De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación Saltar a búsqueda
Para otros usos, consulte Hollín (desambiguación) .
Emisión de hollín en los humos de un gran camión diésel , sin filtros de partículas

El hollín / s ʊ t / es una masa de partículas de carbono impuras que resultan de la combustión incompleta de los hidrocarburos . [1] Se restringe más apropiadamente al producto del proceso de combustión en fase gaseosa [ cita requerida ] pero comúnmente se extiende para incluir las partículas residuales de combustible pirolizado como carbón , cenosferas , madera carbonizada y coque de petróleo que pueden pasar al aire durante pirólisis y que se identifican más adecuadamente como coques o carbón.

El hollín causa varios tipos de cáncer y enfermedades pulmonares. [2]

Fuentes [ editar ]

El hollín como contaminante en el aire en el medio ambiente tiene muchas fuentes diferentes, todas las cuales son el resultado de alguna forma de pirólisis . Incluyen hollín de combustión de carbón , motores de combustión interna, [1] calderas de centrales eléctricas, calderas de combustible para cerdos, calderas de barcos, calderas centrales de calor de vapor, incineración de desechos , quema de campos locales, incendios domésticos, incendios forestales, chimeneas y hornos. Estas fuentes exteriores también contribuyen a las fuentes del ambiente interior, como fumar materia vegetal, cocinar, lámparas de aceite , velas , bombillas de cuarzo / halógenas con polvo sedimentado, chimeneas , emisiones de escape de vehículos [3].y hornos defectuosos. El hollín en concentraciones muy bajas es capaz de oscurecer las superficies o hacer que los aglomerados de partículas, como los de los sistemas de ventilación, parezcan negros . El hollín es la causa principal del "efecto fantasma", la decoloración de paredes y techos o paredes y pisos donde se unen. Generalmente es responsable de la decoloración de las paredes sobre las unidades de calefacción eléctrica del zócalo .

La formación de hollín depende en gran medida de la composición del combustible. [4] [5] [6] El orden de clasificación de la tendencia al hollín de los componentes del combustible es: naftalenos → bencenos → alifáticos . Sin embargo, el orden de las tendencias al hollín de los alifáticos ( alcanos , alquenos y alquinos) varía drásticamente según el tipo de llama. Se cree que la diferencia entre las tendencias al hollín de los alifáticos y los aromáticos se debe principalmente a las diferentes rutas de formación. Los alifáticos parecen formar primero acetileno y poliacetilenos, que es un proceso lento; los aromáticos pueden formar hollín tanto por esta vía como por una vía más directa que implica reacciones de polimerización o condensación de anillo que se basan en la estructura aromática existente. [7] [8]

Descripción [ editar ]

El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) adoptó la descripción del hollín dada por Charlson y Heintzenberg (1995) como, “Partículas formadas durante la extinción de gases en el borde exterior de llamas de vapores orgánicos, que consisten predominantemente de carbono, con cantidades menores de oxígeno e hidrógeno presentes como grupos carboxilo y fenólicos y que exhiben una estructura grafítica imperfecta ” [9]

La formación de hollín es un proceso complejo, una evolución de la materia en la que varias moléculas experimentan muchas reacciones químicas y físicas en unos pocos milisegundos. [1] El hollín es una forma de carbono amorfo en forma de polvo . [ cita requerida ] El hollín en fase gaseosa contiene hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP). [1] [10] Los HAP en el hollín son mutágenos conocidos [11] y están clasificados como " carcinógenos humanos conocidos " por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC). [12]El hollín se forma durante la combustión incompleta a partir de moléculas precursoras como el acetileno. Consiste en nanopartículas aglomeradas con diámetros entre 6 y 30  nm . Las partículas de hollín se pueden mezclar con óxidos metálicos y con minerales y se pueden recubrir con ácido sulfúrico. [1] [13]

Mecanismo de formación de hollín [ editar ]

Muchos detalles de la química de formación de hollín siguen sin respuesta y son controvertidos, pero ha habido algunos acuerdos: [1]

  • El hollín comienza con algunos precursores o componentes básicos.
  • La nucleación de moléculas pesadas se produce para formar partículas.
  • El crecimiento superficial de una partícula se produce por adsorción de moléculas en fase gaseosa.
  • La coagulación ocurre a través de colisiones de partículas reactivas.
  • La oxidación de las moléculas y las partículas de hollín reduce la formación de hollín.

