INTRODUCCIÓN
⌅La contaminación por polvo es un problema complejo de creciente interés ambiental, sanitario y económico. Métodos de evaluación del impacto ambiental para la gestión de la contaminación por material particulado se basan en la simulación de dispersión de polvo, por medio de una caracterización precisa del término fuente y de los parámetros que intervienen.
Las actividades durante la extracción de mineral, procesamiento, manipulación y transporte dependen del equipamiento, del tipo de generador de energía, de los procesos y materiales que pueden generar contaminantes atmosféricos peligrosos, tales como: material particulado, metales pesados, monóxido de carbono, dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno.
Cerrejón (2013)Cerrejón. 2013. Informe de Sostenibilidad. Colombia, 65 p., Available: ‹http://www.cerrejon.com/site/desarrollo-sostenible-•responsabilidad-social-rse/medio-ambiente/gestionambiental/control-de-calidad-del-aire.aspx›, [Consulted: February 18, 2023]., refiere que la emisión de polvo (material particulado) desde las superficies de trabajo durante el proceso de explotación del yacimiento puede constituir un riesgo potencial para el ambiente y las comunidades cercanas.
Los modelos de contaminación del aire juegan un papel importante en la ciencia, debido a su capacidad para investigar procesos relevantes, al igual que un mayor rol en la aplicación según Builtjes et al., (2018)Builtjes, PJH. 2001. “Major twentieth century milestones in air pollution modeling and its application”. ResearchGate, DOI: 10.1007/0-306-47460-3_1, Available: ‹https://www.researchgate.net/publication/225954252_Major_Twentieth_Century_Milestones_in_Air_Pollution_Modelling_and_Its_Applicationl›[Consulted: March 10, 2023]. al ser los únicos métodos que pueden cuantificar la relación entre emisiones y concentración-deposición, incluyendo las consecuencias de escenarios futuros y las estrategias de disminución.
Hernández et al., (2015)Hernández, AG. 2015. “Estado actual de los modelos de dispersión atmosférica y sus aplicaciones”. UCE Ciencia. Revista de postgrado, pp. 1-13. y Hernández (2016)Hernández, AG. 2016. “Sistema de evaluación de la dispersión episódica de contaminantes atmosféricos”. Tesis de doctorado. Santiago de Compostela. Chile, 259 p., Available: ‹ https://minerva.usc.es› [Consulted: February 25, 2023]. analizaron que los modelos de dispersión atmosférica son una de las soluciones más extendidas al problema del comportamiento de los contaminantes en la atmósfera. Su planteamiento general sigue el esquema de un modelo de procesos o fenómenos, es decir, consisten en aplicar un modelo matemático a cada fenómeno que experimentan los contaminantes en la atmósfera, y sumar las contribuciones de todos los modelos de proceso en una ecuación de balance o conservación para cada propiedad considerada.
La presente investigación fue desarrollada en la UEB Canteras Mariel, productora de áridos, los cuales son materiales granulares utilizados en la construcción procedentes de la desintegración de las rocas, fundamentalmente calizas y calizas dolomitizadas, que poseen dimensiones variadas desde 0,074 mm hasta un tamaño máximo especificado.
Entre estos productos podemos encontrar áridos finos y áridos gruesos, compuestos por polvo de piedra, arena, gravilla y granito respectivamente.
Este trabajo se centra en el estudio de las emisiones de polvo en pilas de almacenamiento de áridos producto de la transferencia continua de material; operación con gran potencial de emisión de partículas, particularmente cuando el material se arroja a partir de cintas transportadoras.
MATERIALES Y MÉTODOS
⌅Ubicación y descripción del área de estudio
⌅Los estudios para la determinación de los factores de emisión (FE) se realizaron en la UEB Canteras Mariel, yacimiento La Molina, específicamente el área de estudio se encuentra ubicada al Noreste de Artemisa en la parte Sur de la vía Mariel playa El Salado, entre la carretera de Machurrucutu y la Autopista Nacional Habana - Pinar del Río. El mismo se encuentra a una distancia de 5 km del poblado de El Mariel y a 7 km de Guanajay.
