Introducción.docx

INTRODUCCIÓN

En la actualidad la contaminación de la atmosfera y la destrucción de los recursos naturales han suscitado una creciente preocupación en la sociedad, esto es debido al crecimiento poblacional que requiere la mayor explotación de los recursos naturales para su desarrollo económico.

En la actualidad en nuestra ciudad, uno de las principales fuentes de emisión de contaminantes a la atmosfera es la ladrillera San jerónimo. Esta emisión de contaminantes es debido al uso de diferentes materiales como las plantas, aceites, llantas, plásticos y otros productos que sirven como combustible para la cocción de los ladrillos. Estos materiales al ser quemados realizan la combustión con el aire, donde a partir de ello se emiten contaminantes como el NOx y otros gases a la atmosfera. Además, constituyen problema en la salud de los trabajadores de esta ladrillera y en la sociedad en general de esta ciudad lo que es de suma importancia evaluar los óxidos de nitrógeno emitidos por la producción industrial y artesanal de ladrillos y proponer alternativas de solución, para reducir los daños que ocasiona al ambiente y por ende a la salud de los trabajadores de estas ladrilleras.

Este trabajo está conformado de la siguiente manera: 

El capítulo I consta del marco teórico que incluye la delimitación geográfica, situaciones actuales de la ladrillera San Jerónimo, antecedentes a cerca de las investigaciones en el sector ladrillera.



En el capítulo II se trata la metodología y método a utilizar en el presente trabajo para evaluar la emisión de NOx



El capítulo III conforma el análisis e interpretación de datos obtenidos.



Finalmente en el capítulo IV se dan las conclusiones sugerencias, con respectos a la problemática hallada.

DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA

La fabricación de ladrillos, tejas y otros productos de arcilla cocidos de forma artesanal, se ha convertido en un problema ambientales en muchas ciudades de nuestro país, éste es el caso de las ladrilleras artesanales ubicadas en el distrito de San Jerónimo, Provincia y Departamento del Cusco , debido al tipo de combustibles que se utilizan para la cocción de esos productos (leña, llantas, madera, plásticos o textiles, entre otros) al ser quemados, emiten una gran cantidad de gases a la atmósfera, como monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, bióxido de azufre y partículas totales. Por ello es prioritario atender el problema de las fuentes emisoras de estos gases y, a la vez, mejorar las condiciones de fabricación de los fabricantes, ya que de esta actividad dependen numerosas familias. La gran mayoría de ladrilleras en el distrito presentan un alto grado de informalidad y utilizan técnicas artesanales para la fabricación de sus productos. La planta de fabricación está representada básicamente por el horno y un espacio de terreno como patio de labranza. Las ladrilleras artesanales emplean hornos fijos de fuego directo, techo abierto y tiro ascendente para la cocción también denominada quemado o simplemente quema de ladrillos. Los combustibles con mayor demanda para su uso en ladrilleras eran el aserrín, ramas de eucalipto, cascaras de café (en temporada de cosecha), llantas de vehículos y jebes. Las ramas y hojas frescas de eucalipto o Lena son utilizadas en las etapas de encendido y cocción de los ladrillos, poseen un poder calorífico medio y su grado de contaminación a la atmosfera es elevado. Su uso no controlado ocasiona deforestación de bosques, erosión de suelos y la disminución de lluvias.

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

La combustión de los materiales que forma parte de la producción artesanal de ladrillos en el distrito de San Jerónimo, debido a su deficiente manejo, infraestructura y tecnología, emite contaminantes gaseosos como los NOx, así como óxidos de azufre (SOx), compuestos orgánicos volátiles (COV), hidrocarburos aromáticos poli nucleares, dioxinas, furanos, benceno, bifenilos poli clorados y metales pesados como As, Cd, Ni, Zn, Hg, Cr, V, etc. Estos elementos y compuestos provocan irritación a la piel, ojos y membranas mucosas, trastornos en las vías respiratorias, en el sistema nervioso central, depresión y eventualmente cáncer; contaminantes desfavorables para la salud de la población aledaña y trabajadores de las Ladrilleras artesanales del Distrito de San Jerónimo; y a su vez también afectan a la composición química de la atmosfera contribuyendo con el deterioro del medio ambiente.

JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN El sector de los ladrilleros artesanales en el Distrito de San Jerónimo presenta una serie de problemas con respecto al tema ambiental, entre los cuales se puede mencionar como principales: la baja eficiencia en los hornos empleados y el uso de combustibles inadecuados. Actualmente la contaminación Atmosférica es uno de los problemas más graves con respecto al entorno ambiental y de salud pública del distrito de San Jerónimo. Por esto, es de primordial interés crear en las personas conocimiento y conciencia para la solución de dicho problema por la contaminación en la producción de ladrillos. Los diferentes tipos de contaminaciones han causado millones de muertes de personas en especial niños, es por ello que algunas organizaciones han prestado el debido interés en esta problemática, como es el PRAE (Programa Regional de Aire Limpio), quien se centró a nivel local para apoyar las acciones de reducción de los efectos negativos que produce la contaminación atmosférica en la salud de la población, especialmente en los departamentos de Arequipa y Cusco; también se tiene al organismo fiscalizador, a la OEFA (Organismo de Fiscalización ambiental) la cual está encargada de planificar, dirigir, coordinar y ejecutar actividades de vigilancia y monitoreo de la calidad ambiental, que permite la identificación de calidad del Ambiente. Según datos de la Dirección general de Salud Cusco entre las 10 primeras causas de mortalidad por contaminación Atmosférica son las enfermedades al Sistema Respiratorio, Enfermedades Diarreicas Agudas y las enfermedades degenerativas como Cancer. El presente estudio servirá de base para el planteamiento de futuras intervenciones en este sector, buscando integrar la reducción de las emisiones de contaminantes atmosféricos en una intervención integral, que implica el apoyo en la mejora tecnológica de los procesos, la incorporación del componente social de manera trasversal, la mejora en la organización y gestión de la producción y el involucramiento de los diferentes grupos de interés e instituciones según sus competencias.

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN A. OBJETIVO GENERAL Determinar la Emisión de NOx de la combustión en la fábrica de ladrillos Artesanales del distrito de San Jerónimo. B. OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Evaluar la cantidad de los (NOx) que se emiten en las ladrilleras artesanales, mediante el Método de” Determinación de Oxidantes Totales en aire.”  Establecer mediante relaciones estequiometrias la proporción (NOx) presentes en la ladrillera.

FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS La emisión de NOx por las ladrilleras Artesanales del distrito de San Jerónimo representa una gran fuente de contaminantes atmosféricos.

DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN Delimitación Temporal La investigación se realiza en el año dos mil dieciséis, durante el mes de octubre y noviembre. Delimitación Espacial País: Perú Departamento: Cusco Provincia: Cusco Distrito: San Jerónimo Altitud: 3284 msnm (altitud relativa)

CAPITULO I 1. ANTECEDENTES

PROPIETARIO

DEL

PROGRAMA REGIONAL AIRE LIMPIO

PROYECTO TÍTULO

DEL EXPERIENCIAS EN LA CIUDAD DEL CUSCO Y AREQUIPA

PROYECTO LUGAR

DEL PERU - CUSCO Y AREQUIPA

PROYECTO FECHA

febrero 2008

OBJETIVO

El objetivo principal de la intervención es reducir la contaminación atmosférica generada por las ladrilleras artesanales instaladas en zonas periurbanas  Realizar un diagnóstico de la actividad de la fabricación en

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Arequipa y Cusco, identificando el impacto ambiental generado y las oportunidades de mejora.  Elaborar una guía de buenas prácticas y una cartilla grafica de alcance nacional que pueda ser utiliza por los empresarios de ladrilleras artesanales como ayuda en la identificación de medidas concretas y de sentido común para minimizar los costos de producción, aumentar la productividad y mejorar la gestión comercial, empleando procesos productivos de bajo impacto ambiental.

DESCRIPCIÓN

DEL En el Perú, los ladrillos y tejas generalmente son fabricados por

PROYECTO

pequeñas empresas informales y trabajadores agrícolas migrantes que se inician en la actividad, ayudando a otros pequeños empresarios. La mayoría de los productores de ladrillos tienen conocimientos limitados de gestión de negocios, sus condiciones de trabajo son precarias y viven en condiciones de extrema pobreza. Estos factores influyen en el uso de combustibles baratos pero muy contaminantes y de tecnologías de baja eficiencia. Los hornos artesanales emiten grandes cantidades de humos y gases que contaminan el ambiente inmediato de las ladrilleras, así como de los centros poblados o ciudades de los alrededores. Esta situación es similar en otras partes del país, la región y el mundo.

METODOLOGÍA

PROPIETARIO PROYECTO

Descriptivo

DEL

KARLA MAGALY VIVANCO SANCHEZ

TÍTULO

DEL

CONTAMINACIÒN POR LADRILLERAS EN

PROYECTO LUGAR

PAPANTLA DE OLARTE, VERACRUZ DE VERACRUZ – MEXICO

TRABAJO FECHA

Noviembre 2011

OBJETIVO Proponer alternativas para la reducción de los contaminantes producidos por los hornos ladrilleros de la comunidad del chote municipio de Papantla de Olarte, Veracruz.  Realizar la localización de hornos ladrilleros en la comunidad

OBJETIVOS ESPECIFICOS

del Chote, Papantla de Olarte, Veracruz.  Identificar cada uno de los contaminantes que se generan a través de la cocción del ladrillo.  Realizar una propuesta para contrarrestar la contaminación que se generan por la cocción del ladrillo a través de los humos generados durante la combustión.

DESCRIPCIÓN PROYECTO

DEL La industria ladrillera emplea para la manufactura de sus productos combustibles altamente contaminantes como llantas, aceites gastados, madera, aserrín, residuos industriales y material orgánico de desecho; Es por eso que los agentes contaminantes de las emisiones gaseosas de este sector productivo son casi en su totalidad los que están presentes en el combustible que se utiliza para la cocción, cuyos componentes son los siguientes: SO2, NO2, Aceites y grasas, Partículas sólidas (barro ò arcilla), H2SO4, H2S.

Metodología

Descriptivo

PROPIETARIO

DEL

DAVID GALÁN MADRUGA

PROYECTO TÍTULO

DEL IMPLICACIÓN DE LOS NOX EN LA QUÍMICA ATMOSFÉRICA

ARTÍCULO LUGAR

DE España

TRABAJO FECHA

22 de diciembre de 2006

El objetivo del presente artículo es indicar la importancia e implicación que los óxidos de nitrógeno presentan en la química de la atmósfera a OBJETIVO

nivel troposférico, indicando el papel titular que desempeñan en la formación de contaminantes secundarios perjudiciales para el ser humano, tales como ozono y ácido nítrico, diferenciando para ello entre una química diurna y una química nocturna para los óxidos de nitrógeno

Referente a la química atmosférica de los óxidos de nitrógeno, existe una clara diferenciación de ésta, según se trate de química diurna o química nocturna, es decir, en base a la presencia o no de la luz solar. En ambos casos, la química de los óxidos de nitrógeno va a dar lugar a DESCRIPCIÓN PROYECTO

DEL la formación de compuestos secundarios. La máxima diferencia, entre la química diurna y la química nocturna de los óxidos de nitrógeno radica en la formación de ozono. Durante la química diurna, el dióxido de nitrógeno sufre un proceso de reconversión a monóxido de nitrógeno, como resultado de su fotólisis, permitiendo la generación de ozono. Sin embargo, durante la química nocturna, al existir ausencia de luz solar, el dióxido de nitrógeno no sufre un proceso de fotólisis convirtiéndose lentamente en trióxido de nitrógeno, quien a su vez reacciona con dióxido de nitrógeno para generar ácido nítrico.

Metodología

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Para empezar nuestro presente trabajo abarcaremos a los fundamentos teóricos correspondiente a la atmosfera terrestre, su composición, estructura y la contaminación de la misma, siendo este último la parte que determinará nuestro posterior análisis con respecto al estudio de las emisiones de los NOx del horno artesanal con respecto al uso de combustibles en la quema de los ladrillos. 2.1.

