02_Distribution_de_tamaño_de_particula 2020 - Mario Sánchez

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MATERIAL PARTICULADO
TRATAMIENTO DE GASES 
IMQ-310
1
NORMAS: CONTAMINANTES DEL AIRE
Normativa nacional (Decreto 1215)
 
Materia particulada MP10 y MP2.5
Dos tamaños:	PM10 y PM2,5
PM10:	Concentración de partículas de tamaño
		10 µm o menor. 
			Partículas gruesas, mayormente de pH básico
			producto de combustión no controlada.
PM2,5:	Concentración de partículas de tamaño
		2.5 µm o menor.
			Partículas generalmente ácidas, que contienen
			hollín y otros derivados de las emisiones
			vehiculares e industriales, y corresponde a la
	 		fracción más pequeña y agresiva.
Material Particulado Respirable
4
Santiago
Santiago
Fundiciones
Limites de emisión
Fundiciones
Fundiciones de cobre
13
Termoeléctricas
Límites de emisión para fuentes emisoras existentes (mg/Nm³)
Límites de emisión para fuentes emisoras nuevas (mg/Nm³)
MATERIAL PARTICULADO
Termino utilizado para catalogar a las partículas que se encuentran en el aire, incluido el polvo, suciedad, hollín, humo y gotas líquidas. 
«Constituye la mayor clase de contaminación del aire»
EPA
15
MATERIAL PARTICULADO
16
MATERIAL PARTICULADO
17
Precursores a partir de sulfato y nitrato en fase gaseosa
18
Precursores Marinos
19
Precursores Amoniacales
20
Formación Atmosférica de MP
21
MATERIAL PARTICULADO
22
Fuentes Móviles 
Parque automotriz local
Parque automotriz flotante
Aeropuertos
Fuentes Fijas 
Residenciales (chimeneas de calefacción de hogar abierto o de doble cámara)
Servicios (panaderías, lavanderías y procesos)
Industriales (calderas industriales, mineria)
Megafuentes (centrales termoeléctricas)
Fuentes de Emisión de MP
23
Fuentes Difusas 
Quemas Agrícolas
Quemas ilegales
Incendios. 
Fuentes naturales y biogénicas 
Suelos
Volcanes 
Cuerpos de aguas (aguas estancadas, tranques)
Fuentes de Emisión de MP
24
Efectos en la salud
Disminución de la visibilidad
Deposición atmosférica
Daño estético y estructural
Efectos de Material Particulado
25
Efectos en Salud por tamaño de MP
27
Efectos en Salud por tamaño de MP
28
Retención de partículas en los pulmones
Retención de Material Particulado
30
Mecanismos de defensa
Fuente: Peavy, Rowe, & Tchobanoglous
Mecanismos de defensa de MP
31
Bastante importancia años atrás
Uno de los contaminantes por los que se declaró zona saturada a la RM
Actualmente menos relevante, debido a que Estudios demostraron que partículas más pequeñas (PM10 y PM2,5), implicaban mayor riesgo para la salud de la población
Partículas Totales en Suspensión (PTS)
32
Composición PM2,5
Efectos en Salud MP10
Exposición prolongada
Aumento en la frecuencia de cáncer pulmonar 
Muertes prematuras 
Síntomas respiratorios severos 
Irritación de ojos y nariz 
Agravamiento en casos de asma 
Agravamiento de enfermedades cardiovasculares
35
Efectos en Salud MP10
Acumulación en los pulmones:
Silicosis 
Asbestosis
Su acción irritante es producto de:
Composición química y toxicidad
Facilidad de absorber y adsorber otras sustancias en su superficie (efecto sinérgico)
36
Exposición prolongada
Aumento en la frecuencia de cáncer pulmonar 
Muertes prematuras 
Síntomas respiratorios severos 
Irritación de ojos y nariz 
Silicosis 
Asbestosis 
Agrava el asma y las enfermedades cardiovasculares 
Efectos en Salud MP2,5
37
Elección de proceso
de tratamiento de gas
Características de MP
Características del gas
Condiciones del proceso
Tamaño
Distribución
Forma
Densidad
Corrosividad
Reactividad
Toxicidad
“Stickiness”
Características de MP
39
Presión
Temperatura
Viscosidad
Humedad
Composición
Inflamabilidad
Características del gas
Condiciones del proceso:
Flujo del gas
Carga (o concentración)
Eficiencia de eliminación necesaria
Caída de presión tolerable
40
Partículas de cenizas de carbón 
Partículas de óxido de hierro 
Características de una Partícula
Tamaño, distribución, forma, densidad, viscosidad, corrosividad, reactividad y toxicidad
41
Rango de partículas
42
 
