1 UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA Facultad de Ingeniería Química Nivel de emisión de hidrocarburos aromáticos policíclicos en la combustión de la leña y sus efectos contaminantes Presentado por: Arango Fernandez Alder Guerra Matta Oscar Hernandez Guillermo Vielka Huamán Huachua Jancarlos Ivan Quilca Arhuata Jimy
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UNIVERSIDAD NACIONAL
“SAN LUIS GONZAGA” DE ICA
Facultad de Ingeniería Química
Nivel de emisión de hidrocarburos aromáticos policíclicos en la
combustión de la leña y sus efectos contaminantes
Presentado por:
Arango Fernandez Alder
Guerra Matta Oscar
Hernandez Guillermo Vielka
Huamán Huachua Jancarlos Ivan
Quilca Arhuata Jimy
ICA – PERÚ
2013
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INDICE
INTRODUCCIÓN
I. PROBLEMA DE LA INVESTIGACION
I.1 Delimitación del Problema a estudiar
I.2 Formulación del problema
I.3 Importancia
II. MARCO TEORICO
II.1Marco Teórico
II.2Marco Conceptual
III. HIPÓTESIS Y VARIABLES
III.1 Hipótesis
III.2 Variables
III.3 Operacionalización de Variables
IV. OBJETIVOS
IV.1 Objetivo General
IV.2 Objetivos Específicos
V. ESTRATEGIAS METODOLÓGICA
V.1 Tipo, Nivel y Diseño de Investigación
V.2 Población y Muestra
V.3 Técnicas de Recolección de Información
V.4 Instrumentos de Recolección de Información
V.5 Técnicas de Análisis e Interpretación de Datos
VI. MATRIZ DE CONSITENCIA
VII. FUENTES DE INFORMACIÓN
VIII. CRONOGRAMA
IX. PRESUPUESTO
X. ANEXOS
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INTRODUCCIÓN
Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) y sus derivados están
asociados al aumento en la incidencia de diversos tipos de cáncer en el hombre.
Dadas las diferentes fuentes de estos compuestos y el hecho de que algunos
grupo poblacionales que residen o trabajan en ambientes directamente
influenciados por estas fuentes están sometidos a un riesgo mayor, se hace
necesario el monitoreo biológico de exposición a estos compuestos que se puede
realizar mediante la determinación de la concentración de sus metabolitos en
fluidos biológicos acompañado de un efecto bioquímico resultante de su presencia
en el organismo
El objetivo del siguiente proyecto de tesis es realizar una revisión de los
hidrocarburos aromáticos policiclicos, considerando su generación a partir de la
quema de la leña, sus efectos sobre la salud y los aportes del laboratorio para
evaluar la exposición a los mismos
Los PAHs son compuestos orgánicos formados por dos o más anillos aromáticos
condensados .los anillos pueden estar en formas rectas, anguladas o racimadas.
La estructura condensada más sencilla, formada por solo dos anillos aromáticos
en el naftaleno
El venzo(a) pireno(BAP) es uno de los PAHs que posee la capacidad de
desarrollar efectos carcinogénicos , genotoxicos y/o mutagenicos y se halla
presente en la mayoría de las fuentes de producción de estos compuestos. Lo
anterior, sumado al tiempo de permanencia en el medio ambiente (vida media en
el suelo d 162 días), hacen que este compuesto sea empleado como elemento de
referencia en estudios ambientales
Cuando una sustancia química es liberada en una área amplia como una planta
industrial o se libera desde un contenedor, como un tambor o una botella, entra al
medio ambiente como emisión química solo cuando entra en contacto con la
misma. La exposición a una sustancia química en el medio ambiente puede darse
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al respirar, consumir o beber sustancias que contienen la sustancia química o al
tocar la sustancia con la piel
Si la persona ha estado expuesta a sustancias peligrosas como los hidrocarburos
aromáticos policiclicos , hay varios factores que determinaran si se presentan
efectos dañinos , los tipos de efectos que ocurrirán y la gravedad de los
mismos .esos factores incluyen la dosis ( que cantidad) , la duración(cuanto
tiempo ) , la ruta o vía de exposición (respiración , ingestión , bebida o contacto
con la piel), las otras sustancias químicas a las cuales eta expuesto y sus
características individuales como edad , sexo , estado nutricional , características
familiares , estilo de vida y estado de salud
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I. PROBLEMA DE LA INVESTIGACION
I.1 Delimitación del Problema a estudiar
I.1.1 Espacial
Estudio experimental, y estadístico de la cantidad de emisión de
hidrocarburos aromáticos policíclicos en la combustión de la leña y sus
efectos contaminantes que puedan generar.
