TECNOLGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DEL ORIENTE DEL ESTADO DE MXICO

ACADEMIA DE INGENIERA AMBIENTAL

CUADERNILLO DE APOYO PARA LA ASIGNATURA DE:

CONTAMINACIN ATMOSFRICA

PROFESOR: DAVID ROMERO FONSECA

LOS REYES LA PAZ A 20 DE FEBRERO DEL 2010

ndice

Pgina

Introduccin

I

Captulo 1. Conceptos bsicos

1.1 La atmsfera 1

1.2 Fundamentos de meteorologa 5

1.3 Estaciones meteorolgicas 10

1.4 Los instrumentos meteorolgicos 17

Capitulo 2. Contaminacin de la atmsfera.

2.1 Concepto 23

2.2 Fuentes de contaminacin 24

2.3 Tipos de contaminantes 27

2.4 Efectos de la contaminacin en la salud humana 28

Capitulo 3.Transporte y dispersin de contaminantes atmosfricos.

3.1 Conceptos bsicos. 39

3.2 Circulacin global de los contaminantes. 40

3.3 Caractersticas generales en las plumas en chimeneas. 42

3.4 Modelos de dispersin. 46

3.5 Caractersticas generales de las chimeneas 47

3.6. Clculo de la altura efectiva de la chimenea 51

3.7 Efectos del tipo de fuente en la elevacin de la pluma 55

Tipos de plumas 59

Capitulo 4 Monitoreo

4.1 Monitoreo en fuentes mviles y factores de emisin. 63

4.2 Monitoreo de emisiones 66

4.3 Procesos de emisin en vehculos automotores 67

4.4 Monitoreo atmosfrico perimetral. (Imeca) 70

Capitulo 5. Clasificacin y caractersticas de los dispositivos de control

5.1 Partculas. 76

5.2 Gases y vapores. 86

5.3 Control de olores 89 5.4 Precipitadores electrostticos 95

Bibliografa

Introduccin.

La contaminacin atmosfrica en los ltimos aos surge como una

problemtica alarmante no solo a nivel nacional, sino internacional debido a las

graves afectaciones que genera en la salud de los seres vivos y en especial al

hombre.

Con la elaboracin del presente cuadernillo, se pretende que los alumnos de la

carrera de Ingeniera Ambiental y en particular aquellos que se encuentren

cursando la materia de Contaminacin Atmosfrica, cuenten con una gua lo ms

completa posible de los contenidos temticos de dicha asignatura.

Cabe aclarar, que este tipo de instrumentos didcticos no sustituyen de

ninguna manera a los libros de texto especializados en la materia, tampoco a la

actividad de enseanza aprendizaje; sino que simplemente es una referencia ms

para el estudiante que necesita delimitar y conocer el valor temtico de sta

asignatura.

En la primera unidad se conocern los conceptos fundamentales de la

atmsfera y su composicin, as mismo se informa acerca de la meteorologa que

es una ciencia, de la cual se apoya esta asignatura as como las estaciones

meteorolgicas y la instrumentacin empleada en stas.

En la segunda unidad se conocer acerca del concepto de contaminacin

atmosfrica, su clasificacin, fuentes y efectos en la salud y repercusiones en las

actividades humanas. En el tercer captulo se mencionan los principales

mecanismos de transporte, dispersin de los contaminantes as como los

principales modelos matemticos que se usan para la descripcin del movimiento

y comportamiento de los contaminantes en la atmsfera.

Para el cuarto captulo se describe bsicamente el monitoreo atmosfrico y las

fuentes que generan la emisin de sustancias a la atmsfera.

Adems se describe el alcance del ndice Metropolitano de la Calidad del

Aire mejor conocido por todos como (IMECA) que es un mecanismo que alerta y

da informacin continua acerca de la calidad atmosfrica de la zona metropolitana.

Finalmente en el ltimo apartado se da a conocer la clasificacin,

caractersticas y aplicaciones de algunos de los dispositivos de control ms

importantes a nivel industrial y comercial para abatir la emisin de contaminantes

atmosfricos.

Por ltimo es necesario mencionar, que este documento es un compendio

obtenido de distintas fuentes bibliogrficas y es como todo material susceptible de

perfeccionamiento. De antemano espero que sea de gran utilidad y sirva como un

granito de arena ms para el desarrollo de nuestros alumnos y en general de

nuestra querida institucin.

1

Unidad 1. Conceptos bsicos.

Objetivo Educacional. El estudiante adquirir los fundamentos sobre la atmsfera y su relacin con la meteorologa.

1.1 La atmsfera

Comenz a formarse hace unos 4600 millones de aos con el nacimiento de la

Tierra. La mayor parte de la atmsfera primitiva se perdera en el espacio, pero

nuevos gases y vapor de agua se fueron liberando de las rocas que forman

nuestro planeta. La atmsfera de las primeras pocas de la historia de la Tierra

estara formada por vapor de agua, dixido de carbono (CO2) y nitrgeno, junto a

muy pequeas cantidades de hidrgeno (H2) y monxido de carbono pero con

ausencia de oxgeno. Era una atmsfera ligeramente reductora hasta que la

actividad fotosinttica de los seres vivos introdujo oxgeno y ozono y hace unos

1000 millones de aos la atmsfera lleg a tener una composicin similar a la

actual.

La atmsfera es una masa gaseosa que rodea la tierra y permite la vida en est

porque contiene, entre otros gases, oxigeno y dixido de carbono. El oxigeno

permite la respiracin y el dixido de carbono sirve para la fotosntesis. En el

medio a travs del cual se transporta agua desde los ocanos a los continentes.

Constituye un escudo protector del planeta porque absorbe las radiaciones

peligrosas, como los rayos csmicos y gran parte de los rayos ultravioleta, que

produciran la muerte de los organismos vivos; adems, estabiliza la temperatura

de la tierra. Ver figura 1.

2

Descripcin de las capas que constituyen la atmsfera

Figura 1 Fuente:www.encolombia.com/medioambiente/Atmosfera Los dos principales componentes de la atmsfera son el nitrgeno, con un 78%

del total, y el oxgeno, 21%. El resto de gases tienen concentraciones mucho

menor pero son muy importantes. La atmsfera no tiene composicin uniforme al

subir en ella. Es mucho ms fina que el radio terrestre, en 5.5 km encontramos la

mitad del total de la masa, siendo el 90% en torno a 30 Km.

La temperatura, es un factor importante a considerar al estudiar la atmsfera ya

que esta vara grandemente y es la responsable de la mayora de si no es que de

todos los fenmenos fsicos que involucran al ciclo del agua. Estos cambios de

temperatura, as como su estratificacin se pueden ver en la figura 2.

La temperatura de la atmosfera vara de una manera compleja segn la altitud.

Segn este parmetro, su estructura se puede dividir en cuatro capas o regiones,

con el perfil de temperatura indicado. Este perfil est controlado principalmente

por la absorcin de la energa solar en estas capas.

3

Sobre la superficie terrestre y hasta una altitud de unos 12 km se encuentra la

troposfera, en la cual la temperatura disminuye desde los 15C valor promedio de la superficie terrestre, hasta aproximadamente -50C .En esta regin se manifiesta

la vida de los organismos, se generan los vientos y las precipitaciones, se

observan los cielos soleados o nublados, se transfiere agua de los ocanos a los

continentes, se desplazan los aviones, etc. El gradiente de temperatura es

negativo por lo que se produce una mezcla constante de masas de aire, tanto en

la direccin vertical como horizontal, lo cual hace que esta capa tenga gran

actividad meteorolgica. El lmite superior de la troposfera se denomina

tropopausa.

Sobre la tropopausa esta la estratosfera, cuya temperatura posee un gradiente positivo que va desde -56C hasta -2C a una altitud de 50km. Este tipo de

gradiente impide la ascensin de las masas de aire frio por encima de las masa

calientes menos densas. Por esta razn solo ocurren movimientos horizontales de

las masas de aire, lo cual configura una estructura de estratos.

El lmite entre la estratosfera y la capa siguiente, mesosfera, se denomina

estratopausa. Sobre este lmite se extiende una capa que va desde los 50 hasta los 85 km de altitud. La temperatura vara desde -2C hasta -92C y, al igual que

la troposfera, el gradiente de temperatura de la mesosfera es negativo: como la

densidad es muy baja prcticamente no existen movimientos de masas gaseosas.

Finalmente esta la regin termosfera, separada por la mesopausa, cuya altitud va desde los 85 hasta ms all de los 500 km.

En ella la temperatura se incrementa de -92C hasta 1.200 C, debido a que la

escasa cantidad de gases absorbe radiacin de alta energa, inferior a 200nm.

En contraste con los grandes cambios de temperatura que se producen en las

capas de la atmosfera, la presin de esta disminuye de un modo regular al

aumentar la altitud.

4

Variaciones de temperatura en relacin a la altitud atmosfrica

Figura 2 Fuente: www.telefonica.net/Imagenes/Capas.

Los componentes de la atmsfera se encuentran concentrados cerca de la

superficie, comprimidos por la atraccin de la gravedad y, conforme aumenta la

altura la densidad de la atmsfera disminuye con gran rapidez. En los 5,5

kilmetros ms cercanos a la superficie se encuentra la mitad de la masa total y

antes de los 15 kilmetros de altura est el 95% de toda la materia atmosfrica.

La mezcla de gases que llamamos aire mantiene la proporcin de sus

distintos componentes casi invariable hasta los 80 km, aunque cada vez ms

enrarecido (menos denso) conforme vamos ascendiendo. A partir de los 80 km la

composicin se hace ms variable. En la tabla 1 se muestran las composiciones

porcentuales y otras caractersticas de los principales gases que componen la

atmsfera.

5

Otros gases de inters presentes en la atmsfera son el vapor de agua, el

ozono y diferentes xidos de nitrgeno, azufre.Tambin hay partculas de polvo en

suspensin como, por ejemplo, partculas inorgnicas, pequeos organismos o

restos de ellos, NaCl del mar, etc. Muchas veces estas partculas pueden servir de

ncleos de condensacin en la formacin de nieblas (smog o neblumo) muy

contaminantes.

