Inertización

La inertización es un término técnico utilizado en ingeniería ambiental, el cual quiere decir dejar quieto o inactivo. La inertización se aplica con la finalidad de indicar un proceso de tratamiento de residuos, específicamente los que son peligrosos, no importa el estado en que se encuentre, sea liquido o sólido. Este proceso también se conoce como neutralización. Dicho proceso dispone que los residuos tengan que ser: • Vertidos a la red de desagües • Pasados por una planta de tratamientos. •

El proceso debe de cumplir con las normativas medioambientales • Las celdas tiene que minimizar los contaminantes La química está de primera mano en este tratamiento, haciendo mención a que este se puede desarrollar mediante una vía húmeda, semi húmeda y seca. Cuando se desarrolla por vía húmeda, cuenta con reactores confeccionados para ello.

En cuanto a la vía semi húmeda y la seca, necesitan de contenedores rotatorios, los cuales garantizan y proporcionan una buena mezcla de residuos. Por vía húmeda el proceso implica neutralización alcalina de residuos ácidos, neutralización ácida de residuos alcalinos y la destrucción de cianuros en residuos. Por este motivo es necesario incorporar en un estanque reactor las herramientas a utilizar.

 

Los líquidos químicamente inertes suelen ser utilizados como agentes dilutores. En los residuos orgánicos e inorgánicos, para que se realice una buena neutralización se toma en cuenta los componentes que contienen. De esta forma se considera por que vía es conveniente disolverlo. La separación de ciertos elementos sólidos en el proceso de neutralización queda en manos de un filtro de prensa. Cuando los residuos contienen ácidos inorgánicos fuertes se procede a neutralizar con una base inorgánica, esto es para que el residuo pierda la capacidad corrosiva. Como este proceso es químico requiere de medidas de protección y seguridad, como son la utilización de gafas de seguridad, para las manos guantes de caucho y pantalla protectora. Las instalaciones donde se desarrolla la inertización hay que cumplir las reglamentaciones ambientales y el diseño debe de tener:  

• Zona de evaporación solar
• Acumulación de envases
• Almacenaje de inflamables
• Área de descarga de residuos
• Contenedor de seguridad de residuos
• Zona de reciclaje y de inertización química
• Zona de romana, muestreo y de laboratorio
• Depósito de residuos peligrosos y no peligrosos
• Almacenamiento parcial de residuos corrosivo y tóxico
• Área de tratamiento de lodos y de piscina de decantación

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Sistemas para reducir las emisiones contaminantes

Los perfeccionamientos obtenidos en la técnica de motores han llevado en los últimos años a mejores procesos de combustión y con ellos, a menores emisiones brutas. El desarrollo de sistemas electrónicos de control del motor ha hecho posible una inyección exacta de la cantidad de combustible necesaria y el ajuste preciso del punto de encendido, así como la optimización, en función del punto de funcionamiento de la activación de todos los componentes existentes (predispositivo de mariposa electrónico DV-E). Estos dos puntos han llevado, además de un aumento de la potencia de los motores, también a un claro mejoramiento de la calidad de los gases de escape.

 

No hay que desatender tampoco las mejoras de la calidad en los combustibles. De acuerdo con el aumento constante de la potencia de los motores, son mayores las exigencias formuladas al combustible. El empleo de aditivos disminuye los sedimentos e incrustaciones durante la combustión en el cilindro, reduce las sustancias nocivas contenidas en los gases de escape e impide incrustaciones perjudiciales en el sistema de combustible. El cambio a combustible sin plomo constituyó un hito en el camino hacia gases de escape mas limpios de sustancias nocivas. 

Con estas medidas se han podido reducir las emisiones desde los años 1970 en un 80% aproximadamente. Pero únicamente gracias al tratamiento posterior de los gases de escape con el catalizador fue posible observar los valores limite exigidos por la legislatura.

Los sistemas de control de emisiones de escape han sido desarrollados para reducir los elementos contaminantes generados por el automóvil en el proceso de combustión.

Dentro de los sistemas de control de emisiones destacan los siguientes:

● Control de la combustión (sonda Lambda).
● Sistema de ventilación positiva del Cárter (PCV).
● Sistema cerrado de control evaporativo (Canister).
● Sistema de recirculación de gases de escape (EGR).
● Sistema de inyección adicional de aire en el escape.
● Convertidor catalítico y Filtro de partículas

Sistema de diagnóstico OBD (on board diagnostics)
Lo mas reciente para reducir la contaminación generada por los vehículos motorizados es el sistema de diagnóstico OBD (on board diagnostics), EOBD (European on board diagnostics), que se aplica a todos los modelos con motores diesel y gasolina. El EOBD es un sistema de diagnóstico integrado en la propia gestión del motor, cuya misión es vigilar todos aquellos componentes y sistemas que por avería o mal funcionamiento alteren las emisiones de gases de escape, establecidas para el funcionamiento del motor en condiciones normales.

La principal novedad es la incorporación de un testigo de aviso, el cual indica al conductor la existencia de una anomalía en el motor, que provoca un aumento de las emisiones de gases, superiores a los límites establecidos.

El OBD II representa una versión más actualizada y desarrollada del OBD I.

Objetivos del OBD II

● Vigilancia de todos los componentes importantes para la calidad de los gases de escape.
● Protección del catalizador ante su puesta en peligro.
● Aviso visual, si hay componentes relacionados con los gases de escape, que presentan fallos en el funcionamiento
● Memorización de las averías.
● Susceptibilidad de diagnóstico.

La información ofrecida por el OBD II y la actuación del testigo de aviso deben ser idénticas para todos los automóviles. Por otro lado, según la organización jurídica de cada país, también debe ser posible su consulta por organismos oficiales o talleres autorizados.
Para ello se han estandarizado unos códigos de avería relacionados exclusivamente con el EOBD. Dichos códigos siguen la normativa SAE y son del tipo P0XXX.

Otro dato importante del OBD II es la indicación del número de kilómetros recorridos por el vehículo, desde que se activa el testigo de aviso.

