Diversos organismos gubernamentales relacionados con la protección del medio ambiente y la seguridad y salud ocupacional han promulgado reglamentos que limitan las concentraciones permisibles de contaminantes gaseosos en el aire ambiente o en las emisiones al aire ambiente. Dichos reglamentos implican diversas expresiones de concentración. Algunas expresan las concentraciones como ppmv y otras las expresan como mg/m 3 , mientras que otras exigen ajustar o corregir las concentraciones a las condiciones de referencia de contenido de humedad, contenido de oxígeno o contenido de dióxido de carbono. En este artículo se presenta un conjunto de conversiones y fórmulas útiles para el modelado de la dispersión en el aire de contaminantes atmosféricos y para cumplir con los diversos reglamentos sobre cómo expresar las concentraciones obtenidas mediante dicho modelado. [1]
Las ecuaciones de conversión dependen de la temperatura a la que se desea realizar la conversión (normalmente, entre 20 y 25 grados Celsius ). A una presión de aire ambiente de 1 atmósfera (101,325 kPa ), la ecuación general es:
y para la conversión inversa:
Notas:
Las concentraciones de contaminantes atmosféricos expresadas como masa por unidad de volumen de aire atmosférico (por ejemplo, mg/m 3 , μg/m 3 , etc.) al nivel del mar disminuirán con el aumento de la altitud porque la presión atmosférica disminuye con el aumento de la altitud.
El cambio de la presión atmosférica con la altitud se puede obtener de esta ecuación: [2]
Dada una concentración de contaminante atmosférico a una presión atmosférica de 1 atmósfera (es decir, a la altitud del nivel del mar), la concentración a otras altitudes se puede obtener a partir de esta ecuación:
A modo de ejemplo, dada una concentración de 260 mg/m 3 a nivel del mar, calcule la concentración equivalente a una altitud de 1.800 metros:
C a = 260 × 0,9877 18 = 208 mg/m 3 a 1.800 metros de altitud
Un metro cúbico normal (Nm 3 ) es la expresión métrica del volumen de un gas en condiciones estándar y normalmente ( pero no siempre ) se define como medido a 0 °C y 1 atmósfera de presión.
Un pie cúbico estándar (scf) es la expresión que se utiliza en los EE. UU. para el volumen de gas en condiciones estándar y, a menudo ( pero no siempre ), se define como una unidad medida a 60 °F y 1 atmósfera de presión. Existen otras definiciones de condiciones estándar de gas que se utilizan en los EE. UU. además de 60 °F y 1 atmósfera.
Entendido esto:
1 Nm 3 de cualquier gas (medido a 0 °C y 1 atmósfera de presión absoluta) equivale a 37,326 scf de ese gas (medido a 60 °F y 1 atmósfera de presión absoluta).
1 kmol de cualquier gas ideal equivale a 22,414 Nm3 de ese gas a 0 °C y 1 atmósfera de presión absoluta... y 1 lbmol de cualquier gas ideal equivale a 379,482 scf de ese gas a 60 °F y 1 atmósfera de presión absoluta.
Notas:
Los datos meteorológicos incluyen velocidades del viento que pueden expresarse en millas terrestres por hora, nudos o metros por segundo. A continuación, se indican los factores de conversión para las distintas expresiones de velocidad del viento:
1 m/s = 2,237 millas terrestres/h = 1,944 nudos
1 nudo = 1,151 millas terrestres/h = 0,514 m/s
1 milla terrestre/h = 0,869 nudos = 0,447 m/s
Nota:
Muchas agencias de protección ambiental han emitido regulaciones que limitan la concentración de contaminantes en emisiones gaseosas y definen las condiciones de referencia aplicables a esos límites de concentración. Por ejemplo, una regulación de este tipo podría limitar la concentración de NOx a 55 ppmv en un gas de escape de combustión seca corregido a 3 por ciento en volumen de O2 . Como otro ejemplo, una regulación podría limitar la concentración de material particulado a 0,1 granos por pie cúbico estándar (es decir, scf) de gas de escape seco corregido a 12 por ciento en volumen de CO2 .
Las agencias ambientales de los EE. UU. suelen denominar un pie cúbico estándar de gas seco como "dscf" o como "scfd". Asimismo, un metro cúbico estándar de gas seco se denomina a menudo como "dscm" o "scmd" (de nuevo, por las agencias ambientales de los EE. UU.).
Si se analiza una muestra de emisión gaseosa y se descubre que contiene vapor de agua y una concentración de contaminantes de, por ejemplo, 40 ppmv, entonces 40 ppmv se debe designar como la concentración de contaminantes "en base húmeda". Se puede utilizar la siguiente ecuación para corregir la concentración "en base húmeda" medida a una concentración " en base seca ": [3]
Por lo tanto, una concentración de base húmeda de 40 ppmv en un gas que tiene 10 por ciento en volumen de vapor de agua tendría una concentración de base seca = 40 ÷ ( 1 - 0,10 ) = 44,44 ppmv.
La siguiente ecuación se puede utilizar para corregir una concentración de contaminante medida en un gas emitido (que contiene un contenido de O 2 medido ) a una concentración de contaminante equivalente en un gas emitido que contiene una cantidad de referencia especificada de O 2 : [4]
Por lo tanto, una concentración de NO x medida de 45 ppmv (base seca) en un gas que tiene 5 % en volumen de O 2 es
45 × ( 20,9 - 3 ) ÷ ( 20,9 - 5 ) = 50,7 ppmv (base seca) de NO x cuando se corrige a un gas que tiene un contenido de O 2 de referencia especificado de 3 % en volumen.
La siguiente ecuación se puede utilizar para corregir una concentración de contaminante medida en un gas emitido (que contiene un contenido de CO2 medido ) a una concentración de contaminante equivalente en un gas emitido que contiene una cantidad de referencia especificada de CO2 : [ 5]
Por lo tanto, una concentración de partículas medida de 0,1 granos por dscf en un gas que tiene 8 % en volumen de CO 2 es 0,1 × ( 12 ÷ 8 ) = 0,15 granos por dscf cuando se corrige a un gas que tiene un contenido de CO 2
de referencia especificado de 12 % en volumen.
Notas:
