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UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICAFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA, AMBIENTAL Y SANITARIAICA-PERUCURSO: MATERIALES DE INGENIERIA EN PROCESO INDUSTRIAL21 de enero del 2013ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA, AMBIENTAL Y SANITARIA

TEMA: ELEVACION DEL PENACHO

ELEVACION DEL PENACHO

ELEVACION DEL PENACHOCuando una chimenea o foco emite un penacho contaminante, lo hace con una velocidad de salida. Esta velocidad de salida (cantidad de movimiento) y la flotacin fuerzan a la emisin en sentido ascendente hacia la atmosfera antes de adquirir la direccin de vientos predominantes.La altura de esta ascensin se denomina elevacin del penacho, H. Briggs 1969 reviso el fenmeno de la elevacin del penacho y empleo muchas formulas y mtodos para determinar H. la elevacin del penacho puede tener un efecto en las concentraciones finales a nivel del terreno, reducindolas significativamente. La elevacin del penacho aumenta la altura efectiva de la chimenea entre un 10 y un 200 por 100. los primeros trabajos sobre la elevacin del penacho dieron lugar a formulas de holland u Oak Ridge ( US Weather bureau. 1953).






ELEVACION DEL PENACHOradio de la boca de la chimenea = 4maltura de la chimenea = 250mtemperatura del ambiente = 20C (293K)velocidad de salida del gas = 15m/stemperatura de salida del gas = 140C(413K)presin atmosfrica= 100kPa(1000mb)velocidad del viento en la boca de la chimenea= 5m/s


ELEVACION DEL PENACHO(b) La ecuacin de briggs para condiciones neutrales e inestables:

Por tanto para condiciones neutras o inestables, las ecuaciones de briggs dan H = 244m(c) Para condiciones estables (E oF) tenemos la ecuacin (8.29)


Se puede apreciar que la elevacin del penacho es aproximadamente del mismo orden que la altura de la chimenea.Ejemplo 8.12. una central trmica de 915 MW con un factor de carga de 72,5 y un rendimiento del 40 por 100 emplea carbn como combustible. El carbn tiene un contenido de azufre de 1 por 100 y una capacidad calorfica de 30 MJ/Kg. La altura de la chimenea es de 200 m con un dimetro en la parte superior de 7m. Si prevalecen condiciones neutrales, determinar la concentracin mxima en el terreno de SO2 A 1, 10 Y 100 Km de la planta. U10 = 4 m/s, ts = 150 C , Ta = 20c y Vs 0 15 m/s


ELEVACION DEL PENACHOElevacin del penacho por la formula de briggs: flujo por flotacin:

Distancia de la elevacin del penacho:

ELEVACION DEL PENACHODistancia de la elevacin del penacho:

ELEVACION DEL PENACHOConcentracin mxima a nivel del terreno a 1, 10 y 100 km:

ELEVACION DEL PENACHOPor tanto



ELEVACION DEL PENACHOEstos efectos por parte de la emisin se examinan en la siguiente seccin. El lector debe referirse a Turner (1970) para ejemplos resueltos con mayor detalle.As mismo se aconseja al lector que represente los datos calculados en una grafica a efectos de estimar la distancia aguas abajo en donde existira la concentracin mxima en el nivel del suelo.

Ejemplo 8.13. Determinar la altura de chimenea para una emisin industrial de 150 Kg/dia de 1.2-diclorometano(C4H4Cl2) si existe un complejo residencial situado a 1.5 Km aguas abajo y el limite de concentracin en el ambiente no debe superar los 700g/m3. El 85 por 100 del tiempo prevalecen las condiciones neutrales (D) y esta debe emplearse con condicin atmosfrica de diseo. Las caractersticas son:



ELEVACION DEL PENACHO8.10.6. Efectos del foco emisor sobre el comportamiento del penacho Las chimeneas de las centrales trmicas y plantas incineradoras son normalmente altas las torres de refrigeracin de vapor de agua (H2O) de las centrales trmicas. En estos casos, las torres de ventilacin son bastante ms elevadas que el resto de equipos y edificios de una planta a efectos de eliminar o reducir los efectos del foco emisor. Sin embargo numerosas industrias emplean conductos de ventilacin cortos situados sobre tejados de edificios o chimeneas de calderas de baja potencia calorfica. En estas situaciones, al igual que en edificios comerciales y residenciales, estas emisiones de escasa altura son susceptibles de interferir con los edificios adyacentes. El termino lavado descendente se emplea para describir el fenmeno que sufre un penacho al ser succionado en sentido descendente despus de su emisin. Este fenmeno se produce si existe una zona de baja presin de la estela de un a chimenea tal y como se muestra en el esquema de la Figura 8.25. Si Vs/U > 1,5 (donde Vs = velocidad de emisin en la chimenea y U = velocidad horizontal del viento), normalmente no se da el lavado descendente.


