DISPERSION DISPERSION DE L OS CONTAMIN CONTAM INANTES ANTES EN EL AIR A IRE E 1. DISPERSION DISPERSION DE CONTAMINANTES CONTAMINANTES EN EL AIRE 1.1. CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
La contaminación atmosférica consiste en la alteración de la composición natural de la atmósfera terrestre, la cual es causada por gases, partículas líquidas o sólidas añadidas a la atmósfera. Como consecuencias, la alteración puede afectar la salud del ser humano y otros seres vivientes, atacar a distintos materiales, reducir la visibilidad o producir olores desagradables. 1.2. IMPACTO IMPACTO DE L A CONTAMINACIÓN CONTAMINACIÓN ATMO A TMOSFÉRICA SFÉRICA •
Impac mpacto to Loca Local,l, cuando afecta las cercaní cerca nías as de la fuen fuente te de
contaminación.
Ej.
Hidrocarburos
volátiles
alrededor
de
instalaciones
petroleras, Material Particulado generado por una fábrica de cemento. •
Impacto Regional, cuan cuando do el área de impacto abarca lugares lugares alejados a
la fuente de contaminación. Ej. Material Particulado de Incendios Forestales, Lluvia Ácida. •
Impac mpacto to Mun Mundi dial, al, al afectar
la atmósfe atmósfera ra a nivel mun mundi dial. al. Ej.
Calentamiento Calentamiento global, Agujero en e n la capa de ozono. ozono. 1.3. 1.3. CALIDAD DEL AIRE: La Calidad del Aire se refiere a “concentraciones de contaminantes que
permiten caracterizar el aire de una región con respecto a concentraciones de referencia, fijadas con el propósito de preservar la salud y bienestar de las personas.”
1.4. CONTAMINANTES
Son las sustancias cuya presencia constituye una alteración de la composición natural de la atmósfera terrestre. Cada contaminante atmosférico posee distintas características respecto a su fuente de emisión, su dispersión, su duración en el ambiente y sus potenciales efectos. Una clasificación de los contaminantes atmosféricos antropogénicos sería:
DISPERSION DE LOS CONTAMINTANTES EN EL AIRE
•
Contaminantes primarios son aquellos emitidos por fuentes y actividades
identificables, realizadas por los seres humanos. Son el Monóxido de Carbono (CO), los Óxidos de Nitrógeno (NOx), el Material Particulado (PM), los Óxidos de Azufre (SOx), los Hidrocarburos (HC), componentes orgánicos volátiles (COV), partículas metálicas (como el Plomo), sustancias agotadoras del ozono (como los CFC). •
Contaminantes secundarios son aquellos formados en la atmósfera,
mediante reacciones químicas y fotoquímicas de los contaminantes primarios. Son el Ozono troposférico (O3), los ácidos nítricos y sulfúricos (de la lluvia ácida), aldehidos, nitratos de peroxiacilo (PAN). Hay una gran cantidad de sustancias que son consideradas contaminantes. Caracterizarlas es bastante difícil, por lo que se establecen contaminantes criterio, de acuerdo a qué problema de contaminación se desee estudiar. 1.5. CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS CRITERIOS
El INCA (Índice de Calidad del Aire) se basa en las mediciones de seis contaminantes criterio que afectan la salud de las personas, estos son: •
Material Particulado (MP)
•
Monóxido de Carbono (CO)
•
Dióxido de Azufre (SO2)
•
Hidrógeno Sulfurado (H2S)
•
Dióxido de Nitrógeno (NO2)
•
Ozono (O3)
No se consideran los contaminantes Plomo (Pb), Hidrocarburos Totales (HT) y Benceno dentro del INCA, porque no es posible contar con información continua de monitoreos de estos parámetros. 1.6. VALORES DEL INDICE DE CALIDAD DEL AIRE (INCA)
El índice de Calidad del Aire (INCA) tiene un valor óptimo comprendido entre O y 100, el cual coincide con el cumplimiento de los Estándares de Calidad Ambiental (ECA). La siguiente tabla muestra los valores del INCA, con las 4 calificaciones y los colores utilizados para cada caso.