Sistemas Anticontaminación

Sensor de oxigeno o sonda Lambda

El motor por si solo no puede controlar los porcentajes de aire y combustible que entran en la cámara de combustión, no lo pudo hacer en el pasado con el uso de carburadores, ni tampoco con sistemas de inyección electrónicos de "lazo abierto". Para poder controlar la mezcla es necesario de un elemento sensor, que indique, el porcentaje de aire y combustible que entra en el motor. A este dispositivo se le llama sensor de oxigeno o sonda Lambda. Este sensor situado a la salida del colector de escape del motor, analiza los gases de escape, y envía información constantemente a la gestión electrónica del motor que adecua la mezcla en función de las circunstancias de funcionamiento del vehículo.

La combustión requiere que el aire y el combustible se hallen mezclados en una proporción determinada, esta proporción entre el aire y el combustible es lo que se llama "relación estequiométrica". En un motor de gasolina la relación ideal es de 14,7:1, es decir son necesarios 14,7 gramos de aire por cada gramo de combustible para realizar una combustión perfecta. En la práctica esta proporción varía ligeramente, pudiendo alcanzar valores de 12 a 16, que serían los límites de funcionamiento de la combustión en el motor..
Con 12 gramos de aire por gramo de gasolina la mezcla que se obtiene es excesivamente "rica" en gasolina mientras que con una relación de 16, el motor no arrancaría por escasez "pobre" de gasolina.

Mezcla pobre
Resulta del exceso de aire en la mezcla. En estas condiciones en el motor se incrementa la temperatura de la combustión, facilitando la aparición de óxidos de nitrógeno (Nox), ademas si la mezcla es muy pobre, el combustible no llega a inflamarse y el motor se para.

Mezcla rica
Se produce debido al exceso de combustible en la mezcla con respecto al aire que entra en la cámara del combustión del motor. En este caso el exceso de combustible no se puede combinar completamente con el aire, por lo tanto una parte del combustible es expulsado por el escape en forma de hollín y CO (monóxido de carbono).

En automoción se habla de factor lambda o relación "lambda" cuando quiere definirse la relación entre la cantidad de aire necesaria para producir una combustión completa, en relación estequiométrica y la cantidad de aire real que aspira el motor.

Durante el funcionamiento del motor el factor lambda debe variar dentro de unos limites máximo y mínimo establecidos ya que el motor no puede estar alimentado constantemente con una mezcla en relación estequiométrica teórica, (esto es lambda = 1), puesto que en estas condiciones el motor no proporcionara ni su potencia máxima ni el máximo rendimiento térmico.

En definitiva, el factor "lambda" da una idea muy precisa de la riqueza o pobreza de una mezcla, así se dice que :

● Con una relación "lambda = 1", se obtiene una combustión perfecta porque el aire aspirado coincide con el teórico (el aire aspirado es el 100 % del teórico necesario).
● Con una relación "lambda < 1", por ejemplo 0,8 indica escasez de aire por lo que la mezcla resulta rica de combustible (el aire aspirado es solo el 80 % del necesario).
● Con una relación "lambda > 1", por ejemplo 1,20 indica exceso de aire, por consiguiente una mezcla pobre (el aire aspirado es un 120 % del teórico, es decir un 20 % mas del necesario).

Como se puede ver en la gráfica inferior la potencia máxima en un motor otto se obtiene con una mezcla ligeramente rica, mientras que el consumo mínimo se consigue con una mezcla ligeramente pobre.

Proporción de la mezcla y sus efectos en la emisión de gases contaminantes

La relación aire/combustible (factor lambda) tiene una influencia decisiva sobre Ia emisión de los gases contaminantes, como son el monóxido de carbono (CO) y el anhídrido carbónico (CO2).

MONÓXIDO DE CARBONO (CO)
La emisión de monóxido de carbono (CO) aumenta con las mezclas ricas, o sea para mezclas con un factor "lambda < 1". El oxígeno existente no es suficiente para completar la combustión, por lo cual el contenido de CO en los gases de escape es elevado. Por el contrario el monóxido de carbono (CO) disminuye con las mezclas pobres, o sea para mezclas con un factor "lambda > 1". El oxígeno presente es abundante y la combustión tiende a completarse, por lo cual el contenido de CO en los gases de escape alcanza valores mínimos.

DIÓXIDO DE CARBONO (CO2)
La concentración de C02 alcanza el valor máximo para coeficientes "lambda" cercanos a 1. El valor de C02 puede dar una idea de la "calidad" de la combustión, obsérvese que el pico de valor máximo corresponde prácticamente con una mezcla con un factor "lambda" ligeramente superior a 1,00.
Conviene recordar que hasta no hace mucho tiempo, los fabricantes de automóviles, hacían trabajar los motores con mezclas ricas, necesarias entre otras cosas para poder obtener potencias específicas elevadas. En la actualidad, para conseguir una reducción de los consumos, la tendencia es a trabajar en el campo de las mezclas pobres.

HIDROCARBUROS (HC)
La concentración de hidrocarburos sin quemar se reduce a valores mínimos para relaciones aire-gasolina ligeramente superiores a la estequiométrica, es decir, para mezclas clasificadas como pobres (lambda = 1,2). Con mezclas ricas es imposible quemar por completo los hidrocarburos por falta de oxígeno. Por el contrario, con mezclas muy pobres (lambda > 1,2) se pueden tener retrasos en la combustión, dificultad de propagación de la llama o fallos de encendido al haberse superado los límites de inflamabilidad. En este caso la combustión resulta incompleta y se comprueba un aumento significativo de los HC emitidos en el escape.

ÓXIDOS DE NITRÓGENO (NOx)
La dosificación de la mezcla influye también en la emisión de óxidos de nitrógeno (NOx).

Una mezcla pobre contiene una cantidad mayor de oxígeno que facilita la formación de NOx. Para valores "lambda = 1,1" (relación aire/gasolina de 16:1) ligeramente superior a la relación estequiométrica (lambda = 1,0) se obtiene la concentración máxima de NOx. Si aumenta aún más la dosificación, disminuye la temperatura de combustión y por consiguiente se reduce la cantidad de óxidos de nitrógeno aunque exista exceso de oxígeno.

La cuestión que se plantea ahora, una vez de analizados los datos expuestos mas arriba sobre la formación de los gases de escape, consiste en la imposibilidad de limitar al mismo tiempo los tres gases contaminantes principales : CO, HC y NOx , actuando únicamente sobre la dosificación de la mezcla. En efecto, en la zona de utilización del motor (lambda = 0,8 a 1,1), ocurre que a los valores mínimos de la emisiones de CO y HC corresponde el valor máximo de NOx.