Principales sustancia que conforman la atmsfera y porcentaje en masa

componente masa molar % molecular % masa espesor relativo

N2 28.02 78.08% 75.51% 6.35 km O2 32.00 20.95% 23.14% 1.68 km Ar 39.94 0.93% 1.28% 74 m Ne 20.18 18 ppm 13 ppm 15 cm He 4.00 5 ppm 0.7 ppm 4 cm Kr 83.70 1 ppm 2.9 ppm 8 mm H2 2.02 0.5 ppm 0.03 ppm 4 mm

CO2 44.01 350 ppm 533 ppm 2.8 m O3 48.00 0-12 ppm 0-20 ppm 0-1 mm

H2O 18.02 0-4 % 0-2.5% 0-300 m Tabla 1 Fuente: propia

1.2 Fundamentos de meteorologa.

El viento, la humedad, la inversin y las precipitaciones tienen un papel

importante en el aumento o disminucin de la contaminacin.

El viento generalmente favorece la difusin de los contaminantes ya que

desplaza las masas de aire en funcin de la presin y la temperatura. El efecto

6

que puede causar el viento depende de los accidentes del terreno o incluso de la

configuracin de los edificios en las zonas urbanizadas.

Al contrario del viento, la humedad juega un papel negativo en la evolucin

de los contaminantes ya que favorece la acumulacin de humos y polvo. Por otra

parte, el vapor de agua puede reaccionar con ciertos aniones aumentando la

agresividad de los mismos, por ejemplo el trixido de azufre en presencia de vapor

de agua se transforma en cido sulfrico, lo mismo ocurre con los cloruros y los

fluoruros para dar cido clorhdrico y fluorhdrico respectivamente.

Inversin trmica.

Normalmente, la temperatura del aire disminuye con la distancia, de tal

manera que en una atmsfera normal hay una disminucin de 0.64 a 1.0 C cada

100 metros en la zona ms prxima a la superficie de la tierra, llamada troposfera;

por encima de ella la temperatura disminuye ms rpidamente. Este sera el

radiante trmico normal, pero bajo determinadas condiciones orogrficas y

climatolgicas este gradiente puede alterarse de tal manera que a una

determinada altura la temperatura del aire es superior a la de una altura inferior.

El problema que esto crea es impedir la dispersin vertical de los humos y de

otros contaminantes enviados a la atmsfera por las industrias, calefacciones,

motores de explosin, actividades urbanas etc.

El fenmeno de inversin trmica se presenta cuando en las noches

despejadas el suelo ha perdido calor por radiacin, las capas de aire cercanas a l

se enfran ms rpido que las capas superiores de aire lo cual provoca que se

genere un gradiente positivo de temperatura con la altitud (lo que es un fenmeno

contrario al que se presenta normalmente, la temperatura de la troposfera

disminuye con la altitud).

7

Esto provoca que la capa de aire caliente quede atrapada entre las 2 capas de

aire fro sin poder circular, ya que la presencia de la capa de aire fro cerca del

suelo le da gran estabilidad a la atmsfera porque prcticamente no hay

conveccin trmica, ni fenmenos de transporte y difusin de gases y esto hace

que disminuya la velocidad de mezclado vertical entre la regin que hay entre las

2 capas fras de aire.

El fenmeno climatolgico denominado inversin trmica se presenta normalmente en las maanas fras sobre los valles de escasa circulacin de aire

en todos los ecosistemas terrestres. Tambin se presenta este fenmeno en las

cuencas cercanas a las laderas de las montaas en noches fras debido a que el

aire fro de las laderas desplaza al aire caliente de la cuenca provocando el

gradiente positivo de temperatura. Este fenmeno se ilustra en la figura 4.

Actividad en las inversiones trmicas

Figura 3 Fuente: www.cepis.ops-oms.org

Cuando se emiten contaminantes al aire en condiciones de inversin trmica,

se acumulan (aumenta su concentracin) debido a que los fenmenos de

transporte y difusin de los contaminantes ocurren demasiado lentos, provocando

8

graves episodios de contaminacin atmosfrica de consecuencias graves para la

salud de los seres vivos.

La inversin trmica es un fenmeno peligroso para la vida cuando hay

contaminacin porque al comprimir la capa de aire fro a los contaminantes contra

el suelo la concentracin de los gases txicos puede llegar hasta equivaler 14

veces ms de lo que normalmente se esperara

Generalmente, la inversin trmica se termina (rompe) cuando se calienta el suelo

y vuelve a emitir calor lo cual restablece la circulacin normal en la troposfera.

Vientos

Los vientos son los desplazamientos de aire en la atmsfera. Su origen se

debe a la diferencia de presin entre reas anticiclnicas y ciclnicas, que son

emisoras y receptoras de viento respectivamente. Cuanto mayor es la diferencia

de presin, mayor ser la velocidad de los vientos. De esta forma tiende a

restablecerse el equilibrio de las masas de aire de la atmsfera.

Los vientos se caracterizan por no soplar en lnea recta ya que la rotacin de la

tierra les otorga un movimiento circular:

Hemisferio Norte: El viento sopla en el sentido de las agujas del reloj. Hemisferio Sur: El viento sopla en sentido contrario de las agujas del reloj.

De acuerdo a la duracin se clasifican en:

Permanentes: Soplan todo el ao en la misma direccin. Los vientos alisios se originan en los anticiclones ocenica permanentes cerca del los

30 de latitud en ambos continentes y se dirigen hacia los ciclones

ecuatoriales. Al pasar sobre los mares se cargan de humedad provocando

precipitaciones. Al llegar a estas zonas se calientan y elevan convirtindose

en contralisios que se desplazan en direccin opuesta. Otros vientos

permanentes son los occidentales en las latitudes medias y los vientos

polares.

9

Peridicos: Cambian de direccin de acuerdo a la estacin del ao o al momento del da. Durante el verano los vientos monzones se atrados por

los centros ciclnicos del centro de Asia y se originan en los anticiclones

ocenicos.

Son clidos y hmedos debido a su procedencia marina. Durante el

invierno el centro del continente se convierte en un centro anticiclnico que

emite vientos fros y secos hacia el mar. Otros vientos peridicos son las

brisas marinas. Diariamente soplan desde el mar, que est ms fresco,

hacia el continente durante el da y en direccin contraria durante la noche.

Locales: Soplan en una regin determinada todo el ao en la misma direccin. Son ejemplos caractersticos de nuestro pas los vientos

Pampero (fro y seco), Sudeste (fro y hmedo) y Zonda (clido y seco).

Humedad

La humedad es la cantidad de vapor de agua contenido en el aire. Su

existencia se debe principalmente a la evaporacin del agua existente en ros y

mares y en menor medida a la evapotranspiracin de plantas y animales. Ese

vapor asciende en la atmsfera hasta llegar a capas fras donde condensa

formando las nubes. Estas se componen de pequeas gotas de agua o agujas de

hielo.

Estas formaciones se sostienen gracias a la accin de corrientes de aire

ascendentes:

Cirros: Se ubican entre los 8.000 y 12,000 metros de altura. Son blancas y con forma de largos filamentos. Suelen preceder un descenso de la presin

atmosfrica.

Cmulos: Se ubican entre los 1.000 y 5.000 metros de altura. Son blancas y redondeadas. Suelen observarse en verano precediendo una tormenta.

10

Nimbos: Se ubican entre los 200 y 2.000 metros de altura. Son oscuras y producen lluvias.

Estratos: Se ubican por debajo de los 600 metros de altura. Forman un manto uniforme formando capas superpuestas. Se observan en das

totalmente nublados.

Cuando el vapor de agua condensa cerca de la superficie terrestre recibe el

nombre de niebla, mientras que si lo hace sobre superficies acuticas se

denomina bruma.

El agua vuelve a la superficie terrestre por medio de las precipitaciones en

forma de lluvia o nieve, completando el ciclo del agua.

1.3 Estaciones meteorolgicas

Una estacin meteorolgica: Se emplean para estudiar y predecir el tiempo es

estado del tiempo, con este fin se construyen observatorios o estaciones

meteorolgicas. Actualmente se utilizan tecnologas muy complicadas y caras,

pero el estudio del clima tiene que contemplar siempre los siguientes factores:

La temperatura: Que se mide con el termmetro. Los termmetros tienen dos escalas: Celsius y Fahrenheit. Los europeos utilizamos la

primera, por eso despus del smbolo de grados () siempre vers la letra

C.

La presin atmosfrica: Es decir, el peso del aire. Para ello se utiliza el barmetro, que mide la presin en milibares.

Las precipitaciones: Pueden ser en forma de lluvia, de nieve o de granizo. El pluvimetro es un aparato que mide la cantidad de agua cada por metro

cuadrado (la cantidad de agua que cae en un cuadrado de un metro de

lado).

El viento: Del que nos interesa la velocidad (se mide con el anemmetro) y la direccin que lleva (se comprueba con la veleta).

11

En Mxico el encargado de las estaciones meteorolgicas es el Servicio Meteorolgico Nacional (SMN), el organismo encargado de proporcionar informacin sobre el estado del tiempo a escala nacional y local en nuestro pas,

depende de la Comisin Nacional del Agua (CNA), que forma parte de la

Secretara de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT).

Para llevar a cabo sus objetivos el Servicio Meteorolgico Nacional cuenta con la

red siguiente infraestructura de observacin:

Red sinptica de superficie, integrada por 72 observatorios meteorolgicos,

cuyas funciones son las de observacin y transmisin en tiempo real de la

informacin de las condiciones atmosfricas.

Red sinptica de altura. Consta de 15 estaciones de radio sondeo, cuya funcin es

la observacin de las capas altas de la atmsfera. Cada estacin realiza

mediciones de presin, temperatura, humedad y viento mediante una sonda que

se eleva por medio de un globo dos veces al da.