Impactador de Cascada
44
45
 
Impactador de Cascada
46
Impactador de cascada
 
Impactador de Cascada
47
 
Impactador de Cascada
48
Impactador de Cascada
49
 
 
Impactador de Cascada
50
 
Impactador de Cascada
51
Tamaño representativo
Media (Promedio aritmético)
Mediana
Diámetro en el cual el 50% del total son más pequeños y 50% más grande. (Frecuencia acumulada del 50%)
Moda
Tamaño más frecuente
52
Tamaño representativo
Media Geométrica
	La N-esima raíz del producto de N valores
	
	Expresado en terminos de ln(dp)
	
	
	Comúnmente utilizada debido a que el MP típicamente cubre un amplio rango de tamaño desde 0.001 a 1000 µm	
53
Tamaño representativo
Diámetro numérico promedio
Diámetro másico promedio 
Distribución numérica
Distribución másica
54
Distribución normal
Gaussian, o normal
55
Log - normal
Distribución Normal
	Ampliamente utilizada, pero no típicamente con MP, debido a
La mayor parte del MP exhiben una función sesgada.
Si se cubre un amplio rango, una parte de las fracciones de partículas pueden tener valores negativos, debido a la simetría.
Desviación Estandar
56
Log - normal
La aplicación de una distribución log - normal no posee una base teórica, pero puede ser aplicada a la mayoría de las fuentes
Útil para partículas con un amplio rango de valores. (mayor/menor tamaño > 10)
¿Como utilizarlo? Simplemente reemplazando dp por ln(dp)
57
Log - normal
Diámetro geométrico promedio
Desv. Estándar geométrica
58
Características de Log-normal
Medidas obtenidas de un impactor de cascada
59
60
Un gas tiene la siguiente distribución de tamaño de partículas, dp, en masa:
 
Rango dp			% de masa
0 – 2 μm		:	0.5 %
2 – 4 μm		:	9.5 %
4 – 6 μm		:	20.0 %
6 – 8 μm		:	22.0 %
8 - 10 μm		:	18.0 %
10 – 15 μm	:	22.0 %
15 – 25 μm	:	6.0 %
25 – 100 μm	:	2.0 %
 
a) Grafique la distribución de tamaño de partículas en la hoja adjunta.
b) Calcule d50 y σ de la distribución de tamaño de partículas.
c) ¿Cuál debería ser el tamaño de corte (dpc) de un proceso de remoción si una eficiencia de remoción de 92% es requerida?
Ejemplo Distribucion del tamaño de la particula
	Rango dp µm	“rango dp acumulado” µm	% masa	% masa acumulada
	0-2	0-2	0.5	0.5
	2-4	0-4	9.5	0.5 + 9.5 = 10.0
	4-6	0-6	20.0	0.5 + 9.5 + 20.0 = 30.0
	6-8	0-8	22.0	30.0 + 22.0 = 52.0
	8-10	0-10	18.0	52.0 + 18.0 = 70.0
	10-15	0-15	22.0	70.0 + 22.0 = 92.0
	15-25	0-25	6.0	92.0 + 6.0 = 98.0
	25-100	0-100	2.0	98.0 + 2.0 = 100.0
% masa acumulada
dp (µm)
100
1
10
% masa acumulada
dp (µm)
100
1
10
*
% masa acumulada
dp (µm)
100
1
10
*
*
% masa acumulada
dp (µm)
100
1
10
*
*
*
% masa acumulada
dp (µm)
100
1
10
*
*
*
*
*
*
*
(*)
% masa acumulada
dp (µm)
100
1
10
*
*
*
*
*
*
*
(*)
% masa acumulada
dp (µm)
100
1
10
*
*
*
*
*
*
*
(*)
D50 = 7.9 µm
σg = d84,1%/d50% = d50%/d15.9%
σg = 13 / 7.9 = 7.9 / 4.7
Según figura:
σg = 1.65 = 1.68  1.67
Distribución de tamaño de partícula:
 
	d50 = 7.9 +/- 1.67
% masa acumulada
dp (µm)
100
1
10
*
*
*
*
*
*
*
(*)
D15.9 = 4.7
D84.1 = 13
¿Cuál debería ser el tamaño de corte (dpc) de un proceso de remoción si una eficiencia de remoción de 92% es requerida?
Proceso recolecta 92% de la masa (partículas mas grandes => 
Queda 8 % masa de las partículas (mas pequeñas)
Según figura : dpc = 3.8
% masa acumulada
dp (µm)
100
1
10
*
*
*
*
*
*
*
(*)
Dpc = 3.8
Eficiencia Global de Colección MP
Eficiencia Específica de Colección MP
75
Separadores mecánicos 
		Sedimentadores 
		Ciclones
Filtros
Precipitadores Electroestáticos
Scrubbers
Control de Material Particulado
76
Ejemplo Eficiencia Global de Colección MP
77
Ejemplo Eficiencia Global de Colección MP
78
País PTS PM
10
 
ug/m3 
PM
2,5 
ug/m3 
Chile 
Se reemplazó por el 
indicador PM
10
 y 
PM
2,5
 
50 (media anual)150 (media 24 h) 
Desde Enero 2012: 
20 (media anual) 
50 (media 24 h) 
Comunidad 
Europea 
Se reemplazó por el 
indicador PM
10
 y 
PM
2,5
 
