determinaciÓn de factores de emisiÓn que serviran …
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DETERMINACIÓN DE FACTORES DE EMISIÓN QUE
SERVIRAN COMO INSUMO PARA LA HERRAMIENTA
LEAP-IBC
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CORPORACIÓN AMBIENTAL EMPRESARIAL - CAEM
Paola Andrea Herrera C,
Directora Corporación Ambiental Empresarial (e) - CAEM
Aura Luisa Rodríguez Silva.
Coordinadora Técnica y Administrativa del Proyecto.
Fabio Andrés Salgado Torres
Profesional Sénior - CAEM
Beryiny Ruiz Cañón
Consultora factores de emisión
David Felipe Beltrán Gómez
Consultor Análisis de co-beneficios y herramienta LEAP.
Agradecimientos:
Gracias a Mountain Air Engineering por el soporte durante el proceso de
entrenamiento, medición y análisis de resultados del 2019.
Gracias a la Universidad Pontificia Bolivariana Sede Bucaramanga a la Universidad de
La Salle y al laboratorio LIAC por todo el apoyo y compromiso con este proceso
investigativo.
A todo el equipo directivo, administrativo, coordinadores, ingenieros, técnicos,
consultores, compañeros y amigos de la Corporación Ambiental Empresarial CAEM
quienes siempre aportan y apoyan en la implementación del proyecto
Fotografías: CAEM-CCAC. Participantes: Coalición del Clima y Aire Limpio (CCAC), Corporación Ambiental Empresarial (CAEM), Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (MinAmbiente) - Republica de Colombia 2020.
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CONTENIDO 1 INTRODUCCIÓN _________________________________________________________________ 7
2 TECNOLOGÍAS EN EL SECTOR LADRILLERO ___________________________________________ 10
2.1 HORNO FUEGO DORMIDO __________________________________________________________ 11
2.2 HORNOS PAMPA Y HORNOS BAÚL ___________________________________________________ 12
2.3 HORNO TIRO INVERTIDO Y HORNO COLMENA __________________________________________ 15
2.4 HORNOS HOFFMAN Y HORNOS ZIGZAG _______________________________________________ 17
2.5 HORNO TÚNEL ___________________________________________________________________ 19
3 ANÁLISIS DE COMBUSTIBLES _____________________________________________________ 20
4 MEDICIÓN DE CARBONO NEGRO __________________________________________________ 24
4.1 ETAPA 1. MÉTODO EPA 201A ________________________________________________________ 24
4.1.1 HORNO HOFFMAN1 ________________________________________________________________________ 25
4.1.2 HORNO ZIGZAG2 ___________________________________________________________________________ 25
4.1.3 HORNO TÚNEL1 ___________________________________________________________________________ 26
4.1.4 HORNO COLMENA1 ________________________________________________________________________ 26
4.1.5 FACTORES DE EMISIÓN FASE 2015 ____________________________________________________________ 27
4.2 ETAPA 2. MEDICIÓN DE BC CON RATNOZE 2 (2016) ______________________________________ 28
4.3 ETAPA 3. MEDICIÓN DE BC CON RATNOZE 2 (2017) ______________________________________ 30
4.4 ETAPA 4. MEDICIÓN DE BC RATNOZE 2 (2019) __________________________________________ 32
5 ESTIMACIÓN FACTORES DE EMISIÓN _______________________________________________ 35
5.1 Factores de Emisión: Método US EPA 201A vs RatNoze 2 _________________________________ 35
5.1.1 ANÁLISIS DE HORNO HOFFMAN ______________________________________________________________ 35
5.1.2 ANÁLISIS DE HORNO ZIGZAG _________________________________________________________________ 36
5.1.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS ___________________________________________________________________ 37
5.2 RESULTADOS Y CONSOLIDACIÓN DE LOS FACTORES DE EMISIÓN ___________________________ 37
6 RECOMENDACIONES ____________________________________________________________ 40
7 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ____________________________________________________ 41
ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Principales contaminantes climáticos y su tiempo de vida en la atmósfera ________________________________ 7
Tabla 2. Sistemas de dosificación de carbón a hornos ladrilleros ______________________________________________ 10
Tabla 3. Características de los hornos seleccionados para los muestreos isocinéticos y determinación de carbono negro 24
ENTREGABLE 1.1.1
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Tabla 4. Datos obtenidos del monitoreo de isocinético y análisis del carbono negro – Horno HOFFMAN1 _____________ 25
Tabla 5. Proporción másica entre carbono negro y PM2.5 en Horno HOFFMAN1 __________________________________ 25
Tabla 6. Concentración estándar de PM2.5 en Horno HOFFMAN1 ______________________________________________ 25
Tabla 7. Datos obtenidos del monitoreo de isocinético y análisis del carbono negro – Horno ZIGZAG2 ________________ 25
Tabla 8. Resultados del análisis de carbono negro en Horno ZIGZAG2 __________________________________________ 26
Tabla 9. Concentración estándar de PM2.5 en Horno ZIGZAG2 _________________________________________________ 26
Tabla 10. Datos obtenidos del monitoreo de isocinético y análisis del carbono negro – Horno TÚNEL1 _______________ 26
Tabla 11. Datos obtenidos del monitoreo de isocinético y análisis del carbono negro – Horno COLMENA1 ____________ 26
Tabla 12. Concentraciones de contaminantes medidos en cada horno (mg/m3) __________________________________ 27
Tabla 13. Caudales, consumos de combustible y producción de ladrillos ________________________________________ 27
Tabla 14. Factores de emisión usando Método US EPA 201A __________________________________________________ 27
Tabla 15. Características de los hornos seleccionados para los muestreos y determinación de carbono negro año 2016 _ 28
Tabla 16. Factores de emisión 2016 basados en combustibles (g contaminante / kg combustible) ___________________ 29
Tabla 17. Factores de emisión 2016 basados en energía (g contaminante / MJ) __________________________________ 29
Tabla 18. Factores de emisión 2016 basados en ladrillos producidos (g contaminante / kg arcilla) __________________ 29
Tabla 19. Características de los hornos seleccionados para los muestreos y determinación de carbono negro año 2017 _ 30
Tabla 20. Factores de emisión 2017 basados en combustibles (g contaminante / kg combustible) ___________________ 30
Tabla 21. Factores de emisión 2017 basados en energía (g contaminante / MJ) __________________________________ 31
Tabla 22. Factores de emisión 2017 basados en ladrillos producidos (g contaminante / kg arcilla) __________________ 32
Tabla 23. Características de los hornos seleccionados para los muestreos y determinación de carbono negro año 2019 _ 33
Tabla 24. Factores de emisión 2019 basados en combustibles (g contaminante / kg combustible) ___________________ 33
Tabla 25. Factores de emisión 2019 basados en energía (g contaminante / MJ) __________________________________ 34
Tabla 26. Factores de emisión 2019 basados en ladrillos producidos (g contaminante / kg arcilla) __________________ 34
Tabla 27. Comparación FESTD para horno HOFFMAN1 ______________________________________________________ 35
Tabla 28. Comparación FESTD para horno ZIGZAG2 _________________________________________________________ 36
Tabla 29: Factores de emisión de hornos que funcionan con carbón mineral o carbón bituminoso _____________________ 37
Tabla 30. Factores de emisión de hornos que funcionan con gas natural _________________________________________ 38
Tabla 31. Factores de emisión de hornos que funcionan mezclas de carbón/GN o carbón/biomasa ____________________ 38
Tabla 32. Factores de emisión de hornos que funcionan solo con biomasa ________________________________________ 39
ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Distribución de ladrilleras en Colombia (2015) _____________________________________________________ 8
Figura 2. Producción de ladrillo por región (2015) __________________________________________________________ 8
Figura 3. Número de hornos en el país (2015) ______________________________________________________________ 9
Figura 4. Producción del sector en el país (2015) ____________________________________________________________ 9
Figura 5. Esquema general horno fuego dormido ___________________________________________________________ 12
Figura 6. Horno baúl __________________________________________________________________________________ 13
Figura 7. Esquema de operación de hornos de tiro invertido __________________________________________________ 16
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Figura 8. Esquema de funcionamiento en un Horno Hoffman _________________________________________________ 18
Figura 9. Esquema general horno túnel ___________________________________________________________________ 20
Figura 10. Porcentaje de azufre en la muestra _____________________________________________________________ 21
Figura 11. Porcentaje de cenizas en la muestra ____________________________________________________________ 22
Figura 12. Porcentaje de humedad en la muestra __________________________________________________________ 22
Figura 13. Poder calorífico de la muestra (kcal / g de combustible) ____________________________________________ 23
Figura 14. Cantidad de flúor en la muestra (g de flúor / g de combustible) _____________________________________ 23
Figura 15. Comparación Factores de Emisión de BC para Hornos Hoffman ______________________________________ 36
Figura 16. Comparación Factores de Emisión de BC para Hornos ZIGZAG _______________________________________ 36
ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS Fotografía 1. Horno fuego dormido _______________________________________________________________________ 11
Fotografía 2. Horno Pampa _____________________________________________________________________________ 12
Fotografía 3. Horno baúl _______________________________________________________________________________ 13
Fotografía 4. Horno colmena ____________________________________________________________________________ 15
Fotografía 5. Horno Hoffman ____________________________________________________________________________ 17
Fotografía 6. Horno túnel _______________________________________________________________________________ 19
Fotografía 7. Toma de muestra de combustible _____________________________________________________________ 20
Fotografía 8. Recopilación en campo de información del nivel de actividad y especificaciones del horno ________________ 32
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1 INTRODUCCIÓN La Coalición de Clima y Aire Limpio (CCAC, por sus siglas en inglés, Climate and Clean Air Coalition) fue creada en 2012, por los gobiernos de Bangladesh, Canadá, Ghana, México, Suecia y Estados Unidos, con el acompañamiento del Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA, UNEP por sus siglas en inglés, United Nations Environment Program). El objetivo de esta coalición es impulsar iniciativas a nivel mundial para reducir las emisiones de los contaminantes de vida corta, como el carbono negro (BC), el metano (CH4), el ozono troposférico (O3) y los hidrofluorocarbonos (HFCs). A estos contaminantes se les atribuye parte de la responsabilidad sobre el cambio climático actual, además de tener impactos importantes en la salud y sobre el medio ambiente. La duración de estos contaminantes, es bastante inferior al CO2, el cual puede durar en la atmósfera años o siglos. La relación del tiempo estimado de permanencia de estos contaminantes se presenta en la Tabla 1.