Todos los observatorios meteorolgicos (estaciones meteorolgicas) de la red

deben trabajar las 24 horas del da los 365 das del ao ininterrumpidamente, sin

embargo, por la falta de personal nicamente el 27 % labora de esta forma.

Todas las observaciones y registros se rigen a la normatividad establecida por La

OMM. En esta red se realizan mediciones de los elementos del tiempo atmosfrico

de la siguiente forma:

A nivel horario se llevan registros que son asentados en los formatos correspondientes.

Cada 3 horas, a tiempo real y por acuerdos internacionales, para ser transmitidas por diversos medios de comunicacin al Centro Nacional de

12

Telecomunicaciones Meteorolgicas (CNTM), para su posterior retrasmisin

al Centro Meteorolgico Mundial de Washington (CMMW) para su difusin

mundial, as como a todos los usuarios nacionales.

Mensualmente con los registros horarios, se realiza un reporte de acuerdo a la normatividad de la OMM, el cual es transmitido al CNTM a ms tardar a

los 4 das siguientes de concluido el mes, para su retransmisin al CMMW

para ser difundida mundialmente.

La transmisin de la informacin se realiza cada 3 horas a tiempo real

(mensajes sinpticos), es decir se deben recibir 8 mensajes por da por cada

observatorio y de acuerdo al Tiempo del Meridiano de Greenwich (GMT). Las

horas en que se efectan las observaciones meteorolgicas y se envan los

informes sinpticos se mantienen constantes con respecto a la hora GMT a nivel

mundial, independientemente de los cambios que se den en el horario civil. Para

efectos de evitar confusiones, en las siguientes tablas se indican las variaciones

de la hora local de verano y de invierno con respecto a la hora GMT, para los

diferentes husos horarios que rigen el pas. En estas horas se reciben los reportes

en el CNTM para la disposicin de todos los usuarios.

Horarios de la trasmisin de mensajes sinpticos de la Pennsula de Baja California en Mxico.

Meridiano 120

Baja California

Hora del Meridiano de Greenwich (Hora de transmisin al CNTM)

Hora Local

Horario de Invierno Horario de Verano

00:00 Z 16:00 hrs. 17:00 hrs.

03:00 Z 19:00 hrs. 20:00 hrs.

06:00 Z 22:00 hrs. 23:00 hrs.

09:00 Z 01:00 hrs. 02:00 hrs.

12:00 Z 04:00 hrs. 05:00 hrs.

15:00 Z 07:00 hrs. 08:00 hrs.

18:00 Z 10:00 hrs. 11:00 hrs.

21:00 Z 13:00 hrs. 14:00 hrs. Tabla 2 fuente SMN (2000)

13

Horarios de la trasmisin de mensajes sinpticos de la regin noroeste de Mxico.

Meridiano 105

Baja California Sur, Sonora, Sinaloa, Nayarit

Hora del Meridiano de Greenwich (Hora de transmisin al CNTM)

Hora Local

Horario de Invierno Horario de Verano

00:00 Z 17:00 hrs. 18:00 hrs.

03:00 Z 20:00 hrs. 21:00 hrs.

06:00 Z 23:00 hrs. 00:00 hrs.

09:00 Z 02:00 hrs. 03:00 hrs.

12:00 Z 05:00 hrs. 06:00 hrs.

15:00 Z 08:00 hrs. 09:00 hrs.

18:00 Z 11:00 hrs. 12:00 hrs.

21:00 Z 14:00 hrs. 15:00 hrs.

Tabla 3 Fuente SMN (2000)

Horarios de la trasmisin de mensajes sinpticos para el resto del pas Meridiano 90

Resto del pas

Hora del Meridiano de Greenwich (Hora de transmisin al CNTM)

Hora Local

Horario de Invierno Horario de Verano

00:00 Z 18:00 hrs. 19:00 hrs.

03:00 Z 21:00 hrs. 22:00 hrs.

06:00 Z 00:00 hrs. 01:00 hrs.

09:00 Z 03:00 hrs. 04:00 hrs.

12:00 Z 06:00 hrs. 07:00 hrs.

15:00 Z 09:00 hrs. 10:00 hrs.

18:00 Z 12:00 hrs. 13:00 hrs.

21:00 Z 15:00 hrs. 16:00 hrs. Tabla 4 Fuente: SMN, (2000) La eleccin de montajes de las estaciones, con el fin de que puedan ser

considerados los datos representativos es fundamental, dado que en los valores

que toman las variables meteorolgicas influye, adems de la latitud y la altitud, la

14

distancia al mar, la topografa del lugar, la proximidad de grandes masas de agua,

relieve accidentado, vegetacin, barreras o cortinas arbreas, edificaciones etc.

La estacin debe situarse con independencia de encontrarse en la zona baja

de un valle, en una cumbre o en una zona de pendiente acusada, en un lugar

despejado.

Una pradera una huerta o un amplio patio puede ser un buen emplazamiento,

siempre que los rboles, muros, o edificios prximos a la estacin disten de sta

como mnimo una distancia igual a la altura de los obstculos. No conviene situar

la estacin en campos totalmente despejados ni en terrazas, ni en tejados, debido

a que estos sitios estn expuestos a fuertes rachas de viento, que producen

remolinos de aire y en consecuencia se altera la medida de la lluvia.

Estacin Meteorolgica Automtica Es un conjunto de dispositivos elctricos y mecnicos que realizan mediciones

de las variables meteorolgicas de forma automtica (sobre todo en forma

numrica).

Una Estacin Meteorolgica Automtica, est conformada por un grupo de

sensores que registran y transmiten informacin meteorolgica de forma

automtica de los sitios donde estn estratgicamente colocadas. Su funcin

principal es la recopilacin y monitoreo de algunas variables Meteorolgicas

para generar archivos del promedio de cada 10 minutos de todas las variables,

esta informacin es enviada va satlite en intervalos de 1 3 horas por estacin.

La hora que se utiliza para registrar los datos es el horario TUC UTC

(Tiempo Universal Coordinado) por esta razn deber tener en consideracin

este factor para la correcta interpretacin de los datos anteriores de las tablas.

El rea representativa de las estaciones es de 5 km de radio aproximadamente,

en terreno plano, excepto en terreno montaoso.

15

Sensores que integran la Estacin: - Velocidad del viento

- Direccin del viento

- Presin atmosfrica

- Temperatura y Humedad relativa

- Radiacin solar

- Precipitacin

Existen dos tipos de estructura donde van montadas las estaciones: La de tipo

andamio y de tipo torre triangular, que se pueden observar en la siguiente figura

Figura 4. Fuente: SMN, (2000)

16

Estaciones meteorolgicas atmosfricas (EMAs) en la regin central de Mxico. Hay 25 en el Estado de Mxico, Hidalgo, Tlaxcala y Distrito Federal.

Tabla de Localizacin de EMAs en la zona centro de Mxico

ESTADO NOMBRE Latitud Longitud Altitud

DISTRITO FEDERAL EL GUARDA 1909'17'' 9904'44'' 2946 DISTRITO FEDERAL LA AGRARIA 1916'27" 9909'29" 2272

ESTADO DE MXICO ACOLMAN 1938'05" 9854'42" 1993

ESTADO DE MXICO AMECAMECA 1907'55" 9847'10"

2460

ESTADO DE MXICO ARCOS DEL SITIO 1945'59" 9920'36" 2356

ESTADO DE MXICO CHAPINGO 1929'39" 9853'19" 2260

ESTADO DE MXICO IXTAPALUCA 1919'52'' 9852'40'' 2272

ESTADO DE MXICO LAGUNA DE ZUMPANGO 1948'28'' 9907'51'' 2262

ESTADO DE MXICO MANUEL VILA CAMACHO 1919'13" 9845'20" 2958

ESTADO DE MXICO PRESA GUADALUPE 1938'01" 9915'03" 2313

ESTADO DE MXICO OTUMBA 1941'17" 9845'27" 2384

ESTADO DE MXICO SAN MIGUEL ATLAMAJAC 1944'56" 9855'55" 2316

ESTADO DE MXICO TEPEATLOXTOC 1934'09" 9849'29" 2320

ESTADO DE MXICO TEQUIXQUIAC 1954'15" 9917'30" 2266

HIDALGO ACTOPAN 2016'50'' 9858'21'' 1993 HIDALGO IROLO 19 45'36" 98 35'26" 2464 HIDALGO IXMIQUILPAN 2029'46'' 9910'52'' 2272 HIDALGO LAGUNA DE TECOCOMULCO 1952'21'' 9824'15'' 2547 HIDALGO MIXQUIAHUALA 2013'46'' 9912'55'' 2009 HIDALGO PRESA ROJO GMEZ 2021'34" 9919'07" 1996 HIDALGO TAXHIMAY 1950'14" 9923'02" 2256 HIDALGO TEZONCUALPA 1957'57" 9816'29" 2519 HIDALGO TEZONTEPEC 1952'42" 9849'12" 2344 HIDALGO TULA DE LAS ROSAS 2003'24" 9920'54" 2054

TLAXCALA SANCTORUM 1929'25" 9828'18" 2767

Tabla 5. Fuente: SMN, (2000)

17

1.4 Los instrumentos meteorolgicos.

Barmetro de mercurio: Instrumento utilizado para medir la presin atmosfrica. Pueden ser de ramas iguales o desiguales y en este ltimo caso de

cubeta fija y cero mvil o de cubeta mvil y cero fijo.

Se coloca en el interior de la estacin meteorolgica, ya que no puede estar

expuesto al sol, ni a la corriente de aire. Deben colocarse sobre paredes por las

que no pasen caeras y debe estar a una altura en la que sea fcil medir y

completamente vertical. Para medir la presin el primer paso es llevar el mercurio

de la cubeta, mediante un tornillo, hasta el extremo de un ndice de marfil (es el 0

de la escala).Este procedimiento se llama enrase. Luego se debe ajustar el vernier

de manera que apenas toque el menisco que forma el mercurio. Paralelamente se

debe medir la temperatura del termmetro adjunto.