Para conseguir al mismo tiempo una reducción drástica de CO y de NOx y obtener un buen comportamiento de los HC, sería preciso garantizar una combustión completa con un factor lambda superior a 1,05.

Existe no obstante una zona llamada "ventana lambda" (puede verse en la gráfica inferior) donde la proporción de gases es mínima y si puede conseguirse que el motor trabaje en esta zona, se garantizará una reducción de los gases contaminantes.

Esta condición impone en la práctica buscar soluciones técnicas que garanticen el funcionamiento correcto en todas las condiciones de servicio del motor. Y la solución ha venido de diversas fuentes: la implementación de sistemas de inyección de gasolina con mando electrónico, la regulación de la mezcla para que trabaje cercana a la "ventana lambda" y el uso del catalizador.

De este modo se ha conseguido reducir la emisión de gases contaminantes mediante la optimización de la combustión y la depuración posterior de los gases.

La ilustración inferior muestra las gráficas de los distintos gases de escape después de atravesar el catalizador. Obsérvese como en la zona marcada como "ventana lambda" es donde coinciden los tres gases en la mínima concentración.

Localización de la sonda lambda en el motor
La sonda lambda esta dispuesta en el sistema de escape delante del catalizador. La señal de la sonda es conducida a la unidad de control del motor. Se pueden emplear sondas lambda de dos puntos (como las estudiadas hasta ahora) o sondas lambda de banda ancha (regulación lambda permanente). Detrás del catalizador puede encontrarse otra sonda lambda (regulación con dos sondas). Esta sonda es siempre una sonda de dos puntos.

Funcionamiento
Mediante el circuito de regulación formado con ayuda de una o dos sondas lambda pueden identificarse y corregirse desviaciones de una relación de aire y combustible determinada. El principio de regulación se basa en la medición del contenido de oxígeno residual en los gases de escape. El contenido de oxígeno residual es una medida para la composición de la mezcla de aire y combustible aportada al motor.

Regulación de dos puntos
La sonda lambda de dos puntos dispuesta delante del catalizador suministra en el margen rico {lambda.< 1) una tensión alta y en el margen pobre (lambda > 1), una tensión baja (U < 1). En el margen alrededor de "lambda = 1" se produce un pronunciado salto de tensión. La sonda lambda de dos puntos sólo puede distinguir, pues, entre mezcla rica y mezcla pobre.

La tensión de sonda se transforma en la unidad de control del motor en una señal de dos puntos. Es la magnitud de entrada para la regulación lambda puesta en efecto con ayuda del software. La regulación lambda actúa en la formación de la mezcla y ajusta la relación de aire y combustible adaptando el caudal de combustible inyectado. La magnitud de ajuste, compuesta de un salto y una rampa, varia su dirección de ajuste con cada salto de tensión de la sonda. Es decir, por el salto de la magnitud de ajuste varia la composición de la mezcla primero "de golpe" y a continuación en forma de rampa. Si la tensión de la sonda es alta (mezcla rica), la magnitud de ajuste regula en dirección hacia mezcla pobre; si la tensión de la sonda es baja (mezcla pobre), en dirección hacia mezcla rica. Con esta regulación de dos puntos se puede regular la mezcla de aire v combustible a valores lambda alrededor de "lambda = 1".

La típica "medición errónea" de la sonda lambda, condicionada por la variación de la composición de los gases de escape, se puede compensar de modo controlado conformando la evolución de la magnitud de ajuste selectivamente de modo asimétrico (desplazamiento hacía mezcla rica/mezcla pobre).

Regulación lambda constante
La sonda lambda de banda ancha suministra una señal de tensión constante. De este modo se puede medir no sólo el margen lambda (mezcla rica o pobre), sino también las desviaciones de "lambda = 1". La regulación lambda puede reaccionar así más rápidamente a una divergencia de la mezcla. De ello resulta un mejor comportamiento de regulación, de elevada dinámica.

Como sea que con la sonda lambda de banda ancha de "lambda = 1" se pueden medir composiciones de la mezcla divergentes, también es posible (al contrario de la regulación de dos puntos] regular tales composiciones. El alcance de regulación comprende valores lambda dentro del margen de "lambda = 0,7...3,0". La regulación lambda constante por tanto es apropiada para el funcionamiento con mezclas pobres o ricas de motores de inyección directa de gasolina.

Regulación con dos sondas
La regulación lambda con la sonda antes del catalizador tiene una precisión limitada, ya que la sonda está expuesta a notables influencias medioambientales. La exposición de una sonda lambda detrás del catalizador a estas influencias es considerablemente menor. Por esta razón ademas de la sonda antes el catalizador se ha implantado una segunda sonda lambda (calefactada) en el sistema de escape después del catalizador. Sirve para comprobar el funcionamiento del catalizador. Adicionalmente se lleva a cabo una autoadaptación de la sonda antes el catalizador.

El posicionamiento de las sondas lambda en el sistema de escape posee una gran importancia para la regulación de los gases de escape. Las sondas están expuestas a altos niveles de suciedad en los gases de escape. Después del catalizador, la sonda resulta menos expuesta a suciedad. Sin embargo, debido a los largos recorridos de los gases de escape, sería demasiado lenta la reacción de la regulación lambda si se instalara una sola sonda después del catalizador.

Regulación lambda en la inyección directa de gasolina
El catalizador acumulador de NOx, presenta una doble función. Además de la acumulación de NOx, y de la oxidación de HC y CO durante el funcionamiento con mezcla pobre, para el funcionamiento con "lambda = 1" es necesaria una función estable de tres vías, que requiere un mínimo de capacidad de acumulación de oxígeno. La sonda lambda delante del catalizador vigila la composición estequiométrica de la mezcla.

Además de su aportación a la regulación con dos sondas, la sonda de dos puntos detrás del catalizador acumulador de NOx con el sensor de NOx integrado sirve para la vigilancia del comportamiento combinado de acumulación de O2 y NOx (identificación del fin de la fase de desacumulación de NOx).