Tabla 1. Principales contaminantes climáticos y su tiempo de vida en la atmósfera
CONTAMINANTE TIMPO DE VIDA FUENTES
Carbono negro Días Industria, transporte, combustión incompleta
Ozono troposférico Semanas Industria, transporte
Metano 12 años Ganadería, descomposición de residuos orgánicos
HCFCs 15 años Refrigeración, aerosoles
CO2 60% < 100años
Industrial, transporte 25% > 1000años
Fuente: (CAEM & CCAC, 2015)
Para la Coalición y el Ministerio, es claro, que la forma de combatir el cambio climático es controlando de manera paralela los contaminantes de vida corta y el CO2. Una de las iniciativas de trabajo de la CCAC, es la reducción de carbono negro en las emisiones durante la producción de ladrillos, lo cual representa un desafío a nivel mundial. Particularmente en Colombia, la Coalición encontró en el sector ladrillero, un sector que había empezado a caracterizar sus procesos, a caracterizar sus materias primas, a hacer reconversión tecnológica, a optimizar sus consumos energéticos y a generar y promover acciones de política pública, medidas que facilitarían una caracterización del sector y permitiría la consolidación de nuevas rutas de trabajo para minimizar emisiones de carbono negro. Dadas estas ventajas sectoriales, la Coalición y el Ministerio de Ambiente, formulan un acuerdo, para realizar en principio un inventario del sector ladrillero (realizado en el año 2015), seguido de la medición de carbono negro para estimar unos factores de emisión sectoriales (realizado entre 2015 y 2019). Realizar este inventario, representaba tener certeza de la distribución geográfica y tecnológica, consumos de arcilla y combustibles, información que permitiría direccionar correctamente cualquier iniciativa. En la etapa de diagnóstico, año 2015, el inventario indicó un total de 1.508 industrias ladrilleras en el país (Figura 1), de las cuales, se identificaron 1.279 con información de su estructura tecnológica, 1284 con información de producción y 1.248 con información del tipo y cantidad de combustible utilizado. Una misma
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empresa, puede tener hasta 20 hornos, razón por la que para ese año, se identificaron 2.435 hornos (Figura 3). (CAEM & CCAC, 2015). En las Figuras a continuación se presenta alguna información relevante de este inventario.
Figura 1. Distribución de ladrilleras en Colombia (2015)
Fuente: (CAEM & CCAC, 2015)
Figura 2. Producción de ladrillo por región (2015)
Fuente: (CAEM & CCAC, 2015)
28%
17%
17%
8%
7%
7%
6%
4%
3%
1%
1%
1%
0%
0%
0%
BoyacáCundinamarcaValle del cauca
PastoAntioquia
HuilaNorte de Santander
GuajiraCaucaCesar
SantanderTolima
AtlánticoCaldasSucre
26%
15%
14%
11%
10%
7%
4%
4%
3%
2%
1%
1%
1%
1%
0%
CundinamarcaAntioquia
Norte de SantanderCauca
Valle del caucaHuila
BoyacáCesar
AtlánticoPasto
SantanderTolimaCaldas
GuajiraSucre
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Figura 3. Número de hornos en el país (2015)
Fuente: (CAEM & CCAC, 2015)
Figura 4. Producción del sector en el país (2015)
Fuente: (CAEM & CCAC, 2015)
Se identificó también que los combustibles de mayor uso en Colombia por parte del sector ladrillero, son el carbón y la biomasa, que las tecnologías presentes en el país son: Fuego dormido, Pampa, Árabe, Colmena. Baúl, Cámaras continuas, Hoffman, Rodillos, Túnel, Vagón, Zigzag, entre otros. Revisando el panorama del 2015, queda claro que el país, que mientras que en el sector predomina el número de tecnologías artesanales y no continuas, pero que su vez, estas mismas representan los más bajos porcentajes de producción. Por ejemplo, Boyacá resulta ser el departamento con mayor número de hornos del país, sin embargo, en la escala de producción ocupa apenas el séptimo lugar, y su producción representa una sexta parte del departamento con mayor producción, Cundinamarca.
Grandes Medianas Pequeñas Artesanales
# Hornos 77 152 1586 620
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
Grandes Medianas Pequeñas Artesanales
Ton / mes 626553 254660 454177 44425
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
700000
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De acá la necesidad de fortalecer experiencias e iniciativas, para que el sector se actualice tecnológicamente hablando, optimice sus consumos de energía y genere desarrollo de nuevos productos. Bajo este panorama, se priorizan tecnologías, combustibles y zonas geográficas, para así escoger una muestra de empresas en las cuales medir el carbono negro. Esta labor se realiza en tres etapas o momentos, descritos en el Capítulo4.
2 TECNOLOGÍAS EN EL SECTOR LADRILLERO Para hablar de tecnologías en el sector ladrillero, se deben considerar el proceso de producción de ladrillo por etapas: a) secado de la arcilla, previo al proceso de cocción de la misma, b) suministro de combustible al horno, c) horno de cocción de la arcilla. Antes de ingresar al horno, la arcilla preformada debe ser secada para retirar el exceso de humedad adquirida durante el proceso de formación del ladrillo. En general, los ladrillos crudos son secados de manera natural, aprovechando el calor residual que se pierde por radiación de los hornos o simplemente aprovechando condiciones meteorológicas (temperatura, radiación, humedad relativa, etc). Para el caso de los hornos Hoffman, Zigzag y Túnel, se aprovecha el calor residual del horno, re direccionando el aire caliente (tiro forzado) hacia cámaras de secado, dependiendo de la capacidad de producción, a veces se hace necesario complementar este proceso, mediante el uso de calor suplementario, el cual es suministrado por un fuego adicional separado del horno. La alimentación del combustible al horno, puede darse por cuatro métodos: a) alimentación manual que ocurre principalmente en hornos artesanales como el colmena o fuego dormido, etc, ver Foto 1. b) alimentación con dosificación mecánica-manual, por ejemplo, algunos hornos colmena, cuentan con esta modificación, se reemplaza la adición manual de combustible, por un dosificador que garantice un flujo de entrada de material más homogéneo y se pueda tener mayor control de la temperatura internamente, ver Foto 2, finalmente, c) alimentación manual con dosificación mecánica-automática, ejemplo de este tipo de tecnologías son los carbojet, equipos diseñados para alimentar carbón molido mediante tiro forzado, ver Foto 3.
Tabla 2. Sistemas de dosificación de carbón a hornos ladrilleros
FOTO 1 FOTO 2 FOTO 3
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2.1 HORNO FUEGO DORMIDO Es un horno artesanal, construido en forma circular, generando una especie de bóveda circular abierta, conocido también como horno cilíndrico. Posee una puerta lateral por donde se carga el material. Estos hornos se cargan con una capa de carbón, posteriormente una de ladrillos y consecutivamente una de carbón y otra de ladrillos, hasta que se alcanza el tope del horno. Una vez se ha terminado el endague se prende el horno. La cocción dura aproximadamente entre 20 y 40 días. La producción en estos hornos varía según el tamaño del mismo al igual que el consumo de combustible (carbón). Estos hornos son de baja producción y elevada contaminación, debido a una quema no homogénea y la combustión incompleta, el material producido es de baja calidad, pues algunos ladrillos quedan requemados, mientras otros quedan crudos.
Fotografía 1. Horno fuego dormido
Fuente: CAEM 2020
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Figura 5. Esquema general horno fuego dormido
2.2 HORNOS PAMPA Y HORNOS BAÚL Estos hornos son construidos básicamente con adobes macizos en forma rudimentaria. Consisten en cuartos rectangulares con puertas de salida y entrada a través de las cuales se extraen e introducen los materiales antes y después de la cocción, además poseen unas bóvedas en la parte inferior formadas por material a quemar, por las cuales se introduce el carbón para la cocción. El carbón, con una diversificada granulometría, es alimentado por medio de palas y su flujo se regula según la experiencia de la persona que lo alimenta a través de las bocas ubicadas en la base. Estas bocas atraviesan el horno longitudinalmente y por tanto, para mantener homogéneo el suministro de combustible se requiere alimentar por ambos lados. (ECOCARBÓN, 1998). En las etapas donde se requiere sostener altas temperaturas se debe alimentar un alto flujo de carbón para su pronta pirolisis y por consiguiente, dado lo rudimentario de la parrilla, mucho se filtra por las ranuras originando una pérdida alta de combustible. En la etapa de enfriamiento, la temperatura de la carga se regula controlando el ingreso de aire tapando las bocas, evitando el enfriamiento rápido. La principal desventaja de este horno es que necesita que el combustible genere mucha llama para que ardiendo con la máxima rapidez, pueda llegar a penetrar hacia arriba y cocer los ladrillos de la parte superior. (CAEM & SwissContact, 2011)
Fotografía 2. Horno Pampa
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Fuente: CAEM 2020
Fotografía 3. Horno baúl
Fuente: CAEM 2020
Figura 6. Horno baúl
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Vista de Perfil
Vista en Planta
El horno Baúl tiene un diseño similar al pampa, tiene igual diseño que el horno Pampa, pero dispone de una bóveda y evacúa los gases de combustión por tiro natural, mediante una chimenea situada al lado del horno. En este horno se reduce significativamente la emisión de humos y material particulado, además de ser más eficiente energéticamente y su operación es similar al colmena. (CAEM & SwissContact, 2011)
Inyección de Combustible
Hornillas
Ingreso de Material
Flujo de Aire
Chimenea
Salida de Gases
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2.3 HORNO TIRO INVERTIDO Y HORNO COLMENA Se emplean principalmente para la cocción de materiales especiales como tejas o ladrillos que requieran una elevada temperatura de cocción. Dentro de este tipo de hornos se encuentran los hornos tipo colmena. Estos están construidos en forma de cámaras circulares o rectangulares con paredes y techo en bóveda de ladrillo. Los hornos poseen hogares laterales se quema el carbón. Los gases de combustión entran por la parte superior y son obligados a salir por la parte inferior atravesando la carga de arriba hacia abajo abandonando el horno por las perforaciones del piso hacia la chimenea. (ECOCARBÓN, 1998)
Fotografía 4. Horno colmena
Fuente: CAEM 2020
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Figura 7. Esquema de operación de hornos de tiro invertido
Fuente (SwissContact & CCAC, 2015)
El combustible y sus residuos no están en contacto inmediato con el producto debido a la pared separadora y conductora de gases del hogar. La bondad de esta ventaja radica en que la coloración de los productos presenta tonalidades rojizas muy homogéneas, además, la distribución vertical de temperaturas típica de este horno permite una diferencia de calidades en los productos cocidos, es así como en la parte superior del endague se obtiene un producto homogéneamente oscuro que por sus características y tonalidades adquiere un mayor valor en el mercado. (CAEM & SwissContact, 2011)
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2.4 HORNOS HOFFMAN Y HORNOS ZIGZAG
Fotografía 5. Horno Hoffman / ZigZag
Fuente: CAEM 2020
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En los hornos Hoffman, la carga permanece estática, mientras el fuego se mueve rotando los quemadores que son alimentados por carbón pulverizado, situados en el techo del horno. Consiste en una serie de cámaras, comunicadas entre sí por puertas pequeñas que hay en las paredes laterales. El fuego va avanzando de un compartimento al siguiente. Al interior, las piezas se apilan permitiendo el paso de los gases calientes a través de la carga. Los gases calientes salen de la zona de cocción a la cámara contigua y van precalentando los ladrillos crudos.