Todo esto debe realizarse rpidamente para que el calor de nuestro cuerpo no

incida en la medicin. Una vez ledo el dato de presin se deben hacer algunas

correcciones: Por temperatura, ya que la altura del mercurio vara con la

temperatura, al igual que la escala (esta se hace de invar que es un material poco

dilatable). Por gravedad (reducir a 45 de latitud y 0 metros).

Barmetro aneroide: Mide la presin atmosfrica. Se coloca en el interior de la estacin meteorolgica

Bargrafo: mide la presin atmosfrica y registra su variacin a travs del tiempo - Tendencia baromtrica- se instala a la sombra, sobre una repisa sin vibraciones.

Para evitar la dilatacin de las cpsulas por efecto de la temperatura, se utiliza un

bimetlico, es decir dos metales cuyos coeficientes de dilatacin se complementan

de manera que la aguja quede en su lugar y no se vea afectada por los cambios

de temperatura.

18

Termmetro: registra la temperatura. Se coloca en el interior del abrigo meteorolgico con su bulbo a una altura entre 1,5 y 2 metros de altura

Termmetro de mxima: registra la temperatura ms alta del da. Se coloca dentro del abrigo meteorolgico en un soporte adecuado, con su bulbo inclinado

hacia abajo formando un ngulo de 2 con la horizontal. Luego de la lectura, para

volver a ponerlo a punto se debe sujetar firmemente por la parte contraria al

depsito y sacudirlo con el brazo extendido (maniobra similar a la que realizamos

para bajar la temperatura de un termmetro clnico)

Termmetro de mnima: registra la temperatura ms baja del da. Se coloca dentro del abrigo meteorolgico en un soporte adecuado en forma horizontal.

Luego de la lectura se debe poner nuevamente el ndice en contacto con la

superficie libre del alcohol.

Termmetros de suelo: Se utilizan para medir la temperatura del suelo y a distintas profundidades. Se recomienda que todo el termmetro est sumergido

para evitar el error por columna emergente. Los termmetros que miden distintas

profundidades se colocan dentro de un compartimento de plstico, cermica o

cualquier material que adquiera la temperatura de la tierra.

Psicrmetro: Mide la humedad relativa. Hay dos tipos de psicrmetros los de ventilacin forzada y los de ventilacin natural. Me referir a este ltimo. Este

instrumento se coloca en un soporte dentro del abrigo meteorolgico. El acceso a

la humedad relativa, tensin de vapor y punto de roco se hace mediante tablas,

ingresando a las mismas con los datos de las lecturas de ambos termmetros.

Termgrafo: Grafica la temperatura a travs del tiempo. Se coloca en el interior del abrigo meteorolgico.

19

Higrgrafo: Grafica la humedad a travs del tiempo. Se coloca en el interior del abrigo meteorolgico. El haz de cabellos se debe limpiarse con agua destilada.

Anemmetro: Pueden ser de coperolas, de hlice, de tubo pitot, elctricos. Me referir al primero de ellos (de coperolas) por ser el ms usado. Se coloca lejos de

obstculos, en general a 10 metros de altura.

Anemocinemgrafo: Este instrumento registra en una faja la direccin y velocidad del viento. El sensor de velocidad puede ser de cope rolas o puede

utilizar el sistema de tubo pitot. El sensor de direccin es una veleta. Los

sensores se colocan a 10 metros de altura, alejado de obstculos

Veleta: Mide la direccin del viento. El sensor se coloca a 10 metros de altura, alejado de obstculos

Pluvimetro: Mide la cantidad de agua cada. Se coloca sobre piso de csped bien cortado para evitar salpicaduras y la distancia a cualquier objeto cercano

debe ser de por lo menos 4 veces su altura. La boca del pluvimetro debe estar

perfectamente horizontal. A veces, para evitar la turbulencia del viento se le coloca

una especie de pollerita al cuerpo del instrumento. La observacin se hace cada

24 horas. El agua se trasvasa a una probeta de tipo pirex graduada en mm de

precipitacin.

Fluvigrafo: Registra la cantidad de agua cada y el tiempo durante el que ha cado. Las caractersticas de instalacin de este instrumento coinciden con las del

pluvimetro. Para medir la lluvia slo deben sumarse las ramas ascendentes del

registro de la faja. En el caso del fluvigrafo de cangilones se deben sumar tanto

las subidas como las bajadas de la curva graficada en la faja.

20

Evapormetro o atmmetro: Mide la evaporacin potencial. Se coloca en el interior del abrigo meteorolgico. Est graduado en mm en graduacin creciente

de arriba a abajo.

Tanque de evaporacin: Como el viento tambin influye en la evaporacin, se coloca un anemmetro totalizador que marca la cantidad de km o metros que

recorri una partcula en el da. Adems es conveniente conocer la temperatura

del agua

Piranmetros y pirhelimetros Miden la radiacin solar difusa y directa. Se mide en caloras por centmetro cuadrado y minuto, o en vatios por metro cuadrado.

Equivalencia: 1 cal /cm2 min = 696,67 W/m2

Heliofangrafo: Mide la duracin de la insolacin. Si el sol brilla durante todo el da se forma un trazo carbonizado continuo, si el sol brilla de manera intermitente,

el trazo ser discontinuo. En este caso, la duracin de la insolacin se determina

sumando las longitudes de las partes carbonizadas.

Transmismetro: Mide la visibilidad. Se basa en la atenuacin que se produce en un haz de luz por la presencia de partculas en la atmsfera. Se compone de una

fuente de luz y un receptor colocados a una distancia conocida (75 metros). La

cantidad de luz que llega al receptor se traduce en fuerza electromotriz. Algunos

de estos instrumentos se pueden observar en las figuras 5,6 y 7.

21

Instrumentos en el interior del abrigo meteorolgico

Figura 5. Fuente: SMN, (2000)

Otros Instrumentos

Figura 6. Fuente: SMN, (2000)

22

Otros instrumentos

Figura 7. Fuente: SMN, (2000)

23

Capitulo 2. Contaminacin de la atmsfera. Objetivo educacional. Obtendr los conocimientos bsicos sobre el transporte y dispersin de contaminantes atmosfricos y la aplicacin de software para la

simulacin de la dispersin.

2.1 Concepto.

Se entiende por contaminacin atmosfrica como la presencia en el aire de materias o formas de energa que impliquen riesgo, dao o molestia grave para las

personas y bienes de cualquier naturaleza, as como que puedan atacar a distintos

materiales, reducir la visibilidad o producir olores desagradables.

El nombre de la contaminacin atmosfrica se aplica por lo general a las

alteraciones que tienen efectos perniciosos en los seres vivos y los elementos

materiales, y no a otras alteraciones inocuas. Los principales mecanismos de

contaminacin atmosfrica son los procesos industriales que implican combustin,

tanto en industrias como en automviles y calefacciones residenciales, que

generan dixido y monxido de carbono, xidos de nitrgeno y azufre, entre otros

contaminantes. Igualmente, algunas industrias emiten gases nocivos en sus

procesos productivos, como cloro o hidrocarburos que no han realizado

combustin completa.

La contaminacin es uno de los problemas ambientales ms importantes que

afectan a nuestro mundo y surge cuando se produce un desequilibrio, como

resultado de la adicin de cualquier sustancia al medio ambiente, en cantidad tal,

que cause efectos adversos en el hombre, en los animales, vegetales o materiales

expuestos a dosis que sobrepasen los niveles aceptables en la naturaleza.

24

2.2 Fuentes de contaminacin La contaminacin puede surgir a partir de ciertas manifestaciones de la

naturaleza (fuentes naturales) o bien debido a los diferentes procesos productivos

del hombre (fuentes antropognicas) que conforman las actividades de la vida

diaria. Por otra parte el flujo de la contaminacin tiene una ruta bien identificada

que se describe en la figura 8.

Flujo de la contaminacin atmosfrica

Figura 8 Fuente: SEMARNAT

Los contaminantes que el hombre libera hacia la atmsfera en mayor medida,

provienen de la combustin de carburantes fsiles, y podramos clasificarlos en

tres grupos principales:

1) Actividades industriales, como las dedicadas a la obtencin de energa: liberan xidos de nitrgeno, azufre, y en menor medida plomo metlico.

25

2) Actividades domsticas, como la combustin por sistemas de calefaccin: liberan mayormente xidos de azufre, y de nitrgeno en menor medida

3) Transportes, como los de combustin interna: liberan xidos de nitrgeno y plomo, y xidos de azufre en menor cantidad.

Con frecuencia se han clasificado genricamente las fuentes de emisin de

agentes contaminantes en la troposfera considerando su localizacin fija o mvil.

As, se habla de:

a) Fuentes mviles, incluyen a los diversos tipos de vehculos de motor utilizados en el transporte: Los aviones, helicpteros, ferrocarriles,

tranvas, tractocamiones, autobuses, camiones, automviles,

motocicletas, embarcaciones, equipo y maquinarias no fijas con motores

de combustin y similares, que por su operacin generen o puedan

generar emisiones contaminantes a la atmsfera.

Si bien la definicin de fuente mvil incluye prcticamente a todos los

vehculos automotores, la NOM para fuentes fijas se refiere bsicamente a

las emisiones de automviles y camiones. Los motores de los vehculos

son los responsables de las emisiones de CO, de compuestos orgnicos

voltiles, SO2, y NOx, producidos durante la combustin.

b) Fuentes fijas: As denominadas, por actuar permanentemente sobre un sitio o regin, es decir, por estar ah establecidas. Estn constituidas por

fbricas, comercios, talleres metalrgicos, incineradores, fundiciones, etc.

y producen una considerable contaminacin, no solo por el uso de

combustibles sino por la emisin de vapores solventes orgnicos, o de

productos qumicos contaminantes.

Las fuentes fijas son las ms dainas, stas actan sobre todas las reas

de la biosfera y producen, tanto emisiones de humos, polvos, gases,

ruidos y radiaciones; como descargas de aguas residuales o desechos

26

slidos que afectan, por igual, el aire, los diversos cuerpos receptores de

agua o la tierra, por deterioro superficial, filtracin o acarreo. Una emisin

de humos y polvos puede no ser por si misma necesariamente peligrosa;

para serlo deber tener una densidad y un volumen tales, durante cierto

lapso, que las condiciones atmosfricas no sean suficientes para diluirla o

dispersarla en un perodo de tiempo dado, hacindola inocua.