En la figura inferior tenemos una linea de escape de un motor de inyección directa de gasolina FSi. El sistema de escape está ejecutado en versión de 2 caudales en la zona delantera, para producir un aumento de par a regímenes bajos. Cada uno de los dos ramales de escape posee un precatalizador propio. Los precatalizadores van unidos de forma inseparable con el colector de escape que les corresponde.

Dos sondas de banda ancha ejercen funciones de sondas precatalizador y vigilan la composición de la mezcla. Detrás de los precatalizadores hay dos sondas de dos puntos. Vigilan el efecto de los precatalizadores.

Después de ello los dos ramales de escape confluyen en el catalizador-acumulador de NOx. El catalizador-acumulador retiene interinamente los óxidos nítricos (NOx) durante el funcionamiento del motor en el modo de mezcla pobre, durante lo cual el sensor NOx vigila el grado de saturación y da origen al ciclo de regeneración del catalizador-acumulador.

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Gases de Escape y Sistemas Anticontaminación

Componentes de los gases de escape

El aire está compuesto básicamente por dos gases: nitrógeno (N2) y oxígeno (02). En un volumen determinado de aire se encuentra una proporción de nitrógeno (N2) del 79 % mientras que el contenido de oxígeno es aproximadamente de un 21 %.

El nitrógeno durante la combustión, en principio, no se combina con nada y tal como entra en el cilindro es expulsado al exterior sin modificación alguna, excepto en pequeñas cantidades, para formar óxidos de nitrógeno (NOx). El oxígeno es el elemento indispensable para producir la combustión de la mezcla.

Cuando se habla de la composición de los gases de escape de un vehículo se utilizan siempre los mismos términos: monóxido de carbono, óxido nítrico, partículas de hollín o hidrocarburos. Decir que estas sustancias representan una fracción muy pequeña del total de los gases de escape. Debido a ello, antes de describir las diferentes sustancias que integran los gases de escape, le mostramos a continuación la composición aproximada de los gases que despiden los motores diesel y de gasolina.

Descripción de las sustancias que integran los gases de escape
El motor de combustión interna, por su forma de funcionar, no es capaz de quemar de forma total el combustible en los cilindros. Pero si esta combustión incompleta no es regulada, mayor será la cantidad de sustancias nocivas expulsadas en los gases de escape hacia la atmósfera. Dentro de los gases generados en la combustión, hay unos que son nocivos para la salud y otros no.

● Nitrógeno (N2)
El nitrógeno es un un gas no combustible, incoloro e inodoro, se trata de un componente esencial del aire que respiramos (78 % nitrógeno, 21 % oxígeno, 1 % otros gases) y alimenta el proceso de la combustión conjuntamente con el aire de admisión. La mayor parte del nitrógeno aspirado vuelve a salir puro en los gases de escape; sólo una pequeña parte se combina con el oxígeno O2 (óxidos nítricos NOx).
● Oxígeno (O2)
Es un gas incoloro, inodoro e insípido. Es el componente más importante del aire que respiramos (21 %). Es imprescindible para el proceso de combustión, con una mezcla ideal el consumo de combustible debería ser total, pero en el caso de la combustión incompleta, el oxigeno restante es expulsado por el sistema de escape.
● Agua (H2O)
Es aspirada en parte por el motor (humedad del aire) o se produce con motivo de la combustión “fría“ (fase de calentamiento del motor). Es un subproducto de la combustión y es expulsado por el sistema de escape del vehículo, se lo puede visualizar sobre todo en los días mas fríos, como un humo blanco que sale por el escape, o en el caso de condensarse a lo largo del tubo, se produce un goteo. Es un componente inofensivo de los gases de escape.
● Dióxido de carbono (CO2)
Se produce al ser quemados los combustibles que contienen carbono (p. ej. gasolina, gasoil). El carbono se combina durante esa operación con el oxígeno aspirado. Es un gas incoloro, no combustible.
El dióxido de carbono CO2 a pesar de ser un gas no tóxico, reduce el estrato de la atmósfera terrestre que suele servir de protección contra la penetración de los rayos UV (la tierra se calienta). Las discusiones generales en torno a las alteraciones climatológicas (efecto “invernadero“), el tema de las emisiones de CO2 se ha hecho consciente en la opinión pública.
● Monóxido de carbono (CO)
Se produce con motivo de la combustión incompleta de combustibles que contienen carbono. Es un gas incoloro, inodoro, explosivo y altamente tóxico. Bloquea el transporte de oxígeno por parte de los glóbulos rojos. Es mortal, incluso en una baja concentración en el aire que respiramos. En una concentración normal en el aire ambiental se oxida al corto tiempo, formando dióxido de carbono CO2.
● Óxidos nítricos (NOx)
Son combinaciones de nitrógeno N2 y oxígeno O2 (p. ej. NO, NO2, N2O, ...). Los óxidos de nitrógeno se producen al existir una alta presión, alta temperatura y exceso de oxígeno durante la combustión en el motor. El monóxido de nitrógeno (NO), es un gas incoloro, inodoro e insípido. Al combinarse con el oxigeno del aire, es transformado en dióxido de nitrógeno (NO2), de color pardo rojizo y de olor muy penetrante, provoca una fuerte irritación de los órganos respiratorios.
Las medidas destinadas a reducir el consumo de combustible suelen conducir lamentablemente a un ascenso de las concentraciones de óxidos nítricos en los gases de escape, porque una combustión más eficaz produce temperaturas más altas. Estas altas temperaturas generan a su vez una mayor emisión de óxidos nítricos.
● Dióxido de azufre (SO2)
El dióxido de azufre o anhídrido sulfuroso propicia las enfermedades de las vías respiratorias, pero interviene sólo en una medida muy reducida en los gases de escape. Es un gas incoloro, de olor penetrante, no combustible. Si se reduce el contenido de azufre en el combustible es posible disminuir las emisiones de dióxido de azufre.
● Plomo (Pb)
Ha desaparecido por completo en los gases de escape de los vehículos. En 1985 se emitían todavía a la atmósfera 3.000 t, debidas a la combustión de combustibles con plomo.
El plomo en el combustible impedía la combustión detonante debida a la autoignición y actuaba como una sustancia amortiguadora en los asientos de las válvulas. Con el empleo de aditivos ecológicos en el combustible sin plomo se han podido mantener casi idénticas las características antidetonantes.
● HC – Hidrocarburos
Son restos no quemados del combustible, que surgen en los gases de escape después de una combustión incompleta. La mala combustión puede ser debido a la falta de oxigeno durante la combustión (mezcla rica) o también por una baja velocidad de inflamación (mezcla pobre), por lo que es conveniente ajustar la riqueza de la mezcla.
Los hidrocarburos HC se manifiestan en diferentes combinaciones (p. ej. C6H6, C8H18) y actúan de diverso modo en el organismo. Algunos de ellos irritan los órganos sensoriales, mientras que otros son cancerígenos (p. ej. el benceno).
● Las partículas de hollín MP (masa de partículas; inglés: paticulate matter)
Son generadas en su mayor parte por los motores diesel, se presentan en forma de hollín o cenizas. Los efectos que ejercen sobre el organismo humano todavía no están aclarados por completo.
Evolución general
En Europa así como a nivel mundial, se han emitido decretos y disposiciones legales con miras a la reducción de las emisiones contaminantes que se expulsan al medio ambiente. Dentro de los sectores que contribuyen activamente a la contaminación atmosférica, esta el sector del automóvil y en general el tráfico rodado en carretera. A raíz de ello, y motivada por las normativas más estrictas sobre las emisiones contaminantes en Europa y también EEUU, la industria del automóvil ha desarrollado tecnologías nuevas y mejoradas para reducir y evitar sustancias contaminantes en los gases de escape.
En Europa y a nivel mundial se han tomado determinaciones y dictado normativas legales en los últimos años, con miras a reducir las emisiones de contaminantes en el aire. Existen las normativas europeas sobre emisiones contaminantes denominadas norma EURO y expresadas como "EU1" que han ido evolucionado hasta la "EU5" y las siguientes normativas que se aprobaran en el futuro. Estas normativas indican a la industria del automóvil los límites de las emisiones contaminantes para la homologación de nuevos modelos de vehículos.