Figura 8. Esquema de funcionamiento en un Horno Hoffman
CICLO 1 CICLO 2
Fuente (Early Kilns, 2020)
Las etapas de este tipo de horno (Figura 5), se divide en: a) proceso de cargue, en el cual el material se apila dentro del horno, b) precalentamiento durante el cual se retira la humedad residual del material, que podría afectar la calidad del producto final, este precalentamiento, se realiza con los gases provenientes de la sección de cocción, c) proceso de cocción, es donde se alimenta el combustible y se sostiene la temperatura necesaria, finalmente, d) etapa de enfriamiento, donde el material se enfría lentamente para evitar roturas debido al choque térmico, se realiza con aire que ingresa al horno para ser empleado en la zona de quema. (ECOCARBÓN, 1998) Una de las variedades más conocidas del horno Hoffman es el Zigzag u horno Bührer (nombre de su inventor); se trata de un horno continuo de menor producción y puede tener de 10 a 16 cámaras. La denominación singular del horno se debe al recorrido segmentado del fuego desde una cámara a otra. Las
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cámaras son paralelas, las 2 laterales son de mayor longitud que las centrales, las cuales están cortadas y separadas de la zona de los conductos de humos y de recuperación de calor. Se emplea generalmente para pequeñas producciones, requiere menos espacio que el horno Hoffman tradicional y se diferencia de éste último por el movimiento del fuego a través de las cámaras.
2.5 HORNO TÚNEL
Fotografía 6. Horno túnel
Fuente: CAEM 2020
Son hornos continuos, de bajo nivel de contaminación, en donde el material se moviliza mediante vagones que se desplazan a través de la galería. La concepción de este horno responde a la idea de fijar una zona de fuego y hacer pasar los productos a cocer, siguiendo la curva de calentamiento del horno. Ello supone la ventaja de ahorro de calorías en el enfriamiento y precalentamiento del horno, además de la economía de mano de obra en el cargue y descargue de los ladrillos y mayor rapidez en la etapa de cocción.
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Figura 9. Esquema general horno túnel
FUENTE (CAEM & SwissContact, 2011)
La longitud del horno fluctúa entre 70 a 150 m. El combustible se suministra por la parte superior mediante un sistema de transporte neumático, el cual disminuye totalmente la contaminación en esta etapa. Este horno es utilizado por industrias altamente tecnificadas y con altos niveles de producción.
3 ANÁLISIS DE COMBUSTIBLES Durante todas las mediciones de carbono negro, se recolectó una muestra de combustible, con el ánimo de caracterizar sus propiedades físicas y químicas, para así poder determinar uno de los factores de emisión, y correlacionar el desempeño del proceso, según sea la calidad del combustible. Aprovechando que se tenían algunas muestras del proyecto Programa de Eficiencia Energética en Ladrilleras de América Latina para Mitigar el Cambio Climático (EELA), se analizaron junto con las recolectadas para estimación de los factores de emisión.
Fotografía 7. Toma de muestra de combustible
Fuente: CAEM 2020
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En total se analizaron, once muestras de biomasa, treinta y siete muestras de carbón, y dos muestras compuestas, es decir mezclas de carbón y biomasa. Los resultados se presentan a continuación. Figuras 9, 10, 11, 12, y, 13. Las barras verdes, representan el uso de biomasa, las barras azules, representan el uso de carbón, las barras grises representan las muestras compuestas, por último, la línea roja es el valor máximo recomendado para cada una de estas características.
Figura 10. Porcentaje de azufre en la muestra
En la anterior figura se evidencia que los carbones de las regiones del interior como Cundinamarca y Boyacá,
lugar donde se encuentra una gran cantidad de industrias y el uso de este combustible es intensivo, se pueden
evidenciar que superan los niveles recomendados en cuanto a % de azufre. Esto puede deberse a la
composición química y la formación geológica del mineral.
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
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Figura 11. Porcentaje de cenizas en la muestra
Figura 12. Porcentaje de humedad en la muestra
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
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Figura 13. Poder calorífico de la muestra (kcal / g de combustible)
Figura 14. Cantidad de flúor en la muestra (g de flúor / g de combustible)
0.00
1000.00
2000.00
3000.00
4000.00
5000.00
6000.00
7000.00
8000.00
9000.00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49
25.00
26.00
27.00
28.00
29.00
30.00
31.00
32.00
Boyacá Cundinamarca
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4 MEDICIÓN DE CARBONO NEGRO
4.1 ETAPA 1. MÉTODO EPA 201A En esta primera, etapa se utilizó el método EPA 201A para estimar las emisiones de PM10 y PM2.5, por tratarse de un método que obliga tener una chimenea con las características (dimensiones) establecidas por en el Protocolo para el control y vigilancia de la contaminación atmosférica generada por fuentes fijas, se escogieron seis ladrilleras que tuvieran ese tipo de chimeneas, además de este criterio, se consideró que tuvieran estudios de isocinético previos, que fuera variado el número de tecnologías y el uso de diferentes combustibles.
Tabla 3. Características de los hornos seleccionados para los muestreos isocinéticos y determinación de carbono negro
CÓDIGO HOFFMAN ZIGZAG1 ZIGZAG2 TÚNEL1 COLMENA1 COLMENA2
UBICACIÓN Cogua, Cundinamarca
Cogua, Cundinamarca
Villarica, Cauca
Itagüi, Antioquia Tunja, Boyacá Cúcuta, Norte de Santánder
COMBUSTIBLE Carbón bituminoso
Carbón Mineral Carbón mineral
Carbón mineral Carbón Mineral Carbón mineral + Cascarilla de café
DOSIFICACIÓN Carbojet manual
Carbojet manual Carbojet manual
Carbojet /manual
Manual Manual + Carbojet manual
CONSUMO DE COMBUSTIBLE
154.2 kg/h 80Ton / mes 3 Ton/día 117 Ton/mes 21 Ton/mes ---
CAPACIDAD 4.5 Ton/h 3.27 Ton/h de productos quemados de arcilla
53 Ton/h de ladrillos de arcilla
4.41 Ton/h de productos quemados de arcilla
2 Ton/hora de ladrillo de arcilla
110 Ton de productos quemados de arcilla
PRODUCCIÓN PROMEDIO
3.2 Ton/h 3 Ton/h de productos quemados de arcilla
48 Ton/h de ladrillos de arcilla
3.19 Ton/h de productos quemados de arcilla
2 Ton/h de ladrillo de arcilla
79.5 Ton de tableta, 26.2 Ton de bloque
PRODUCCIÓN DURANTE EL MUESTREO
3.12 Ton/h 3-6 Ton/h de productos quemados de arcilla
48 Ton/h de ladrillo de arcilla
3.19 Ton/h de productos quemados de arcilla
2 Ton/h de ladrillo de arcilla
---
Fuente: (CAEM & CCAC, 2015)
Se realiza el Método EPA 201A, y a partir de la muestra recogida en el filtro de PM2.5, se determina X, la proporción de masa de carbono negro en la masa colectada de PM2.5. La cuantificación de carbono de los filtros que contenían la fracción PM2.5 fue realizada en los laboratorios de Ing. Ambiental de la Universidad Pontificia Bolivariana (UPB) de Bucaramanga. La técnica de análisis que se utilizó para la determinación de carbono negro es mediante un transmisómetro óptico Magee Scientific Modelo OT21. Este es un método no destructivo de la muestra. Para calcular esta proporción (Fracción X), se requiere la Densidad de área de PM2.5 y la Densidad de área del BC. La primera, se calcula a partir de la masa colectada de PM2.5 y el diámetro del filtro (10cm), la segunda densidad es uno de los resultados obtenidos por el transmisiómetro óptico (diámetro del filtro 4.7cm). Una vez calculada la Fracción X, se calcula la concentración de BC.