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CALIFICACION
VALORES DEL INCA (/ )
COLORES
Buena
0 – 50
Verde
Moderada
51 – 100
Amarillo
Mala
101 – VUEC*
Anaranjado
VUEC*
>VUEC*
Rojo
*VUEC: Valor Umbral del Estado de Cuidado
1.7. CUIDADOS Y RECOMENDACIONES CALIFICACION
CUIDADOS
RECOMENDACIONES
Buena
La calidad del aire es satisfactoria y no representa un riesgo para la
La calidad del aire es aceptable con el ECA de Aire. Pude
salud
realizar actividades de aire libre.
La población sensible (niños, tercera edad, madres gestantes, personas con enfermedades respiratorias
La calidad del aire es aceptable y cumple con el ECA del Aire. Puede realizar actividades al
crónicas y cardiovasculares) podrían experimentar algunos problemas de salud
aire libre con ciertas restricciones para la población sensible.
La población sensible podría experimentar problemas de salud.
Mantenerse atento a los informes de calidad del aire.
La población en general podría sentirse afectada.
Evitar realizar ejercicio actividades al aire libre.
Moderada
Mala
La concentración del contaminante puede causar efectos en la salud de Umbral de cuidado
cualquier persona y efectos serios en la población sensible, tales como niños, ancianos, madres gestantes, personas con enfermedades pulmonares obstruidas crónicas y cardiovasculares.
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y
Reportar a la Autoridad de Salud para que declare los Niveles de Estados de Alerta de acuerdo al Decreto Supremo N.º 009-2003-SA y su modificatoria Decreto Supremo N.º 012-2005SA.
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2. CICLO DE LOS CONTAMINANTES ATMOSFERICOS
2.1. EMISION
Es la liberación del contaminante hacia la atmósfera. En muchos casos, ocurre al formarse la sustancia en reacción con los gases atmosféricos durante la actividad que produce el contaminante, mientras que, en otros, es simplemente la liberación de gases, o partículas, que estaban almacenados. A continuación, se presentan los principales mecanismos a través de los cuales se generan emisiones: •
Combustión: Procesos donde se combina algún material combustible con el oxígeno del aire y generan dióxido y monóxido de carbono.
•
Evaporación: Algunos gases llegan a la atmósfera por la evaporación, como los solventes, hidrocarburos y otros.
•
Liberación: Utilizando gases como propelentes o eliminándolos hacia el ambiente luego de ser utilizados en procesos industriales.
•
Pulverización: Al generar partículas de peso y tamaño adecuados para quedar suspendidas en la atmósfera.
2.1.1.
FUENTES DE EMISIONES
La clasificación de las fuentes de emisiones de manera general se divide en 2 tipos: fuentes naturales y fuentes antropogénicas. Las fuentes naturales: emiten mayores volúmenes globales que las
emisiones antropogénicas, pero se encuentran más distribuidas. Las emisiones de las fuentes antropogénicas: están más concentradas,
especialmente en centros urbanos e industriales. Las fuentes de emisión antropogénicas se clasifican en 3 tipos: fuentes fijas, fuentes móviles y fuentes compuestas. Para realizar la distribución
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geográfica de las emisiones, también se pueden clasificar como fuentes puntuales, fuentes lineales y fuentes de área. Se desarrollan a continuación las principales categorías de emisiones antropogénicas: a) EMISIONES VEHICULARES
En centros urbanos de países en desarrollo, se reconoce que el 70% de las emisiones contaminantes se producen por fuentes móviles del transporte. Se presenta a continuación una tabla, que compara las emisiones contaminantes de vehículos, según su combustible. Combustible del Vehículo
Emisiones Monóxido de carbono ()
Gasolina
Óxido de nitrógeno ( ) Hidrocarburos no quemados ()
Diesel Gas Natural
Óxido de azufre ( ) Material particulado ()(humo negro) Metano (4) Óxido de nitrógeno ( )
b) EMISIONES INDUSTRIALES
Una fuente fija, con un nivel importante de emisión de un contaminante es considerada fuente puntual. Pero si son numerosas y el nivel de emisión de contaminante está por debajo de un nivel determinado, se la clasifica como fuente de área, por ser más práctico y permite reducir la cantidad de datos a relevar. El tipo de contaminante producido está condicionado principalmente a 2 categorías. La combustión industrial y las operaciones unitarias de producción. La quema de combustibles para la obtención de energía utilizada en un proceso o la generación de electricidad genera contaminantes de acuerdo a la eficiencia de la combustión y tipo de combustible empleado. En relación al proceso de combustión, las emisiones dependen de sus procesos.
