantes en las gotas de agua que circulan por el colector y luego eliminar del agua los contaminantes atrapados. También en los colectores húmedos puede haber algunas reacciones químicas o térmicas que pueden ayudar al control de emisiones de gases, por ejemplo si se tienen una emisión de óxidos de azufre (SO_x) u óxidos de nitrógeno (NO_x) al mezclarse con el agua se podrá tener ácido sulfúrico o nítrico, los que se pueden controlar en el equipo. Otro ejemplo es cuando se tienen emisiones de tretracloruro de etilo líquido que se utiliza para desengrasar. Su evaporación se da a temperatura ambiente y su condensación se logra a 15 °C, así que al pasar los gases evaporados por un recipiente en el que el agua baje su temperatura a 15°C se logrará la condensación y por lo tanto su captura en el fluido de control.

También entre estos equipos se encuentran las casetas de pintura con cortina de agua.

b. Lavadores de energía media o scrubbers. En ellos flujo de contaminantes pasa por una serie de mamparas con cortinas de agua o junto a las paredes húmedas de los lavadores, las partículas del contaminante se unen al agua y luego ésta es tratada para separarla de los contaminantes.

c. Aglomeradores de alta energía. Son aquellos equipos que utilizan la energía para mezclar con gran eficiencia a las emisiones y el agua, los equipos más conocidos son los venturis de alta energía. Estos equipos logran capturar con 99% de eficiencia a partículas de 0.5 de micra. Para lograr estas eficiencias se llegan a tener caídas de presión hasta de 40 pulgadas de agua, lo que implica el uso de mucha potencia.   

filtros de tela o bolsas    

En estos equipos el flujo contaminado pasa por un medio filtrante que por lo regular es de tela. Su eficiencia es muy alta y su caída de presión es media, pueden manejar grandes volúmenes y su potencia es media. Son equipos de gran eficiencia ya que llegan a capturar partículas de menos de 0.5 de micra con 99% de eficiencia. Sus limitantes son la temperatura y la humedad; ya que no pueden manejar flujos a más de 200 °C y deben estar totalmente secos, de lo contrario se queman las bolsas o se apelmaza el polvo y tapan las bolsas.

precipitador electrostático    

Es un equipo de muy alta eficiencia que funciona al ionizar las partículas contaminantes, posteriormente éstas pasan entre unas placas con carga contraria a la de la ionización por lo que se adhieren a éstas. Cuando las placas se encuentran impregnadas con los contaminantes son descargadas y sacudidas para que los contaminantes caigan a una tolva inferior. Los precipitadores electrostáticos son los equipos más eficientes para el control de partículas de menos de 0.2 micras con eficiencia superior a 99%, su caída de presión es muy baja y pueden manejar grandes volúmenes. Sus mayores desventajas son su costo y que no pueden manejar sustancias explosivas.

algunos contaminantes en la industria y su control    

P.E. = Precipitador electrostático

Bolsas = Filtro de bolsas

Venturis = Aglomerador venturi

La contaminación ambiental generada por los procesos productivos ha sido motivo de muchas investigaciones con las que se han desarrollado nuevas tecnologías productivas y de control. El ingeniero industrial, como todos los profesionales de la ingeniería, debe cuidar que los procesos de manufactura en los que se vea envuelto no generen contaminación ambiental.

Bibliografía y referencias para cosultar:   

    Wark Kenneth y Warner Cecil. Contaminación del aire. Limusa, México 1995.

·        Bravo Alvarez Humberto. La contaminación del aire en México. Universo veintiuno. México 1987.

·      Industrial Ventilation: a manual of recommended practice. American Conference of Governmental Industrial Hygienists

·        http://www.ine.gob.mx/normas/no_menpu.htm

·        http://www.prodigyweb.net.mx/atmosys

·         Abatement Environmental Resources - services include asbestos abatement, contaminated soil remediation; and PCB, lead, and underground storage tank removal and reinstallation.

·         ACM Services - asbestos and lead abatement and management projects.

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 Podrían obtenerse muchos más sitios de investigación. Depende de ustedes en su quehacer diario como ingenieros industriales, el contribuir a preservar la especie.