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Eficiencia de reducción de polvo y compuestos orgánicos en el tratamiento de humos: evidencias de ensayos instrumentales en chimenea

Artur Cokaj · 6 de octubre de 2026 · Actualizado 21 de octubre de 2026

Análisis de informes de ensayo en chimenea sobre tres configuraciones de tratamiento (solo depurador por agua, filtración, filtración con filtro electrostático): métodos UNI, porcentajes de reducción en concentración y flujo másico, limitaciones y marco normativo.

Resumen

Objetivo. Evaluar la eficiencia de reducción de polvo y compuestos orgánicos en tres conjuntos de ensayos instrumentales en chimenea, divididos según la configuración de tratamiento: solo depurador por agua (grupo A), filtración y filtración con filtro electrostático en un proceso de tostado (grupos B y C), y cocción a la parrilla con tratamiento (grupo D).

Métodos. Muestreos isocinéticos con tubo de Pitot, polvo por gravimetría (UNI EN 13284-1), carbono orgánico total con detector de ionización de llama (UNI EN 12619), especiación orgánica (UNI CEN/TS 13649), caudales según UNI 10169 y UNI EN ISO 16911-1, ozono con el método OSHA 214. La reducción se calcula en concentración y flujo másico.

Resultados. Con el depurador por agua únicamente, el polvo bajó de 516,5 a 24,8 mg/Nm³ (95,2 % en concentración, 93,6 % en masa). Con la filtración, la reducción respecto al ensayo sin tratamiento fue del 42-72 % para el polvo y del 73-79 % para el COT; la configuración con enfriamiento, filtro y filtro electrostático dio 2,3 mg/Nm³ de polvo y 10,8 mg/Nm³ de COT. En el grupo D, polvo de 3,2 mg/Nm³, compuestos orgánicos de 17 mg/Nm³ y ozono <0,05 mg/Nm³.

Conclusiones. El tratamiento reduce de forma medible ambas clases de contaminantes, con diferencias entre las configuraciones. Un único muestreo por configuración y muestreos no simultáneos limitan el alcance de las conclusiones; la comparación con los límites regionales y locales depende de la referencia de oxígeno de la autorización.

Palabras clave: depurador por agua, filtro electrostático, polvo, compuestos orgánicos volátiles, emisiones a la atmósfera, tostado, eficiencia de reducción.

1. Introducción

La eficiencia de un sistema de depuración solo se demuestra midiendo los contaminantes antes y después del tratamiento, con métodos normalizados y recogiendo los resultados en un informe de ensayo. Este trabajo reúne tres conjuntos de informes de ensayo en chimenea realizados por laboratorios externos entre 2014 y 2024, los ordena por tecnología y obtiene el porcentaje de reducción en concentración y flujo másico.

Las mediciones se refieren a dos tipos de efluente: los humos de una instalación de combustión tratados con un depurador por agua y los humos de un horno de tostado de café tratados con filtros y con un filtro electrostático. Los ensayos se identifican únicamente por el número del informe y las normas técnicas aplicadas; no se indican los sujetos ni los lugares.

Los objetivos son cuatro: presentar los datos con su método, calcular la reducción, discutir las limitaciones de las comparaciones posibles y situar los valores en el marco normativo que regula las emisiones de esta actividad.

2. Materiales y métodos

Todas las mediciones se realizaron en chimenea por laboratorios de ensayo externos, con las normas UNI EN, UNI y OSHA recogidas en los informes. La tabla asocia a cada parámetro el método y los grupos en los que aparece.

2.1 Condiciones de muestreo

Grupo A. Sección de muestreo circular de 0,30 m de diámetro (0,070 m²), instalación en condiciones normales de funcionamiento. Dos muestreos de 30 minutos el mismo día (02/12/2014), aguas arriba (14:53-15:23, 0,565 Nm³ aspirados) y aguas abajo (15:33-16:03, 0,508 Nm³) del depurador.

Grupos B y C. Sección circular de 0,20 m de diámetro (0,031 m²), muestreos del 19/07/2024 a plena carga (100 %) y con condiciones de operación constantes, con sonda isocinética y tubo de Pitot de tipo S. La velocidad se mide en tres puntos (profundidad de inserción de 5, 10 y 18 cm). El COT se registra en continuo con un analizador FID, los gases de combustión con un analizador específico y los compuestos orgánicos en tubos de desorción térmica (2-5 L muestreados). Los cuatro ensayos abarcan la franja de 11:35-16:10 del mismo día. La referencia legislativa declarada es el D.Lgs. 152/2006.

