Determinación de trazadores moleculares, cocientes de concentración y factores de emisión para contaminantes seleccionados generados por la combustión de Eucalyptus Globulus, Nothofagus Obliqua y Pinus Radiata en una cámara de combustión controlada 3C-Emission

Fecha

2017

Formato del documento

Tesis

ORCID Autor

Título de la revista

ISSN de la revista

Título del volumen

Editor

Universidad Técnica Federico Santa María
Universidad de Valparaíso

ISBN

ISSN

item.page.issne

item.page.doiurl

Departamento o Escuela

Determinador

Recolector

Especie

Nota general

Resumen

El objetivo principal de esta investigación es determinar los factores de emisión, marcadores moleculares y cocientes de concentración para material particulado y aerosoles orgánicos atmosféricos generados por la combustión de Eucalyptus globulus (EG), Nothofagus obliqua (NO) (maderas duras) v/s Pinus radiata (PR) (madera blanda) a diferentes humedades (0% y 25%) con granulometría determinada (viruta), utilizando una cámara de combustión (3CE) en condiciones controladas y reproducibles. Los ensayos en la 3CE se realizaron en condiciones optimizadas, utilizando 10 g de biomasa a diferentes humedades, flujo de aire primario de 21,3 L min-1, flujo de aire secundario de 18,67 L min-1, encendido por resistencia eléctrica, temperatura del horno de 120°C y con un proceso de combustión (ignición, llama y fase humeante) de 40 minutos de duración. Las muestras de emisiones se tomaron desde una bolsa de Tedlar mediante cartridges de muestreo conteniendo filtros de fibra de cuarzo y filtros de espuma de poliuretano. Los resultados para los factores de emisión de PM2,5 (FEPM2,5), obtenidos gravimétricamente a 0% humedad (H) fueron (promedio, n=3): PR: 1,54 ± 0,32 g kg-1; EG: 2,01± 0,30 g kg-1 y NO: 2,37 ± 0,54 g kg-1. Los resultados para FEPM2,5, obtenidos gravimétricamente a 25% H fueron (promedio, n=3):PR: 19,03 g kg-1±0,88; EG: 22,90± 1,28 g kg-1, NO: 24,34 ± 5,50 g kg-1. Los FEPM2,5 fueron más bajos para PR, seguido por EG y NO, independiente del contenido de humedad de las maderas. Esto es posible debido que PR tiene un mayor contenido de carbono fijo, aumentando la energía liberada en la combustión (mayor poder calorífico), influyendo en la eficiencia de combustión (Ec), con valores entre un 91% (ensayos a 25%H) y 97% (ensayos a 0%H) de Ec, disminuyendo la emisión de partículas. Las contribuciones de PM2,5 fueron significativas y diferentes durante todas las etapas de combustión (ignición, fase llama y fase humeante) para cada especie combustionada. Esto demuestra que las concentraciones de partículas medidas sólo en estado estacionario durante la etapa de llama pueden causar una subestimación de las emisiones. La metodología propuesta permite una alta precisión y reproducibilidad en la determinación de FEPM2,5 producidos por la combustión de maderas. La cantidad de partículas emitidas durante el proceso de combustión (0,265 µm < dp> 34µm) fueron medidas con un espectrómetro de láser de aerosoles (Grimm-1.1.09, Alemania) en condiciones optimizadas de combustión. Los FE de cantidad de partículas totales por kg de madera combustionada (FENP kg-1) obtenidos a 0% H fueron: 5,34 x1010 NP kg-1; 3,15 x1010 NP kg-1 y 2,35 x1010 NP kg-1 para NO, EG y PR, respectivamente. Los FENP obtenidos a 25%H fueron: 1,85 x1011 NP kg-1; 1,34 x1011 NP kg-1 y 6,31 x1010 NP kg-1 para NO, EG y PR, respectivamente. La emisión de partículas dependen del contenido de humedad de las maderas, donde a mayor contenido de humedad hay una mayor emisión de partículas independiente del tipo de maderas a combustionar. Bajo nuestras condiciones experimentales, los ensayos realizados a 0%H emiten una mayor cantidad de partículas de tamaño 0,265 µm (menor tamaño de partícula medido), siendo PR la especie que generó la mayor emisión (36% de