LA ATMOSFERA

La atmosfera terrestre al ser la parte gaseosa que rodea al planeta, constituye la capa más extrema y menos densa de la tierra, está formado de varios gases que varían en cantidad de acuerdo a la presión a distintas alturas, la solución que compone la atmosfera es la que denominamos aire de forma general. La importancia y la directa relación que existe en la superficie terrestre con los acontecimientos tanto naturales como antropogénicos y la atmosfera es que, alrededor del 75% de estos últimos se encuentran en los primeros 11km de altura desde la superficie planetaria. Por tanto, la atmósfera como tal es una capa de gas que protege la vida de la tierra, absorbiendo gran parte de la radiación solar ultravioleta en la capa de ozono. 2.1.1. COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA Tras millones de años, y debido al transcurso de la vida en el planeta la composición de la atmosfera se ha transformado una y otra vez. En la atmosfera se puede distinguir dos zonas con diferentes composiciones, la homosfera y la heterosfera. La homosfera está comprendida entre los 100km inferiores y su composición es constante y uniforme, tiene un 21% de oxígeno, 78% de nitrógeno, 0.94% de dióxido de carbono y otros gases como vapor de agua, hidrogeno, helio, neón, ozono en menores proporciones. En lo que tiene que ver con la heterosfera esta va desde los 100km hasta el límite superior de la atmosfera aproximadamente unos 10000km y está compuesto por diferentes capas que varía con la altura.

2.1.2. ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA Con respecto a la estructura de la atmósfera está formado por capas que determina la variación de la temperatura en relación con la altitud, existe entonces cinco capas las cuales las describimos a continuación.  Troposfera. - Su espesor va desde la superficie terrestre hasta unos 6km en las zonas polares y hasta 18 o 20km en zonas intertropicales, su temperatura va disminuyendo con la altitud. En la troposfera sucede los fenómenos que componen lo que llamamos el tiempo meteorológico.  Estratosfera. - La estratosfera es la segunda capa de la atmósfera de la tierra, tiene este nombre debido a que está dispuesta en capas en capas más o menos horizontales, su espesor va desde los 9 a 18km hasta los 50km, la temperatura permanece constante para después aumentar con la altitud, a medida que se sube, la temperatura en la estratosfera aumenta. Este aumento de la temperatura se debe a que los rayos ultravioletas transforman al oxígeno en ozono, proceso que involucra calor pues el aire al ionizarse, se convierte en un buen conductor de la electricidad y por ende del calor.  Mesosfera. - La mesosfera es la tercera capa de la atmosfera de la tierra. Va desde los 50km hasta los 80 a 90km, la temperatura disminuye nuevamente con la altitud, es decir a medida que sube, como sucede en la troposfera, pudiendo llegar a ser de hasta -90°C. es la zona más fría de la atmósfera.  Ionosfera. -

Conocida también como termosfera es la cuarta capa de la

atmósfera de la tierra. Su espesor va desde los 80 a 90km hasta los 600 a 800km, la temperatura aumenta con la altitud. Se encuentra más arriba de la mesosfera a esta altura el aire es muy TENUE y la temperatura cambia con la actividad solar. Si el sol está activo, las temperaturas en la termosfera pueden llegar a 1500°C e incluso a más. 2.2.

CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

Se puede definir como contaminante atmosférico a cualquier sustancia que añadido a la atmósfera produce un efecto apreciable sobre las personas o el medio ambiente en general provocando daños y riegos al mismo.

Como principal mecanismo de contaminación atmosférica que conocemos están los procesos industriales que implican combustión, esto ya sea en fábricas, automóviles, en nuestros hogares debido a las calefacciones residenciales, se generan gases contaminantes como lo son el dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, hidrocarburos, entre otros. La contaminación del aire puede ser primario o secundario. Un agente contaminante primario es aquel que es liberado directamente al aire, como en el caso de los escapes producto de la combustión de los carros, quema de llantas, quema de leñas, aceites, grasas, entre otros. Un agente contaminante secundario se forma en la atmosfera mediante reacciones químicas de agentes contaminantes primarios, como ejemplo podemos mencionar el dióxido de nitrógeno, que se forma al oxido el contaminante primario y el ozono. Existen también contaminantes que provienen de fuentes naturales como por ejemplo los incendios forestales que emiten partículas, gases y sustancias que se distribuye a la atmosfera. Los volcanes arrojan dióxido de azufre y cantidades importantes de rocas de lava pulverizado conocido como ceniza volcánica. El meano se forma en el proceso de descomposición de la materia orgánica.

2.2.1. CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA POR LOS ÓXIDOS DE NITRÓGENO El nitrógeno molecular diatómico (N2) es un gas relativamente inerte que compone alrededor del 80% del aire que respiramos. Sin embargo, el elemento químico nitrógeno (N), en forma monoatómica, puede ser reactivo y poseer niveles de ionización (llamados estados de valencia) desde más uno a más cinco. Por esto el nitrógeno puede formar varios óxidos diferentes. Usando el modelo Niels Bohr del átomo, el estado de valencia se relaciona al número de electrones que están deficientes (valencia positiva) o en exceso (valencia negativa) en el ion en comparación con la molécula neutral. La familia de compuestos NOx y sus propiedades se enumeran en el siguiente cuadro. Los iones oxígeno se encuentran siempre con una valencia de menos 2. Dependiendo del número de iones de oxígeno (siempre balanceados por el estado de valencia del nitrógeno), los NOx pueden reaccionar ya sea para agotar o para incrementar las concentraciones de ozono.

El ion nitrógeno en estos óxidos en realidad efectúa una danza en la que tiene (en ocasiones diversas) varios números de iones de oxígeno como compañeros. El nitrógeno cambia su número de compañeros cuando cambia su nivel de energía de ionización, Esto sucede siempre que el NOx: (1) es golpeado con un fotón de radiación ionizadora (UV o luz de longitud de onda corta); (2) es golpeado con suficientes fotones como para transferir juntos la energía suficiente para cambiar su nivel de ionización; (3) es catalizado; (4) es estimulado suficientemente por energía termal infrarroja (IR); (5) reacciona con un radical químicamente oxidante o reductor (un fragmento ionizado de una molécula); o (6) reacciona con un ion químicamente oxidante o reductor (un átomo con una carga eléctrica desbalanceada). Cuando cualquiera de estos óxidos se disuelve en agua y se descompone, forma ácido nítrico (HNO3) o ácido nitroso (HNO2). El ácido nítrico forma sales de nitrato cuando es neutralizado. El ácido nitroso forma sales de nitrito. De esta manera, los NOx y sus derivados existen y reaccionan ya sea como gases en el aire, como ácidos en gotitas de agua, o como sales. Estos gases, gases ácidos y sales contribuyen en conjunto a los efectos de contaminación que han sido observados y atribuidos a la lluvia ácida. El óxido nitroso (N2O), el NO, y el NO2 son los óxidos de nitrógeno más abundantes en el aire. El N2O (también conocido como gas hilarante) es producido abundantemente por fuentes biogénicas tales como las plantas y levaduras. Es sólo levemente reactivo, y es un analgésico (o sea, a diferencia de un anestésico aún siente usted dolor, pero se siente tan bien que no le molesta). El N2O es una sustancia agotadora de nitrógeno que reacciona con el O3 tanto en la tropósfera (o sea, por debajo de los 10,000 pies sobre