30 (media anual) 
50 (media 24 h) 
20 (media anual) 
40 (media 24 h) 
OMS 
Se reemplazó por el 
indicador PM
10
 y 
PM
2,5
 
20 (media anual) 
50 (media 24 h) 
10 (media anual) 
25 (media 24 h) 
México 
Se reemplazó por el 
indicador PM
10
 
150 (media 24 h) 
No está normado 
(2011) 
Estados Unidos 
Se reemplazó por el 
indicador PM
10
 y 
PM
2,5
 
50 (media anual) 
150 (media 24 h) 
15 (media anual) 
65 (media 24 h) 
 
	País
	PTS
	PM10
ug/m3
	PM2,5
ug/m3
	Chile
	Se reemplazó por el indicador PM10 y PM2,5
	50 (media anual)
150 (media 24 h)
	Desde Enero 2012: 
20 (media anual)
50 (media 24 h)
	Comunidad Europea
	Se reemplazó por el indicador PM10 y PM2,5
	30 (media anual)
50 (media 24 h)
	20 (media anual)
40 (media 24 h)
	OMS
	Se reemplazó por el indicador PM10 y PM2,5
	20 (media anual)
50 (media 24 h)
	10 (media anual)
25 (media 24 h)
	México
	Se reemplazó por el indicador PM10
	150 (media 24 h)
	No está normado (2011)
	Estados Unidos
	Se reemplazó por el indicador PM10 y PM2,5
	50 (media anual)
150 (media 24 h)
	15 (media anual)
65 (media 24 h)
(
)
22224
23
2332
33
2523
2
SOOHHOOHSO
NOOHHNO
NOONOO
NORHHNOR
NOHOHNO
+++®
+®
+®+
+®+
+®
3()3()
()()
24()24()
()()
24()4()
()()
22
sg
gs
sg
gs
sg
gs
HNONaClNaNOHCl
HSONaClNaSOHCl
HSONaClNaHSOHCl
+®+
+®+
+®+
3343
()()()
324424
()()
()
32444
()()
()
3244342
()()
()
3()4()
()
2()
32()()
ggs
gs
g
gs
g
gs
g
gs
g
NHHNONHNO
NHHSONHSO
NHHSONHHSO
NHHSONHHSO
NHHClNHCl
+®
+®
+®
+®
+®
0
()
pipi
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i
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)
(
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3
12
1/
1/
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123
...
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N
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ln
ln
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0
()
ipi
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i
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(
)
0
ipi
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i
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m
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å
d
p
 (
m
m)
0
10
20
30
40
50
q(d
p
) Probability Density Function
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
d
p
 (
m
m)
0
10
20
30
40
50
Mass fraction/
m
m
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
(
)
2
2
1
exp
2
2
 cumulative fraction between 0 and x
 standard deviation
mean
xx
d
dx
s
sp
s
éù
-
F
=-
êú
êú
ëû
Fº
º
(
)
(
)
2
2
1/2
2
1
exp
2
2
1
pp
p
ipp
dd
df
dd
ndd
N
s
sp
s
éù
-
êú
=-
êú
êú
ëû
éù
-
êú
=
êú
-
êú
ëû
å
ln
ln
ipi
pg
nd
d
N
=
å
2
(lnln)
ln
1
ipipg
g
ndd
N
s
-
=
-
å
(
)
2
2
lnln
1
exp
ln2(ln)
2ln
ppg
pg
g
dd
df
dd
s
ps
éù
-
êú
=-
êú
ëû
84,1%50%50%15,9%
84,1%50%50%15,9%
lnlnlnlnln
 ln(/)ln(/)
g
dddd
dddd
s
=-=-
==
Size range (
m
m)
0-2
2-5
5-9
9-15
15-25
>25
Mass (mg)
4.5
179.5
368
276
73.5
18.5
Size range (
m
m)
Mass fraction (
m
j
)
Cumulative percent
0-2
0.0049
0.5
2-5
0.195
20.0
5-9
0.4
60.0
9-15
0.3
90.0
15-25
0.08
98.0
>25
0.02
100
Log-Probability Graph
d
p
 (
m
m)
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Cumulative % less than d
p
0.01
0.05
0.1
0.2
0.5
1
2
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
95
98
99
99.8
99.9
99.99
ieie
ii
MMLL
ML
h
--
==
&&&&
&&
jj
j
m
hh
=
å