Peligros [ editar ]

La mancha negra en el vagón motorizado de este tren de alta velocidad Midland Mainline InterCity 125 es el resultado de la acumulación de hollín en la superficie del tren.

El hollín, en particular la contaminación de escape de diesel , representa más de una cuarta parte de la contaminación peligrosa total en el aire. [3] [14]

Entre estos componentes de emisión de diesel , el material particulado ha sido una seria preocupación para la salud humana debido a su impacto directo y amplio en los órganos respiratorios. En épocas anteriores, los profesionales de la salud asociaron PM 10 (diámetro <10  μm ) con enfermedad pulmonar crónica, cáncer de pulmón , influenza , asma y aumento de la tasa de mortalidad . Sin embargo, estudios científicos recientes sugieren que estas correlaciones están más estrechamente relacionadas con partículas finas (PM2.5) y partículas ultrafinas (PM0.1). [1]

La exposición prolongada a la contaminación del aire urbano que contiene hollín aumenta el riesgo de enfermedad de las arterias coronarias . [15]

El gas de escape diésel (DE) es uno de los principales contribuyentes a la contaminación del aire por materia particulada derivada de la combustión . [3] En estudios experimentales en humanos utilizando una configuración de cámara de exposición, la DE se ha relacionado con una disfunción vascular aguda y una mayor formación de trombos . [16] [17] Esto sirve como un vínculo mecanicista plausible entre la asociación descrita anteriormente entre la contaminación del aire por materia particulada y una mayor morbilidad y mortalidad cardiovascular. [ cita requerida ]

El hollín también tiende a formarse en las chimeneas de las casas domésticas que poseen una o más chimeneas . Si un depósito grande se acumula en uno, puede encenderse y crear un incendio en la chimenea . La limpieza regular con un deshollinador debería eliminar el problema. [18]

Modelado de hollín [ editar ]

El mecanismo del hollín es difícil de modelar matemáticamente debido a la gran cantidad de componentes primarios del combustible diesel , los complejos mecanismos de combustión y las interacciones heterogéneas durante la formación del hollín. [1] Los modelos de hollín se clasifican ampliamente en tres subgrupos: empíricos (ecuaciones que se ajustan para coincidir con los perfiles de hollín experimentales), semi-empíricos (ecuaciones matemáticas combinadas y algunos modelos empíricos que se utilizan para la densidad del número de partículas y el volumen de hollín y la fracción de masa), y los mecanismos teóricos detallados (cubre la cinética química detallada y los modelos físicos en todas las fases) suelen estar disponibles en la literatura para los modelos de hollín. [1]

Los modelos empíricos utilizan correlaciones de datos experimentales para predecir tendencias en la producción de hollín. Los modelos empíricos son fáciles de implementar y proporcionan excelentes correlaciones para un conjunto dado de condiciones operativas. Sin embargo, los modelos empíricos no se pueden utilizar para investigar los mecanismos subyacentes de la producción de hollín. Por lo tanto, estos modelos no son lo suficientemente flexibles para manejar cambios en las condiciones de operación. Solo son útiles para probar experimentos diseñados previamente establecidos en condiciones específicas. [1]

En segundo lugar, los modelos semi-empíricos resuelven ecuaciones de tasas que se calibran utilizando datos experimentales. Los modelos semi-empíricos reducen los costos computacionales principalmente al simplificar la química en la formación y oxidación del hollín. Los modelos semi-empíricos reducen el tamaño de los mecanismos químicos y utilizan moléculas más simples, como el acetileno, como precursores. [1] Los modelos teóricos detallados utilizan amplios mecanismos químicos que contienen cientos de reacciones químicas para predecir las concentraciones de hollín. Los modelos teóricos detallados de hollín contienen todos los componentes presentes en la formación de hollín con un alto nivel de procesos químicos y físicos detallados. [1]