el nivel del mar) como en la estratósfera (50,000 - 150,000 pies). El N2O tiene un largo período de vida, estimado entre 100 y 150 años. La oxidación del N2O por el O3 puede ocurrir a cualquier temperatura y genera a la vez oxígeno molecular (O2) y NO o dos moléculas de NO unidas como su dímero, el bióxido de dinitrógeno (N2O2). Después el NO o N2O2 se oxida rápidamente (en alrededor de dos horas) a NO2. El NO2 a su vez crea una molécula de ozono a partir de una molécula de oxígeno (O2) cuando es golpeado por un fotón de energía ionizadora proveniente de la luz solar. El N2O es también un "Gas de Invernadero" que, como el bióxido de carbono (CO2), absorbe la radiación infrarroja de longitud de onda larga para retener el calor que irradia la Tierra, y de esa manera contribuye al calentamiento global. Las emisiones de NOx provenientes de la combustión son principalmente en la forma de NO. De acuerdo a las ecuaciones Zeldovich, el NO es generado hasta el límite del oxígeno disponible (alrededor de 200,000 ppm) en el aire a temperaturas por encima de 1300C (2370F). A temperaturas menores de 760C (1,400F), el NO es generado a concentraciones mucho más bajas o no se genera en absoluto. El NO de combustión es generado en función de la relación aire a combustible y es más pronunciado cuando la mezcla está del lado magro en combustible de la relación estequiométrica 50 (la relación de las sustancias químicas que entran en reacción). Las ecuaciones Zeldovich son: A excepción del NO proveniente del suelo, los relámpagos, y los incendios naturales, el NO es antropogénico (o sea, generado por la actividad humana) en su mayor parte. Se cree que las fuentes biogénicas son responsables de menos del 10% de las emisiones totales de NO. El NO produce la misma interrupción en la absorción del oxígeno por la sangre que el monóxido de carbono (CO). Sin embargo, puesto que el NO es sólo ligeramente soluble en agua, no presenta amenaza real alguna excepto a infantes e individuos muy sensibles.

El NO2 se encuentra presente en la atmósfera y en la lluvia ácida. Produce ácido nítrico (HNO3) al disolverse en agua. Cuando el NO2 reacciona con un fotón para hacer que el O2 se vuelva O3, el NO2 se transforma en NO. Este NO es a su vez oxidado en cuestión de horas a NO2 por medio de radicales provenientes de la fotorreacción de COV. Por lo tanto, nuestra concentración actual de ozono es el producto de la contaminación tanto de NOx como de COV. El trióxido de dinitrógeno (N2O3) y el tetróxido de dinitrógeno (N2O4) existen en concentraciones muy bajas en el gas de chimenea. Sin embargo, existen en

concentraciones tan bajas en la atmósfera que tanto su presencia como su efecto son ignorados con frecuencia. El N2O4 es un par de moléculas de NO2 unidas (otro dímero) y reacciona como el NO2; así, la presencia de N2O4 puede ser enmascarada por el más abundante NO2.

El pentóxido de dinitrógeno (N2O5) es la forma más altamente ionizada de óxido de nitrógeno. Es generado en el aire en una concentración muy baja, a menos que sea emitido por algún proceso (tal como una instalación productora de ácido nítrico) que esté diseñada específicamente para generarlo. El N2O5 es altamente reactivo, y forma ácido nítrico (HNO3) cuando se descompone en el agua.

Algunos expertos creen que el NO2 es un buen suplente para los NOx porque el NO se convierte rápidamente en NO2, y el N2O tiene un período de vida tan largo porque no es tan altamente reactivo. Otros creen que, debido a su participación en la formación del ozono, tanto el NO como el NO2 deben ser considerados NOx. Aún otros creen que todos los óxidos de nitrógeno (incluyendo el N2O) necesitan ser reglamentados. El NO y el NO2 son ciertamente las formas más abundantes de NOx y provienen en su mayor parte (pero no exclusivamente) de fuentes antropogénicas. El N2O es biogénico en su mayor parte, y como tal no está sujeto a regulación. Para propósitos ambientales, el uso de la concentración de NO2 como un suplente de la concentración de NOx ha parecido ser suficiente, debido a que es el precursor para el ozono.

2.2.1.1.

QUÍMICA DE LOS ÓXIDOS DE NITRÓGENO DURANTE EL DÍA

La fuente dominante de los óxidos de nitrógeno en el aire son los procesos de combustión, en su mayor forma como monóxido de nitrógeno (NO). Éste es oxidado a dióxido de nitrógeno, según la reacción:

2NO + O2

2NO2

(1)

La tasa de esta reacción es fuertemente dependiente de la concentración de NO, de tal modo que, para valores altos de NO, situados principalmente en focos de emisión, la conversión a NO2 es rápida, pero si los niveles de NO son bajos la tasa de reacción disminuye notablemente.

Bajo condiciones troposféricas, la reacción (1) no es significativa, constituyendo la reacción entre NO y ozono (O3) la vía principal de producción de NO2. NO + O3

NO2 + O2

(2)

Durante las horas de luz diurnas, el NO 2 sufre un proceso de reconversión a NO, como resultado del fotólisis, permitiéndose en igual manera la generación de O3

donde: O* oxígeno atómico M corresponde con una tercera molécula (nitrógeno molecular, N2, oxígeno molecular, O2) Las concentraciones necesarias de dióxido de nitrógeno para la producción de ozono, son 0,02 PPB- 0,03 PPB DE NO2 Una pequeña fracción del NO generado según la reacción (3), puede reaccionar con el radical hidroperoxido (HO2) u otro radical peróxido regenerando NO2. Bower y col, observaron que en episodios de smog de NO2, con bajos niveles de ozono (< 30 ppb), el NO2 es generado de la siguiente manera:

NO + NO + O2

2NO2 (5)

El compendio de reacciones, anteriormente descrito, constituye el llamado “ciclo de los óxidos de nitrógeno”, dando lugar a un incremento en la concentración ambiental de ozono.