emisión de partículas en el intervalo 0,265 µm), seguida por EG (33%) y NO (21%). Se debe tomar en consideración que entre más pequeña es el tamaño de las partículas, más profundo puede viajar al sistema respiratorio y puede causar un mayor daño a la salud. Se optimizaron las condiciones cromatógraficas y etapas analíticas para la cuantificación por GC-MS de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) prioritarios por la EPA en términos de 1) selectividad se logró identificar los analitos sin efectos de señales de la matriz utilizando modo SIM; 2) precisión con coeficientes de variación menores al 10% para todos los compuestos; 3) linealidad en un intervalo lineal desde 0,01 – 12 ng µL-1 ( naftaleno [NAPH], acenafteno [ACE], acenaftileno [ACY], fluoreno [FLU], fenantreno [PHE], antraceno [ANT], pireno [PYR], criseno [CRY], benzo(b)fluoranteno [BBF], benzo(k)fluoranteno [BKF], dibenzo(a,h)antraceno [DBA]) y 0,01 – 18 ng µL-1 (fluoranteno [FLT], reteno [RET], benzo(a)pireno [BAP], benzo(g,h,i)perileno [BGP], indeno(1,2,3 – c,d)pireno [INP]); 4) LOD y LOQ desde 0,5x10-4 ng µL-1 [INP] a 2,9x10-4 ng µL-1 [CRY], y desde 1,5x10-4 ng µL-1 [INP] a 9,5x10-4 [CRY] ng µL-1, respectivamente y la curvas de calibrado con nueve niveles crecientes de concentración con un coeficiente de correlación promedio (R2) de 0,994; 5) factores de respuestas (Fr) para cuantificación promedio de 1,03; 6) exactitud analítica utilizando Material de Referencia Certificado (1649 A – Urban Dust) validando las etapas de extracción (Extracción Acelerada por Solvente [ASE])- concentración (evaporación en rotavapor y N2 en frío) – purificación (separación sólido – líquido en columna de sílica) – cuantificación (GC/MS) obteniendo porcentajes de recuperación entre 70% [NAPH] y 94% [BAP]. En este sentido y considerando que el criterio establecido por la EPA para la recuperación de compuestos orgánicos tóxicos aceptada debe estar entre 60 y 120%, la metodología analítica desarrollada en este estudio fue valida. Pinus radiata fue la especie que generó una mayor emisión de HAPs (FEHAPs a 0%H=8.037,53 ng g-1 y FEHAPs a 25%H= 8.259,81 ng g-1), seguido por Eucalyptus globulus (FEHAPs a 0%H= 5.215,51 ng g-1 y FEHAPs a 25%H= 7.644,96 ng g-1) y Nothofagus obliqua (FEHAPs a 0%H= 4.117,93 ng g-1 y FEHAPs a 25%H= 5.293,58 ng g-1). Esto se debe a que las maderas blandas (por ejemplo PR) son más resinosas que las maderas duras, por lo tanto, las maderas blandas generalmente producen mayor proporción en masa de HAPs en la emisión de partículas que las maderas duras. Se proponen diferentes HAPs como marcadores moleculares generados por la combustión de las diferentes maderas, siendo para Pinus radiata: reteno, acenaftileno y antraceno. Eucalyptus globulus: benzo(b)fluoranteno y para Nothofagus obliqua: fluoreno y criseno. Los cocientes de concentración determinados para las diferentes maderas comprobaron que en la ciudad de Temuco la presencia de HAPs en la atmósfera se debe principalmente al uso de calefacción residencial. Al determinar la concentración tóxica equivalente total (CTET), las especies que pueden generar un mayor daño a la salud son Pinus radiata y Eucalyptus globulus. Sin embargo, estos resultados son estimaciones que nos pueden llevar a errores importantes de que madera es la que genera mayor daño a la salud. Por estos motivos, es necesario realizar ensayos de mutagenicidad para conocer si los extractos orgánicos que contienen HAPs para diferentes maderas tienen actividad mutagénica y saber que maderas (EG, NO y PR) serían más recomendables para el uso residencial.

Descripción

Lugar de Publicación

Auspiciador

Palabras clave

AEROSOLES, MATERIAL PARTICULADO EN SUSPENSION, EUCALIPTUS GLOBULUS, NOTHOFAGUS, PINO INSIGNE, CONTAMINANTES TOXICOS

Licencia

No autoriza publicación

URL Licencia

Colecciones