Afectaciones, Normatividad y Análisis en la emisión de gases de combustión

A los productos de la combustión se les denomina gases de combustión, su composición depende del tipo de combustible y de las condiciones en las que sucede el mismo proceso. Muchos de los componentes de los gases de combustión son contaminantes del aire y por tanto deben eliminarse con procedimientos especiales de limpieza extremadamente lentos y costosos, ante de liberar el gas a la atmósfera conforme a la norma legal vigente. Los principales componentes de los gases de combustión son:

• Nitrógeno (N2): Con el 79% en volumen, el nitrógeno es el principal componente del aire. Este gas, incoloro, inodoro e insípido se aporta mediante el aire de combustión pero no tiene un papel directo en la misma; pasa como medio inerte y medio para disipar el calor y se devuelve a la atmósfera. Sin  embargo, el nitrógeno contribuye en parte, junto con el nitrógeno del combustible, a la formación de óxidos de nitrógeno peligrosos.
• Óxidos de Nitrógeno: Los óxidos de nitrógeno se componen principalmente del nitrógeno y el oxígeno del aire a alta presión y temperatura, se producen en los motores de combustión interna de los automotores, plantas de energía térmica, incineradores y en las industrias que utilizan el carbón mineral. El monóxido de nitrógeno (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2) son dos de los óxidos de nitrógeno más importantes toxicológicamente. El monóxido de nitrógeno (NO) se forma por reacción del nitrógeno atmosférico y del oxígeno en las cámaras de combustión de los motores, a alta temperatura y presión. En las concentraciones en que se produce no es contaminante, pero en el aire se oxida a dióxido de nitrógeno (NO2), elemento de la niebla fotoquímica o smog, que se produce en las grandes ciudades.
•  Bióxido de carbono (CO2): El anhídrido carbónico es un gas que se genera en todos los procesos de combustión y durante la respiración. Debido a su propiedad de filtrar el calor radiante, es una contribución importante al efecto invernadero. Su contenido en el aire ambiente es sólo del 0,03% y la concentración máxima permitida de CO2 en el puesto de trabajo es de 5000 partes por millón (ppm). Se produce inmediatamente la pérdida de consciencia tan pronto como la concentración en el aire inhalado supera el 15 % en volumen (150.000 ppm).
• Vapor de agua (humedad): El hidrógeno contenido en el combustible se une con el oxígeno para formar agua H2O.
• Sustancias sólidas (polvo, hollín): Incluyen óxidos de silicio, aluminio, calcio, etc., el efecto nocivo del polvo sobre las personas esta producido particularmente por la deposición de sustancias tóxicas y cancerígenas en las partículas de polvo.
•  Oxígeno (O2): El oxígeno no utilizado en el proceso de combustión, si hay exceso de aire, aparece como gas en los gases de combustión y es una medida de la eficiencia de la combustión. Se usa para determinar los parámetros de combustión y como variable de referencia.
•  Monóxido de carbono (CO): El CO es, en general, inocuo para las personas porque se une rápidamente con el oxígeno del aire para formar CO2. En recintos cerrados, sin embargo, el CO es extremadamente peligroso, ya que las personas que respiran aire a una concentración de sólo 700 ppm morirán en pocas horas. La concentración máxima en el puesto de trabajo es 50 ppm.
• Bióxido de Azufre (SO2): Un gas incoloro, tóxico, con un olor picante. Se produce como resultado de la oxidación del mayor o menor volumen de azufre contenido en el combustible. La concentración máxima en el puesto de trabajo es 5 ppm. En combinación con agua o condensado, se forma ácido sulfuroso (H2SO3) y ácido sulfúrico (H2SO4), ambos de los cuales están relacionados con el deterioro de la vegetación y los edificios.
• Ácido Sulfhídrico (H2S): El sulfuro de hidrógeno es un gas tóxico que huele mal, incluso en concentraciones mínimas. Es un componente que se encuentra naturalmente en el gas natural y el petróleo y por consiguiente está presente en refinerías e instalaciones de procesado de gas natural, actividades agrícolas y tras la combustión incompleta en los convertidores catalíticos de vehículos.
• Hidrocarburos (HC o CxHy): Los hidrocarburos son un amplio grupo de compuestos químicos formados exclusivamente por carbono e hidrógeno. Los HC se pueden emitir cuando se fabrican productos hidrocarbonados (en refinerías) así como durante su uso y eliminación (disolventes, plásticos, pinturas, combustibles, residuos, etc.) Las combustiones incompletas son una fuente particular de emisiones  como los incendios forestales y los cigarrillos. Los HC contribuyen al efecto invernadero.
• Cianuro de hidrógeno (HCN): También conocido  como ácido cianhídrico es un líquido extremadamente venenoso con un punto de ebullición de 25,6°C, puede encontrarse en instalaciones de incineración de residuos.
• Amoniaco (NH3): Se añade a los gases de combustión en cantidades dosificadas en reactores de óxidos de nitrógeno y desencadena la conversión de los óxidos de nitrógeno (nitrógenos y agua). La parte no utilizada (pérdida de NH3) se reduce fuertemente mediante etapas de limpieza posteriores y está presente normalmente en los gases limpios a 2 mg/m3 o menos.
• Haluros de hidrógeno: Si se quema carbón y/o sustancias residuales, se producen los haluros de hidrógeno HCI y HF que, en combinación con la humedad, forman ácidos agresivos.