ENTREGABLE 1.1.1
25
Para el horno Zigzag de Cundinamarca (ZIGZAG1), se realizó el primer muestreo isocinetico en el cual se realizó captura de material particulado total (PST), y las fracciones PM10 y PM2.5. Esta captura se realizó sobre filtros de cuarzo conforme a los métodos US EPA 5 y 201A. Durante este muestreo, se observó que la opacidad de los filtros era muy alta, debido a la alta concentración de material particulado capturado y no fue posible determinar la concentración de carbono negro. Los filtros de este muestreo no pudieron ser leídos por el transmisómetro óptico Magee Scientific, utilizado para la medición de carbono negro. Por esta razón, se decidió realizar una segunda medición, utilizando una técnica de dilución. En esta ocasión, se determinó el material particulado total (MP), a partir de este material colectado se estimó el carbono negro. (CAEM & CCAC, 2015) (PROICSA, 2015). Considerando que en algunos hornos, no se pudo establecer la proporción BC/PM2.5, estos hornos fueron ZIGZAG1 y COLMENA2, no se tuvieron en cuenta para la estimación de los factores de emisión.
4.1.1 HORNO HOFFMAN1
Tabla 4. Datos obtenidos del monitoreo de isocinético y análisis del carbono negro – Horno HOFFMAN1
DESCRIPCIÓN PROMEDIO
[PM2.5] STD (g/m3) 0,087 0,018
DENSIDAD DE ÁREA (g PM2.5/cm2) 148,54 8,19
DENSIDAD DE ÁREA (g BC/cm2) 5,4590 1,3144
Tabla 5. Proporción másica entre carbono negro y PM2.5 en Horno HOFFMAN1
𝐹𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑋 =𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐵𝐶
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑃𝑀2.5
𝑋 =𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 á𝑟𝑒𝑎𝐵𝐶
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 á𝑟𝑒𝑎𝑃𝑀2.5
𝑋 =
5,4590 𝜇𝑔𝐵𝐶 𝑐𝑚2
148,5433𝜇𝑔 𝑃𝑀2.5
𝑐𝑚2 = 0,0368 ± 0,0091
Tabla 6. Concentración estándar de PM2.5 en Horno HOFFMAN1
[𝐵𝐶]𝑆𝑇𝐷 = 𝑋 ∗ [𝑃𝑀2.5]𝑆𝑇𝐷 [𝐵𝐶]𝑆𝑇𝐷 = 0,0368 ∗0,087𝑔𝑃𝑀2.5
𝑚3 [𝑩𝑪]𝑺𝑻𝑫 =
𝟎, 𝟎𝟎𝟑𝟐 ± 𝟎, 𝟎𝟎𝟏𝟎𝒈𝑷𝑴𝟐.𝟓
𝒎𝟑
4.1.2 HORNO ZIGZAG2
Tabla 7. Datos obtenidos del monitoreo de isocinético y análisis del carbono negro – Horno ZIGZAG2
DESCRIPCIÓN PROMEDIO
[PM2.5] STD (g/m3) 0,116 0,079
DENSIDAD DE ÁREA (g PM2.5/cm2) 1126,82 858,06
DENSIDAD DE ÁREA (g BC/cm2) 589,8 337,6
ENTREGABLE 1.1.1
26
Tabla 8. Resultados del análisis de carbono negro en Horno ZIGZAG2
𝐹𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑋 =𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐵𝐶
𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑃𝑀2.5
𝑋 =𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 á𝑟𝑒𝑎𝐵𝐶
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 á𝑟𝑒𝑎𝑃𝑀2.5
𝑋 =
589,8 𝜇𝑔𝐵𝐶 𝑐𝑚2
1126,82 𝜇𝑔𝑃𝑀2.5
𝑐𝑚2 = 0,5234 ± 0,4986
Tabla 9. Concentración estándar de PM2.5 en Horno ZIGZAG2
[𝐵𝐶]𝑆𝑇𝐷 = 𝑋 ∗ [𝑃𝑀2.5]𝑆𝑇𝐷 [𝐵𝐶]𝑆𝑇𝐷 = 0,5234 ∗0,116 𝑔𝑃𝑀2.5
𝑚3 [𝑩𝑪]𝑺𝑻𝑫 =
𝟎, 𝟎𝟔𝟎𝟕 ± 𝟎, 𝟎𝟕𝟏𝟐 𝒈𝑷𝑴𝟐.𝟓
𝒎𝟑
4.1.3 HORNO TÚNEL1
Considerando la no homogeneidad en las muestras recolectadas, para este ensayo, hubo muy poca representatividad, en tanto, que se tomaron muy pocas muestras por filtro, dando densidades de área de BC superiores a las densidades de área de PM2.5, lo cual resulta totalmente inconsistente. Para este caso, no se calculó la concentración de carbono negro.
Tabla 10. Datos obtenidos del monitoreo de isocinético y análisis del carbono negro – Horno TÚNEL1
DESCRIPCIÓN PROMEDIO
[PM2.5] STD (g/m3) 154,36 25,36
DENSIDAD DE ÁREA (g PM2.5/cm2) 155,65 42,32
DENSIDAD DE ÁREA (g BC/cm2) 315,7 303,6
4.1.4 HORNO COLMENA1
Considerando la no homogeneidad en las muestras recolectadas, para este ensayo, hubo muy poca representatividad, en tanto, que se tomaron muy pocas muestras por filtro, dando densidades de área de BC superiores a las densidades de área de PM2.5, lo cual resulta totalmente inconsistente. Para este caso, no se calculó la concentración de carbono negro.
Tabla 11. Datos obtenidos del monitoreo de isocinético y análisis del carbono negro – Horno COLMENA1
DESCRIPCIÓN PROMEDIO [PM2.5] STD (g/m3) 0,184 0,047
DENSIDAD DE ÁREA (g PM2.5/cm2) 81,28 47,77
DENSIDAD DE ÁREA (g BC/cm2) 342,4 235,2
ENTREGABLE 1.1.1
27
4.1.5 FACTORES DE EMISIÓN FASE 2015
Antes de presentar las fórmulas para calcular los factores de emisión, se presentará un compilado de los resultados obtenidos en las mediciones directas y de la información de consumo de combustible recopilada durante los monitoreos. Los únicos resultados válidos son para el horno HOFFMAN1 y el Horno ZIGZAG2
Tabla 12. Concentraciones de contaminantes medidos en cada horno (mg/m3)
CONDICIONES PARÁMETRO HOFFMAN1 ZIGZAG2 TÚNEL1 COLMENA1
ESTÁNDAR
(𝒈 𝑪𝒐𝒏𝒕𝒂𝒎𝒊𝒏𝒂𝒏𝒕𝒆
𝒎𝟑)
MP 0,2537 0,4166 0,5004 0,3864
TSP 0,2650 --- 0,5372 ---
PM10 0,1619 0,2213 0,2863 0,2149
PM2.5 0,0870 0,1159 0,1544 0,0336
BC 0,0032 0,0607 --- ---
SO2 --- 0,2593 0,2054 1,0211
NOX --- 0,0228 0,0437 0,0142
HCl --- 0,0031 0,0031 0,0081
HF --- 0,0376 0,0112 0,0064
Para calcular los factores de emisión para esta etapa del proyecto (Ver Tabla 14), se requieren los valores del caudal de trabajo en la chimenea, la masa de ladrillos cocidos o arcilla cocinada y la capacidad calorífica del combustible utilizado durante la medición (Ver Tabla 14). Se usan las siguientes ecuaciones para su cálculo:
ECUACIÓN 1 𝐹𝐸 (𝑔 𝐶𝑂𝑁𝑇𝐴𝑀𝐼𝑁𝐴𝑁𝑇𝐸
𝑘𝑔 𝐶𝑂𝑀𝐵𝑈𝑆𝑇𝐼𝐵𝐿𝐸) =
𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 ∗ 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒=
𝑚3
ℎ∗
𝑔 𝐶𝑂𝑁𝑇𝐴𝑀𝐼𝑁𝐴𝑁𝑇𝐸
𝑚3
𝑘𝑔 𝐶𝑂𝑀𝐵𝑈𝑆𝑇𝐼𝐵𝐿𝐸
ℎ
ECUACIÓN 2 𝐹𝐸 (𝑔 𝐶𝑂𝑁𝑇𝐴𝑀𝐼𝑁𝐴𝑁𝑇𝐸
𝑘𝑔 𝐿𝐴𝐷𝑅𝐼𝐿𝐿𝑂) =
𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 ∗ 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛
𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑑𝑟𝑖𝑙𝑙𝑜𝑠=
𝑚3
ℎ∗
𝑔 𝐶𝑂𝑁𝑇𝐴𝑀𝐼𝑁𝐴𝑁𝑇𝐸
𝑚3
𝑘𝑔 𝐿𝐴𝐷𝑅𝐼𝐿𝐿𝑂𝑆
ℎ
ECUACIÓN 3 𝐹𝐸 (𝑔 𝐶𝑂𝑁𝑇𝐴𝑀𝐼𝑁𝐴𝑁𝑇𝐸
𝑀𝐽 𝐶𝑂𝑀𝐵𝑈𝑆𝑇𝐼𝐵𝐿𝐸) =
𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 ∗ 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒=
𝑚3
ℎ∗
𝑔 𝐶𝑂𝑁𝑇𝐴𝑀𝐼𝑁𝐴𝑁𝑇𝐸
𝑚3
𝑘𝑔 𝐶𝑂𝑀𝐵𝑈𝑆𝑇𝐼𝐵𝐿𝐸
ℎ∗
𝑀𝐽𝐶𝑂𝑀𝐵𝑈𝑆𝑇𝐼𝐵𝐿𝐸
𝑘𝑔 𝐶𝑂𝑀𝐵𝑈𝑆𝑇𝐼𝐵𝐿𝐸
Tabla 13. Caudales, consumos de combustible y producción de ladrillos
HORNO CAUDAL (m3/h) COMBUSTIBLE (kg/h) PRODUCCIÓN (kg/h)
HOFFMAN1 11245,2 111 3190
ZIGZAG2 11640,0 125 48000
Tabla 14. Factores de emisión usando Método US EPA 201A
ENTREGABLE 1.1.1
28
HORNO FE por consumo de combustible
(g BC / kg combustible)
FE por producción de ladrillos
(g BC / kg Ladrillo)
FE por energía consumida
(g BC / MJ combustible)
HOFFMAN1 0,3239 0,0096 0,0113
ZIGZAG2 5,6497 0,1828 0,0147
4.2 ETAPA 2. MEDICIÓN DE BC CON RATNOZE 2 (2016) Para esta etapa se tenía a disposición el equipo RatNoze 2, y las mediciones, se hicieron en las mismas ladrilleras de la primera etapa y dos más, esto con el fin, de poder tener datos comparativos entre el uso del RatNoze 2 y el uso de los métodos estandarizados para medición de PM2.5 y subsecuentemente de BC. Para facilidad en la lectura, se mantiene la notación utilizada en el año 2015. La información de la campaña de monitoreo se presenta en la Tabla 15.