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c) OTROS TIPOS DE FUENTES
Son las consideradas como fuentes de área. Son de pequeño aporte al volumen total de contaminante y son numerosas. Las emisiones se estiman por categoría de fuente en conjunto. CATEGORÍA Combustión en fuentes est acionarias Fuentes móviles estacionarias Uso de solvent es Fuentes industri ales ligeras y comerciales Fuentes de áreas misceláneas
CARACTERÍSTICAS Industrias pequeñas, combustión habitacional. Terminal de Autobuses Aeropuerto Pintura, Lavado en seco, Limpieza Panaderías, Ladrilleras, Restaurantes Caminos pavimentados y no pavimentados
Manejo y tratamiento de residuos Almacenamiento y tr ansporte de
Rellenos sanitarios, tratamiento de agua
derivados del petróleo
Almacenamiento, Distribución, Fugas
Cambio de uso de suelo
Quemas, Incendios Forestales
2.2. DISPERSIÓN
Los contaminantes producidos por las fuentes de emisión al ingresar a la atmósfera se dispersan, es decir se mezclan en ella, diluyéndose y alejándose de la fuente. Como causas para la dispersión se tiene la diferencia de concentración del contaminante en diferentes puntos de la masa de aire, el arrastre del viento y los movimientos verticales. Entre los factores que afectan el transporte y dispersión de contaminantes atmosféricos están las variaciones del clima. Se produce una mayor dispersión de los contaminantes cuando hay viento con mayor velocidad, y cuando hay inestabilidad atmosférica, es decir, fuertes corrientes de aire tanto verticales como horizontales. La topografía del área también influye en la dispersión de los contaminantes. Las altas cadenas montañosas que obstaculiza la dispersión de los vientos. Otros factores a considerar son el transporte por convección de la humedad, la deposición húmeda y seca, la FACULTAD DE I NGENIERIA QUIMICA Y PETROQUIMICA
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elevación de la pluma contaminante asociada a los incendios forestales, en adición al transporte de mayor escala o regional. 2.3. INTERACCIONES QUÍMICAS
Una vez que los contaminantes se encuentren en la atmósfera, es posible que interactúen con otras sustancias allí presentes. Éste es el caso de las interacciones de los NO x con los COV en presencia de radiación ultravioleta, que producen O3 y contaminantes secundarios. El NO, se emite en cantidades mayores al NO 2, se produce a temperaturas mayores a 1200 °C por reacción entre el oxígeno y e l nitrógeno del aire. (>100℃)
+
2
Mediante la fotólisis, parte del NO se convierte en NO 2. El NO reacciona con ozono, y forma NO 2 + 3 → +
El NO2 reacciona con luz y forma NO y radical O ℎ
+ ∗
Radical O y O2 forman O3 + ∗ → 3
La falta de NO, produce niveles de O3 mayores 2.4. SALIDA DE LA ATMÓSFERA
El tiempo de permanencia en la atmósfera de un contaminante es variable. Depende del estado físico, la naturaleza del contaminante, el área de dispersión y las interacciones químicas que transforman al contaminante en otros compuestos y la absorción de éste en el agua, el suelo y los seres vivientes. La emisión continua de algunos gases satura la capacidad de dilución de la atmósfera y el contaminante comienza a acumularse, produciendo el incremento de las concentraciones de la sustancia. Hay gases que permanecen durante décadas, como el caso de los CFC, en la estratósfera.
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Los océanos, lagos, ríos, bosques, campos, constituyen sumideros para buena parte de los gases contaminantes, en especial el CO2. La deposición seca, en especial de las partículas y compuestos formados por interacción química de gases contaminantes, es uno de los mecanismos de retorno de estos contaminantes hacia el suelo.
3. METEREOLOGIA
Generalmente los contaminantes se elevan o flotan lejos de sus fuentes sin acumularse hasta niveles peligrosos. Los patrones de vientos, las nubes, la lluvia y la temperatura pueden afectar la rapidez con que los contaminantes se alejan de una zona. 3.1. FACTORES METEREOLOGICOS DE INTERES 3.1.1.
VIENTO
En la capa cercana a la superficie, existen variaciones de la velocidad y dirección del viento debido a la influencia del relieve. La velocidad del viento, al ser dependiente del terreno, es variable con la altura. 3.1.2.