Figura 8.25. fenmeno de > el edificio se encuentra aguas abajo de la chimeneaELEVACION DEL PENACHO

Figura 8.26. esquema de lneas de flujo alrededor de un cuerpo.

Sea a una distancia 2,5 veces la altura del edificio. Esta norma en muchos casos se relaja. Brigg (1973) desarrollo mtodos para evaluar los efectos de los edificios sobre los penachos.ELEVACION DEL PENACHO8.11. PROBLEMAS8.1. Una industria emite SO2 durante las 24 horas a unas concentraciones de 10,60,48,57 y 11 ppm de lunes a viernes, durante el 2 al 6 de mayo de 1994. En que da se excede el estndar de 140 g/m3?8.2. Si se encuentra metano a 1,5 ppm por volumen, determinar la concentracin en ppm por masas.8.3. Si el total de masa de partculas en la atmosfera procedentes de todos los focos es 106 toneladas y se asume que se distribuye enteramente dentro de una capa limite de 1 Km de altura, calcular la concentracin media en ppm.8.4. Prepare un atabla de los estndares de calidad de aire ambiental para los contaminantes de referencia dentro de la legislacin de su localidad (comunidad autnoma o pas) y comprelos con las recomendaciones de la OMS (1987).

ELEVACION DEL PENACHO8.5. En un mapa de su parte del mundo localice las centrales elctricas (excluyendo las hidroelctricas). Identifique el tipo de central bien nuclear, gas, carbn u otra fuente de combustible.8.6. De la tabla 8.6, estimar la cantidad de CO que emite un vehculo por Km.8.7. Si en Los ngeles existen 10 millones de coches que recorren 20.000 Km al ao, calcule la cantidad de CO y NOx que emiten sobre la baha de Los ngeles.8.8. Para una central trmica de carbn importante de su zona, calcule la cantidad anual de partculas, SO2 y CO2. Qu tecnologa emplea esta planta para el lavado de gases?8.9. Si el combustible de la central del Problema 8.8 fuera gas, con una calidad del gas del 98 por 100 de CH4, determine la cantidad anual emitida de particulas, SO2 y CH4.

ELEVACION DEL PENACHO8.10. Del plano de las centrales elctricas de su zona (o pas) y conociendo la potencia total instalada, calcule la cantidad de CO2 emitida anualmente. Cmo afrontara un legislador la reduccin para el 2020 del 50 por 100 de estas emisiones de carbn?8.11. Calcule la evaporacin anual procedente del terreno de la zona del Problema 8.8. Compare las emisiones naturales de vapor de agua con las del hombre.8.12. Use la ley de las potencias para calcular y representar el perfil de las velocidades verticales tanto de una zona urbana como de una zona rural plana si U10 = 8,5 m/s en ambos casos. Dibuje el perfil hasta los 100 m de altura: Comente las diferencias entre ambos perfiles.

ELEVACION DEL PENACHO8.13. Con respecto a la Tabla 8.28, determine para su zona los porcentajes de probabilidad de cada una de las clases de estabilidad atmosfrica. Cul es la clase de estabilidad dominante en condiciones desrticas?8.14. Si un da en particular estuviese despejado de nubes al medioda, con una velocidad del viento de 1,8 m/s a 10 m por encima del nivel del suelo, Cul es la clase de estabilidad?8.15. Para el problema 8.14, determine la velocidad del viento a 180 m sobre el nivel del suelo.8.16. Derive la ecuacin del proceso de difusin si se asume que no existe reflexin sobre el terreno.8.17. Una planta industrial tiene una tasa de emisin de 0,11 Kg/s de SO2 procedente de una chimenea de 40 m de altura. La velocidad de salida en la boca es de 10 m/s. La temperatura de salida del gas es 100 C y la temperatura del ambiente es 20 C. Calcule la concentracin a nivel del suelo, a 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2 y 2.5 Km a sotavento de la chimenea. Dibuje un perfil longitudinal de las concentraciones.

ELEVACION DEL PENACHO8.17. Una planta industrial tiene una tasa de emisin de 0,11 Kg/s de SO2 procedente de una chimenea de 40 m de altura. La velocidad de salida en la boca es de 10 m/s. La temperatura de salida del gas es 100 C y la temperatura del ambiente es 20 C. Calcule la concentracin a nivel del suelo, a 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 1.5, 2 y 2.5 Km a sotavento de la chimenea. Dibuje un perfil longitudinal de las concentraciones.8.18. Para el problema 8.14, represente la forma del perfil de concentraciones para las clases de estabilidad atmosfrica tanto altamente inestables como altamente estables. Razone sus respuestas.8.19. Un foco localizado en una zona rural emite 0.5 Kg de SO2 por segundo por una chimenea de 30 m de altura. La elevacin del penacho se asume.

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