Tabla 15. Características de los hornos seleccionados para los muestreos y determinación de carbono negro año 2016
CÓDIGO HOFFMAN1 ZIGZAG1 ZIGZAG2 TÚNEL2 COLMENA2 COLMENA3 FUEGO
DORMIDO1
UBICACIÓN Cogua, Cundinamarca
Cogua, Cundinamarca
Villarica, Cauca
Mochuelo, Cundinamarca
Cúcuta, Norte de Santánder
Cúcuta, Norte de Santánder
Cundinamarca
COMBUSTIBLE Carbón bituminoso
Carbón Mineral
Carbón mineral
Carbón mineral
Carbón mineral Carbón mineral Carbón mineral
DOSIFICACIÓN DEL
COMBUSTIBLE
Carbojet manual
Carbojet manual
Carbojet manual
Carbojet automático
Manual & carbojet manual
Manual No Aplica
CONSUMO DE COMBUSTIBLE
154,2 kg/h 80Ton / mes 3 Ton/día --- --- --- ---
PRODUCCIÓN PROMEDIO
3,2 Ton/h
3 Ton/h de productos quemados de arcilla
48 Ton/h de ladrillos
--- 79,5 Ton de tableta, 26,2 Ton de bloque
--- ---
PRODUCCIÓN DURANTE EL MUESTREO
185000 kg/día 120000 kg/día
128000 kg/día
59000 kg/día
43000 kg/día 26000 kg/día 12000 kg/día
108000 kgLADRILLOS/batch
63000 kgLADRILLOS/batch
172000 kgLADRILLOS/batch
Fuente: (Thompson, y otros, 2016)
Como se ha mencionado anteriormente, este conjunto equipo/software ofrece las ventajas de primero, tomar muestras en procesos que no cuentan con chimeneas, y segundo, de determinar los factores de emisión. Para esta última actividad, además de la información de monitoreo que almacena el software, es necesario alimentar datos de proceso tales como: consumo de combustible durante el monitoreo, producción de ladrillos, poder calorífico del combustible, entre otros. Para calcular el consumo de carbón, la tasa de consumo de combustible (kgCOMBUSTIBLE/ h) se determinó contando el número de paladas de carbón que se agregaron a las tolvas de carbojet o ventanas del horno durante un tiempo determinado, se pesaron varias paladas de carbón para determinar su peso promedio. Para calcular la producción (kgLADRILLO / h), se tomó un peso promedio para ladrillos, la masa de ladrillos se dividió por la duración del ciclo de combustión. El consumo medido de combustible y las tasas de producción de ladrillos se compararon con las estimaciones del propietario del horno.
ENTREGABLE 1.1.1
29
Tabla 16. Factores de emisión 2016 basados en combustibles (g contaminante / kg combustible)
TIPO DE HORNO PM2.5 BC CO SO2
Prom Prom Prom Prom
HOFFMAN1 1,3297 0,2175 0,4494 0,0632 64,1320 9,0311 23,8132 3,6397
ZIGZAG1 0,7140 0,1397 0,3218 0,0429 34,7852 7,4318 15,9753 3,4029
ZIGZAG2 1,3943 0,1811 0,4795 0,0685 39,5264 6,4776 16,4223 2,8060
TÚNEL2 1,2775 0,1531 0,4488 0,0553 67,9162 6,7734 8,8465 1,3000
COLMENA2 3,0216 0,4520 2,1628 0,3087 26,4741 6,1775 10,4641 2,7080
COLMENA3 1,8763 0,2870 1,0956 0,1666 5,2350 1,7485 8,2287 1,2175
DORMIDO1 24,3799 2,9780 0,1280 0,0386 437,9895 39,0685 61,5522 6,5202
ARTESANAL 24,3799 2,9780 0,1280 0,0386 437,9895 39,0685 61,5522 6,5202
INTERMITENTE 2,4490 0,3695 1,6292 0,2377 15,8546 3,9630 9,3464 1,9628
CONTÍNUO 1,5474 0,2287 0,7725 0,1077 46,5668 7,1783 15,1043 2,7713
Tabla 17. Factores de emisión 2016 basados en energía (g contaminante / MJ)
TIPO DE HORNO PM2.5 BC CO SO2
Prom Prom Prom Prom
HOFFMAN1 0,0439 0,0075 0,0148 0,0022 2,1166 0,3163 0,7859 0,1264
ZIGZAG1 0,0233 0,0047 0,0105 0,0015 1,1331 0,2488 0,5204 0,1139
ZIGZAG2 0,0564 0,0079 0,0194 0,0029 1,6003 0,2745 0,6649 0,1184
TÚNEL2 0,0429 0,0056 0,0151 0,0020 2,2791 0,2543 0,2969 0,0461
COLMENA2 0,1072 0,0169 0,0767 0,0116 0,9388 0,2245 0,3711 0,0983
COLMENA3 0,0638 0,0103 0,0373 0,0060 0,1781 0,0601 0,2799 0,0437
DORMIDO1 0,7840 0,1036 0,0041 0,0013 14,0853 1,4394 1,9795 0,2322
ARTESANAL 0,7840 0,1036 0,0041 0,0013 14,0853 1,4394 1,9795 0,2322
INTERMITENTE 0,0855 0,0136 0,0570 0,0088 0,5584 0,1423 0,3255 0,0710
CONTÍNUO 0,0416 0,0064 0,0149 0,0022 1,7822 0,2735 0,5670 0,1012
Tabla 18. Factores de emisión 2016 basados en ladrillos producidos (g contaminante / kg arcilla)
TIPO DE HORNO PM2.5 BC CO SO2
Prom Prom Prom Prom
HOFFMAN1 0,0343 0,0087 0,0116 0,0027 1,6533 0,3910 0,6139 0,1498
ZIGZAG1 0,0202 0,0065 0,0091 0,0026 0,9825 0,3228 0,4512 0,1477
ZIGZAG2 0,0474 0,0110 0,0163 0,0039 1,3425 0,3396 0,5578 0,1433
TÚNEL2 0,0873 0,0121 0,0307 0,0043 4,6411 0,5631 0,6045 0,0984
COLMENA2 0,5586 0,0884 0,3999 0,0606 4,8945 1,1705 1,9346 0,5128
COLMENA3 0,2986 0,0481 0,1744 0,0279 0,8331 0,2814 1,3096 0,2047
DORMIDO1 1,8099 0,2544 0,0095 0,0029 32,5155 3,6628 4,5695 0,5788
ARTESANAL 1,8099 0,2544 0,0095 0,0029 32,5155 3,6628 4,5695 0,5788
INTERMITENTE 0,4286 0,0682 0,2871 0,0442 2,8638 0,7260 1,6221 0,3588
ENTREGABLE 1.1.1
30
TIPO DE HORNO PM2.5 BC CO SO2
Prom Prom Prom Prom
CONTÍNUO 0,0473 0,0096 0,0169 0,0034 2,1548 0,4041 0,5569 0,1348
4.3 ETAPA 3. MEDICIÓN DE BC CON RATNOZE 2 (2017) En esta tercera etapa, se siguió la misma metodología de medición con el equipo RatNoze2, sin embargo, los análisis de carbono negro, no se hicieron en laboratorios extranjeros como el año anterior, sino, se utilizó el equipo de la Universidad Pontificia Bolivariana (transmisómetro óptico Magee Scientific Modelo OT21), equipo que sólo mide el carbón elemental también conocido como carbono negro.