La evolución de las cantidades emitidas de gases de escape (ver gráfica inferior) demuestra, que entre los años 1990 y 1998, se han reducido, gracias al cumplimiento por parte de los fabricantes de automóviles de las normativas de reducción de gases de escape. Los objetivos establecidos por la legislación han sido superados incluso en parte, y las reducciones seguirán continuando en los próximos años.
Sin embargo, existe una excepción en esta evolución: el dióxido de carbono CO2. Las emisiones de dióxido de carbono CO2 se hallan en una relación directa con el consumo de combustible del vehículo. Si bien, las nuevas tecnologías han logrado reducir el consumo, por otro lado tenemos que el incremento del parque automovilístico y la tendencia a adquirir vehículos cada vez más potentes y pesados, han actuado en contra de la reducción de CO2.

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Proceso de refino de productos derivados del petróleo

Para evitar cortes o problemas en el proceso de suministro de petróleo y con el fin de asegurar un abastecimiento abundante y regular de las industrias y de los consumidores, son necesarias grandes instalaciones de almacenamiento o depósito, bien sea en los terminales, en los puertos o en las mismas refinerías.

El almacenamiento debe quedar asegurado en cada etapa del camino recorrido por el petróleo, desde el pozo de extracción hasta el surtidor de gasolina o la caldera.

TIPOS DE ALMACENAMIENTO

Almacenamiento del crudo

Una refinería no se abastece normalmente directamente a partir del yacimiento de petróleo, dado que en entre uno y otro punto suele producirse un transporte intermedio por buque cisterna (petroleros) o por oleoducto. Por ello, el crudo (petróleo bruto) se almacena tanto en el punto de embarque como en el del desembarque. Las capacidad de este almacenamiento de cabeza de línea suele contener un stock de petróleo bruto de cinco días como media, que garantice la carga de los petroleros que llegan al puerto o, en su caso, los métodos de explotación de los oleoductos.

Almacenamiento en la refinería

Las refinerías disponen de numerosos depósitos al comienzo y al final de cada unidad de proceso para absorber las paradas de mantenimiento y los tratamientos alternativos y sucesivos de materias primas diferentes. Asimismo, para almacenar las bases componentes de otros productos terminados que se obtienen a continuación por mezcla, y para disponer de una reserva de trabajo suficiente con el fin de hacer frente a los pedidos y cargamentos de materia prima que les llegan.


 

Almacenamiento
Petroquímica: Transformación de Productos Derivados

Del petróleo se obtienen determinados compuestos que son la base de diversas cadenas productivas que acaban en una amplia gama de productos denominados petroquímicos, que después se utilizan en las industrias de fertilizantes, plásticos, alimenticia, farmacéutica, química y textil, entre otras.

La conversión de hidrocarburos en productos químicos se llama petroquímica y es una de las piedras angulares de la industria y la tecnología actual. Esta industria ha hecho posible muchos de los productos que hoy se consideran normales y necesarios, como las computadoras, tejidos, juguetes irrompibles…

La utilización del petróleo y el gas natural como fuentes de productos petroquímicos ha sido posible gracias al desarrollo de técnicas de transformación de su estructura molecular. El crecimiento de la demanda de los productos petroquímicos se ha debido al desplazamiento de las materias primas tradicionales por las nuevas materias sintéticas:

Industria textil: Fibras sintéticas que suplen a la lana y el algodón.

Industria del caucho: nuevos productos con iguales propiedades y a veces superiores a las del caucho natural.

Industria de envases y embalajes: el polietileno como alternativa al cristal y al celofán, plásticos para la construcción, por su gran resistencia a la corrosión y a las inclemencias del tiempo, por su ligereza y flexibilidad.

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Ingenieria petroquímica

La Ingeniería Petroquímica es la rama de la química, encargada del estudio de los procesos que involucran la transformación de materias primas (preferiblemente gaseosas) en productos plásticos terminados, así como también la operación de los mismos.

El Ingeniero Petroquímico está en capacidad de:

• Explicar y manejar los conceptos que describen los fenómenos físico-químicos en la naturaleza.

• Relacionar el conocimiento integral de las ciencias básicas y sus aplicaciones, seguido por la interpretación de las leyes fundamentales de conservación de la masa, la energía y la cantidad de movimiento.

• Integrar el diseño, la operación y el control de unidades industriales de procesos de transformación química y separación.