ESTABILIDAD ATMOSFERICA
La estabilidad atmosférica depende de las condiciones meteorológicas. Las condiciones neutrales generalmente se dan cuando hay cielos nublados. También la radiación solar cumple un papel importante al igual que la velocidad del viento. La estabilidad atmosférica ocurre cuando la variación de la temperatura con la altura es menor a 1 °C por cada 100 m. en estos casos, se habla de atmosfera estable. La atmosfera isoterma es un caso particular, que ocurre al no haber variación de temperatura con la altura. 3.1.3.
TEMPERATURA
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La temperatura del ambiente, puede ser un factor que determina si las condiciones atmosféricas son de estabilidad o producir grandes remolinos de turbulencia. 3.1.4.
HUMEDAD
El contenido de humedad del aire puede modificar las propiedades caloríficas del aire. Además, una atmósfera cargada de humedad produce mayores interacciones entre los NOx y SOx que producen partículas. La reacción de estos compuestos al momento de descender produciendo serios problemas para los bosques, la vida acuática y los edificios. 3.1.5.
RADIACION SOLAR
La formación del smog (smoke + fog, humo + niebla) fotoquímico. La concentración de altas cantidades de contaminantes como los óxidos de nitrógeno, los compuestos orgánicos volátiles en días soleados producen altas concentraciones de oxidantes, que permanecen en la atmósfera, con efectos visibles de smog.
4. MODELOS DE DISPERSION
Se usan para predecir la calidad del aire y ayudan a la toma de decisiones, que permiten una gestión de las políticas sobre contaminación atmosférica. TIPO DE
CARACTERISTICAS
EJEMPLOS Y
MODELO
PRINCIPALES
APLICACIONES
Índice de calidad del aire Determinista Formulados en términos de simple
relaciones algebraicas
(INCA) Modelo simple de fuente atmosférica
Estadístico
Mediante análisis estadístico de
Estudios epidemiológicos
datos determina relaciones
de enfermedades
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DISPERSION DE LOS CONTAMINTANTES EN EL AIRE
probabilísticas entre variables
relacionadas a la
de dispersión de contaminantes
contaminación atmosférica
Son los más comunes Local de
Describe el campo de
penacho y
concentración tridimensional
ráfaga
Integrables, para modelizar
(gaussiano)
fuentes de línea, de área y de volumen
Fuentes fijas como chimeneas. Es la técnica mayormente utilizada para contaminantes no reactivos
Método simple. Estimación de la masa de contaminante en una caja, mediante la conservación Caja y multicaja
de su masa. El multicaja considera que varias cajas están unidas a las
Modelos de ciudades Áreas de emisión de contaminantes
demás e interactúan por el contorno Incluyen las reacciones Diferencia finita y rejilla
químicas, considerando la caída y deposición química. Hay reacciones, fuentes y sumideros
Nieblas fotoquímicas en áreas urbanas
de contaminantes Mediante relaciones dinámico – Partícula
cinéticas evalúan el
NASA Global Aerosol
comportamiento de aerosoles y
Climatology Project
partículas durante su dispersión
(GACP)
en la atmosfera Utiliza pruebas físicas en Físico –
túneles de viento para
túneles de
determinar empíricamente los
viento
factores de dispersión de los contaminantes
Regional
Considera específicamente
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Determinación de los factores de emisión en actividades como la combustión de carbón, conducir un vehículo y otros Dispersión de cenizas 8
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velocidad y dispersión de
volcánicas
vientos, la geografía de la región para determinar la dispersión de contaminantes
Los contaminantes atmosféricos están generalmente sometidos a tres procesos: emisión, transmisión e inmisión. 4.1. EMISION
Es la liberación de los contaminantes hacia la atmósfera, sus valores corresponden generalmente a variables de entrada del modelo de dispersión de contaminantes. 4.2. TRANSMISION
La transmisión describe la distribución y las posibles transformaciones químicas (formación de los llamados contaminantes secundarios) del contaminante en la atmósfera. En los modelos de dispersión, esta fase es representada por distintos factores, coeficientes, que afectan cómo se transportan los contaminantes. 4.3. INMISIONES
Cantidad o concentración del contaminante que es recibido por un receptor y por ende es registrado también por cualquier equipo de medición de contaminación atmosférica. Receptores son los seres humanos, las plantas, los animales. En los modelos de dispersión, las inmisiones son el resultado obtenido de concentración de los contaminantes sobre un receptor en un área determinada.
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