Grupo D. Sección circular de 0,30 m de diámetro, muestreo del 07/06/2019 de 10:30 a 13:10, en las condiciones de funcionamiento más exigentes (cocción a la parrilla con utilización máxima).

2.2 Configuración de los ensayos de tostado

El informe 241972.001 presenta un conflicto: el encabezado indica «sin electrofiltro», mientras que el campo «sistema de depuración» indica «filtro + electrofiltro». La configuración de este ensayo no puede atribuirse con certeza sobre la base de indicaciones incompatibles. Los datos se presentan para identificar el problema documental; la comparación no demuestra por sí sola la contribución adicional del electrofiltro.

2.3 Cálculo de la reducción

La reducción en concentración es la disminución porcentual respecto al valor aguas arriba. La reducción en flujo másico también tiene en cuenta el caudal normalizado seco de cada punto, porque un caudal mayor aguas abajo diluye la concentración sin reducir la masa emitida.

Para el grupo A, Cin y Cout son las concentraciones aguas arriba y aguas abajo. Para los grupos C, Cin es la concentración del ensayo sin tratamiento (241972.003). La concentración corregida a un oxígeno de referencia se obtiene con la relación siguiente.

Los informes del grupo A indican la incertidumbre expandida del polvo (k = 2, nivel de confianza del 95 %), utilizada para calcular el intervalo de reducción en el peor y en el mejor caso. Los informes de 2024 declaran que la incertidumbre se proporciona a petición y evalúan la conformidad sobre el valor informado, sin considerarla; por eso, los valores de los grupos B y C se presentan sin intervalo.

3. Resultados del grupo A: depurador por agua

El polvo total baja de 516,5 a 24,8 mg/Nm³, con una reducción del 95,2 % en concentración y del 93,6 % en flujo másico. Los valores medidos figuran en la tabla; las magnitudes calculadas se identifican como tales.

El caudal real es el producto de la velocidad media por la sección de 0,070 m². Convertido a condiciones normales con la temperatura, la humedad y la presión de los informes, coincide con el caudal seco declarado dentro del 2 % (aproximadamente 688 frente a 700 Nm³/h aguas arriba y 923 frente a 930 aguas abajo).

La disminución de temperatura de 41 °C es coherente con la acción de enfriamiento y lavado del flujo con agua. La diferencia entre ambas reducciones, 1,6 puntos porcentuales, depende únicamente del mayor caudal registrado aguas abajo (+32,9 % en Nm³/h secos, +19,5 % en m³/h reales); la discusión examina sus posibles causas.

4. Resultados de los grupos B y C: tostado sin tratamiento, con filtros y con filtro electrostático

En la comparación numérica con el ensayo sin tratamiento, el ensayo con filtros presenta una reducción del 42 % del polvo y del 73 % del COT; el informe 241972.001 presenta reducciones del 72 % y del 79 %. La configuración de este último ensayo es incierta por el conflicto documental descrito en la sección 2.2: la comparación no demuestra el efecto de añadir un filtro electrostático. Los ensayos se realizaron el 19/07/2024 en la misma chimenea; la tabla recoge los valores medidos.

4.1 Reducción respecto al ensayo sin tratamiento

La diferencia aritmética entre las reducciones calculadas para ambos ensayos es de 29,4 puntos porcentuales en el polvo, 6,4 en el COT y 14,1 en los compuestos especiados. El conflicto sobre la configuración del informe 241972.001 impide atribuir estas diferencias al filtro electrostático. El flujo másico del ensayo C2 se calcula con el caudal de 210 Nm³/h, superior en un 14 % al de los ensayos 241972.002 y 241972.003.

4.2 Especiación de los compuestos orgánicos (mg/Nm³)

El guion indica un compuesto no recogido en el informe para ese ensayo. En los tres ensayos de tostado, los tres aldehídos (acetaldehído, 2-metilpropanal y 2-metilbutanal) y el 2-furfuriltiol aparecen únicamente sin tratamiento. Las muestras de especiación son de 2-5 litros: el dato identifica los compuestos presentes y proporciona su orden de magnitud.