• Manejar conceptos de equilibrio químico, dinámica de sistemas, teorías de medición y control de procesos.

• Desarrollar modelos matemáticos que rigen el comportamiento de los procesos industriales, en materia petroquímica.

• Proponer estrategias y técnicas de medición e instrumentación.

• Proponer y ejecutar alternativas tecnológicas en productos y procesos tecnológicos.

• Señalar estrategias en la solución de problemas dentro de su organización o equipo de trabajo.

El Ingeniero Petroquímico se encarga de perfeccionar y elaborar métodos nuevos para el tratamiento inicial y la refinación del petróleo.

Proyecta y supervisa la construcción, montaje y funcionamiento de las refinerías y de las instalaciones químicas y petroquímicas. Así mismo se encarga de verificar y mejorar las diferentes etapas de las operaciones de las refinerías.

Perfecciona y desarrolla métodos para la fabricación de productos químicos a gran escala y participa también en la comercialización de dichos productos.
 

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Etapas del desarrollo petroquímico

1.) Fabricación de materias de base o productos de primera generación. Partiendo del petróleo y del gas natural, se obtienen diversos productos básicos que son los pilares de la petroquímica. Los dos grupos más importantes son las olefinas y los aromáticos.

2.) Introducción de átomos de ciertos componentes (oxigeno, nitrógeno y azufre) en los productos básicos, para obtener productos de segunda generación (productos intermedios).

3.) Elaboración de productos de consumo. Conjugando los productos básicos e intermedios. Su diversidad es asombrosa y alcanza una casi infinita variedad de productos habituales de consumo (fibras, cauchos, plásticos, detergentes, pinturas, barnices, abonos, anticongelantes, perfumes, explosivos, aislantes, alimentos, etc.).

Materias de Base

Las principales materias de base o cadenas petroquímicas son las del gas natural, las olefinas ligeras (etileno, propileno y butenos) y la de los aromáticos.

Para obtener estas materias la industria petroquímica utiliza los procedimientos del "cracking" o desdoblamiento de moléculas pesadas en moléculas más ligeras, y el "reformado" o modificación de la estructura molecular del hidrocarburo.

• Para obtener estas materias la industria petroquímica utiliza los procedimientos del "cracking" o desdoblamiento de moléculas pesadas en moléculas más ligeras, y el "reformado" o modificación de la estructura molecular del hidrocarburo.
• Del etileno se producen un gran número de derivados, como las diferentes clases de polietileno, cloruro de vinilo, compuestos clorados, óxidos de etileno, monómeros de estireno entre otros que tienen aplicación en plásticos, recubrimientos, moldes, etc.

• Del propileno se producen compuestos como alcohol isopropílico, polipropileno y acrilonitrilo, que tienen gran aplicación en la industria de solventes, pinturas y fibras sintéticas.

• Por deshidrogenación de butenos, o como subproducto del proceso de fabricación de etileno se obtiene el 1.3-butadieno que es una materia prima fundamental en la industria de los elastómeros, para la fabricación de llantas, sellos, etc.
• Una cadena fundamental en la industria petroquímica se basa en los aromáticos (benceno, tolueno y xilenos). El benceno es la base de producción de ciclohexano y de la industria del nailon; así como del cumeno para la producción industrial de acetona y fenol. Los xilenos son el inicio de diversas cadenas petroquímicas, principalmente las de las fibras sintéticas.

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Libros PDF de Mecatronica y Robotica

• Arranque a Tensión Reducida-I.T.Q.
• Arranque de Motores AC y CC-I.T.Q.
• Arranque de Motores y Analisis de Reelevadores-I.T.Q.
• Frenado Dinamic-I.T.Q.
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Productos terminados

PRODUCTOS TERMINADOS

La inmensa variedad de productos terminados de la Petroquímica puede clasificarse en cinco grupos:

• Los plásticos.
• Las fibras sintéticas.
• Los cauchos sintéticos o elastómeros.
• Los detergentes
• Los abonos nitrogenados

Plásticos

El nombre común de plásticos se debe a la propiedad que tienen de ser deformables por plasticidad (frente a la elasticidad), bajo la influencia del calor, la presión o de ambos a la vez.

Este término abarca productos que difieren entre sí por su estructura química, sus propiedades físicas, sus aplicaciones prácticas y sus procesos de fabricación.

Hay tres grandes familias de plásticos: los termoplásticos, los termoendurecibles y los poliuretanos.

Aplicaciones de los plásticos derivados del petróleo Termoplásticos (aproximadamente el 50% del consumo de plásticos del mundo) Películas fotográficas, bolsas, papel de envasar, tuberías, canalizaciones, construcción en general, embalajes, muebles, juguetes, aislamientos, electrónica, PVCs para revestimientos, tuberías, válvulas, flores artificiales, botas, etc. Termoendurecibles Aislamientos eléctricos, paneles decorativos, utensilios domésticos, etc. Poliuretanos Productos con apariencia de vidrio, espumas extraligeras...

Fibras Sintéticas

Las fibras sintéticas se obtienen por hilado de sustancias fundidas. La primera que se comercializó fue el nailon, en 1938. Desde entonces, el aumento de la demanda no ha dejado de crecer. Por su volumen, representan la segunda materia en importancia de la Petroquímica, tras los plásticos.

Aplicaciones de las fibras sintéticas Poliamidas Lencería fina, alfombras, cortinas, trajes de baño, recubrimiento interior de neumáticos... Poliéster Trajes, corbatas, impermeables, visillos, alfombras... Acrílicas Sustituyen a la lana: ovillos y moquetas, entre otros usos.

Caucho sintético y elastómeros

Es el suministrador principal de la industria del automóvil, en un elemento tan fundamental como los neumáticos. También se emplean, en algunas de sus variedades, para los calzados y para la construcción de recubrimientos de terrazas y tejados.

Detergentes

Son productos solubles en el agua, cuya propiedad fundamental consiste en poder modificar la tensión superficial de los líquidos en los que se encuentra, disminuyendo o eliminando la suciedad contenida en ellos. Sus usos principales están centrados en el hogar, en forma de polvos, escamas o líquidos que sirven para lavar la ropa y la vajilla. Para suprimir sus efectos contaminantes en las aguas residuales, los detergentes se fabrican ahora a base de productos biodegradables, que son rápidamente destruidos por los microorganismos que viven en los ríos.