La peligrosidad se inicia, precisamente, a partir del momento en que la

cantidad de elementos no deseables emitidos, rebasa la capacidad natural

de dispersin, transformacin o anulacin, creando, por lo tanto una

concentracin que rompe el equilibrio. En la tabla 6 se puede observar el

tipo de fuente contaminante, ya sea fija o mvil y las emisiones que se

generan por accin de stas.

Lo anterior es consecuencia de la tendencia de agrupar en ciertas

reas; en especial las urbanas, los contaminantes que emitidos por la

fuentes fijas, no pudieron ser desplazados por la circulacin atmosfrica y

a los que se unen los provenientes de las fuentes mviles y de las

naturales.

Fuentes antropognicas de emisiones atmosfricas

Fuentes antropognicas Contaminantes

Fijas Procesos industriales

Dixido de azufre, Hidrocarburos voltiles,

Partculas carbonosas, Anhdrido sulfuroso,

xidos de nitrgeno (NOx),Dixido de

carbono (CO2) Metales pesados

Mviles

Quema de

combustibles fsiles

vehculos y

aeronaves

Monxido de carbono (CO),xidos de

nitrgeno (NOx),

Hidrocarburos (HC), Compuestos de plomo.

Tabla 6 Fuente: Gestin-calidad/riesgo

27

Las caractersticas fsicas como el tamao de las partculas, la composicin

qumica, as como el origen de stas determinan en gran medida la actividad

reactiva, as como las posibles afectaciones que stas generan al ambiente y los

seres vivos. A continuacin en la tabla 7, se muestran algunos de los

contaminanates ms persistente su estado fsica y sus fuentes

Descripcin de los principales contaminantes qumicos y sus fuentes

Contaminante Formacin Estado fsico Fuentes Partculas en

suspensin (PM), PM10, Humos negros

Primaria y secundaria Slido, lquido Vehculos, procesos industriales, humo de tabaco

SO2 Primaria gas Procesos industriales, vehculos

NO2 Primaria y secundaria gas Vehculos, estufas de cocina de gas.

CO Primaria gas Vehculos, combustiones interiores, humo de tabaco

COVs Primaria y secundaria gas Combustiones interiores

Pb Primaria Slido partculas finas Vehculos, industria O3 Secundaria gas Vehculos (secundario

o foto-oxidacin de NO2 y COVs

Tabla 7 Fuente: SEMARNAT PM10 : Partculas con tamao inferior a 10 um.

2.3 Tipos de contaminantes.

Existen distintas formas para clasificar a los contaminantes. Segn su origen,

se distinguen los naturales y los antropognicos. Los primeros se deben a los fenmenos en los cuales no interviene el hombre, por ejemplo: erupciones,

incendios accidentales, produccin de gases en pantanos, diseminacin de polen

por el viento, etc. En cambio, los antropognicos se derivan de las actividades del

hombre.

28

Los contaminantes tambin se clasifican en primarios y secundarios, segn sean arrojados tal cual a la atmsfera, o bien se forme en ella debido a las

reacciones qumicas resultado de la presencia de diversos compuestos y a la

accin de la luz solar. (Jimnez, 2008)

Otra clasificacin es por su estado fsico, es decir por el tamao de las partculas contaminantes en este caso los contaminantes se agrupan en las siguientes familias:

Compuestos inorgnicos de carbono Compuestos derivados del azufre Hidrocarburos Compuestos del nitrgeno Oxidantes fotoqumicos Metales Partculas

2.4 Efectos de la contaminacin en la salud humana

El aire que respiramos est formado por muchos componentes qumicos. Los

componentes primarios del aire son el nitrgeno (N2), oxgeno (O2) y vapor de

agua (H2O). En el aire tambin se encuentran pequeas cantidades de muchas

otras sustancias, incluidas el Dixido de carbono, Argn, Nen, Helio, Hidrgeno y

Metano.

Componentes primarios del aire y otras sustancias

Figura 9. Fuente: www.cepis.org

29

Las actividades humanas han tenido un efecto perjudicial en la composicin

del aire. La quema de combustibles fsiles y otras actividades industriales han

cambiado su composicin debido a la introduccin de contaminantes, incluidos el

el dixido de azufre (SO2), monxido de carbono (CO), compuestos orgnicos

voltiles (COV), xidos de nitrgeno (NOx) y partculas slidas y lquidas

conocidas como material particulado. Aunque todos estos contaminantes pueden

ser generados por fuentes naturales, las actividades humanas han aumentado

significativamente su presencia en el aire que respiramos.

Nube de contaminantes de origen natural y antropognico

Figura 10 Fuente: www.cepis.org

Los contaminantes del aire pueden tener un efecto sobre la salud y el bienestar

de los seres humanos. Un efecto se define como un cambio perjudicial

mensurable u observable debido a un contaminante del aire. Un contaminante

puede afectar la salud de los seres humanos, as como la de las plantas y

animales. Los contaminantes tambin pueden afectar los materiales no vivos

como pinturas, metales y telas.

30

Ciudad industrializada con nubes de contaminacin

Figura 11 Fuente: energyconsulting.files.com Cmo la contaminacin del aire afecta nuestra salud? La contaminacin del aire tiene un efecto directo sobre la salud humana. En

casos extremos, ha causado muertes como resultado de la combinacin de

caractersticas geogrficas inusuales con factores climticos. Por ejemplo, el

episodio de contaminacin del aire en Donora, Pennsylvania, en los Estados

Unidos en 1948 ocasion 20 muertes y ms de 5,000 enfermos. Esto es un

ejemplo de los graves efectos adversos que resultan del exceso de poblacin y de

industrias, junto con ciertos factores geogrficos y meteorolgicos en un rea

concentrada. Ver figura 11.

La exposicin a contaminantes del aire puede causar efectos agudos (a corto

plazo) y crnicos (a largo plazo) en la salud. Usualmente, los efectos agudos son

inmediatos y reversibles cuando cesa la exposicin al contaminante. Los efectos

agudos ms comunes son la irritacin de los ojos, dolor de cabeza y nuseas.

A veces los efectos crnicos tardan en manifestarse, duran indefinidamente y

tienden a ser irreversibles. Los efectos crnicos en la salud incluyen la disminucin

de la capacidad pulmonar y cncer a los pulmones debido a un prolongado

31

perodo de exposicin a contaminantes txicos del aire, tales como el asbesto y

berilio.

El sistema respiratorio y la contaminacin del aire Aunque los contaminantes pueden afectar a la piel, ojos y otros sistemas del

cuerpo, el ms perjudicado es el sistema respiratorio. Las siguiente figura (12)

muestra los componentes de este sistema. El aire se inhala por la nariz que acta

como el sistema filtrante primario del cuerpo.

La contaminacin del aire afecta principalmente al sistema respiratorio

Figura 12. Fuente: www.cepis.org

Los pelos pequeos y las condiciones calientes y hmedas de la nariz

eliminan eficazmente las partculas contaminantes de mayor tamao. Luego el aire

pasa por la faringe, y laringe antes de llegar a la parte superior de la trquea.

La trquea se divide en dos partes, los bronquios izquierdo y derecho.

Cada bronquio se subdivide en compartimentos cada vez ms pequeos llamados

bronquiolos que contienen millones de bolsas de aire llamados alveolos. Los

bronquiolos y alveolos, constituyen los pulmones. Los contaminantes de aire, tanto

gaseosos como particulados, pueden tener efectos negativos sobre los pulmones.

32

Las partculas slidas se pueden impregnar en las paredes de la trquea,

bronquios y bronquiolos. La mayora de estas partculas se eliminan de los

pulmones mediante la accin de limpieza (barrido) de los cilios, pequeos

filamentos de las paredes de los pulmones. Esto es lo que ocurre cuando se tose

o estornuda. Una tos o estornudo transporta las partculas a la boca. Las

partculas se eliminan cuando son ingeridas o expulsadas del cuerpo. Sin

embargo, las partculas sumamente pequeas pueden alcanzar los alveolos,

donde a menudo toma semanas, meses o incluso aos para que el cuerpo las

elimine.

Los contaminantes gaseosos del aire tambin pueden afectar la funcin de

los pulmones mediante la reduccin de la accin de los cilios. La respiracin

continua de aire contaminado disminuye la funcin de limpieza normal de los

pulmones, lo que puede ocasionar que gran nmero de partculas lleguen a las

partes inferiores del pulmn. Ver figura 13.

Resulta difcil para los pulmones remover las partculas sumamente pequeas

Figura 13. Fuente: www.cepis.org

33

Los pulmones son los rganos responsables de absorber el oxgeno del aire

y remover el dixido de carbono del torrente sanguneo. El dao causado a los

pulmones por la contaminacin del aire puede imposibilitar este proceso y

contribuir a la aparicin de enfermedades respiratorias como la bronquitis,

enfisema y cncer. Tambin puede afectar el corazn y el sistema circulatorio.

Contaminacin del aire

La contaminacin del aire ocurre tanto en exteriores (ambiental) como en

interiores. Los efectos de la contaminacin del aire sobre la salud varan

enormemente de persona en persona. Los ms afectados por la contaminacin del

aire son los ancianos, lactantes, mujeres embarazadas y enfermos crnicos del

pulmn y corazn, figura 14. Las personas que hacen ejercicios al aire libre

tambin estn propensas pues respiran ms rpida y profundamente, lo que

permite el ingreso de ms contaminantes a los pulmones. Los corredores y

ciclistas que se ejercitan en reas de gran trnsito se pueden estar causando ms

dao que beneficio.