4.3 Gases de combustión y ensayo de enfriamiento

El CO y los NOx son muy bajos en todos los ensayos: de 1,4 a 4,5 mg/Nm³ el CO y de 0,1 a 0,6 mg/Nm³ los NOx, sin una tendencia ligada al tratamiento. El oxígeno medido, 20,3-20,4 %, indica un efluente muy diluido, cercano a la composición del aire ambiente. No se determinaron CO2, SOx ni ácidos.

El ensayo 241972.004 se refiere a la fase de enfriamiento, con un caudal de 2100 Nm³/h y una velocidad de 23 m/s: no es comparable con los tres primeros. Sus concentraciones son más bajas en parte por efecto de la dilución. De hecho, el flujo másico de COT (22,7 g/h) es mayor que el de los ensayos 241972.001 y 241972.002 (7,69 y 8,84 g/h), pese a tener una concentración inferior.

5. Resultados del grupo D: ozono, polvo y VOC en el punto de emisión

En el punto de emisión de un sistema de depuración de humos y olores, el ozono resultó inferior al límite de cuantificación del método, de 0,05 mg/Nm³. El polvo y los compuestos orgánicos volátiles se miden en el mismo muestreo, como muestra la tabla.

El símbolo «<» indica un valor inferior al límite de cuantificación: el flujo másico indicado (0,000043 kg/h) es el producto de ese límite por el caudal seco, 0,05 mg/Nm³ × 865 Nm³/h. Por tanto, el resultado significa «no cuantificable» y no «ausente». El límite equivale a unas 0,023 ppm en condiciones normales (0 °C, 1 atm).

La medición es un análisis en chimenea con el método OSHA 214:1995 sobre un punto de emisión. No es un ensayo de emisión de ozono de un aparato en cámara de ensayo según UL 867, que tiene otra geometría, otro volumen y otro límite (0,050 ppm en el ambiente de ensayo).

En este grupo existe un único punto de muestreo, aguas abajo del sistema: los informes no contienen un valor aguas arriba y, por tanto, no es posible calcular un porcentaje de reducción.

6. Discusión

Los datos muestran reducciones comprendidas entre el 42 % y el 95 %, pero cada comparación está limitada por la organización de las mediciones. Esta sección indica sus causas y el efecto sobre los resultados.

6.1 Muestreos no simultáneos y caudal (grupo A)

Los muestreos aguas arriba y aguas abajo se realizaron en dos fases sucesivas (14:53-15:23 y 15:33-16:03), con un intervalo de diez minutos. La falta de simultaneidad es la explicación más probable de la diferencia de caudal entre ambos puntos (700 y 930 Nm³/h secos), porque las condiciones de la instalación pueden variar entre una fase y otra. Las incertidumbres de los caudales húmedos (±150 y ±200 Nm³/h) se solapan, lo que respalda esta interpretación: 780 + 150 = 930 Nm³/h aguas arriba y 1060 − 200 = 860 Nm³/h aguas abajo.

Un aumento real del caudal sería contrario al enfriamiento: a 43 °C en lugar de 84 °C, la misma masa de gas ocupa el 88,5 % del volumen ((273+43)/(273+84)), mientras que la velocidad aumentó un 19,5 %. La masa emitida no aumenta en ningún caso: 361,6 g/h aguas arriba y 23,1 g/h aguas abajo. El efecto del caudal sobre el resultado se limita a 1,6 puntos porcentuales (95,2 % en concentración, 93,6 % en masa).

6.2 Una referencia también no simultánea en los grupos B y C

El ensayo sin tratamiento (241972.003) y los ensayos con tratamiento se realizaron a distintas horas, entre las 11:35 y las 15:34. La emisión de un horno de tostado varía con la fase del ciclo y con el lote; los informes no indican la fase de cada muestreo. Por tanto, la diferencia entre los ensayos incluye el efecto del tratamiento y, en una medida no cuantificable, el de la variabilidad del proceso. Un único muestreo por configuración impide estimar la repetibilidad.

