≤ 10 µm
PM10 — diámetro aerodinámico
Recursos · Fundamentos de emisiones
¿Qué es el material particulado? PM10, PM2,5, unidades y medición
El material particulado (MP) es el conjunto de partículas sólidas y líquidas suspendidas en un gas — en una chimenea industrial, la ceniza, el hollín y los inquemados que arrastra el gas de combustión. Se clasifica por tamaño aerodinámico: PM10 son partículas de hasta 10 µm y PM2,5 de hasta 2,5 µm. En chimenea se mide en mg/Nm³, siempre corregido a un O₂ de referencia declarado.
≤ 2,5 µm
PM2,5 — diámetro aerodinámico
mg/Nm³ @ O₂ de referencia, seco
Unidad de emisión en chimenea
40 mg/Nm³ @ 9 % O₂ = 50 mg/Nm³ @ 6 % O₂
Ejemplo de corrección de O₂
01 — Definición
Qué es el material particulado, y por qué el tamaño lo es todo
MP, PM10 y PM2,5: la misma chimenea, tres cantidades distintas.
El material particulado es todo lo que un gas lleva en suspensión y no es gas: ceniza mineral, hollín, carbón sin quemar, gotas de condensado. En una caldera bagacera, por ejemplo, el gas de combustión sale del hogar con una carga cruda del orden de 6.000 mg/Nm³ a 6 % O₂ seco, dominada por fibra parcialmente quemada; en un horno de cemento, con 30–80 g/Nm³ de harina cruda fina. Lo que define el comportamiento de cada partícula — hasta dónde viaja en la atmósfera, hasta dónde penetra en el pulmón, y qué colector puede capturarla — no es su composición sino su diámetro aerodinámico: el diámetro de la esfera de densidad unitaria que se comporta igual en el aire.
| Fracción | Diámetro aerodinámico | Comportamiento | Hasta dónde penetra |
|---|---|---|---|
| Partículas gruesas / MP total | > 10 µm | Sedimentan cerca de la fuente; fáciles de capturar por inercia | Nariz y garganta |
| PM10 (fracción torácica) | ≤ 10 µm | Permanecen horas en suspensión; requieren colección eficiente | Vías respiratorias superiores y bronquios |
| PM2,5 (fracción fina) | ≤ 2,5 µm | Permanecen días; viajan cientos de kilómetros; las más difíciles de capturar | Alvéolos; paso parcial a la sangre |
Las tres fracciones están anidadas: PM2,5 es parte de PM10, y PM10 es parte del MP total. Para el diseño de un colector la distribución completa importa más que cualquier fracción única — la base de diseño de Arrow para bagazo usa un d₅₀ de 21 µm en la entrada del precipitador, es decir, la mitad de la masa por debajo de 21 µm — porque la eficiencia de todo colector cae justamente en el rango de 0,1–1 µm donde ni la inercia ni la difusión trabajan bien.
02 — Medición
Cómo se mide el material particulado en chimenea
Un método de referencia gravimétrico, y dos vigilantes continuos calibrados contra él.
¿Cómo se mide el material particulado en una fuente fija?
Con muestreo isocinético como método de referencia (EPA Método 5 / ISO 9096): una sonda extrae gas de la chimenea a exactamente la misma velocidad a la que el gas fluye, el polvo se captura en un filtro pesado antes y después, y la concentración es masa capturada entre volumen muestreado, en mg/Nm³. La vigilancia continua se hace con monitores de opacidad o CEMS, calibrados contra el isocinético.