Personas ms afectadas por la contaminacin atmosfrica

Figura 14. Fuente: www.cepis.org

34

El smog fotoqumico (niebla fotoqumica) es un trmino de la

contaminacin del aire que se usa diariamente. En realidad, el smog fotoqumico

es ozono a nivel del suelo formado por la reaccin de los contaminantes con la luz

solar. ste tiene un efecto perjudicial sobre la salud de los grupos de alto riesgo

mencionados anteriormente. En las ciudades de Mxico, Santiago y Sao Paulo,

por ejemplo, los peridicos y emisoras de radio informan diariamente ndices de la

calidad del aire para alertar a las personas en riesgo que se encuentran al aire

libre. Estos ndices son una medida de los niveles de contaminantes y partculas

en el aire.

Efectos indirectos de la contaminacin del aire

La posibilidad cada vez ms creciente de contraer cncer de piel es un

efecto indirecto de la contaminacin del aire sobre la salud. Aunque el ozono en la

atmsfera inferior es perjudicial para el ambiente, en la atmsfera superior es

necesario para proteger a la tierra de la nociva radiacin ultravioleta.

Esta capa protectora se est daando debido a la descarga masiva de

clorofluorocarbonos (CFC) en la atmsfera. Estos compuestos se usan

comnmente en refrigeradores y aparatos de aire acondicionado y como gas en

atomizadores de aerosol.

Contaminacin del aire en interiores Los efectos de la contaminacin del aire en interiores han recibido mayor

atencin en los ltimos aos porque es all donde las personas pasan casi 90 por

ciento de su tiempo. Diversos estudios han indicado que la exposicin a algunos

contaminantes puede ser dos a cinco veces mayor en interiores que al aire libre.

Hay muchos tipos de contaminantes de interiores, tales como el humo de los

artefactos, chimeneas y cigarrillos; contaminantes orgnicos de las pinturas,

colorantes, limpiadores y materiales de construccin; y el radn.

35

La contaminacin en interiores puede ser de dos a cinco veces mayor que al aire libre

Figura 15 Fuente: www.cepis.org

El radn es un gas que se presenta de forma natural, no tiene olor ni color

y es radiactivo. Sus efectos sobre la salud humana son importantes porque es el

segundo factor, despus del cigarrillo, que produce cncer al pulmn.

Afortunadamente, los niveles de radn se pueden reducir con la circulacin del

aire y ventilacin adecuada.

Los contaminantes criterio son aquellos para los cuales se han

establecido normas nacionales de calidad del aire. Los contaminantes criterio son

el monxido de carbono, ozono, xidos de azufre, material particulado, xidos de

nitrgeno y plomo. Los contaminantes peligrosos incluyen varios compuestos

orgnicos voltiles, asbesto, cloruro de vinilo y mercurio, entre otros.

La contaminacin del aire tiene un efecto perjudicial sobre casi todas las

fases de nuestras vidas. Adems de los efectos sobre la salud tratados

anteriormente, hay muchos otros efectos secundarios sobre la vegetacin, suelo,

agua, materiales hechos por el hombre, clima y visibilidad.

36

Ozono

Desde 1970 se ha estudiado los efectos de la contaminacin del aire

sobre los cultivos, rboles y otro tipo de vegetacin. Las investigaciones de campo

y experimentos de invernadero han revelado que el ozono es txico para las

plantas y puede destruir variados cultivos comerciales, ver figura 16. Existen

pruebas de que el incremento de radiacin ultravioleta debido a la prdida de

ozono en la atmsfera superior est afectando el ciclo de crecimiento normal de

las plantas.

El ozono es txico para las plantas

Figura 16 www.cepis.org

Lluvia cida.

De igual modo, la lluvia cida afecta cultivos como la avena, alfalfa,

guisantes, zanahorias, y tambin reas forestales; ha recibido mucha atencin a

nivel internacional. Se forma cuando los contaminantes del aire, tales como el

dixido de azufre (SO2) y xidos de nitrgeno (NOx) se transforman en cidos en

la atmsfera.

37

Posteriormente, la precipitacin resultante (lluvia, nieve o niebla) deposita los

cidos en lagos y suelos. El control de la lluvia cida se ha convertido en una

preocupacin internacional, ya que a menudo la fuente de estos contaminantes se

encuentra alejada del lugar donde se registran los efectos. Los efectos de la

contaminacin del aire.

Las investigaciones han indicado que sta acidez puede destruir o daar

la fauna silvestre de lagos y arroyos, y tambin las construcciones hechas por el

hombre, tales como los edificios y monumentos al aire libre. Las estatuas antiguas de Grecia e Italia han sido daadas considerablemente por la lluvia cida. Ver

figura 17.

Afectaciones a monumentos histricos por efectos de la lluvia cida

Figura 17 Fuente: http://estadosunidos.pordescubrir.com/

Visibilidad

La contaminacin del aire tambin afecta la visibilidad. Esto ha dado lugar

a problemas relacionados con la seguridad de la operacin de los aviones y la

destruccin de paisajes naturales. Por ejemplo, la visibilidad del Gran Can en

los Estados Unidos ha sido afectada por la contaminacin del aire generada por el

hombre a cientos de kilmetros de distancia.

38

Calentamiento de la atmsfera

Existen pruebas de que la contaminacin del aire contribuye al

calentamiento de la atmsfera o al efecto invernadero. La quema de combustibles

fsiles emite demasiado dixido de carbono a la atmsfera.

Normalmente, el dixido de carbono no es peligroso ya que es un alimento

necesario para las plantas, pero la cantidad que se produce es mucho mayor que

la requerida por la vegetacin.

El dixido de carbono forma un manto sobre la superficie de la tierra y

atrapa el calor reflejado del suelo. El efecto es similar al de un automvil cerrado o

un invernadero, de all el trmino de efecto invernadero como se ejemplifica en la

figura 18.

Los cientficos han pronosticado que en los prximos cincuenta aos el

calentamiento del planeta podra elevar la temperatura tres a nueve grados ms

que los promedios actuales. Los efectos de la contaminacin del aire como se ha

visto, la contaminacin del aire afecta nuestras vidas en muchos aspectos. Las

fuentes primarias de contaminacin del aire son las fbricas y las comodidades

modernas de las que dependemos para el crecimiento econmico y estilo de vida.

Equilibrar el desarrollo econmico con la necesidad de proteger a la poblacin de

los riesgos de la contaminacin del aire sobre la salud y el bienestar es un reto

que enfrentan los pases.

En el efecto invernadero el CO2 la disipacin del calor y contaminantes

Figura 18 Fuente: www.cepis.org

39

Capitulo 3. Transporte y dispersin de contaminantes atmosfricos

Objetivo Educacional. Obtener los conocimientos bsicos sobre el transporte y dispersin de contaminantes atmosfricos y la aplicacin de software para la

simulacin de la dispersin.

3.1 Conceptos bsicos En general, la concentracin de contaminantes disminuye a medida que se

alejan del punto de descarga y son dispersados por el viento y otras fuerzas

naturales. Las variaciones del clima influyen en la direccin y dispersin general

de los contaminantes.

La dispersin y transporte de contaminantes pueden estar afectados por

factores climticos y geogrficos. Un ejemplo es la inversin trmica. Como se

mencion anteriormente, la inversin trmica es una condicin atmosfrica

causada por una interrupcin del perfil normal de la temperatura de la atmsfera.

La inversin trmica puede retener el ascenso y dispersin de los contaminantes

de las capas ms bajas de la atmsfera y causar un problema localizado de

contaminacin del aire. Los episodios que tuvieron lugar en Londres, Inglaterra, y

Donora, Pennsylvania, fueron el resultado de inversiones trmicas.

La proximidad de una gran rea metropolitana a una cadena de montaas

tambin puede tener un efecto negativo sobre el transporte y dispersin de

contaminantes, como lo es el centro del pas.

La calidad de aire en una zona, y como consecuencia de los efectos

inducidos sobre la misma, son funcin directa de la cuanta de emisin y de los

fenmenos de circulacin que tengan lugar en la atmsfera sobre los penachos

que conforman los gases y las partculas emitidas por un foco contaminante.

40

La mecnica clsica establece que conociendo la posicin y velocidad

de las partculas de un sistema en un determinado instante, es posible deducir el

comportamiento ulterior de las mismas.

Ahora bien, cuando se trata de analizar sistemas compuestos de miles o

millones de partculas, como es el caso en un efluente gaseoso, es imposible

acceder a esa cantidad de datos y procesarlos. Lo que se hace en estos casos es

involucrar en el clculo magnitudes fsicas que reflejen el estado del sistema como

un todo, sin ser indicativo de la situacin de cada partcula. As si se dice que una

masa de gas tiene una temperatura de 20C, eso no quiere decir que cada

partcula tenga esa temperatura. Solo podemos afirmar que el intercambio de calor

entre las partculas y el termmetro hace que el mismo se comporte como si

hubiera entrado en contacto con una masa uniforme con todas sus partculas a

20C. El mismo razonamiento puede aplicarse al resto de las magnitudes fsicas

como presin, velocidad, etc.

Para predecir el comportamiento de ese sistema no uniforme a partir de

datos globales, se aplica un modelo matemtico que se crea tomando estos datos

globales y suposiciones acerca del comportamiento de las partculas. El modelo

ser efectivo si no se contradice con los experimentos realizados.

En el caso de un efluente gaseoso, el modelo describe como se

dispersa el efluente en la atmsfera de acuerdo a determinados parmetros de

salida del conducto (velocidad, caudal, tipo de efluente, temperatura, presin,

etc.).

3.2 Circulacin global de los contaminantes

El transporte y dispersin de contaminantes del aire estn influenciados

por complejos factores. Las variaciones globales y regionales del clima y las

condiciones topogrficas locales afectan el transporte y dispersin de los

contaminantes.

41

Esta seccin trata sobre los factores bsicos que influyen el movimiento de

los contaminantes en el aire. En una escala mundial, las variaciones del clima

influyen sobre el movimiento de los contaminantes. Por ejemplo, la direccin

predominante de los vientos en Centroamrica y norte de Sudamrica es de este a

oeste y en Norteamrica y sur de Sudamrica es de oeste a este. En un nivel ms

local, los principales factores del transporte y dispersin de partculas en la

atmsfera son el viento y la temperatura.