Abonos

La agricultura, que hasta hace poco sólo utilizaba el estiércol natural, ha sufrido una gran revolución gracias a la química. El ácido sulfúrico, los fosfatos y la síntesis del amoniaco, han puesto en circulación una gama muy amplia de abonos químicos que mejoran el rendimiento de la agricultura. La petroquímica, mediante el suministro de hidrógeno a bajo precio para la producción de amoniaco, contribuye a promover el empleo masivo del nitrógeno asimilable en sus tres variantes: nitratos, sulfatos y urea y la infinidad de abonos complejos.

Además, la petroquímica proporciona a la agricultura productos fitosanitarios tales como herbicidas, fungicidas e insecticidas

 

1. Gases licuados del petróleo. El gas natural

El proceso del refino del crudo de petróleo proporciona, entre otros muchos productos (gasolinas, gasóleos, aceites, etc.), los denominados gases licuados del petróleo, entre los que destacan el butano y el propano por su importancia en el consumo industrial y, sobre todo, doméstico.

También hay gases licuados que se extraen del propio yacimiento en forma de gas y que han de ser tratados en una planta de licuefacción para convertirlos en productos líquidos. Una vez líquido, este gas es transportado, generalmente, en buques que los trasladan a los mercados de consumo, donde se realiza la operación inversa: nueva gasificación, para su consumo en la industria y en los hogares en forma de gas natural.

Los gases licuados son extraídos de los del crudo que tienen las moléculas más pequeñas y más ligeras. Esto se produce durante el proceso de destilación, la primera de las etapas del refino del petróleo.

El gas natural que se obtiene principalmente en baterías de separación está constituido por metano con proporciones variables de otros hidrocarburos (etano, propano, butanos, pentanos y gasolina natural) y de contaminantes diversos.

Su procesamiento consiste principalmente en:

• La eliminación de compuestos ácidos (H2S y CO2) mediante el uso de las tecnologías adecuadas. El gas alimentado se denomina "amargo", el producto "gas dulce" y el proceso se conoce generalmente como "endulzamiento".
• La recuperación de etano e hidrocarburos licuables, previo proceso de deshidratación para evitar la formación de sólidos.
• Recuperación del azufre de los gases ácidos que se generan durante el proceso de endulzamiento.
• Fraccionamiento de los hidrocarburos líquidos recuperados, obteniendo etano, propano, butanos y gasolina; en ocasiones también resulta conveniente separar el isobutano del n-butano para usos muy específicos.

GAS NATURAL

Aunque como gases naturales pueden clasificarse todos los que se encuentran de forma natural en la Tierra, desde los constituyentes del aire hasta las emanaciones gaseosas de los volcanes, el término "gas natural" se aplica hoy en sentido estricto a las mezclas de gases combustibles, hidrocarburados o no, que se encuentran en el subsuelo donde, en ocasiones, se hallen asociados con petróleo líquido.

El principal constituyente del gas natural es siempre el metano, que representa habitualmente entre el 75% y el 95% del volumen total de la mezcla, razón por la cual se suele llamar metano al gas natural. Los otros hidrocarburos gaseosos que suelen estar presentes, etano, butano y propano, aparecen siempre en proporciones menores.

Constituyentes distintos a los hidrocarburos, los más importantes suelen ser el nitrógeno, el dióxido de carbono, el sulfuro de hidrógeno, el helio y el argón.

El gas natural puede ser "húmedo" –si contiene hidrocarburos líquidos en suspensión – o "seco"– si no los contiene–.

El uso de combustibles gaseosos, para iluminación y fines domésticos, ha sido muy general desde la mitad del siglo XIX. Sin embargo, apenas se utilizaba en la industria debido a la abundancia de combustibles sólidos y líquidos disponibles y a la dificultad que presentaba el transporte y almacenamiento de los combustibles gaseosos.

Uso del Gas Natural

El desarrollo del empleo del gas natural se ha realizado con posterioridad al uso del petróleo. El gas natural, que aparecía en casi todos los yacimientos petrolíferos, se quemaba a la salida del pozo como un residuo más. Únicamente en EE. UU , y siempre en lugares muy próximos a zonas petrolíferas, se utilizaba como combustible doméstico por su gran poder calorífico (9.000-12.000 kcal/m3).

La necesidad de nuevas fuentes hizo descubrir nuevos yacimientos que poseían enormes reservas de gas natural acompañadas de pequeñas cantidades de petróleo. Pero seguía existiendo el problema de su almacenamiento y transporte.

La solución a ambos problemas llegó al poner a punto unas técnicas destinadas a la licuefacción de los gases y procedimientos para producir y soldar tuberías capaces de resistir altas presiones.

En la licuefacción, el gas natural se somete a unas temperaturas muy bajas, próximas a 160ºC bajo cero, a las cuales el gas se comprime hasta transformarse en líquido. En este estado se introduce en grandes depósitos de forma esférica capaces de soportar la alta presión que se origina cuando el gas vuelve a su temperatura ambiente.

El problema del transporte queda resuelto mediante la creación de la cadena del gas natural licuado (GNL). De forma esquemática, la cadena del GNL consta de las siguientes fases:

1. Transporte del gas desde los yacimientos hasta la costa, por medio del gasoducto.
2. Licuación del gas natural.
3. Transporte marítimo del GNL en buques metaneros.

Recepción del GNL en las instalaciones portuarias del país importador y regasificación inmediata, seguida de distribución comercial por tubería.

Aprovechamiento del Gas Natural

El gas natural se utiliza como combustible y como materia prima en la industria petroquímica. Como combustible se emplea por su gran poder calorífico, por ser su combustión fácilmente regulable y por ser limpia y producir escasa contaminación. Como materia prima es la más adecuada para la fabricación de amoníaco –producto base de toda la industria de abonos nitrogenados– y también del metanol –producto que se utiliza en la fabricación de plásticos y proteínas sintéticas–. A partir del gas natural se obtienen materias primas de base en la industria petroquímica (etileno, butadieno y propileno).

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Alfa, beta, gamma y neutrones

Si la materia no es estable, si los versos "cambia, todo cambia" se aplican también a los átomos (o, mejor dicho, a los núcleos de los átomos), podemos preguntarnos:

¿cómo sucede que los átomos se transforman?