Estos modelos completos (modelos detallados) generalmente requieren una gran carga financiera para la programación y el funcionamiento, y mucho tiempo de cálculo para producir una solución convergente. Por otro lado, los modelos empíricos y semi-empíricos ignoran algunos de los detalles para simplificar el modelo complejo y reducir el costo y el tiempo computacionales. Gracias a los recientes avances tecnológicos en computación, es más factible utilizar modelos teóricos detallados y obtener resultados más realistas. Sin embargo, un mayor avance de los modelos teóricos integrales debe ir precedido de mecanismos de formación más detallados y precisos. [1]

Por otro lado, los modelos que se basan en una descripción fenomenológica han encontrado un amplio uso recientemente. Los modelos fenomenológicos de hollín, que pueden clasificarse como modelos semi-empíricos, correlacionan los fenómenos observados empíricamente de una manera que es consistente con la teoría fundamental, pero no se deriva directamente de la teoría. Modelos fenomenológicosutilizar submodelos desarrollados para describir los diferentes procesos (o fenómenos) observados durante el proceso de combustión. Estos submodelos se pueden desarrollar empíricamente a partir de la observación o mediante el uso de relaciones físicas y químicas básicas. Las ventajas de los modelos fenomenológicos son que son bastante fiables y, sin embargo, no tan complicados. Por lo tanto, son útiles, especialmente cuando la precisión de los parámetros del modelo es baja. Por ejemplo, los modelos fenomenológicos pueden predecir la formación de hollín incluso cuando se cambian varias condiciones de funcionamiento en un sistema y no se puede garantizar la precisión. Se pueden enumerar ejemplos de submodelos de modelos empíricos fonológicos como modelo de pulverización, modelo de despegue, modelo de liberación de calor, modelo de retardo de encendido, etc. [1]

Ver también [ editar ]

  • Carbón activado
  • Materia particulada atmosférica
  • Bistre
  • Carbono negro
  • Negro carbón
  • Colorante
  • Creosota
  • Materia particulada diesel
  • Fullereno
  • Tinta india
  • Carbón rodante
  • Soplador de hollín

Referencias [ editar ]