I.1.2 Temporalmente
Se realizara acabo todo este estudio experimental en el año 2013.
I.2 Formulación del problema
El problema metodológico es el siguiente ¿Cuál es el nivel de emisión
de hidrocarburos aromáticos policiclicos en la combustión de la leña y
cuáles son sus efectos contaminantes?
I.3 Importancia
En el PERU, en casi toda la sierra y muchos hogares de la costa, sobre
todo de las zonas rurales , utilizan como combustibles la leña de
diferente especies vegetales , las cuales queman en sus precarias
cocinas , donde el humo resultante de la combustión , llena el ambiente
de la cocina y muchas veces se esparce por toda la casa ,
contaminando el aire que respiran sus ocupantes , en este humo se
encuentra en diversos componentes químicos que pertenece a los
llamados Hidrocarburos aromáticos policiclicos , que producen severa
contaminación al medio ambiente y son considerados potenciales
cancerígenos .Por eso motivos es preciso desarrollar una investigación
que permita cuantificar estas sustancias y dar a conocer sus peligros
para las personas que utilizan la leña como combustible para preparar
sus alimentos o en cualquier otra actividad en donde esta tenga que
combustionar
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II. MARCO TEORICO
II.1 HUDROCARBUROS AROMATICOS POLICICLICOS (HAP)
II.1.1 Definición
Los hidrocarburos aromáticos policiclicos (HAP) son un grupo de
compuestos químicos que se forman, principalmente, durante la combustión
incompleta de carbón, petróleo, gas, basura u otras sustancias orgánicas.
La mayoría de estos compuestos no tienen utilidad, a excepción de su
utilización en el campo de la investigación. Unos pocos son utilizados en
medicinas y para fabricar tintes, plásticos y pesticidas
Pueden ser encontrados por todas partes en el medio ambiente, es decir,
en el aire, agua y en la tierra .Existen más de 100 compuestos conocidos
de la familia de los HAP.
Aunque los efectos sobre la salud de los HAP individualmente no son
exactamente iguales, los 15 HAP de la tabla siguiente son considerados
como un grupo:
Acenaftileno Benz(a)antraceno
Benzo(k)fluoranteno Pireno
fluoreno Acenafteno
Benzo(a)pireno Benzo(ghi)perileno
fluoranteno Dibenzo(ah)antraceno
antraceno Venzo(b)fluoranteno
Como este compuesto puros, los HAP generalmente se presenta como
solidos incoloros, blancos o amarillo verdoso pálido. La mayoría de los
HAP no se encuentran solos en el medio ambiente ( incluidos
aquellos encontrados en lugares donde existen residuos peligrosos),
bastantes son encontrados como mezclas de 2 o más HAP .pueden
aparecer también en el aire , adheridos a partículas de polvo , o en el
terreno o en los sedimentos como sólidos .igualmente pueden encontrarse
en sustancias naturales tales como petróleo , carbón , alquitrán de carbón ,
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creosota o el alquitrán utilizados en afaltos y tejados . La mayoría de los
HAP no son fácilmente solubles en agua, pero algunos se evaporan
rápidamente al aire. Los HAP generalmente no se queman fácilmente y
pueden permanecer en el medio ambiente por meses o años.
En el hogar, los HAP están presentes en el humo de tabaco, humo de
chimeneas, tratamientos de creosota a la madera, cereales, granos,
harinas, pan verduras, frutas, carne, comidas preparadas y bebidas. La
comida puede haber sido contaminada durante su crecimiento en suelos
contaminados o por el contacto con atmosferas contaminadas o durante su
elaboración.
Para mucha gente la mayor exposición a los HAP ocurre en el lugar de
trabajo. Se han encontrado en plantas de producción de alquitrán de
carbón, plantas de coquización, plantas de producción de bituminados y
asfaltos.