Tabla 19. Características de los hornos seleccionados para los muestreos y determinación de carbono negro año 2017
CÓDIGO UBICACIÓN COMBUSTIBLE DOSIFICACIÓN
DEL COMBUSTIBLE
CONSUMO
DE COMBUSTIBLE
(TON)
PRODUCCIÓN
PROMEDIO (TON)
HOFFMAN2 Cundinamarca Carbón 80% + Aserrín
20% Carbojet/manual 3.39 16.63
HOFFMAN3 Valle del Cauca Cisco Café Carbojet/manual 5.31 47.88
HOFFMAN4 Santander Carbón mineral Carbojet/manual 1.47 24.57
HOFFMAN5 Valle del Cauca Carbón mineral Carbojet/manual 2.65 29.03
ZIGZAG3 Cundinamarca Carbón mineral Carbojet/manual 7707 m3/gas 132.70
TÚNEL3 Antioquia GN 87% + Carbón 13% Carbojet/manual + quemadores
automáticos 6.75 19.42
TÚNEL4 Caldas Carbón mineral Carbojet/manual 1.28 18.19
VAGÓN1 Antioquia Cisco de café Stocker/manual 0.75 18.75
COLMENA4 Boyacá Carbón mineral Stocker/manual 15.59 100
COLMENA5 Norte de
Santander Carbón mineral Carbojet/manual 20 70.85
PAMPA1 Quindío
Cisco Café 70% + Guadua 30%
Ciscojet/manual --- ---
Guadua Manual 3.39 16.63
PAMPA2 Huila Cisco de café Manual 5.31 47.88
FUEGO DORMIDO2
Cundinamarca Carbón mineral Manual/fija. 1.47 24.57
En esta fase del proyecto, se vinculó la medición de muchas más chimeneas (13 en total) y un total de 15 monitoreos, con el objetivo de abarcar mayor número de tecnologías y combustibles que se usan en el país. Una chimenea pampa, se monitoreó dos veces, en este caso, para la primera medición se utilizaron mezclas de cisco de café y guadua, y en la segunda medición, se utilizó solo guadua. Una chimenea fuego dormido, se monitoreó dos veces, en ambos casos el combustible utilizado fue el carbón
Tabla 20. Factores de emisión 2017 basados en combustibles (g contaminante / kg combustible)
ENTREGABLE 1.1.1
31
TIPO DE HORNO PM2.5 BC CO SO2
Prom Prom Prom Prom
HOFFMAN2 1.799 0.130 0.571 0.093 126.780 12.731 1.713 1.921
HOFFMAN3 3.249 0.222 0.232 0.037 71.379 5.380 2.700 0.389
HOFFMAN4 0.124 0.008 0.009 0.008 1.668 0.708 1.621 0.376
HOFFMAN5 0.520 0.035 0.071 0.012 12.632 1.145 0.993 0.201
ZIGZAG1 0.111 0.007 0.019 0.003 5.865 1.083 1.901 0.447
TÚNEL3 0.493 0.060 0.006 0.002 17.682 2.498 0.597 0.324
TÚNEL4 0.109 0.007 0.016 0.002 1.670 0.430 3.437 0.373
VAGÓN1 0.087 0.006 0.005 0.001 2.851 0.400 0.117 0.111
COLMENA2 0.512 0.036 0.248 0.041 3.677 1.491 1.026 0.647
COLMENA4 0.687 0.051 0.288 0.061 16.816 3.833 11.985 2.038
PAMPA1 3.170 0.944 0.340 0.106 72.337 20.630 1.708 1.066
PAMPA1a 0.696 0.050 0.186 0.029 36.820 4.309 2.033 0.974
PAMPA2 0.137 0.009 0.046 0.009 3.223 0.433 0.000 0.108
DORMIDO2 2.617 0.161 0.016 0.003 371.223 25.318 4.293 0.777
DORMIDO2a --- --- 0.005 0.001 72.197 7.137 --- ---
ARTESANAL 2.617 0.161 0.011 0.002 221.710 16.228 4.293 0.777
INTERMITENTE 0.881 0.183 0.186 0.041 22.621 5.183 2.811 0.824
CONTÍNUO 0.915 0.067 0.132 0.022 33.954 3.425 1.852 0.576
Tabla 21. Factores de emisión 2017 basados en energía (g contaminante / MJ)
TIPO DE HORNO PM2.5 BC CO SO2
Prom Prom Prom Prom
HOFFMAN2 0.065 0.019 0.021 0.007 4.557 1.356 0.062 0.073
HOFFMAN3 0.226 0.065 0.016 0.005 4.967 1.440 0.188 0.059
HOFFMAN4 0.004 0.001 0.000 0.000 0.056 0.029 0.055 0.021
HOFFMAN5 0.019 0.005 0.003 0.001 0.453 0.133 0.036 0.013
ZIGZAG1 0.004 0.001 0.001 0.000 0.189 0.064 0.061 0.022
TÚNEL3 0.021 0.006 0.000 0.000 0.759 0.238 0.026 0.016
TÚNEL4 0.005 0.001 0.001 0.000 0.071 0.027 0.147 0.044
VAGÓN1 0.006 0.002 3.42E-04 1.09E-04 0.196 0.061 0.008 0.008
COLMENA2 0.016 0.005 0.008 0.003 0.118 0.063 0.033 0.026
COLMENA4 0.022 0.006 0.009 0.003 0.543 0.205 0.387 0.128
PAMPA1 0.234 0.097 0.025 0.011 5.346 2.186 0.126 0.089
PAMPA1a 0.063 0.018 0.017 0.005 3.320 1.008 0.183 0.102
PAMPA2 0.009 0.003 0.003 0.001 0.220 0.068 0.000 0.007
DORMIDO2 0.087 0.025 0.001 0.000 12.280 3.597 0.142 0.048
DORMIDO2a --- --- 0.002 0.001 2.390 0.710 --- ---
ARTESANAL 0.087 0.025 0.001 0.000 7.335 2.153 0.142 0.048
ENTREGABLE 1.1.1
32
TIPO DE HORNO PM2.5 BC CO SO2
Prom Prom Prom Prom
INTERMITENTE 0.059 0.022 0.010 0.004 1.624 0.598 0.123 0.060
CONTÍNUO 0.049 0.014 0.006 0.002 1.579 0.470 0.082 0.035
Tabla 22. Factores de emisión 2017 basados en ladrillos producidos (g contaminante / kg arcilla)
TIPO DE HORNO PM2.5 BC CO SO2
Prom Prom Prom Prom
HOFFMAN2 0.049 0.030 0.015 0.010 3.433 2.112 0.046 0.064
HOFFMAN3 0.191 0.099 0.014 0.007 4.186 2.185 0.158 0.085
HOFFMAN4 0.005 0.002 0.000 0.000 0.067 0.037 0.065 0.025
HOFFMAN5 0.028 0.009 0.004 0.001 0.671 0.220 0.053 0.019
ZIGZAG1 0.012 0.004 0.002 0.001 0.637 0.214 0.207 0.076
TÚNEL3 0.014 0.011 0.000 0.000 0.516 0.387 0.017 0.016
TÚNEL4 0.009 0.003 0.001 0.000 0.135 0.053 0.279 0.084
VAGÓN1 0.016 0.005 8.86E-04 2.85E-04 0.507 0.161 0.021 0.021
COLMENA2 0.064 0.019 0.031 0.010 0.463 0.247 0.129 0.102
COLMENA4 0.087 0.025 0.037 0.013 2.137 0.806 1.523 0.506
PAMPA1 0.500 0.212 0.053 0.023 11.340 4.741 0.263 0.190
PAMPA1a 0.160 0.047 0.043 0.014 8.489 2.617 0.469 0.261
PAMPA2 0.020 0.006 0.007 0.002 0.478 0.152 0.000 0.016
DORMIDO2 0.223 0.066 0.001 0.000 31.601 9.386 0.365 0.123
DORMIDO2a --- --- 0.000 0.002 6.747 2.022 --- ---
ARTESANAL 0.223 0.066 0.001 0.001 19.174 5.704 0.365 0.123
INTERMITENTE 0.141 0.052 0.029 0.010 3.902 1.454 0.401 0.182
CONTÍNUO 0.044 0.022 0.005 0.003 1.378 0.744 0.118 0.053
4.4 ETAPA 4. MEDICIÓN DE BC RATNOZE 2 (2019) Para esta etapa, se cubrió la medición de tecnologías no monitoreadas previamente, así como, la medición de un horno colmena, que había sido medido previamente, pero, que para el año 2019, había implementado una estrategia de rejillas en el piso, con el objeto de optimizar el consumo de combustible sin afectar la calidad del producto final. Para la medición de carbono negro, se hizo en el laboratorio instrumental de alta complejidad de la
Universidad de la Salle, bajo el método NIOSH 5040/Térmico/Óptico.
Fotografía 8. Recopilación en campo de información del nivel de actividad y especificaciones del horno
ENTREGABLE 1.1.1
33
Fuente: CAEM 2019
Para esta fase del proyecto, se midieron siete chimeneas, y dos de ellas, se midieron por duplicado, esto, con el objeto de tener representatividad en los datos, para el cálculo final de los factores de emisión.