La reacción de los óxidos de nitrógeno con radicales HOx (OH y HO2) permite la generación de ácido nítrico (HNO3), ácido peroxinítrico (HO2NO2) y ácido nitroso (HONO). La reacción de OH con NO2 para formar HNO3 y es particularmente importante durante el día porque desempeña un papel importante en el control de los niveles de óxidos de nitrógeno.

OH + NO2

HNO3

(6)

HO2 +

NO2

HO2 NO2

(7)

OH

NO

HONO

(8)

+

El ácido nitroso puede ser generado también según las siguientes reacciones:

A su vez, el ácido nitroso (HONO) actúa como reservorio temporal para NOx, puesto que es rápidamente fotolizado, por radiación próxima al ultravioleta.

La reacción entre el NO y el radial orgánico piróxilo (RO2) permite la formación de nitratos orgánicos.

De igual manera, la formación de nitratos orgánicos puede llevarse a cabo mediante la reacción de NO2 con el radical orgánico peroxilo.

2.2.1.2.

QUÍMICA DE LOS ÓXIDOS DE NITRÓGENO DURANTE LA NOCHE

Aunque la mayoría de los procesos oxidativos son iniciados por la presencia de la luz solar, existen procesos oxidativos significativamente potenciales que pueden ocurrir durante la noche. Estos procesos no pueden generar O3, pero generan otra serie de contaminantes secundarios, incluido H2 O2. A través del ciclo diurno, el NO2 es lentamente convertido a NO3, por reacción con el O3.

Sin embargo, durante el ciclo diurno, el NO3 es fotolizado rápidamente, en pocos segundos, permitiendo la regeneración de O2 y O3.

Por tanto, la importancia de NO3, en el ciclo diurno, se encuentra severamente limitada, puesto que a longitudes de onda inferior a 640 nm se fotodisocia, de ahí que su concentración durante el día no sea significativa. Sin embargo, la química nocturna de NO3 y NOx difieren de la química diurna. Referente a la química atmosférica de los óxidos de nitrógeno, existe una clara diferenciación de ésta, según se trate de química diurna o química nocturna, es decir, en base a la presencia o no de la luz solar. En ambos casos, la química de los óxidos de nitrógeno va a dar lugar a la formación de compuestos secundarios. La máxima diferencia, entre la química diurna y la química nocturna de los óxidos de nitrógeno radica en la formación de ozono. Durante la química diurna, el dióxido de nitrógeno sufre un proceso de reconversión a monóxido de nitrógeno, como resultado de su fotólisis, permitiendo la generación de ozono. Sin embargo, durante la química nocturna, al existir ausencia de luz solar, el dióxido de nitrógeno no sufre un proceso de fotólisis convirtiéndose lentamente en trióxido de nitrógeno, quien a su vez reacciona con dióxido de nitrógeno para generar ácido nítrico. 2.3.

LADRILLERA ARTESANAL EN EL DISTRITO DE SAN JERÓNIMO

2.3.1. Ubicación Geografía

El distrito de San Jerónimo se ubica en la provincia y Región Cusco. Geográficamente está ubicado en el borde Oeste de la cordillera Oriental de los Andes, hacia el sector sur este. Se ubica a 11 Km. de la capital de la provincia de Cusco.  Delimitación Política

El Distrito de San Jerónimo forma parte de la provincia de Cusco, Región Cusco teniendo como limites las siguientes jurisdicciones:

Por el Norte: Con los distritos de San Salvador y Taray de la provincia de calca (cerros Picol y Nañuhuayco)

Por el Sur: Con el distrito de Yaurisque de la provincia de Paruro (cerro de Occoruro)

Por el Este: Con el distrito de Saylla (Lircay y Ex Hacienda Angostura)

Por el Oeste: Con el distrito de San Sebastián

De acuerdo a datos del INEI-1991 el Distrito de San Jerónimo tiene una superficie de 93.58Km2. Representando el17.23% del total de la extensión territorial de la Provincia Del Cusco.

Las ladrilleras se concentran en el este de la ciudad debido a la presencia de abundantes canteras

de

arcilla

utilizada

como

materia

prima

principal.

El sector ladrillero está conformado por unos 200 productores, siendo la gran mayoría artesanales,

con

niveles

de

asociatividad

muy

incipientes.

El sector genera unos 800 puestos de trabajo (entre permanentes y eventuales).

2.3.2. SITUACIONES LABORALES

En la actividad de fabricación de ladrillos, podríamos considerar que la principal diferencia entre el sector artesanal con el sector industrial es la utilización del horno industrial el cual cuenta con los estudios y diseños debidos para su implementación y funcionamiento. Para el proceso de quema utilizan hornos elaborados a base de ladrillos y barro. La herramienta que se utiliza en el sector artesanal son generalmente de fabricación casera como son los moldes de madera, aunque existen ciertos talleres que cuentan ya con extrusoras básicas de tecnología muy limitada para el moldeado de sus productos, pero siguen siendo artesanales. Las herramientas empleadas en estos talleres son

básicamente las mismas que se utiliza en el sector agrícola para labrar la tierra y en el sector de la construcción, así teneos:  Palas  Picos  Carretillas  Machete  Cubetas y baldes  Moldes de madera  Barreta  Algunas maquinarias en la extracción de tierra

La fábrica artesanal de ladrillos, por lo general está formado por talleres de tipo familiar, que mantienen la misma infraestructura usada desde los inicios de esta actividad en la zona, pudiéndose detectar principalmente los siguientes elementos:  Extracción de tierras, está localizada a escasos metros del área misma de trabajo, que por lo general está dentro de los predios de la propiedad de la familia dueña del taller, cuando se utilizan mezclas de arcillas y no se encuentran en la propiedad, se procede a comprar la arcilla mediante el comercio local y se la deposita cerca del área de trabajo para reducir dificultades de distancias y el tiempo en el transporte, optimizando los mismos.  Poso para la preparación, trituración y homogenización de las tierras, con dimensiones aproximada de 3 a 5 metros de diámetro.  Áreas de formación y secado de las piezas, que se caracteriza por ser una zona cubierta, sin paredes y con una estructura de pilares de madera con techos de plástico, calamina o teja.