2.1.2. Particularidades de los HAPs
Los siguientes complementaran esta introducción:
La actividad cancerígena.
Sus fuentes.
Depósitos.
La actividad cancerígena de los HAP
Los hidrocarburos aromáticos policiclicos representan un grupo muy
importante de compuestos cancerígenos. La historia de la detección,
síntesis y estudio biológico de los HAP está directamente relacionada con el
establecimiento de la actividad cancerígena de los alquitranes del carbón.
En 1775, un cirujano inglés, Percivall Pott, observo que el cáncer escrotal
de los limpiadores de chimeneas provenía de los depósitos de hollín del
carbón. Resultado del descubrimiento de Pott fueron numerosos los
estudios biológicos que continuaron su estudio sobre el carbón, pero que,
por aquel entonces, tuvieron poco éxito.
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Sin embargo, en 1916, Yamagiwa e Ichikawa, en experimentos con ratas,
detectaron cáncer en la mayoría de ellas. Poco después, y alentado por
este último descubrimiento, un grupo de químicos ingleses llevaron a cabo
estudios analíticos sobre el carbón, y así fue como lograron constatar la
actividad cancerígena del primer HAP puro, el dibenzo(a,h)antraceno, la
cual fue establecida por Kennaway en 1930.
Posteriormente, en 1933, Cook aisló el benzo(a) pireno (BaP) del alquitrán
proveniente del carbón.
El BaP se considera como indicador de la presencia de los HAP en el
medio ambiente, debido a que no se conoce ningún caso en que haya
detectado algún HAP y el BaP no haya estado presente. Al mismo tiempo,
el BaP no es el componente mayoritario del grupo que según los últimos
estudios se puede considerar que llega al centenar de HAP descubiertos.
Los HAP han sido estudiados extensamente en estudios biológicos y se
han probado repetidas veces el elevado poder cancerígeno de algunas
sustancias tetra- y pentaciclicas.
De acuerdo con el IARC Monograph on the Evaluation of the Carcirogenic
Risk of Chenicals to man (IARC, 1973), se confecciona una tabla de HaP
con mayor potencia cancerígena probada con animales.
Benz(a)antraceno Benzo(b)fluorante
Benzo(j)fluoranteno Benzo(a)pireno
Benzo(e)pireno Criseno
Dibenzo(ah)antraceno Ddibenzo(h,rst)pentafeno
Dibenzo(ae)pireno Ddibenzo(ah)pireno
Dibenzo(ai)pireno Ddibenzo(al)pireno
Indeno(1,2,3-cd)pireno Ffluoranteno
Todos no tienen la misma actividad cancerígena y no todos han sido
igualmente estudiados, además entre los no incluidos hay muchos de los
que se sospecha que lo son. El más popular en experimentos con animales
es el BaP, con el que ya se han probado en más de 10 especies distintas.
Los HaP generalmente actúan de forma local, apareciendo los tumores en
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el lugar de la administración del compuesto. Posteriormente estudios, han
demostrado la aparición de diversos tipos de cáncer, así como tumores
pulmonares, etc.
Fuentes de los HAP
Ya en nuestros días, se disponen de datos que conforman un completo
inventario de las emisiones de HAP, pero para tan solo unos compuestos.
Del producto que más datos se dispone es del B(a)P, pero es dudoso que
el contenido de este, el cual varia de una fuente a otra, pueda ser tomado
como una medida del potencial cancerígeno de un ambiente determinado.
Este último factor no depende solo de la emisión, ya que la contaminación
actual del aire depende de factores locales, y estos pueden variar el efecto
cancerígeno de una atmosfera concreta. En el caso del humo de los
vehículos, el B(a)P solo es el culpable de un 8% de la potencia cancerígena
total, y en el caso del humo del tabaco, tan solo un 1%.
Calefacciones domesticas con carbón
Depende del tipo de combustible empleado y del tipo de estufa, situándose
su distribución entre 2.2 mg BaP/kg y 380 mg/kg, valores correspondientes
a la combustión de briquetas de antracita y a la de una estufa convencional,
respectivamente.
Plantas industriales y centrales térmicas de carbón
La mayor parte de las cenizas volátiles procedentes de grandes plantas es
precipitada en separadores y la emisión final de partículas en el humo es
baja, en comparación con la de tipo doméstico. El orden de magnitud del
B(a)P puede ser estimado basándonos en datos obtenidos de centrales en
EE.UU.