Tabla 23. Características de los hornos seleccionados para los muestreos y determinación de carbono negro año 2019
CÓDIGO UBICACIÓN COMBUSTIBLE
DOSIFICACIÓN
DEL COMBUSTIBLE
CONSUMO
DE COMBUSTIBLE (TON)
PRODUCCIÓN
PROMEDIO (TON)
TUNEL2 Mochuelo, Cundinamarca Carbón mineral Carbojet manual 3.39 16.63
Carbón mineral Carbojet manual 5.31 47.88
TÚNEL5
TÚNEL5a Cartago, Valle del Cauca
Cisco 30% + Carbón 70%
Carbojet manual 1.47 24.57
Cisco 30% + Carbón 70%
Carbojet manual 2.65 29.03
TÚNEL6 Medellín, Antioquia Gas Natural Quemadores 7707 m3/gas 132.70
CÁMARAS1 Soracá, Boyacá Carbón mineral Carbojet manual 6.75 19.42
CÁMARAS2 Soacha, Cundinamarca
Carbón mineral Carbojet manual 1.28 18.19
CÁMARAS2a Carbón mineral Carbojet manual 0.75 18.75
COLMENA2 Cúcuta, Norte de Santander
Carbón mineral Dosificador 15.59 100
COLMENA5 Mochuelo, Cundinamarca Carbón mineral Dosificación manual 20 70.85
Tabla 24. Factores de emisión 2019 basados en combustibles (g contaminante / kg combustible)
TIPO DE HORNO PM2.5 BC CO SO2
Prom Prom Prom Prom
TÚNEL2 21.163 3.162 0.091 0.094 28.265 7.741 15.728 3.731
TÚNEL2a 20.453 3.041 0.306 0.033 59.413 12.286 64.171 8.564
ENTREGABLE 1.1.1
34
TIPO DE HORNO PM2.5 BC CO SO2
Prom Prom Prom Prom
TÚNEL5 11.450 1.713 0.029 0.003 64.852 4.781 1.521 0.238
TÚNEL5a 5.084 0.788 0.012 0.001 57.146 4.227 0.914 0.190
TÚNEL6 0.233 0.236 --- --- 6.840 6.883 0.548 0.578
CÁMARAS1 22.226 5.278 2.663 0.809 147.344 78.127 63.251 34.675
CÁMARAS2 18.136 2.580 0.182 0.017 63.958 5.331 20.232 1.803
CÁMARAS2a 19.677 2.729 0.110 0.011 33.833 3.138 32.491 2.645
COLMENA2 23.505 3.701 0.749 0.072 40.372 17.481 14.998 6.433
COLMENA5 19.071 2.820 0.641 0.067 53.379 10.031 3.827 3.263
INTERMITENTE 20.523 3.422 0.869 0.195 67.777 22.822 26.960 9.764
CONTÍNUO 11.677 1.788 0.109 0.033 43.303 7.184 16.577 2.660
Tabla 25. Factores de emisión 2019 basados en energía (g contaminante / MJ)
TIPO DE HORNO PM2.5 BC CO SO2
Prom Prom Prom Prom
TÚNEL2 0.698 0.110 0.003 0.003 0.932 0.259 0.518 0.126
TÚNEL2a 0.670 0.105 0.010 0.001 1.946 0.414 2.102 0.300
TÚNEL5 0.438 0.068 0.001 0.000 2.479 0.210 0.058 0.009
TÚNEL5a 0.194 0.031 4.403E-04 4.820E-05 2.185 0.186 0.035 0.007
TÚNEL6 0.007 0.007 --- --- 0.202 0.217 0.016 0.018
CÁMARAS1 0.721 0.175 0.086 0.027 4.779 2.545 2.052 1.129
CÁMARAS2 0.629 0.095 0.006 0.001 2.218 0.216 0.702 0.072
CÁMARAS2a 0.652 0.096 0.004 0.000 1.120 0.118 1.076 0.103
COLMENA2 0.804 0.133 0.026 0.003 1.381 0.604 0.513 0.225
COLMENA5 0.616 0.096 0.021 0.002 1.725 0.335 0.124 0.106
INTERMITENTE 0.684 0.119 0.029 0.007 2.245 0.764 0.893 0.327
CONTÍNUO 0.401 0.064 0.004 0.001 1.549 0.257 0.546 0.092
Tabla 26. Factores de emisión 2019 basados en ladrillos producidos (g contaminante / kg arcilla)
TIPO DE HORNO PM2.5 BC CO SO2
Prom Prom Prom Prom
TÚNEL2 1.495 0.240 0.007 0.006 1.962 0.557 1.108 0.271
TÚNEL2a 1.134 0.187 0.017 0.002 3.295 0.720 3.559 0.537
TÚNEL5 0.324 0.099 7.071E-04 2.583E-04 1.871 0.496 0.044 0.013
TÚNEL5a 0.299 0.053 7.000E-04 9.012E-05 3.963 0.394 0.051 0.013
TÚNEL6 0.007 0.008 --- --- 0.199 0.229 0.016 0.019
CÁMARAS1 2.505 0.617 0.313 0.096 17.244 9.192 7.387 4.077
CÁMARAS2 1.145 0.180 0.012 0.001 4.054 0.432 1.329 0.145
CÁMARAS2a 0.797 0.140 0.004 0.000 1.378 0.194 1.314 0.177
ENTREGABLE 1.1.1
35
TIPO DE HORNO PM2.5 BC CO SO2
Prom Prom Prom Prom
COLMENA2 0.919 0.286 0.041 0.005 1.286 0.722 0.696 0.201
COLMENA5 3.858 0.602 0.130 0.015 10.793 2.100 0.774 0.664
INTERMITENTE 1.845 0.365 0.100 0.024 6.951 2.528 2.300 1.053
CONTÍNUO 0.652 0.117 0.006 0.002 2.258 0.479 0.956 0.171
5 ESTIMACIÓN FACTORES DE EMISIÓN
5.1 Factores de Emisión: Método US EPA 201A vs RatNoze 2
5.1.1 ANÁLISIS DE HORNO HOFFMAN
Tabla 27. Comparación FESTD para horno HOFFMAN1
FACTORES DE EMISIÓN EN CONDICIONES ESTÁNDAR Método 201A RatNoze2
FERN2 / FE201A Prom Prom
Basado en combustible FESTD (gCONTAMINANTE / kgCOMBUSTIBLE) 0,3239 0,1039 0,4494 0,0632 1,39
Basado en consumo de energía FESTD (gCONTAMINANTE / MJCOMBUSTIBLE) 0,0096 0,0031 0,0148 0,0022 1,54
Basado en producción FESTD (gCONTAMINANTE / kgLADRILLO) 0,0113 0,0036 0,0116 0,0027 1,03
Al tener un solo dato de comparación, es difícil concluir una correlación y/o una proporción entre los factores de emisión obtenidos con ambos métodos. La incertidumbre crece además, porque en ambos casos, Método US EPA 201A y RatNoze2016, se utilizaron equipos (métodos) diferentes para la obtención de la concentración de carbono negro. Si se decidiera comparar, los Factores de Emisión obtenidos con el Método 201A y los demás Factores de Emisión obtenidos con el RatNoze2, para hornos tipo Hoffman, se presenta el inconveniente, que al no tratarse del mismo horno (calidad del combustible, proceso operativo, características meteorológicas de la zona, etc), nos darían bajísimas correlaciones (Ver Figura 15), dado que: El FE basado en combustible, el factor de emisión del Método 201A para el HOFFMAN1 resulta ser
significativamente mayor a los demás HOFFMAN El FE basado en energía, el factor de emisión del Método 201A para el HOFFMAN1 resulta ser
significativamente menor a los demás HOFFMAN, excepto por el HOFFMAN4, que tiene un factor de similar valor
El FE basado en producción, el factor de emisión del Método 201A para el HOFFMAN1 resulta estar en el medio de los demás FE para los hornos HOFFMAN
ENTREGABLE 1.1.1
36
Figura 15. Comparación Factores de Emisión de BC para Hornos Hoffman
BASADO EN COMBUSTIBLE BASADO EN ENERGÍA BASADO EN PRODUCCIÓN
Una de las razones para no tener una buena correlación entre los datos, está dada por el tipo de combustible utilizado, ya que, de los cinco hornos monitoreados, dos operaron con carbón mineral (HOFFMAN4 y HOFFMAN5), uno con cisco de café (HOFFMAN3), uno con mezcla carbón/biomasa (HOFFMAN2) y uno, el horno de referencia respecto al Método 201A (HOFFMAN1) con carbón bituminoso.
5.1.2 ANÁLISIS DE HORNO ZIGZAG
Tabla 28. Comparación FESTD para horno ZIGZAG2
FACTORES DE EMISIÓN EN CONDICIONES ESTÁNDAR Método 201A RatNoze2
FERN2 / FE201A Prom Prom
Basado en combustible FESTD (gCONTAMINANTE / kgCOMBUSTIBLE) 5,6497 6,6302 0,4795 0,0685 0,085
Basado en consumo de energía FESTD (gCONTAMINANTE / MJCOMBUSTIBLE) 0,1828 0,2146 0,0194 0,0029 0,106
Basado en producción FESTD (gCONTAMINANTE / kgLADRILLO) 0,0147 0,0173 0,0163 0,0039 1,109
De los resultados presentados en la Tabla 28, los únicos Factores de Emisión que podrían tener una relación directa, serían los Factores de Emisión basados en producción. Los otros dos, basados en combustible y basados en energía, difieren significativamente.
Figura 16. Comparación Factores de Emisión de BC para Hornos ZIGZAG
BASADO EN COMBUSTIBLE BASADO EN ENERGÍA BASADO EN PRODUCCIÓN
Para el caso de los hornos ZIGZAG, se tiene que todos los hornos estudiados tienen el mismo sistema de dosificación (Carbojet manual) y todos manejan el mismo combustible (Carbón mineral), en este escenario, es más pertinente la comparación de los resultados obtenidos. Sin embargo, los Factores de Emisión del
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0 0.1 0.2 0.3 0.4
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 0.2 0.4 0.6
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025
0
1
2
3
4
5
6
0 2 4 6
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0 0.05 0.1 0.15 0.2
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
0.016
0 0.005 0.01 0.015 0.02
ENTREGABLE 1.1.1
37
horno ZIGZAG2 medidos con el Método US EPA 1, relacionados con el combustible (masa utilizada o energía utilizada) son significativamente superiores a los Factores de Emisión medidos con el RatNoze 2 para el horno ZIGZAG1. Respecto al Factor de Emisión basado en la producción, también es superior frente al ZIGZAG1, pero la diferencia no es tan significativa.
5.1.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Los resultados acá presentados no son concluyentes, en tanto, que no son representativos estadísticamente, ni tampoco siguieron protocolos de medición uniformes para el análisis del carbono negro retenido en los filtros del Método US EPA 201A y los filtros del RatNoze 2. Por otro lado, quedó en evidencia, que los laboratorios de Colombia, no están familiarizados con el Método US EPA para estimar concentraciones de PM10 y PM2.5, así como, la poca casi nula oferta, de servicios para cuantificar carbono negro en el país.
5.2 RESULTADOS Y CONSOLIDACIÓN DE LOS FACTORES DE EMISIÓN Todos los factores de emisión presentados en las Tabla 29,30,31 y 32 corresponden a la campaña de monitoreo realizada por la Corporación Ambiental Empresarial (CAEM) bajo el convenio establecido entre el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible y la Coalición para el Aire y Clima Limpio, campaña que se desarrolló entre 2015 y 2019 con el equipo de medición ratnoze 2.