2.4.

LOS NOx EMITIDOS POR LA COMBUSTIÓN EN LA FÁBRICA DE LOS

LADRILLOS

2.4.1. EL DIÓXIDO DE NITRÓGENO El dióxido de nitrógeno, es un compuesto químico de color marrón o amarillo, gaseoso, tóxico y asfixiante que se forma como subproducto en la combustión a altas temperaturas, se forma en la atmosfera por la contaminación directa del monóxido de nitrógeno generado en la combustión de la materia con componentes nitrogenados. Es un agente sumamente oxidante, se considera un contaminante del medio ambiente porque es uno de los principales precursores del smog fotoquímico y es considerado unos de los responsables de la lluvia ácida, ya que al disolverse en agua se produce ácido nítrico. En la siguiente tabla se muestran las propiedades físicas y químicas del dióxido de nitrógeno.

2.4.1.1.

EFECTOS ORIGINADOS AL MEDIO AMBIENTE

Es un gas tóxico y precursor de la formación de partículas de nitrato, estas llevan a la producción de ácido a elevados niveles de PM 2.5 en el ambiente, muchos de los efectos ambientales que se atribuyen al NO2 se deben en realidad a los productos de diversas reacciones asociadas. En presencia de luz solar el dióxido de nitrógeno se disocia en óxido de nitrógeno y oxígeno, donde el oxígeno atómico(O) reacciona con el oxígeno molecular en el ambiente para producir (O3), el cual es un contaminante altamente oxidante de efectos conocidos. Por otra parte, el NO2 reacciona con el radical OH para producir partículas de ácido nítrico (HNO3) las cuales se dispersan en el ambiente en forma de lluvia, llovizna, niebla, nieve y rocío, dando origen a un proceso de acidificación de la tierra y cuerpos de agua. Las variaciones o cambios permanentes en las propiedades de estos elementos, deriva finalmente en la pérdida de hábitat de especies primarias y consecuentemente en catástrofes ecológicas con daños irreversibles.

2.4.1.2.

EFECTOS OCASIONADOS A LA SALUD

Es tóxico, irritante precursor de la formación de nitrato, afecta principalmente las vías respiratorias, causando irritación, el dióxido de nitrógeno puede irritar los pulmones, causar bronquitis y pulmonía, así como reducción significativa de la resistencia respiratoria a las infecciones. La exposición a corto plazo en altos niveles causa daños en las células pulmonares, mientras que la exposición a largo plazo en niveles bajos de dióxido de nitrógeno puede causar cambios irreversibles en el tejido pulmonar similares a un enfisema. Los efectos de exposición a corto plazo no son claros, pero la exposición continua o frecuente a concentraciones mayores a las encontradas normalmente en el aire, puede causar un incremento en la incidencia de enfermedades respiratorias en los niños, agravamiento de afecciones en individuos asmáticos y con enfermedades respiratorias crónicas. 2.4.1.3.

LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES

La Organización Mundial de la Salud (OMS), recomienda como límite para preservar la salud pública una concentración máxima diaria de 0.11 ppm (ó 200 mg/m³) promedio de 1 hora una vez al año, y 0.023 ppm (ó 40 mg/m³) en una media aritmética anual.

CAPITULO II DISEÑO METODOLOGICO 3. TIPO DE ESTUDIO.

3.1.1. CUALITATIVO - DESCRIPTIVO.- Este tipo de estudio permitirá describir y determinar la presencia de NOx mediante el método de Determinación de Oxidantes Totales en aire producido por la combustión que generan las Ladrilleras de San Jerónimo.

3.1.2. CORRELACIONAL.- Permitirá relacionar los valores obtenidos de la emisión de NOx por las ladrilleras artesanales con el método empleado al realizar las ecuaciones estequiometrias.

3.2. METODO A UTILIZAR Método de Determinación de Oxidantes Totales en aire.- En la práctica, esto requiere una captura de NOx mediante burbujeo de aire a analizar, en el caso de los NOx de interés, se utilizara la oxidación del yodo.

3.3. FUNDAMENTO O PRINCIPIO DEL METODO Se basa en la capacidad que presentan los oxidantes atmosféricos de oxidar KI a I 2 en medio neutro. Ya que el O3 es el oxidante más importante en términos cuantitativos los resultados se expresan en concentración de este contaminante. La reacción que sirve de base a la determinación es la siguiente: O3 + 2 I- + 2 H+ → I2 + O2 + H2O (1) I2 + I- → I3La corriente de aire pasa a través de una disolución que contiene KI, donde los oxidantes son retenidos y a continuación se determinan fotométricamente midiendo la cantidad de I3- producida. La determinación de oxidantes totales por este método no es selectiva, ya que existen interferencias negativas importantes producidas por gases reductores como SO2 y H2S. Aunque se han intentado eliminar incorporando un absorbente de ácido crómico en la línea de muestra, éste oxida NO a NO2 originando interferencia positiva. Por otro lado, la relación estequiométrica O3/I3 - no siempre es 1:1, encontrándose que este varía con el pH. No obstante, a pesar de estos inconvenientes se sigue recomendando este

método para determinar de forma aproximada la cantidad de oxidantes totales en muestras de aire. “En nuestro caso de estudio usaremos los NOx en lugar de O3 como oxidante.” 3.4. TECNICAS Y/O INSTRUMENTOS 

Muestreo de Aire: La toma de la muestra es la operación más delicada, es por ello que para el presente trabajo el procedimiento de análisis del contaminante se realizara in Situ, obteniendo la muestra directamente de la fuente de emisión (chimenea) con un sistema adaptado para la toma de muestra que consta de un cilindro conectado a una tubería de hierro la cual estará conectada a una bomba e vacío y está a su vez a frascos con la solución de fosfato monopotásico (KH2PO4), Fosfato de disodio (Na2HPO4) y yoduro de potasio (KI).