          

Los nucleidos "estables", es decir aquellos que están sobre la línea de estabilidad en la carta de nucleidos, tienen aproximadamente la misma cantidad de protones que de neutrones (si nos fijamos bien en la carta, podemos notar que tienen en realidad un poco más de neutrones que de protones, sobre todo si son átomos muy pesados). Los que están fuera de la línea de estabilidad son "inestables" y tienden a transfomarse en otros nucleidos más estables, a través de diferentes mecanismos conocidos como decaimientos radiactivos. Estos procesos son espontáneos, es decir que suceden naturalmente, y se llevan a cabo a través de la emisión de diferentes partículas ( a veces llamadas rayos ), de acuerdo a las características de los diferentes núcleos.

          

Consideremos los diferentes decaimientos, de acuerdo a las características de los núcleos inestables o radiactivos:

            Radiación beta negativa: Si hay un exceso de neutrones (es decir, en el núcleo hay más neutrones que los que tienen los isótopos estables del elemento considerado), la situación se haría más estable si se pudiera emitir un neutrón. Sin embargo, lo más frecuente es que ese exceso de neutrones se equilibre mediante un mecanismo combinado que consiste en "transformar" al neutrón en un electrón y un protón. El protón se conserva en el núcleo en tanto que se emiten dos partículas: el electrón y una partícula sin carga eléctrica y de masa muchísimo menor que la del electrón, el neutrino. Al electrón emitido en esta situación se lo denomina partícula beta negativa (beta -). El nuevo núcleo tiene, entonces, un neutrón menos y un protón más. Esto es más efectivo que la emisión del neutrón únicamente, ya que el núcleo no sólo pierde un neutrón sino que gana además un protón, compensando mejor el exceso de neutrones.

      Radiación beta positiva: Si hay un exceso de protones respecto de la línea de estabilidad en el núcleo se hace más estable a través de la transformación de un protón en un neutrón y un positrón (electrón con carga positiva), abandonando este último el átomo. Al positrón se lo llama partícula beta positiva (beta +). El nuevo núcleo tiene, entonces, un protón menos y un neutrón más. 

     Radiación alfa: Otra manera de perder ese exceso de protones es emitiendo una partícula alfa, compuesta por dos protones y dos neutrones fuertemente unidos (la partícula alfa es un núcleo de helio). Como resultado, el núcleo pierde dos protones y dos neutrones.

          

Si bien las dos últimas formas sirven para "corregir" el exceso de carga eléctrica positiva, la primera de ellas es la más efectiva cuando los núcleos son livianos ó pesados (masa atómica menor que 200), mientras que la segunda es la que predomina en los núcleos muy pesados (A > 200).

          

Al formarse un nuevo núcleo, como consecuencia de uno o varios de los procesos anteriores, éste puede decaer también a un estado aún más estable (es decir, fundamental) sin variar su número de protones y neutrones, sino a través de la emisión de ondas electromagnéticas de alta energía: los rayos gamma.

          

Los decaimientos "beta+", "beta -" y "alfa" siempre dan lugar a elementos distintos que el que realizó la emisión, pues involucran cambios en la carga eléctrica del núcleo, la cual caracteriza los elementos.

          

El decaimiento gamma es algo distinto, no hay transformación de un nucleido en otro, sino que el núcleo pierde energía nuclear que tenía almacenada en exceso emitiendo un fotón. La radiación gamma no es otra cosa que luz, cuyas partículas tienen mucha más energía que la luz visible, y no las podemos ver.

          

Como consecuencia de la emisión de una partícula cargada el nucleido se transforma en otro nucleido que está ubicado próximo a él en la carta de nucleidos.

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¿Que es el petróleo?

El petróleo trajo numerosos beneficios a las sociedades modernas, pero muchas más son las complicaciones que también venían con ellos. A nivel mundial, genera mucho trabajo y dinero, pero también tensión política, económica y hasta bélica. Sin embargo, ¿qué sabes tú sobre el petróleo y sus características? Acompáñame para conocer las respuestas a estas y algunas otras interrogantes sobre la formación del petróleo.
¿Qué es el petróleo?

 

Básicamente, el petróleo es un combustible fósil. Esto quiere decir que son restos de organismos vivos que existieron mucho tiempo atrás. El significado de la palabra fósil es fundamental para entender cómo se formó el petróleo.

Este combustible, muchas veces también llamado simplemente “crudo”, se puede refinar en diversas soluciones que resultan muy útiles en las actividades humanas, especialmente en el sector industrial. A partir del crudo se puede generar gasolina, queroseno, diversos combustibles y mucho más, por ello su importancia y el lugar tan significativo que ocupa en la economía mundial.
La formación del petróleo


La formación del petróleo es posible gracias a un complejo proceso físico y químico que tuvo lugar en el interior de la Tierra. Debido a la presión de la Tierra y a las altas temperaturas, después de millones y millones de años, toda la materia orgánica llegó a transformarse en lo que hoy conocemos como petróleo.

La principal materia orgánica que da origen al petróleo proviene de organismos marinos. Restos de animales que vivían en los mares y océanos del mundo millones de años atrás, se mezclaron con diversos sedimentos, arena y barro. Estos depósitos, ricos en materia orgánica, se formaron principalmente del fitoplancton y el zooplancton, así como por materia de origen vegetal y animal. Luego de muchos millones de años, se convierten primero en rocas y luego en petróleo crudo.

 

El proceso se extiende por millones de años y no se detiene. Los sedimentos que hoy mismo se depositan en el fondo del mar seguramente darán petróleo como resultado dentro de millones de años. A medida que los sedimentos van acumulándose, con el paso del tiempo, la presión de los que van quedando debajo se multiplica, y la temperatura aumenta. Esto hace que el cieno y la arena se convierta en esquistos y arenisca. Los carbonatos y restos de caparazones se convierten en caliza y los tejidos blandos de los organismos muertos se transforman en petróleo.

El petróleo puede hallarse en estado líquido, llamado petróleo crudo; o en estado gaseoso, conocido como gas natural. Ambos son una fuente de energía muy valiosa para la humanidad, y aunque es una energía no renovable sigue siendo el principal sostén de las actividades del ser humano.

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