Tabla 29: Factores de emisión de hornos que funcionan con carbón mineral o carbón bituminoso
TECNOLOGÍA PM2.5 CN CO SO2
Factores de emisión basados en combustible (gCN / kgCOMBUSTIBLE) – Condiciones estándar
Túnel 9,6173 ± 1,4302 0,1747 ± 0,0372 42,8819 ± 6,2916 18,6196 ± 2,8317
Hoffman 0,6578 ± 0,0869 0,1765 ± 0,0277 26,1437 ± 3,6280 8,8091 ± 1,4055
Zig Zag 0,7399 ± 0,1094 0,2734 ± 0,0381 26,7257 ± 4,9974 11,4329 ± 2,2187
Cámaras 20,0131 ± 3,5288 0,9854 ± 0,2791 81,7116 ± 28,8655 38,6576 ± 13,0410
Colmena 8,1121 ± 1,2245 0,8641 ± 0,1194 29,9061 ± 6,7937 8,4215 ± 2,7177
Fuego dormido 13,4982 ± 1,5697 0,0498 ± 0,0139 293,8029 ± 23,8414 32,9227 ± 3,6487
Factores de emisión basados en energía (gCN / MJCOMBUSTIBLE) – Condiciones estándar
Túnel 0,3219 ± 0,0506 0,0058 ± 0,0013 1,4825 ± 0,2282 0,6198 ± 0,1046
Hoffman 0,0222 ± 0,0047 0,0059 ± 0,0011 0,8753 ± 0,1595 0,2921 ± 0,0533
Zig Zag 0,0278 ± 0,0045 0,0102 ± 0,0015 0,9743 ± 0,1956 0,4155 ± 0,0849
ENTREGABLE 1.1.1
38
TECNOLOGÍA PM2.5 CN CO SO2
Cámaras 0,6671 ± 0,1220 0,0321 ± 0,0092 2,7057 ± 0,9597 1,2763 ± 0,4347
Colmena 0,2717 ± 0,0446 0,0296 ± 0,0048 0,8140 ± 0,2486 0,2846 ± 0,1046
Fuego dormido 0,4353 ± 0,0644 0,0021 ± 0,0007 9,9166 ± 1,9153 1,0607 ± 0,1403
Factores de emisión basados en PRODUCCIÓN (gCN / kgLADRILLO PRODUCIDO) – Condiciones estándar
Túnel 0,6048 ± 0,0990 0,0113 ± 0,0025 2,7992 ± 0,4572 1,1201 ± 0,2009
Hoffman 0,0223 ± 0,0065 0,0052 ± 0,0015 0,7972 ± 0,2162 0,2440 ± 0,0646
Zig Zag 0,0265 ± 0,0070 0,0091 ± 0,0024 0,9875 ± 0,2923 0,4052 ± 0,1222
Cámaras 1,4824 ± 0,3123 0,1097 ± 0,0328 7,5586 ± 3,2729 3,3433 ± 1,4667
Colmena 0,9642 ± 0,1782 0,1354 ± 0,0220 3,4011 ± 0,8878 1,0610 ± 0,3649
Fuego dormido 1,0163 ± 0,1600 0,0036 ± 0,0011 23,6212 ± 5,0235 2,4675 ± 0,3508
Tabla 30. Factores de emisión de hornos que funcionan con gas natural
TECNOLOGÍA PM2.5 CN CO SO2
Factores de emisión basados en combustible (gCN / kgCOMBUSTIBLE) – Condiciones estándar
Túnel 0,2335 ± 0,2356 0,0000 ± 0,0000 6,8404 ± 6,8831 0,5484 ± 0,5783
Factores de emisión basados en energía (gCN / MJCOMBUSTIBLE) – Condiciones estándar
Túnel 0,0069 ± 0,0074 0,0000 ± 0,0000 0,2016 ± 0,2168 0,0162 ± 0,0181
Factores de emisión basados en PRODUCCIÓN (gCN / kgLADRILLO PRODUCIDO) – Condiciones estándar
Túnel 0,0068 ± 0,0078 0,0000 ± 0,0000 0,1986 ± 0,2289 0,0159 ± 0,0190
Tabla 31. Factores de emisión de hornos que funcionan mezclas de carbón/GN o carbón/biomasa
TECNOLOGÍA PM2.5 CN CO SO2
Factores de emisión basados en combustible (gCN / kgCOMBUSTIBLE) – Condiciones estándar
Túnel 5,9716 ± 0,8863 0,0173 ± 0,0024 41,2673 ± 3,6393 1,0588 ± 0,2810
Hoffman 1,7994 ± 0,1305 0,5706 ± 0,0933 126,7796 ± 12,7314 1,7134 ± 1,9208
Factores de emisión basados en energía (gCN / MJCOMBUSTIBLE) – Condiciones estándar
Túnel 0,2294 ± 0,0372 0,0007 ± 0,0001 1,6192 ± 0,2243 0,0419 ± 0,0125
Hoffman 0,0647 ± 0,0187 0,0205 ± 0,0067 4,5571 ± 1,3556 0,0616 ± 0,0731
ENTREGABLE 1.1.1
39
TECNOLOGÍA PM2.5 CN CO SO2
Factores de emisión basados en PRODUCCIÓN (gCN / kgLADRILLO PRODUCIDO) – Condiciones estándar
Túnel 0,1694 ± 0,0547 0,0004 ± 0,0002 1,1934 ± 0,4415 0,0308 ± 0,0145
Hoffman 0,0487 ± 0,0298 0,0155 ± 0,0097 3,4331 ± 2,1119 0,0464 ± 0,0640
Tabla 32. Factores de emisión de hornos que funcionan solo con biomasa
TECNOLOGÍA PM2.5 CN CO SO2
Factores de emisión basados en combustible (gCN / kgCOMBUSTIBLE) – Condiciones estándar
Hoffman 3,2492 ± 0,2218 0,2323 ± 0,0373 71,3791 ± 5,3803 2,7001 ± 0,3892
Vagón 0,0874 ± 0,0059 0,0050 ± 0,0008 2,8513 ± 0,3997 0,1167 ± 0,1108
Pampa 1,3342 ± 0,3344 0,1908 ± 0,0478 37,4602 ± 8,4571 1,2470 ± 0,7159
Factores de emisión basados en energía (gCN / MJCOMBUSTIBLE) – Condiciones estándar
Hoffman 0,2261 ± 0,0652 0,0162 ± 0,0052 4,9672 ± 1,4403 0,1879 ± 0,0592
Vagón 0,0060 ± 0,0017 0,0003 ± 0,0001 0,1956 ± 0,0613 0,0080 ± 0,0079
Pampa 0,1021 ± 0,0394 0,0150 ± 0,0057 2,9622 ± 1,0872 0,1032 ± 0,0660
Factores de emisión basados en PRODUCCIÓN (gCN / kgLADRILLO PRODUCIDO) – Condiciones estándar
Hoffman 0,1905 ± 0,0993 0,0136 ± 0,0074 4,1859 ± 2,1848 0,1583 ± 0,0849
Vagón 0,0155 ± 0,0045 0,0009 ± 0,0003 0,5066 ± 0,1606 0,0207 ± 0,0206
Pampa 0,2270 ± 0,0885 0,0343 ± 0,0131 6,7690 ± 2,5034 0,2440 ± 0,1558
Los factores de emisión para procesos que usen mezclas con biomasa o sólo biomasa, arrojan resultados más favorables (menores concentraciones) respecto de la emisión de carbono negro, sin embargo, el número de chimeneas monitoreadas y que usaran la biomasa, fue escaso debido a que dicho combustible se encuentra en zonas con cultura cafetera, mientras que el carbón es un combustible de alta disponibilidad, buen poder calorífico y bajo costo. Por otro lado, falta caracterizar de manera más detallada la distinta oferta de biomasa que hay en el país, pues en los ensayos realizados se hicieron: una medición para guadúa 100% una para cisco de café 100% una para biomasa de origen desconocido dos mediciones para mezclas de carbón biomasa (aserrín, cisco de café) dos mezclas de guadua y cisco de café en diferentes proporciones (70% - 30%, 67% - 33%)
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Sin embargo, se sabe que el país, dada su vocación agrícola, genera una gran oferta de biomasa: desperdicio de la caña de azúcar, cáscara de coco, desperdicio de poda del arbolado de las ciudades, cuesco de la palma de cera, cascarilla de arroz, productos, que son usados como insumo combustible en otros sectores, entre otros. Revisando las zonas geográficas en las que se prefiere el uso de biomasa, corresponde a zonas altamente agrícolas como el Cauca, el Valle del Cauca y el Quindío. Zonas que se convierten en un potencial para profundizar esta necesidad. Al revisar las tecnologías que prefieren optar por el aprovechamiento de biomasa, es transversal pues se encuentran hornos continuos como Hoffman o Túnel, pero también en hornos intermitentes como el horno Vagón o Pampa. En general, para los factores de emisión son superiores para tecnologías intermitentes que, para tecnologías continuas, esto debido al uso óptimo de combustible que favorecen estas últimas. Los aparentes bajos valores de los factores de emisión para hornos artesanales responden a que la toma de muestra se toma en tres momentos de la operación (inicio, mitad y final de la cocción de la arcilla), se realiza así por tema de costos, puesto que un ciclo de operación dura hasta 20 días, y hacer seguimiento continuo implica una fuerte inversión en consumibles y tiempo de dedicación por parte de los operadores. Por otro lado, puede deberse que al carecer de chimenea no se pueden verificar condiciones de isocinetismo, razón por la que la sonda, puede estar tomando muestra a un flujo inferior que el de medición, o, que la emisión se vea afectada por concentraciones de fondo y movimiento de vientos en el área de operación.
6 RECOMENDACIONES Se recomienda implementar dentro los cambios normativos, el uso del Método US EPA 201A, como
requisito al sector ladrillero y quitar el Método US EPA 5 Estandarizar el método para establecer la concentración de carbono negro, pues no se trata solo de la
medición de carbono negro con el TOT, sino como garantizar la toma de muestra ya sea en el Método US EPA 201A o en el Equipo RatNoze 2.
Desarrollar nuevas campañas de monitoreo de carbono negro, en las que se pueda robustecer la información respecto al uso de la biomasa en el país.
Hacer más mediciones en tecnologías como hornos vagón, pampa y fuego dormido, especialmente estos dos últimos, pues son los que representan el mayor número de hornos en el país.
Se recomienda desarrollar más monitoreos con hornos Hoffman que trabajen con carbón bituminoso, material predomínate en los departamentos de Cundinamarca y Boyacá.
Para siguientes monitoreos, incluir análisis de la arcilla utilizada en los procesos de producción.
ENTREGABLE 1.1.1
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7 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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