Procedimiento de Análisis: Se burbujea la muestra obtenida mediante la bomba de vacío en el frasco que contiene la solución de: fosfato monopotásico (KH2PO4), Fosfato de disodio (Na2HPO4) y yoduro de potasio (KI); en una concentración de 100ml, durante un tiempo determinado estas pruebas se realizaran tres veces con las siguientes características. Cuadro 1. Pruebas

Tiempo de burbujeo Cantidad solución

Primera

1/2 hora

100 ml

Segunda

1 horas

100 ml

Tercera

2 horas

100 ml

3.5. INSUMOS Y MATERIALES Reactivos 

Fosfato Monopotasico (KH2PO4)



Fosfato de disodio (Na2HPO4)



Yoduro de potasio (KI)



Yodo (I2) 1mg/ml

de

Materiales 

Frasco Lavador Artesanal



Equipo de Aspiración a batería.



Estructura metálica (cilindro con tubo de conducto) para recepción de gases



Pipeta gotero de plástico



Pipetas graduadas de 1, 5 y 10 ml.



Vasos de



Jeringas estériles de 20 ml



Tubos de ensayo

3.6. PROCEDIMIENTO

PREPARACION DE REACTIVOS PARA EL METODO POR DETERMINACION DE OXIDANTES. Líquido captador Preparar una disolución captadora de oxidante: Se mezclan 6.8 g de KH2PO4; 7.1 g de Na2HPO4 y 5 g de KI y se disuelven en un matraz de 500 ml con agua destilada. La Disolución debe prepararse 24 horas antes de su uso y es estable durante varias semanas si se mantiene refrigerada en un recipiente opaco. (Se realiza la preparación).

Patrón de Yodo Se hará una preparación de 1mg/ml de Yodo, en una cantidad de 25 ml.

3.7.

METODO POR DETERMINACION DE OXIDANTES

3.7.1. PROCEDIMIENTO DE TOMA DE MUESTRA: Para tomar la muestra se hace burbujear el contaminante Dióxido de Nitrógeno (humo producto de la combustión), con un sistema adaptado para la toma de muestra que consta de un cilindro conectado a una tubería de hierro la cual estará conectada a una bomba e vacío y está a su vez a frascos con la solución de fosfato monopotásico (KH2PO4), Fosfato de disodio (Na2HPO4) y yoduro de potasio de 100ml.  Se realizó el acondicionamiento e instalación de la estructura metálica para capturar el humo y conectarla hacia el aspirador eléctrico a batería, que ira conectada hacia el frasco lavador.  Se harán diferentes tomas de muestras, para ello se colocara 100 ml de la Solución Captadora preparada. Cuadro 2. Frasco Lavador

Tiempo exposición (Burbujeo)

1° Frasco con solución captadora

30 min.

2° Frasco con solución captadora

1 hora

3° Frasco con solución captadora

2 horas

3.7.2. PRUEBA INSITU PARA LA DETERMINACIÓN DE PRESENCIA DE NOx  Se realiza la preparación de 3 tubos de ensayo como se detalla a continuación:

o

TUBO 1.- Se coloca 1 ml de solución captadora ya burbujeada con el contaminante.

o

TUBO 2.- Se coloca 3 gotas de I2 en un tubo de ensayo se adiciona 15 gotas de agua destilada.

o

TUBO 3.- Se coloca 3 gotas de I2 en un tubo de ensayo se adiciona 1ml de la solución captadora ya burbujeada con el contaminante más 15 gotas de agua destilada.

 Se agita los tres tubos y se aprecia o

1° tubo.- sin reacción aparente.

o

2° tubo.- sin reacción aparente

o

3° tubo.- Precipitación de la solución, el cual es un indicador que existe compuestos nitrogenados que oxidaron al I2.

 Para mejorar la reacción se añade 1 gota de almidón a los tres tubos de ensayo, coloreándose de un color marrón, evidenciando que efectivamente la precipitación es más visible en el tercer tubo.

 Una vez haber capturado las muestras de gases según lo planificado y colocado cada muestra del frasco lavador a un frasco de vidrio color ámbar tapa rosca, se culmina con el procedimiento de toma de muestras, para posteriormente ser llevada al laboratorio de la E.A.P. Ingeniería Ambiental de la Universidad Alas Peruanas.

CAPITULO III 4. ANALISIS E INTERPRETACION DE DATOS

PREPARACIÓN DE INDICADOR  En tres tubos de ensayo con 1ml de muestra obtenida en 30 min, 1 hora y 2 horas (solución captadora en borboteador) respectivamente; se añade 1 gota de Patrón I2 (1mg/ml) y se completa a 5 ml con agua destilada.

Patrón I2 Muestra Obtenida del borboteador

Muestra de 30 min.

Patrón I2

Agua Destilada

Muestra Obtenida del borboteador

Muestra de 1 hora.

Agua Destilada

PREPARACIÓN DE CURVA DE CALIBRACIÓN PRIMERA CURVA.- Primeramente se hizo la curva de calibración con estándares de: Patrón I2 (1mg/ml)

Cuadro 3. Tubo de

Patrón I2

Solución

Agua destilada

Total (ml)

ensayo N°

(1mg/ml)

Captadora (KI)

1

0 ml

1 ml

4 ml

5 ml

2

0.2 ml

1 ml

3.8 ml

5 ml

3

0.4 ml

1 ml

3.6 ml

5 ml

4

0.6 ml

1 ml

3.4 ml

5 ml

4.1.

OBSERVACIÓN Y ANÁLISIS DE INDICADORES CON PATRONES.

Se realiza la comparación de cada indicador (30 min, 1 hora, 2 horas), con los patrones preparados, pudiendo apreciarse ligera precipitación en las muestras de 1 y 2 horas; además por coloración

se puede apreciar que las muestras obtenidas

(indicadores) tiene un grado de semejanza por color entre el tubo de ensayo N° 1 y 2, es decir entre el rango de 0 y 0.2 del Patrón de I2. Obteniendo el presente resultado, se elaborara una segunda curva de calibración para poder acercarnos a valores cercanos de la concentración del Patrón de I2 a utilizar.

