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UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA
2011
MODELOS DE
DISPERSIÓN PARA
FUENTES LINEALES
Estudio de un caso
Sol Represa
2
Contenido
1. Introducción ......................................................................................................................................................... 3
1. Objetivos ............................................................................................................................................................. 4
2.a - Objetivo General .................................................................................................................................... 4
2.b - Objetivo Específico ................................................................................................................................. 4
2. Marco Teórico .................................................................................................................................................... 5
3.a - Contaminación atmosférica ................................................................................................................... 5
Capa límite atmosférica .................................................................................................................... 5
Fuentes de combustión móviles ........................................................................................................ 6
El monóxido de carbono ................................................................................................................... 6
3.b - Modelos de dispersión ........................................................................................................................... 7
El modelo de Gauss ........................................................................................................................... 8
Historia de los modelos de dispersión ........................................................................................... 8
Modelos de dispersión para fuente lineal .................................................................................... 8
Modelos Europeos o Americanos ................................................................................................... 10
3. Descripción ambiental .................................................................................................................................... 11
4.a - Generalidades de La Plata ................................................................................................................ 11
Meteorología ..................................................................................................................................... 12
Calidad de Aire ................................................................................................................................ 13
4. Metodología ..................................................................................................................................................... 14
5.a – Modelo para factores de emisión .................................................................................................... 14
Emfac2007 ........................................................................................................................................ 14
5.c – Modelo de dispersión de contaminantes .......................................................................................... 17
CL4 ...................................................................................................................................................... 18
5. Resultados ......................................................................................................................................................... 20
6.a - Discusión .................................................................................................................................................. 21
6.b - Limitaciones ............................................................................................................................................. 21
6.c - Conclusiones ............................................................................................................................................ 22
6. Bibliografía ...................................................................................................................................................... 23
7. Anexos ............................................................................................................................................................... 25
7.a - Rectificación de la zona ....................................................................................................................... 25
7.b - Modelización de las calles .................................................................................................................. 25
7.c - Decreto N° 3395/96 ............................................................................................................................ 27
3
1. Introducción
La Plata se jacta de haber sido planificada previa a su construcción. Dardo Rocha, allá
por el año 1882 fundaría la única ciudad del país diseñada con una plaza cada 6 cuadras,
especies de árboles autóctonos para cada calle, con ramblas centrales para las avenidas y
respetando una gran zona verde en la circunvalación.
El desarrollo urbano no se dio con la misma previsión. Como ciudad capital de la
Provincia, alberga una gran parte de los edificios públicos; además, cuenta con una Universidad
Nacional que concentra casi 100.000 estudiantes1. Las vías de transporte público se ven
saturadas, sufriendo modificaciones que no han llegado a satisfacer las demandas sociales.
Desde hace años se evalúa la construcción de un subte, pero es un proyecto que aun está en
pañales; limitando como principal medio de transporte público, el micro.
La reactivación del Puerto de La Plata con la Zona Franca después de la devaluación
del 2001, la constante ampliación de la Petroquímica Repsol-YPF (posicionándose como el
segundo polo petroquímico del país) y la próxima construcción de la central Hidroeléctrica en el
partido vecino provocó en los últimos años una mayor circulación de transporte, particularmente
de vehículos pesados. Debiéndose adecuar las rutas de entrada y extendiéndose la Autopista
La Plata-Buenos Aires unos 22,800 Km.
Sin embargo, la ciudad no cuenta con un plan efectivo de distribución por zonas,
quedando muchas viviendas familiares expuestas a la contaminación ambiental que el desarrollo
desmedido trae aparejado.
Es preciso un cambio de paradigma, en donde se beneficien las personas por sobre la
economía; para poder construir entre todos y todas una sociedad más justa, en dónde nos se
vean algunos beneficiados a costas del malestar común
Este trabajo pretende ser un pequeño granito de arena para la evaluación del impacto
ambiental que el proceso trae aparejado.