La palabra isocinético carga el sentido del método: si la sonda aspira más rápido que el gas, las partículas gruesas — con más inercia — no alcanzan a entrar y la medición subestima; si aspira más despacio, entran de más y sobreestima. El error crece justo con las partículas que dominan la masa. Una medición isocinética completa recorre la sección de la chimenea en una malla de puntos, porque el perfil de polvo no es uniforme tras un codo o un ventilador.
| Método | Qué mide | Resultado | Uso típico |
|---|---|---|---|
| Muestreo isocinético (EPA M5 / ISO 9096) | Masa de polvo capturada en filtro, por volumen de gas | mg/Nm³ @ O₂ declarado | Método de referencia: pruebas de permiso y de desempeño |
| Monitor de opacidad (transmisometría) | Atenuación de un haz de luz a través del gas | % de opacidad | Vigilancia de tendencia; alarma de deterioro del colector |
| CEMS de partículas | Dispersión de luz o carga triboeléctrica, en continuo | mg/Nm³ (tras calibración contra isocinético) | Reporte continuo a la autoridad donde el permiso lo exige |
La jerarquía importa contractualmente: una prueba de desempeño de un colector se acepta sobre el método de referencia, no sobre el CEMS; y un CEMS es tan bueno como su última calibración. Las pruebas de desempeño de Arrow se ejecutan según EPA Método 5 / ISO 9096 sobre una base de O₂ declarada.
03 — Unidades y corrección de O₂
mg/Nm³ y la corrección a oxígeno de referencia, con ejemplo
La aritmética que impide comparar peras con manzanas — o cumplir por dilución.
La unidad de emisión en fuentes fijas es el miligramo por normal metro cúbico: mg/Nm³, con el volumen llevado a condiciones normales (0 °C, 101,325 kPa) y normalmente en base seca. Pero la concentración sola es manipulable: basta con dejar entrar aire — por una compuerta, por infiltración en la carcasa — para que el mismo flujo de polvo se reparta en más gas y la cifra baje sin que se haya capturado nada. La corrección a un O₂ de referencia cierra esa puerta normalizando toda medición al mismo nivel de dilución:
Ccorregida = Cmedida × (21 − O₂referencia) ÷ (21 − O₂medida)
¿Cómo se corrige una medición de polvo a O₂ de referencia?
Ejemplo trabajado: se midieron 40 mg/Nm³ con 9 % de O₂ en el gas, y el permiso exige reporte a 6 % de O₂. Factor: (21 − 6) ÷ (21 − 9) = 15 ÷ 12 = 1,25. Resultado: 40 × 1,25 = 50 mg/Nm³ a 6 % O₂ seco. La corrección subió la cifra 25 % — exactamente la dilución que el aire extra había disimulado.
La consecuencia práctica: una concentración sin su O₂ de referencia no es un dato, y dos cifras a bases distintas no se pueden comparar sin convertir. Es la razón por la que cada número de emisión en este sitio — de la base de diseño de 24 mg/Nm³ a 6 % O₂ seco a los registros de referencias de proyectos — lleva su base escrita al lado, y por la que la página de contacto pide el O₂ de referencia junto con toda emisión actual y todo límite.
04 — Salud y ambiente
Por qué el material particulado está regulado
Dos párrafos sin dramatismo: el mecanismo respiratorio y el atmosférico.
El riesgo sanitario del material particulado escala inversamente con el tamaño. Las partículas gruesas quedan retenidas en nariz y garganta; PM10 alcanza bronquios y agrava cuadros respiratorios existentes; PM2,5 llega a los alvéolos, donde el intercambio de gases no tiene defensas mecánicas, y una fracción pasa a la circulación. La exposición prolongada a PM2,5 está asociada en la literatura epidemiológica con enfermedad respiratoria y cardiovascular, y es la razón por la que los marcos de calidad del aire — la Resolución 2254 de 2017 en Colombia entre ellos — fijan sus objetivos sobre las fracciones finas, no sobre el polvo total.
El efecto ambiental sigue la misma física. La fracción gruesa sedimenta cerca de la fuente — polvo depositado sobre cultivos, techos y comunidades vecinas, el conflicto clásico entre un ingenio y su entorno inmediato. La fracción fina permanece días en suspensión, viaja con el viento cientos de kilómetros, y reduce visibilidad; para la planta, la columna visible en la chimenea es además la forma más pública de incumplimiento — un vecino ve opacidad mucho antes de que la autoridad lea un informe de CEMS.