Fueron investigadas ocho centrales con capacidades entre 35 y 550 ton/h
de vapor. La emisión de B(a)P de cuatro de esas plantas estaba en el rango
de 0.50-0.97 mg/kg de carbón. Y en las otras fueron encontrados los
valores de 0.5 mg/kg de carbón a pleno rendimiento y 3.0 mg/kg de carbón
a 75% de su capacidad. Valores similares de emisión se han encontrado
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para plantas con capacidades entre 430 y 98 ton/h de vapor (0.5 y 3.5 mg
B(a)P/kg de carbón pulverizado, respectivamente).
Trafico automovilístico
Alrededor de 150 diferentes HAP han sido detectados en el escape de los
humos de los vehículos y 73 de estos han sido identificados por técnicas de
cromatografía de gases y espectrógrafo de masas. Algunos estudios han
demostrado que sobre la base del consumo de gasolina anual la producción
de B(a)P puede ser estimada en 2 ton.
Investigaciones acerca de los diferentes factores que pueden determinar el
aumento de los HAP emitidos han dado los siguientes resultados:
o Relación combustible/aire, un exceso de combustible (mayor al
estequiométrico) aumenta enormemente la emisión de HAP. Un incorrecto
ajuste del vehículo (el ideal es 8% en volumen de CO) emite 0.4 mg de
B(a)P con el motor en caliente, pero solo 0.02 mg si está bien ajustado.
o Compuestos aromáticos contenidos en el combustible, la variación del
contenido de algunos compuestos aromáticos en combustible disponibles
comercialmente tiene una influencia en las emisiones totales de HAP entre
12,1-22,8 mg B(a)P.
o Contenido en HAP del aceite de lubricación; se llega a la conclusión que no
tiene influencia alguna en la emisión de HAP.
De acuerdo con todo estos resultados, se demuestra que las emisiones de B(a)P
por los motores diésel son menores que las de los motores de gasolina.
Depósitos de los HAP
Materia particulada de aerosol
En extractos de partículas materiales suspendidas se han detectado por
cromatografía gaseosa y caracterizada por espectrometría de masas cerca
de 130 HAP; 56 de ellos fueron identificados por comparación con patrones.
Recientemente han sido caracterizados 120 HAP por los anteriores
métodos en combinación con resonancia magnética nuclear.
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Por razones metodológicas, la muestra de aire son generalmente
analizadas solo para el B(a)P; sin embrago, como ya se ha mencionado la
medida de la concentración de B(a)P puede ser usada para indicar la
presencia de HAP en una muestra de aire ambiente. Pero no para medir su
actividad cancerígena.
Numerosas experiencias demuestran que la concentración de B(a)P en el
ambiente es mayor durante la época invernal que durante el verano. Esto
suele darse especialmente en áreas desarrolladas, ya que durante el
invierno aumentan el número de aparatos calefactores en las viviendas, que
suelen ser de carbón.
Analizando datos de varias ciudades europeas y americanas se observa
que la concentración de B(a)P es generalmente mucho mayor en las
ciudades europeas, probablemente debido a la utilización de otros métodos
de calefacción, menos contaminantes, en las ciudades americanas.
TERRENO
La contaminación del terreno debida a los HAP puede ser atribuida casi
exclusivamente a emisiones procedentes de procesos de Combustión.
Varias investigaciones demuestran que los HAP no son absorbidos por las
raíces de los grandes árboles.
SEDIMENTOS
Existen numerosos estudios realizados sobre muestras de sedimentos
correspondientes a esos intervalos temporales, dando como resultados la
ya presumible mayor concentración de BaP en áreas de mayor población.
Han sido detectados por GC/MS unos setenta HAP e identificados, por
comparación con estándares, unos 40 de ellos.
PETROLEO
En muestras de petróleo crudo se han detectado, por GC, 120 HAP y 60
carbazoles. Posteriormente caracterizados por absorción ultravioleta y
espectrometría de masas, 50 fueron identificados por comparación con
estándares. Los compuestos predominantes suelen ser derivados metilo de
las siguientes bases aromáticas: Naftaleno, bifenilo, fluoreno,