1 Noticias.universia.com.ar/vida-universitaria/noticia/2010/08/30/531587/unlp-ya-tiene-casi-100-mil-alumnos.html
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1. Objetivos
2.a - Objetivo General Aplicar el modelo gaussiano para determinar la dispersión de monóxido de carbono
producido por fuentes móviles.
2.b - Objetivo Específico Efectuar un análisis del potencial contaminante del tráfico vehicular en las inmediaciones
de una vivienda de la ciudad de La Plata. Elaborar un diagnóstico acorde a las normativas
ambientales vigentes.
5
2. Marco Teórico
3.a - Contaminación atmosférica El proceso comienza con la emisión de contaminantes a la atmósfera. Por emisión se
entiende la totalidad de sustancias que pasan a la atmósfera después de dejar las fuentes de
las que proceden. Los compuestos se distribuirán por la atmósfera según un proceso de
dispersión que depende principalmente de:
- Factores específicos del contaminante: velocidad de salida, temperatura, tamaño, etc.
- Factores Meteorológicos: velocidad del viento, gradiente de temperatura del aire,
turbulencia atmosférica, etc. (Alemany & López Jiménez, 2004)
La transmisión por su lado incluye el transporte, la transformación y la deposición del
contaminante atmosférico.
La inmisión finalmente es la concentración o cantidad de un contaminante que recibe un
receptor. (Varios, 2000) Expresa la concentración de los contaminantes en el ambiente gaseoso,
en puntos suficientemente alejados de la fuente como para no poder discernir cuál de ellas es la
causante de los niveles de contaminación alcanzados.
Los niveles de inmisión y emisión se encuentran regulados en la mayoría de los países
mediante la especificación de límites máximos. (ver en 4.a “Calidad de Aire”)
Capa límite atmosférica
Nos interesa estudiar el movimiento del aire en las capas bajas de la atmósfera, para
poder predecir la velocidad de dispersión de los contaminantes una vez que éstos han sido
emitidos.
La capa de aire en contacto directo con la superficie, cuya altura oscila alrededor de
los 50m sobre el suelo, recibe el nombre de capa límite superficial. El movimiento de aire en el
interior de la capa límite se desarrolla prácticamente siempre en régimen turbulento.
Se hace una diferencia entre la turbulencia mecánica (frotamiento del viento con la
topografía de la tierra) y la turbulencia térmica, la cual resulta del enfriamiento y calentamiento
de la superficie de la tierra y depende de la radiación solar. (Varios, 2000) Se realiza la
suposición que los flujos turbulentos verticales de cantidad de movimiento y de calor son
constantes con respecto a la altura.
La rugosidad del terreno, o tamaño típico de los obstáculos uniformemente distribuidos
que pueden existir sobre el mismo, condicionan en gran medida la pendiente que presenta el
perfil de velocidad.
6
Fuentes de combustión móviles
Las fuentes de contaminación se pueden clasificar en puntuales o difusas, estáticas o
móviles.
Las fuentes de combustión móviles corresponden a vehículos terrestres, aunque en
algunos casos se puede incluir el transporte fluvial, marino y aéreo. Las emisiones se determinan
a partir del consumo de combustible (nafta, gasoil). Este se puede obtener a partir de los datos
de tránsito y los porcentajes de vehículos ligeros y pesados que funcionan con cada uno de los
tipos de combustible.
Para poder determinar el ritmo de emisión en función del tiempo es conveniente
disponer de datos sobre la variación del tráfico con respecto al valor medio anual, que se da en
diferentes meses del año, e incluso de ser posible en diferentes días de la semana. (Alemany &
López Jiménez, 2004)
El monóxido de carbono
El monóxido de carbono es un gas incoloro e inodoro. El mismo se produce en todas las
combustiones incompletas; siendo muy estable en la atmósfera, con una vida media de 2 a 4
meses. Existen muchos estudios que demuestran que las altas concentraciones de monóxido de
carbono pueden causar cambios fisiológicos y patológicos y –finalmente- la muerte.