6.3 Polvo, masa recogida e incertidumbre

El aumento de masa de los filtros es de 0,7-2,5 mg en volúmenes de 0,05-0,32 Nm³. Con masas tan pequeñas, la incertidumbre relativa del polvo es mayor que la del COT y los porcentajes de reducción del polvo tienen un margen más amplio que los demás. Los informes no indican la incertidumbre para estos ensayos.

6.4 Oxígeno de referencia

El oxígeno medido en los ensayos de tostado es del 20,3-20,4 %: el efluente está muy diluido. Aplicando, como ejemplo de cálculo, la referencia del 17 % de O2, los factores resultan de aproximadamente 5,7 para un O2 del 20,3 % y de 6,7 para un O2 del 20,4 %. Son factores diferentes: cuando cambia el oxígeno medido, deben recalcularse los porcentajes calculados sobre las concentraciones corregidas. La referencia aplicable a la comparación con un límite de emisión debe comprobarse en el acto pertinente a la instalación.

6.5 Qué no miden los datos

Ningún informe contiene una medición olfatométrica (UNI EN 13725), la granulometría del polvo, SOx, ácidos, metales o hidrocarburos aromáticos policíclicos. Por tanto, estos ensayos no demuestran la reducción de olores ni el comportamiento del sistema a lo largo del tiempo (saturación de los filtros, limpieza, deriva de las prestaciones). El ozono (grupo D) se midió en un único punto y sin valor aguas arriba.

7. Marco normativo y comparación con los límites

7.1 Nivel nacional

Las emisiones a la atmósfera de las instalaciones productivas están reguladas por la Parte Quinta del D.Lgs. 152/2006. Los establecimientos de tostado de café con una producción no superior a 450 kg/día se incluyen entre las actividades acogidas al régimen de excepción del art. 272 y del anexo IV, y están sujetos a autorización de carácter general o a autorización específica. El decreto no establece un único valor límite para esta actividad: los límites, las referencias de oxígeno y la frecuencia de los controles son definidos por las regiones y las autoridades competentes en sus propios actos.

7.2 Ejemplos de límites regionales y locales consultados

Los valores siguientes se leyeron en los documentos públicos indicados en las referencias y sirven como ejemplos. No describen la situación de una instalación concreta ni sustituyen el acto de autorización aplicable.

Los actos recogidos en la tabla establecen condiciones y prescripciones diferentes. Las periodicidades mencionadas tampoco coinciden: la tabla indica un control bienal para Messina y anual para el caso de Lecce. Estos ejemplos no definen una periodicidad general para otras actividades o instalaciones.

7.3 Comparación orientativa con los valores medidos

Todos los valores de los ensayos se midieron sin corrección del oxígeno. La tabla también los presenta referidos al 17 % de O2 con el factor (21−17)/(21−O2 medido), es decir, 5,7 para un O2 del 20,3 % y 6,7 para un O2 del 20,4 %.

La comparación debe interpretarse con tres precauciones.

1. Referencia de oxígeno. La corrección al 17 % tiene sentido para los gases de combustión de un tostador de calentamiento directo. Los ensayos de los grupos B y C miden un efluente con un 20,3-20,4 % de O2, casi aire ambiente, y el acto de autorización aplicable puede prever o no la corrección para ese flujo. Sin corrección, los valores de la configuración con enfriamiento (2,3 y 10,8 mg/Nm³) están por debajo de todos los límites de los ejemplos; con la corrección, el polvo de esa configuración (13 mg/Nm³) permanece cerca de los límites más bajos y el COT (62 mg/Nm³) supera el valor de 50 mg/Nm³.
2. Punto de muestreo. Un límite se aplica a la chimenea indicada en la autorización. Los ensayos aquí descritos son muestreos para evaluar la reducción, y su resultado no equivale a un control de conformidad de una instalación.
3. Un único muestreo por configuración. Un control de conformidad requiere generalmente varios muestreos en condiciones representativas y la comparación con la incertidumbre de la medición.

Por tanto, este estudio no declara la conformidad con los límites. Se observa que los valores de la configuración con enfriamiento y filtro + filtro electrostático son muy inferiores a los de los demás grupos y que la comparación final depende de la referencia de oxígeno elegida por la autoridad competente.