SEGUNDA CURVA.- Se utilizó 6 estándares en el rango de 0 a 0.2 ml de Patrón de I2. Patrón I2 (1mg/ml)

Cuadro Tubo de

Patrón I2

Solución

Agua destilada

Total (ml)

ensayo N°

(1mg/ml)

Captadora (KI)

1

0 ml

1 ml

4 ml

5 ml

2

0.025 ml

1 ml

3.98 ml

5 ml

3

0.05 ml

1 ml

3.95 ml

5 ml

4

0.1 ml

1 ml

3.90 ml

5 ml

5

0.15 ml

1 ml

3.85 ml

5 ml

6

0.2 ml

1 ml

3.8 ml

5 ml

4.2.

OBSERVACIÓN Y ANÁLISIS DE INDICADORES CON PATRONES

Se realiza la comparación de cada indicador (30 min, 1 hora, 2 horas), con los 6 patrones preparados, pudiendo apreciarse por colorimetría los siguientes resultados: Patrón I2 Tubo 6

Tubo 5

30 Min.

Tubo 4

1 hora

INDICADOR

Tubo 3

2 hora

Tubo 2

Tubo 1

Cuadro 5. Muestra

Similitud por

Intervalo de

Promedio de

borboteada (NO2)

Colorimetría

concentración de

concentración del

Patrón I2 en ml

Patrón I2

30 min.

Entre tubo 2-3

0.025 – 0.05

0.0375 ml

1 hora

Entre tubo 2-3

0.025 – 0.05

0.0375 ml

2 horas

Tubo 3

0.05

0.05 ml

 Para muestra borboteada en 30 min. (NO2) Si en: 1 ml de solución

1 mg de I2

0.0375 ml de solución

X X= 0.0375 mg. de I2

 Para muestra borboteada en 1 hora. (NO2) Si en: 1 ml de solución

1 mg de I2

0.0375 ml de solución

X X= 0.0375 mg. de I2

 Para muestra borboteada en 2 horas. (NO2) Si en: 1 ml de solución 0.05 ml de solución

1 mg de I2 X X= 0.05 mg. de I2

4.2.1. CONCENTRACIÓN DE I2 OBTENIDA POR MUESTRA BORBOTEADA. Cuadro 6. Muestra borboteada (NO2)

Concentración del Patrón I2

30 min.

0.0375 mg

1 hora

0.0375 mg

2 horas

0.05 mg

CALCULO DE CONCENTRACION DE NO2 POR RELACION ESTEQUIOMETRICA

Se toma en consideración la concentración del Patrón de I2 de la muestra borboteada y con captura de NO2, de 1 hora, por ser un dato promedio de la reacción de Oxidación.

NO2 + 2KI

I2 + NO

+ K2O

46 mg de NO2

254 mg de I2

X mg de NO2

0.0375 mg de I2 X= 0.00679 mg NO2

Para calcular el volumen de contaminante emitido por el horno: Caudal:

{8 L/s

Tiempo de Operación de un horno (efectiva):

8 horas

Volumen = Caudal x Tiempo de operación Volumen = 8 (L/s) x 8 horas Volumen = 8 (L/s) x 28800 s Volumen = 230400 L = 230.4 m3

Para calcular el volumen de contaminante captado por nuestro equipo: Volumen = Caudal x Tiempo de operación Volumen = 1.5 (L/s) x 1 hora Volumen = 1.5 (L/s) x 3600 s Volumen = 5400 L = 5.4 m3

Se calcula la cantidad de NO2 emitido en el horno: 5.4 m3 230.4 m3

0.00679 mg NO2 X mg de NO2

X= 0.2897 mg NO2

Entonces: Concentración de NO2 en mg/Nm3 0.2897 mg/230.4 m3 en condiciones normales

0.0013 mg/Nm3

ANALISIS E INTEPRETACION.- Del resultado obtenido se puede indicar que se emite en un cálculo promedio referencial de 0.2897 mg NO2 durante todo el proceso de combustión efectiva de un (01) horno de las ladrilleras artesanales, con una concentración de 0.0013 mg/Nm3 Tenemos según referencia bibliográfica que los Óxidos de Nitrógeno tienen valores de LMPs que llegan hasta 750 mg/Nm3 . Las emisiones medidas en hornos de ladrilleras en el país solo en un caso sobrepasan el valor de 800 y muy pocos pasan de 350-400.

5. DINÁMICA DE INTERACCIÓN DEL ORGANISMO CON EL NO2 5.1. EXPOSICIÓN.- El óxido nitroso (NO) se forma por reacción del nitrógeno atmosférico y del oxígeno en las ladrilleras de San Jerónimo a alta temperatura y presión. En las concentraciones en que se produce no es contaminante, pero en el aire se oxida a dióxido de nitrógeno (No2)' importante elemento de la niebla fotoquímica o smog, que se produce en las grandes ciudades. 5.2.

INHALACIÓN.- El dióxido de nitrógeno es muy dañino, pues al ser

inhalado forma ácido nítrico con la humedad de los bronquios. En presencia de la luz solar e hidrocarburos, estos óxidos reaccionan con el oxígeno de la atmósfera para formar ozono o neblumo, que se forma en ciudades grandes y en la cercanía de industrias siderúrgicas, en condiciones especiales de humedad atmosférica y falta de circulación del aire. Por influencia de la luz se producen reacciones fotoquímicas y se originan el nitroperoxiacetilo (PAN) y el nitroperoxibenzoilo, que irritan los ojos y la garganta y producen serios daños a

la agricultura, decoloración de objetos y destrucción de edificaciones de piedra. En el Perú, los lugares más afectados son Ilo (Moquegua), La Oroya y Chimbote, por la presencia de siderúrgicas.

CONCLUSIONES

 Los

combustibles

empleados

en

el

horno

evaluado

fueron sólidos

(Carbón mineral, aserrín y leña (madera de eucalipto), para mejorar la combustión de dichos materiales se tiene inyector de aire tipo ventilador a presión.  La concentración promedio calculada por estequiometria, es de 0.0013 mg/Nm3, en el horno evaluado en el proceso de Combustión efectiva.

.

RECOMENDACIONES PARA REDUCCION Y CONTROL DE LAS EMISIONES DE LAS LADRILLERAS ARTESANALES Una estrategia de control de la contaminación del aire debe formar parte de un plan general para abordar los problemas de contaminación y para asegurar que las concentraciones de contaminantes sean reducidas o mantenidas por debajo de un nivel que se considere aceptable.

BIBLIOGRAFIA

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