La dispersin de contaminantes de una fuente depende de la cantidad de

turbulencia en la atmsfera cercana. La turbulencia puede ser creada por el

movimiento horizontal y vertical de la atmsfera. El movimiento horizontal es lo que comnmente se llamamos viento.

La velocidad del viento puede afectar en gran medida la concentracin de

contaminantes en un rea. Mientras mayor sea la velocidad del viento, menor ser

la concentracin de contaminantes en una zona determinada. El viento diluye y

dispersa rpidamente los contaminantes en el rea circundante.

El viento es causado por las diferencias en la presin atmosfrica. La presin

es el peso de la atmsfera en un punto dado. La altura y temperatura de una

columna de aire determinan el peso atmosfrico.

Debido a que el aire fro pesa ms que el caliente, la masa de alta presin est constituida de aire fro y pesado. Por el contrario, una masa de baja presin

de aire est formada por aire ms caliente y liviano. Las diferencias de presin

hacen que el aire se mueva de las reas de alta presin a las de baja presin, lo

que da lugar al viento.

42

El movimiento vertical de la atmsfera tambin afecta el transporte y dispersin de los contaminantes del aire. Cuando los meteorlogos hablan sobre

la estabilidad atmosfrica hacen referencia al movimiento vertical. Las

condiciones atmosfricas inestables producen la mezcla vertical. Generalmente,

durante el da el aire cerca de la superficie de la tierra es ms caliente y liviano

que el aire en la atmsfera superior debido a la absorcin de la energa solar. El

aire caliente y liviano de la superficie sube y se mezcla con el aire fro y pesado de

la atmsfera superior que tiende a bajar. Este movimiento constante del aire crea

condiciones inestables y dispersa el aire contaminado. Figura 19.

Movimiento horizontal diurno del aire

Figura 19 Fuente: www.cepis.org

Otros factores meteorolgicos bsicos que afectan la concentracin de contaminantes en el aire ambiental son: Radiacin solar

Precipitacin

Humedad.

43

La radiacin solar contribuye a la formacin de ozono y contaminantes

secundarios en el aire. La humedad y la precipitacin tambin pueden favorecer la

aparicin de contaminantes secundarios peligrosos, tales como las sustancias

responsables de la lluvia cida. La precipitacin puede tener un efecto beneficioso

porque lava las partculas contaminantes del aire y ayuda a minimizar las

partculas provenientes de actividades como la construccin y algunos procesos

industriales.

Debido a los factores que determinan el transporte y dispersin de los

contaminantes, la contaminacin del aire producida en una regin puede tener

efectos adversos sobre los lagos y bosques de otra regin. Las grandes ciudades

rodeadas de una topografa compleja, como valles o cadenas montaosas como lo es el valle de Mxico, a menudo experimentan altas concentraciones de

contaminantes del aire. Si bien poco puede hacerse para controlar las fuerzas

naturales que crean estos problemas, existen tcnicas que ayudan a dispersar los

contaminantes.

3.3. Caractersticas generales de las plumas y chimeneas

La manera ms comn de dispersar los contaminantes del aire es a travs

de una chimenea. Esta a menudo se usa como un smbolo de la contaminacin

del aire. Es una estructura que se ve comnmente en la mayora de industrias y

tiene el objetivo de dispersar los contaminantes antes de que lleguen a las

poblaciones.

Generalmente se disean teniendo en cuenta a la comunidad circundante.

Mientras ms alta sea la chimenea, mayor ser la probabilidad de que los

contaminantes se dispersen y diluyan antes de afectar a las poblaciones vecinas.

Figura 20.

44

Colocacin de chimeneas en zonas cercanas a poblaciones

Figura 20 Fuente: www.jmarcano.com Recursos naturales

A la emanacin visible de una chimenea se le denomina pluma. La altura de la pluma est determinada por la velocidad y empuje de los gases que salen

por la chimenea. A menudo, se aade energa calrica a los gases para aumentar

la altura de la pluma. Las fuerzas naturales hacen que la pluma tenga velocidad

vertical, como sucede con el humo de las chimeneas residenciales.

La figura 21 (a y b) muestran los efectos de la altura de la chimenea y de

los alrededores inmediatos sobre la forma de la pluma. Mientras ms corta sea la

chimenea, mayor ser la probabilidad de que la pluma est afectada.

45

Efectos de la altura sobre la forma de la pluma

Figura 21 Fuente: www.jmarcano.com Recursos naturales

En la figura (a) se observa la distribucin de los contaminantes inyectados

dentro y fuera de la cavidad y el efecto de la pluma, mientras que en la figura (b)

se observa el diseo aerodinmico de una chimenea por la "cavidad" formada

por el edificio prximo a la chimenea. A medida que aumenta la altura de la

chimenea, la pluma se aleja del edificio.

La forma y la direccin de la pluma tambin dependen de las fuerzas

verticales y horizontales de la atmsfera. Como se mencion anteriormente, la

pluma est afectada por las condiciones atmosfricas. Las condiciones inestables

en la atmsfera producirn una pluma ondulante, mientras que las estables

harn que la pluma sea recta. Los contaminantes emitidos por las chimeneas

pueden transportarse a largas distancias.

46

3.4 Modelos de dispersin

Los modelos de dispersin son un mtodo para calcular la concentracin de

contaminantes a nivel del aire y a diversas distancias de la fuente. En la

elaboracin de modelos se usan representaciones matemticas de los factores

que afectan la dispersin de contaminantes. Las computadoras, mediante

modelos, facilitan la representacin de los complejos sistemas que determinan el

transporte y dispersin de los contaminantes del aire. Figura 22.

Cuando se hace un modelo del transporte y dispersin de contaminantes

del aire se recopila informacin especfica de un punto de emisin. Esta

informacin incluye la ubicacin del punto de emisin (longitud y latitud), la

cantidad y tipo de los contaminantes emitidos, condiciones del gas de la

chimenea, altura de la chimenea y factores meteorolgicos tales como la velocidad

del viento, perfil de la temperatura ambiental y presin atmosfrica.

Los cientficos usan estos datos como insumo del modelo de computacin y

para predecir cmo los contaminantes se dispersarn en la atmsfera. Los niveles

de concentracin pueden calcularse para diversas distancias y direccin de la

chimenea.

Modelos de dispersin

Figura 22 Fuente: www.natureduca.com/cont_atmosf_fuentes.php

47

Los modelos de dispersin tienen muchas aplicaciones en el control de la

contaminacin del aire, pues son herramientas que ayudan a los cientficos a

evaluar la dispersin de la contaminacin del aire. La exactitud de los modelos est limitada por los problemas inherentes al tratar de simplificar los factores

complejos e interrelacionados que afectan el transporte y dispersin de los

contaminantes del aire.

3.5 Caractersticas generales de las chimeneas

Se definen como tales a los conductos construidos para dar salida a la

atmsfera libre a gases resultantes de una combustin o de una reaccin qumica

(gases de cola) para su dispersin en el aire del ambiente. Figura 23.

Es un sistema usado para evacuar gases calientes y humo de calderas,

calentadores, estufas, hornos, fogones u hogares a la atmsfera. Como norma

general son completamente verticales para asegurar que los gases calientes

puedan fluir sin problemas, movindose por conveccin trmica (diferencia de

densidades).

Algunas chimeneas industriales

Figura.23 Fuente: Ruperto M. Palazn)

48

En la definicin de una chimenea intervienen, fundamentalmente, los siguientes elementos:

1. Seccin interior, o de paso de gases

2. Altura

2.1. Para dispersin de gases en la atmsfera libre

2.2. Para la obtencin de una depresin mnima determinada en su base

3. Tipo de material estructural (o externo)

3.1. Resistencia a las acciones externas

3.1.1 Viento

3.1.2. Sismos

3.2. Cimentacin (conocimiento de la geologa del terreno)

4. Tipo de material de revestimiento interior

4.1. Resistencia a la temperatura y ataque fsico-qumico de los gases

Para determinar las caractersticas de una chimenea es imprescindible conocer el tipo de fluido que se espera que circule por ella.

Normalmente se trata de humos producto de la combustin de combustibles fsiles, en aire-ambiente:

Carbn

Derivados lquidos o gaseosos del petrleo

Madera.

Sin embargo, aun en estos casos, hay que tener en cuenta la posible contaminacin de estos humos con sustancias desprendidas de los

procesos en los que intervienen, como por ejemplo, los hornos de

reverbero.

49

En el caso frecuente de combustibles lquidos (fuel-oil, gasoil, etc.) o

gaseosos (hidrocarburos gaseosos o gas natural), figura 24, estos humos se

componen de:

Composicin de los contaminantes provenientes de la combustin de hidrocarburos

Figura 24 Fuente: Ruperto M. Palazn

En estos casos, las propiedades de los humos se acercan a las del aire. Por

estas razones, y a efectos de clculos tcnicos y en una primera aproximacin se

pueden tomar como propiedades de los humos de la combustin de derivados del

petrleo, las del aire.

Algunos factores importantes en el diseo de chimenea se enlistan a continuacin:

La seccin de paso de los humos por la chimenea

La velocidad mnima de evacuacin de los humos por la coronacin de la

chimenea suele venir fijada por la normativa correspondiente de la administracin

pblica del lugar.

50

A modo de orientacin, puede decirse que las velocidades medias deberan

oscilar entre un mnimo de 3 m/s y los 10 m/s. Una velocidad media de 5 m/s suele

considerarse como adecuada.

La altura de la chimenea

Para la dispersin de los humos en la atmsfera libre. La altura mnima de

una chimenea emitiendo gases considerados por la legislacin U.E. como

contaminantes, viene determinada por la normativa correspondiente del lugar en el

que se ubique.

De acuerdo a la NMX-009-SEMARNAT

El dimetro de la chimenea es indispensable para determinar la altura de la

misma.

Despus de la ltima perturbacin la altura deber ser:

8 veces el Dimetro = se encuentra 1 puerto (B).