Cálculo de los factores de emisión (FE) por transferencias continúas de material
⌅Las transferencias continuas de material corresponden a operaciones ininterrumpidas (durante un intervalo de tiempo prolongado), donde un material es transferido desde una cinta transportadora o elemento similar hacia un elemento o superficie receptora. Este tipo de operaciones involucra una caída libre del material y cierta fricción interna de las partículas, generándose la emisión de las partículas más finas presentes en el material transferido.
Para el cálculo del factor de emisión para transferencias continuas de material se utiliza la siguiente formulación empírica (EPA, 2011AP-42, Fifth Edition; “Compilation of Pollutant Emission Factors, AP-42. 2023. Chapter 13.2.4 “Agregate Handling and Storage Piles”. Available: ‹ https://www.epa.gov›, [Consulted: January 30, 2023].).
La ecuación (1) que suministra el factor de emisión (kg/ton) para la formación de pilas en descarga continua es la siguiente:
Donde:
K = multiplicador de tamaño de partícula (no dimensional)
s = tenor de limo (ø < 75 µm) del material (%)
U =velocidad media del viento (m/s)
H =altura de la descarga (m)
M = tenor de humedad del material (%)
El multiplicador de tamaño de partícula para descarga continua es dado por la tabla siguiente:
| ≤ 2,5 µm | ≤ 5 µm | ≤ 10 µm | ≤ 15 µm | ≤ 30 µm |
|---|---|---|---|---|
| 0,11 | 0,21 | 0,37 | 0,49 | 0,77 |
Para la determinación del factor de emisión se conoce que la velocidad media del viento en la estación meteorológica de Bauta durante 2016 fue de 6,81 m/s y que en el centro de producción Molina 2 los transportadores están instalados para una altura de descarga de 10 metros.
Para la determinación del tenor de humedad y del tenor de limo se realizó un muestreo de los áridos a estudiar (granito, arena, gravilla y macadam) en los centros productivos a la salida de la cinta transportadora durante los procesos de transferencias continuas de material hacia las pilas de árido.
Las determinaciones del tenor de humedad y del tenor de limo del material fueron obtenidas en el laboratorio físico de la Empresa de Canteras.
Determinación del tenor de humedad
⌅Se tomaron muestras representativas de los áridos a estudiar que oscilaban alrededor de los 30 g. Posteriormente fueron secadas en la estufa a una temperatura de 105°C al encontrarse húmedas a la salida del proceso productivo, determinándose el porciento de humedad (NC 184, 2002Oficina Nacional de Normalización. 2002. NC 184 Arena. Determinación de la humedad superficial. Método de ensayo, 6 p., Available: < https://www.nconline.cubaindustria.cu >, [Consulted: January 29, 2023].).
Determinación del tenor de limo
⌅Las muestras obtenidas fueron homogenizadas y cuarteadas para garantizar que estuvieran representadas todas las fracciones granulométricas que las integran. Luego fueron pesadas y sometidas a un tamizado húmedo a través de un tamiz de diámetro 0,0074 mm. Dicha suspensión fue decantada y secada en una estufa a convección forzada a una temperatura de 105 °C, siendo determinado luego por el método gravimétrico el porcentaje de tenor de limo (s) (NC 182, 2002Oficina Nacional de Normalización. 2002. NC 182 Áridos. Determinación del material más fino que el tamiz de 0.074mm (No. 200). Método de ensayo, 5 p., Available: < https://www.nconline.cubaindustria.cu >, [Consulted: January 29, 2023].).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
⌅Determinación de tenor de humedad del material
⌅En la Tabla 2 se muestran los resultados obtenidos de tenor de humedad para las muestras analizadas.