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m n Omidvarborna; et al. (2015). "Estudios recientes sobre modelado de hollín para combustión diesel". Revisiones de energías renovables y sostenibles . 48 : 635–647. doi : 10.1016 / j.rser.2015.04.019 .
  2. ^
    • Bond, TC; Doherty, SJ; Fahey, DW; Forster, PM; Berntsen, T .; Deangelo, BJ; Flanner, MG; Ghan, S .; Kärcher, B .; Koch, D .; Kinne, S .; Kondo, Y .; Quinn, PK; Sarofim, MC; Schultz, MG; Schulz, M .; Venkataraman, C .; Zhang, H .; Zhang, S .; Bellouin, N .; Guttikunda, SK; Hopke, PK; Jacobson, MZ; Kaiser, JW; Klimont, Z .; Lohmann, U .; Schwarz, JP; Shindell, D .; Storelvmo, T .; Warren, SG (2013). "Limitando el papel del carbono negro en el sistema climático: una evaluación científica" (PDF) . Revista de Investigación Geofísica: Atmósferas . 118 (11): 5380. Código Bibliográfico : 2013JGRD..118.5380B . doi : 10.1002 / jgrd.50171 .
    • Juliet Eilperin (26 de noviembre de 2013). "El carbono negro se ubica como la segunda causa humana más importante del calentamiento global" . The Washington Post . Consultado el 4 de diciembre de 2013 .
  3. ^ a b c Omidvarborna; et al. (2014). "Caracterización del material particulado emitido por autobuses de tránsito alimentados con B20 en modo inactivo". Revista de Ingeniería Química Ambiental . 2 (4): 2335–2342. doi : 10.1016 / j.jece.2014.09.020 .
  4. ^ Seinfeld, John H .; Pandis, Spyros N. (2006). Química y física atmosférica: de la contaminación del aire al cambio climático (2ª ed.). John Wiley e hijos. ISBN 0-471-72018-6.
  5. ^ Bagi S, Kamp CJ, Sharma V, Aswath PB (agosto de 2020). "Caracterización multiescala de hollín de escape y cárter extraído de motor diesel de servicio pesado e implicaciones para la ceniza del DPF". Combustible . 282 : 118878. doi : 10.1016 / j.fuel.2020.118878 .
  6. ^ Bagi S, Sharma V, Patel M, Aswath PB (septiembre de 2016). "Efectos de la composición del hollín diesel y el kilometraje acumulado del vehículo sobre las características de oxidación del hollín". Energía y combustibles ACS . 30 : 8479–8490. doi : 10.1021 / acs.energyfuels.6b01304 .
  7. ^ Graham, SC; Homer, JB; Rosenfeld, JLJ (1975). "La formación y coagulación de aerosoles de hollín generados en la pirólisis de hidrocarburos aromáticos". Proc. Roy. Soc. Lond. Una . 344 : 259-285. doi : 10.1098 / rspa.1975.0101 . JSTOR 78961 . S2CID 96742040 .  
  8. ^ Flagan, RC; Seinfeld, JH (1988). Fundamentos de la ingeniería de la contaminación atmosférica . Englewood Cliffs, Nueva Jersey: Prentice-Hall. ISBN 0-13-332537-7.
  9. ^ Charlson, RJ; Heintzenberg, J., eds. (1995). Forzamiento de aerosoles del clima . Nueva York, NY: John Wiley & Sons. págs. 91-108. ISBN 0-471-95693-7.
  10. ^ Rundel, Ruthann, "Hidrocarburos aromáticos policíclicos, ftalatos y fenoles", en Manual de calidad del aire interior, John Spengleer, Jonathan M. Samet, John F. McCarthy (eds), págs. 34.1-34.2, 2001
  11. ^ Rundel, Ruthann, "Hidrocarburos aromáticos policíclicos, ftalatos y fenoles", en Manual de calidad del aire interior, John Spengleer, Jonathan M. Samet, John F. McCarthy (eds), págs. 34.18-34.21, 2001
  12. ^ "Hollín (Resumen y evaluación de la IARC, volumen 35, 1985)" . Inchem.org. 1998-04-20 . Consultado el 4 de diciembre de 2013 .
  13. ^ Niessner, R. (2014). "Las muchas caras del hollín: caracterización de nanopartículas de hollín producidas por motores". Angew. Chem. En t. Ed . 53 (46): 12366–12379. doi : 10.1002 / anie.201402812 . PMID 25196472 . 
  14. ^ "Problemas de salud asociados con el ralentí excesivo" . Nctcog.org . Consultado el 4 de diciembre de 2013 .
  15. ^ "Exposición a largo plazo a la contaminación del aire y la incidencia de eventos cardiovasculares en las mujeres" Kristin A. Miller, David S. Siscovick, Lianne Sheppard , Kristen Shepherd, Jeffrey H. Sullivan, Garnet L. Anderson y Joel D. Kaufman, en New England Journal of Medicine 1 de febrero de 2007
  16. ^ Suerte, Andrew J .; et al. (2008). "La inhalación de gases de escape diesel aumenta la formación de trombos en el hombre" . European Heart Journal . 29 (24): 3043–3051. doi : 10.1093 / eurheartj / ehn464 . PMID 18952612 . 
  17. ^ Törnqvist, Håkan; et al. (2007). "Disfunción endotelial persistente en humanos después de la inhalación de gases de escape diesel". Revista estadounidense de medicina respiratoria y de cuidados intensivos . 176 (4): 395–400. doi : 10.1164 / rccm.200606-872OC . PMID 17446340 . 
  18. ^ "Gr8fires" . gr8fires.co.uk . 2015-02-22.

Enlaces externos [ editar ]

  • "Negros"  . Enciclopedia Americana . 1920.