2 veces el Dimetro = la altura final del puerto (A). Figura 25

Caractersticas de la chimenea

Figura .25 Fuente: Ruperto M. Palazn

51

3.6 Calculo de la altura efectiva de la chimenea

Los gases emitidos por las chimeneas muchas veces son impulsados por

abanicos. A medida que los gases de escape turbulentos son emitidos por la

pluma, se mezclan con el aire del ambiente. Esta mezcla del aire ambiental en la

pluma se denomina arrastre. Durante el arrastre en el aire, la pluma aumenta su

dimetro mientras viaja a sotavento.

Al entrar en la atmsfera, estos gases tienen un momentum. Muchas veces

se calientan y se vuelven ms clidos que el aire externo. En estos casos, los

gases emitidos son menos densos que el aire exterior y, por lo tanto, flotantes. La

combinacin del momentum y la flotabilidad de los gases hacen que estos se

eleven. Este fenmeno, conocido como elevacin de la pluma, permite que los

contaminantes emitidos al aire en esta corriente de gas se eleven a una altura

mayor en la atmsfera. Al estar en una capa atmosfrica ms alta y ms alejada

del suelo, la pluma experimentar una mayor dispersin antes de llegar a este.

La altura final de la pluma, conocida como altura efectiva de chimenea (H), es la suma de la altura fsica de la chimenea (hs) y la elevacin de la pluma ( ).

En realidad, la elevacin de la pluma se estima a partir de la distancia

existente hasta la lnea central imaginaria de la pluma y no hasta el borde superior

o inferior de esta (figura 26). La elevacin de la pluma depende de las

caractersticas fsicas de la chimenea y del efluente (gas de chimenea).

52

La diferencia de temperatura entre el gas de la chimenea (Ts) y el aire

ambiental (Ta) determina la densidad de la pluma, que influye en su elevacin.

Adems, la velocidad de los gases de la chimenea, que es una funcin del

dimetro de la chimenea y de la tasa volumtrica del flujo de los gases de escape,

determina el momentum de la pluma.

Elevacin de la pluma

Figura 26 Fuente:

Los gases emitidos por las chimeneas muchas veces son impulsados por

abanicos. A medida que los gases de escape turbulentos son emitidos por la

pluma, se mezclan con el aire del ambiente. Esta mezcla del aire ambiental en la

pluma se denomina arrastre. Durante el arrastre en el aire, la pluma aumenta su

dimetro mientras viaja a sotavento.

arc.cnea.gov.ar/.../Modelos

Al entrar en la atmsfera, estos gases tienen un momentum. Muchas veces

se calientan y se vuelven ms clidos que el aire externo. En estos casos, los

gases emitidos son menos densos que el aire exterior y, por lo tanto, flotantes.

53

La combinacin del momentum y la flotabilidad de los gases hacen que estos

se eleven. Este fenmeno, conocido como elevacin de la pluma, permite que los

contaminantes emitidos al aire en esta corriente de gas se eleven a una altura

mayor en la atmsfera. Al estar en una capa atmosfrica ms alta y ms alejada

del suelo, la pluma experimentar una mayor dispersin antes de llegar a este.

Momentum y flotabilidad

La condicin de la atmsfera, incluidos los vientos y el perfil de la

temperatura a lo largo del recorrido de la pluma, determinar en gran medida la

elevacin de la pluma. Dos caractersticas de esta influyen en su elevacin: el

momentum y la flotabilidad. La velocidad de salida de los gases de escape

emitidos por la chimenea contribuyen con la elevacin de la pluma en la

atmsfera. Este momentum conduce el efluente hacia el exterior de la chimenea a

un punto en el que las condiciones atmosfricas empiezan a afectar a la pluma.

Una vez emitida, la velocidad inicial de la pluma disminuye rpidamente

debido al arrastre producido cuando adquiere un momentum horizontal. Este

fenmeno hace que la pluma se incline. A mayor velocidad del viento, ms

horizontal ser el momentum que adquirir la pluma. Por lo general, dicha

velocidad aumenta con la distancia sobre la superficie de la Tierra. A medida que

la pluma contina elevndose, los vientos ms fuertes hacen que se incline an

ms. Este proceso persiste hasta que la pluma parece horizontal al suelo. El punto

donde la pluma parece llana puede ser una distancia considerable de la chimenea

a sotavento. La velocidad del viento es importante para impulsar la pluma.

Mientras ms fuerte, ms rpido ser el serpenteo de la pluma.

La elevacin de la pluma causada por su flotabilidad es una funcin de la

diferencia de temperatura entre la pluma y la atmsfera circundante. En una

atmsfera inestable, la flotabilidad de la pluma aumenta a medida que se eleva, lo

cual hace que se incremente la altura final de la pluma.

54

En una atmsfera estable, la flotabilidad de la pluma disminuye a medida

que se eleva. Por ltimo, en una atmsfera neutral, permanece constante.

La pluma pierde flotabilidad a travs del mismo mecanismo que la hace

serpentear, el viento. Como se muestra en la figura 27, la mezcla dentro de la

pluma arrastra el aire atmosfrico hacia su interior. A mayor velocidad del viento,

ms rpida ser esta mezcla.

El arrastre del aire ambiental hacia la pluma por accin del viento figura, le

"quita" flotabilidad muy rpidamente, de modo que durante los das con mucho

viento la pluma no se eleva muy alta sobre la chimenea.

Arrastre de la pluma en chimenea

Fig. 27 Fuente: arc.cnea.gov.ar/.../Modelos

55

3.7 Efectos del tipo de fuente en la elevacin de la pluma

Debido a la configuracin de la chimenea o a los edificios adyacentes, es

posible que la pluma no se eleve libremente en la atmsfera. Algunos efectos

aerodinmicos causados por el modo en el que se mueve el viento alrededor de

los edificios adyacentes y de la chimenea pueden impulsar a la pluma hacia el

suelo en lugar de permitir que se eleve en la atmsfera.

El flujo descendente de la chimenea puede producirse cuando la razn entre

la velocidad de salida de la chimenea y la del viento es pequea. En este caso, la

presin baja en la estela de la chimenea puede hacer que la pluma descienda

detrs de la chimenea. Cuando esto sucede, la dispersin de los contaminantes

disminuye, lo que puede determinar concentraciones elevadas de contaminantes

inmediatamente a sotavento de la fuente.

A medida que el aire se mueve sobre y alrededor de los edificios y otras

estructuras, se forman olas turbulentas. Segn la altura de descarga de una pluma

(altura de la chimenea), es probable que esta sea arrastrada hacia abajo en esta

rea de la estela. Esto se conoce como flujo descendente aerodinmico o entre

edificios de la pluma y puede conducir a concentraciones elevadas de

contaminantes inmediatamente a sotavento de la fuente.

Flujo descendente

Figura 28 Fuente: arc.cnea.gov.ar/.../Modelos

56

La elevacin de las plumas ha sido tema de estudio durante muchos aos.

Las frmulas ms usadas son las desarrolladas por Gary A. Briggs. La ecuacin

incluye una de estas, la que se aplica a las plumas dominadas por la flotabilidad.

Las frmulas de la elevacin de la pluma se usan en plumas con temperaturas

mayores que la del aire ambiental. La frmula de Briggs para la elevacin de la

pluma es la siguiente:

Donde: h = Elevacin de la pluma (sobre la chimenea)

F = Flujo de flotabilidad (vase a continuacin)

= Velocidad promedio del viento

x = Distancia a sotavento de la chimenea/fuente

g = Aceleracin debido a la gravedad (9,8 m/s2)

V = Tasa volumtrica del flujo del gas de la chimenea

Ts = Temperatura del gas de la chimenea

Ta = Temperatura del aire ambiental

Como se dijo anteriormente, las frmulas de elevacin de la pluma sirven

para determinar la lnea central imaginaria de esta. La lnea central est donde se

producen las mayores concentraciones de contaminantes. Existen varias tcnicas

para calcular las concentraciones de contaminantes lejos de la lnea central.

Las frmulas de la elevacin de la pluma se usan para determinar la lnea

imaginaria de esta. Si bien la concentracin mxima de la pluma existe en esta

lnea central, las frmulas mencionadas no permiten obtener informacin sobre

cmo varan las concentraciones de contaminantes fuera de esta lnea central.

57

Se debern efectuar, entonces, estimados de dispersin para determinar las

concentraciones de contaminantes en un punto de inters.

Los estimados de dispersin se determinan mediante ecuaciones de

distribucin y/o modelos de calidad del aire. Estos estimados generalmente son

vlidos para la capa de la atmsfera ms cercana al suelo, donde se producen

cambios frecuentes de la temperatura y de la distribucin de los vientos. Estas dos

variables tienen un importante efecto en la forma de dispersin de las plumas. Por

lo tanto, las ecuaciones de distribucin y los modelos de calidad del aire

mencionados anteriormente deben incluir estos parmetros.

Los modelos de dispersin de calidad del aire consisten en un grupo de

ecuaciones matemticas que sirven para interpretar y predecir las concentraciones

de contaminantes causadas por la dispersin y por el impacto de las plumas.

Estos modelos incluyen los estimados de dispersin mencionados anteriormente y

las diferentes condiciones meteorolgicas, incluidos los factores relacionados con

la temperatura, la velocidad del viento, la estabilidad y la topografa.

Existen cuatro tipos genricos de modelos: gausiano, numrico, estadstico y

fsico. Los modelos gausianos emplean la ecuacin de distribucin gausiana y

son ampliamente usados para estimar el impacto de contaminantes no reactivos.

En el caso de fuentes de reas urbanas que presentan contaminantes reactivos,

los modelos numricos son ms apropiados que los gausianos pero requieren una

informacin extremadamente detallada sobre la fuente y los contaminantes, y no

se usan mucho.

Los modelos estadsticos se emplean cuando la informacin cientfica sobre

los procesos qumicos y fsicos de una fuente estn incompletos o son vagos. Por

ltimo, estn los modelos fsicos, que requieren estudios de modelos del