| Número de Muestra | Material apilado muestreado | Muestra Húmeda (g) | Muestra seca (g) | Humedad (%) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Granito | 30,2 | 29,7 | 1,7 |
| 2 | Arena | 29,9 | 29,3 | 2,0 |
| 3 | Gravilla | 30,4 | 30,0 | 1,3 |
| 4 | Macadam | 30,2 | 29,9 | 1,0 |
Determinación del tenor de limo en las pilas de acoplamiento de material en la UEB Canteras Mariel
⌅En la Tabla 3 se muestran los resultados obtenidos para las muestras analizadas.
| Número de Muestras | Material Apilado muestreado | Peso inicial (g) | Peso final (g) | Tenor de limo (%) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Granito | 30,2 | 4,5 | 14,9 |
| 2 | Arena | 29,9 | 6,5 | 21,7 |
| 3 | Gravilla | 30,4 | 5,5 | 18,1 |
| 4 | Macadam | 30,2 | 5,0 | 16,6 |
Determinación de los factores de emisión
⌅En la determinación de los factores de emisión solo fue considerada la fracción respirable (<10 μm) debido al impacto negativo que tiene sobre la salud humana. Los valores del factor de emisión (E) obtenidos con el empleo de la ecuación (1) para los casos analizados se muestran en la Tabla 4.
| Material apilado muestreado | E (kg/t) Transferências continuas de material |
|---|---|
| Granito | 0,015 |
| Arena | 0,014 |
| Gravilla | 0,028 |
| Macadam | 0,046 |
Obteniéndose como resultados para el caso del granito que el factor de emisión es de 0,015 kg por cada tonelada transferida, para la arena de 0,014 kg, para la gravilla de 0,028 kg y para el macadam de 0,046 kg.
Determinación de las tasas de emisión para formación de pilas en descarga continúa
⌅Para estimar la tasa de emisión, es necesario multiplicar el factor de emisión (E) por el total de toneladas transferidas en el lapso de tiempo considerado.
Según Proyecto de Procesamiento del Cetro Productivo Molina II de la UEB Canteras Mariel la producción diaria por diseño de esta planta es de 37 t/h para el caso de la producción de arena, de 47 t/h para la gravilla y de 21 t/h para el granito y el macadam respectivamente. Si relacionamos los factores de emisión con la demanda diaria productiva que a la salida de los molinos por los transportadores es trasladada al proceso de cribado para luego apilarla será posible determinar los valores de las tasas de emisión en g/s (Tabla 5).
| Material apilado muestreado | Producción diaria (t/h) | E (kg/t) Transferências continuas de material | Q (g/s) Transferências continuas de material |
|---|---|---|---|
| Granito | 21 | 0,015 | 0,085 |
| Arena | 37 | 0,014 | 0,146 |
| Gravilla | 47 | 0,028 | 0,367 |
| Macadam | 21 | 0,046 | 0,266 |
CONCLUSIONES
⌅Fueron determinados los factores de emisión durante las transferencias continuas de material en la formación de pilas de áridos en la UEB productiva Canteras Mariel obteniéndose para el granito 0,015 kg/T, para la arena 0,014 kg/T, para la gravilla 0,028 kg/T y para el macadam 0,046 kg/T por cada tonelada transferida. También se determinaron las tasas de emisión a partir de conocer la producción diaria por diseño de las plantas, obteniéndose para el granito 0,085 g/s, para la arena 0,146 g/s, para la gravilla 0,367 g/s y para el macadam 0,266 g/s. Estos valores son de gran utilidad para la simulación del material particulado suspendido en el aire durante los procesos de transferencias continúas de material en formación de pilas de áridos.
RECOMENDACIONES
⌅Se debe simular la dispersión de las emisiones estimadas para evaluar el impacto sobre el Medio Ambiente determinando las modificaciones en la calidad del aire, y si se corresponde realizar acciones para mitigar la emisión de material particulado.