Debido al creciente uso de la combustión en todas sus formas, el medio ambiente está siendo expuesto a cantidades cada vez mayores de contaminantes. La formación de smog, la producción de lluvia ácida y la creciente incidencia de alergias son consecuencias directas de esta tendencia.  La forma de recuperar la energía respetuosamente con el medio ambiente debe ser, por consiguiente limitando los contaminantes. Los gases de combustión solo se pueden limitar con efectividad si las instalaciones existentes se operan con la mayor eficiencia posible o se cierran estas. Las concentraciones de contaminantes se deben medir y así  las instalaciones de calefacción se ajustan a los valores mejor posibles por medio del análisis de los gases de combustión.  En México la Norma Oficial para los niveles máximos permisibles de emisión  de los equipos de combustión y su medición es la NOM-085-SEMARNAT-2011, que establece los niveles máximos de emisión de humo, partículas, monóxido de carbono (CO), bióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOX) de los equipos de combustión de calentamiento indirecto que utilizan combustibles convencionales o en sus mezclas, con el fin de proteger la calidad del aire. Ver tablas de niveles máximos permisibles de emisión en el Diario Oficial 02/02/2012.

La medición de los gases emitidos en los procesos de combustión, además ayuda a implementar acciones para favorecer la eficiencia y el ahorro de combustible en calderas, motores, hornos o cualquier sistema que implique la combustión. La instalación de instrumentos para el análisis de los gases, el control y la automatización de sistemas en calderas y quemadores contribuyen a lograr esos objetivos. Una práctica adecuada es medir en línea los principales componentes que intervienen en la combustión (O2, CO), con estos se puede controlar a los dispositivos y mecanismos de la misma combustión. Si el punto de extracción de la muestra de gases a medir se ubica en la chimenea es posible conocer las concentraciones de los principales contaminantes que se emiten a la atmósfera. En calderas, el análisis de la eficiencia en la producción de vapor se comienza a completar con el análisis de la emisión de gases mediante instrumentos portátiles, donde se estiman valores y recomendaciones sobre las variables a controlar para ahorrar en costos de combustibles.

Los analizadores de gases de combustión entonces, son la herramienta más práctica para conocer y controlar una combustión, su aplicación se basa en la toma de una muestra de los gases que se generan en calderas, motores, hornos industriales u otros, la muestra se hace pasar por las celdas electroquímicas del analizador obteniendo la concentración de cada uno de sus componentes  y así conocer la calidad de la misma, de esta manera se sabe si se cumple con la norma vigente y al mismo tiempo se tiene el equipo bien carburado con su consecuente ahorro de combustible.

Testo cuenta con una línea de analizadores que miden la mayoría de estos gases para la industria y también para uso residencial.

Línea Industrial:

•  Testo 340: Para calderas, hornos industriales, motores de combustión interna y turbinas de gas. Equipado con sensor de O2, el usuario puede configurarlo con tres sensores más entre: CO, NO, CO bajo, NO bajo, NO2 o SO2. Cálculo de CO2, pérdidas por chimenea, rendimiento, exceso de aire y óxidos de nitrógeno.
• Testo 350: Para mediciones de larga duración en la Industria Cementera, Vidriera, Ambientalista y otras más. Equipado con celda de O2 y espacio para 5 adicionales a elegir: CO, CO bajo, NO, NO bajo, NO2, SO2, CxHy, H2S, CO2IR (infrarrojo no dispersivo).
• Testo 350 MARITIME: Medición de O2, CO, CO2, NO y NO2, SO2. Para mediciones de motores de combustión interna en barcos, mineras y otras.

Línea Residencial:

•  Testo 310: Medición de CO y O2 con sensor de temperatura integrado, medición de tiro para calcular rendimiento y pérdidas por chimenea, medición de CO ambiental y medición de presión diferencial.
•  Testo 320: Sensores de medición de CO y O2, sensor de temperatura, cálculo de CO2 ambiental, tiro o presión diferencial, con amplia gama de sondas intercambiables.
•  Testo 330: Analizador de prolongada vida útil para medición de CO, O2 y NO.

Estos analizadores son una herramienta básica que nos ayudan a cumplir con la NOM-085-SEMARNAT-2011 vigente.