05 — Reducción
Cómo se reduce: el tren de colección
Cada fracción recibe el colector que su física permite.
La reducción del material particulado en fuentes fijas es un problema de fuerzas sobre partículas. La fracción gruesa tiene inercia: un ciclón o un multiciclón la lanza contra la pared, y el Electrocyclone — separación ciclónica con refuerzo electrostático, 85–95 % de colección por etapa hasta 400 °C de servicio — extiende esa captura hacia el rango medio. La fracción fina no tiene inercia útil y necesita fuerzas de campo o de barrera: el precipitador electrostático carga las partículas en una corona y las migra a placas colectoras, alcanzando ≤ 10 mg/Nm³ con área suficiente; el filtro de mangas las retiene en una torta filtrante, típicamente por debajo de 10 mg/Nm³ con unos 100–150 mmca de caída de presión.
Por eso los trenes eficaces son de dos etapas: en la base de diseño publicada para una caldera bagacera de 60 t/h, el Electrocyclone retira el 88 % de la carga gruesa — de 6.000 a 720 mg/Nm³ — y el ESP de cuatro campos lleva el fino restante a 24 mg/Nm³ a 6 % O₂ seco: 99,60 % de colección total, como cálculo ilustrativo y no como garantía. Qué configuración corresponde a cada polvo — bagazo, biomasa mixta, cemento — está desarrollado en las páginas de industrias.
FAQ
Preguntas de ingeniería, respondidas
¿Qué es el material particulado?
Es el conjunto de partículas sólidas y líquidas suspendidas en un gas: en una chimenea industrial, la ceniza volante, el hollín y el carbón sin quemar que arrastra el gas de combustión. Se clasifica por tamaño aerodinámico — PM10 hasta 10 µm, PM2,5 hasta 2,5 µm — y en fuentes fijas se reporta en mg/Nm³ con O₂ de referencia declarado.
¿Cuál es la diferencia entre PM10 y PM2,5?
El tamaño y el destino. PM10 agrupa partículas de hasta 10 µm de diámetro aerodinámico, que penetran hasta las vías respiratorias superiores; PM2,5, de hasta 2,5 µm, llega a los alvéolos y pasa en parte a la sangre. Un colector puede retener bien la masa gruesa y aun así dejar pasar la fracción fina — por eso la eficiencia se evalúa por tamaño.
¿Cómo se mide el material particulado en una chimenea?
El método de referencia es el muestreo isocinético (EPA Método 5 / ISO 9096): se extrae gas a la misma velocidad a la que fluye, se pesa el polvo capturado en el filtro y se divide entre el volumen muestreado, en mg/Nm³. Para vigilancia continua se usan monitores de opacidad y CEMS; ambos se calibran contra el isocinético.
¿Por qué se corrige la concentración a un O₂ de referencia?
Porque diluir el gas con aire baja la concentración sin retirar un solo miligramo de polvo. La corrección con el factor (21 − O₂ref) ÷ (21 − O₂medido) normaliza todas las mediciones a un mismo nivel de dilución: 40 mg/Nm³ medidos a 9 % de O₂ equivalen a 50 mg/Nm³ a 6 % de O₂ de referencia.
¿Cómo se reduce el material particulado de una chimenea industrial?
Con un tren de colección adaptado al polvo: precolector ciclónico o Electrocyclone para la fracción gruesa (85–95 % por etapa), y precipitador electrostático o filtro de mangas para la fina. En la base de diseño publicada para una caldera bagacera, el tren de dos etapas pasa de 6.000 a 24 mg/Nm³ a 6 % O₂ seco.
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Combustible, capacidad de caldera, caudal de gases, emisión actual y el límite que debe cumplir. Un ingeniero de Arrow responde con una base de evaluación técnica — no con un folleto.