7.4 Ozono

En los documentos consultados no aparece un valor límite de emisiones de ozono en chimenea para estas actividades. La medición del grupo D (<0,05 mg/Nm³, límite de cuantificación del método) es un dato de emisión. El valor de 0,050 ppm de la norma UL 867 se refiere a otro tipo de ensayo, realizado en cámara sobre el producto, y no debe compararse con una medición en chimenea.

8. Conclusiones

Los ensayos instrumentales en chimenea analizados en este estudio muestran que el tratamiento de los humos reduce de forma medible el polvo y los compuestos orgánicos, y que la magnitud de la reducción depende de la configuración.

Con el depurador por agua únicamente (grupo A), la concentración de polvo pasó de 516,5 a 24,8 mg/Nm³, con una reducción del 95,2 % en concentración y del 93,6 % en flujo másico. Con las configuraciones de filtración (grupos B y C), la reducción del polvo respecto al ensayo sin tratamiento se sitúa entre el 42 % y el 72 % en concentración, y la de los compuestos orgánicos totales entre el 73 % y el 79 %; la configuración con enfriamiento, filtro y filtro electrostático dio los valores absolutos más bajos (polvo de 2,3 mg/Nm³, COT de 10,8 mg/Nm³). En el ensayo de cocción a la parrilla (grupo D), el polvo y los compuestos orgánicos resultaron de 3,2 y 17 mg/Nm³ respectivamente, y el ozono permaneció por debajo del límite de cuantificación (<0,05 mg/Nm³).

Los resultados deben interpretarse con las limitaciones declaradas en la sección 6: un único muestreo por configuración, muestreos no simultáneos aguas arriba y aguas abajo, ausencia de incertidumbre para el polvo en los grupos B y C, ninguna medición olfatométrica ni granulométrica. La comparación con los límites regionales y locales depende de la referencia de oxígeno fijada por la autorización, y este estudio no declara la conformidad de ninguna instalación.

Se necesitan campañas con muestreos simultáneos y repetidos, con registro de la fase del ciclo de tostado y con mediciones olfatométricas para confirmar los resultados y cuantificar el efecto de cada etapa de filtración.

9. Referencias

Normas técnicas

UNI 10169:2001, Mediciones de emisiones - Determinación de la velocidad y del caudal de flujos canalizados.

UNI EN ISO 16911-1:2013, Emisiones de fuentes estacionarias - Determinación manual y automática de la velocidad y del caudal volumétrico de flujos en conductos. Parte 1: Método de referencia manual.

UNI EN 13284-1:2003 y UNI EN 13284-1:2017, Emisiones de fuentes estacionarias - Determinación de la concentración másica de polvo a bajas concentraciones. Parte 1: Método gravimétrico manual.

UNI EN 12619:2013, Emisiones de fuentes estacionarias - Determinación de la concentración másica de carbono orgánico total en forma gaseosa a bajas concentraciones.

UNI CEN/TS 13649:2015, Emisiones de fuentes estacionarias - Determinación de la concentración másica de los compuestos orgánicos individuales en forma gaseosa.

UNI EN 14792:2017, Emisiones de fuentes estacionarias - Determinación de la concentración másica de los óxidos de nitrógeno (NOx).

UNI EN 15058:2017, Emisiones de fuentes estacionarias - Determinación de la concentración másica del monóxido de carbono (CO).

UNI EN 14789:2017, Emisiones de fuentes estacionarias - Determinación de la concentración volumétrica del oxígeno (O2).

UNI EN 14790:2006, Emisiones de fuentes estacionarias - Determinación del vapor de agua en conductos.

OSHA Method ID-214:1995, Ozone in workplace atmospheres (método de referencia para el ozono).

UL 867, Standard for Electrostatic Air Cleaners (límite de 0,050 ppm de ozono en cámara de ensayo).

Normas legales y actos administrativos

D.Lgs. de 3 de abril de 2006, n. 152, Parte Quinta (arts. 267-298), en particular el art. 272 y el anexo IV.

Città Metropolitana di Messina, Tostado de café y otros productos tostados, autorización de carácter general de 2020.

Regione Calabria, Anexos técnicos, decreto n. 6852 de 02/07/2021, ficha n. 9 Tostado de café.

Città di Lecce, Concesión de AUA, resolución de la dirección de 2016.