Sus efectos asfícticos e interés biológico se deben a su afinidad por la
hemoglobina. Una vez inhalado pasa a la sangre y se une fuertemente a la hemoglobina
formando carboxihemoglobina, COHb. La hemoglobina tiene una afinidad por el CO que es
aproximadamente 210 veces superior a su afinidad por el oxígeno, por lo que una
concentración del 50% se puede alcanzar con niveles de CO inspirados del 0.08%.
CO + 2HbO HbCO + O2
Un agravante a tal afinidad es que la COHb también interfiere en el paso del O2
desde la oxihemoglobina a los tejidos. Esta situación conlleva una disminución del transporte de
oxígeno a los tejidos e hipoxia anémica.
El monóxido de carbono también ejerce una toxicidad de efecto directo. La unión del
CO a la citocromo-c-oxidasa impide la respiración celular y la síntesis de ATP favoreciendo el
metabolismo anaerobio, la acidosis láctica y la muerte celular. Además, la exposición al CO
causa la degradación de ácidos grasos insaturados debido al stress lipídico.
La formación de oxihemoglobina como de carboxihemoglobina son reacciones
reversibles y dependen principalmente de la presión parcial de los gases y del pH sanguíneo,
aunque otros factores como la temperatura y la concentración iónica tienen también incidencia.
7
Cuando cesa la exposición, el CO que se combinó con la hemoglobina es liberado
espontáneamente, y la sangre queda libre de la mitad de su monóxido de carbono, en
pacientes saludables en un período de 3 a 4hs. (Wark & Warner, 1998)
3.b - Modelos de dispersión Los modelos de dispersión calculan las inmisiones en cualquier punto dentro de un área
determinada, por lo cual extrapolan de unos puntos a miles de lugares. Además de reproducir
el estado actual de las inmisiones, dichos modelos pueden hacer pronósticos sobre la futura
situación de la concentración de los contaminantes atmosféricos.
Los modelos de dispersión necesitan datos (input) especialmente sobre las emisiones, y
unos modelos trabajan adicionalmente con datos meteorológicos. En general, el input más
importante para todos los modelos de dispersión son los datos sobre las fuentes emisoras. El
output de los modelos son las inmisiones. El modelo es entonces el eslabón entre el inicio (emisión)
y el final calculado (inmisión) del contaminante. (Blasser, 2000)
En casos donde los resultados deben ser arbitrados (por ejemplo casos legales), se
puede necesitar la validación del modelo. Los mejores modelos se han validado extensivamente
sobre una amplia gama de variables de datos de entrada. (Ministerio de Ciencia e innovación)
Existen distintos grupos de modelos, de acuerdo a diferentes condiciones marcos. Una
posibilidad de dividirlos es según la manera como resuelven las ecuaciones del movimiento, las
cuales describen matemáticamente los procesos en la atmósfera. Hay entonces tres tipos de
modelos:
- Modelo dinámico. Resuelven las ecuaciones del movimiento de manera exacta. Para
obtener un resultado para las ecuaciones de manera numérica, calculan de manera
iterativa, por lo cual necesitan muchos recursos de computación.
- Modelos empíricos. Trabajan con métodos estadísticos.
- Modelos estacionarios. Tratan las ecuaciones del movimiento con condiciones
restrictivas y simplificaciones, dándoles una resolución analítica a las ecuaciones.
Entre los modelos estacionarios más conocidos está la familia de los “modelos de
Gauss”. (Varios, 2000)
8
El modelo de Gauss
El planteamiento de Gauss para describir los procesos atmosféricos se basa en la
simplificación de que la difusión térmica de los gases en la atmósfera se comporta de manera
similar a la difusión molecular, tal como está descrita en las leyes de Fick. De este modo, la
dispersión de un contaminante en la atmósfera será función de su gradiente de concentración.
Los modelos de gaussianos tienen como ventajas:
- Toman en cuenta la meteorología
- Calculan la concentración de un contaminante en un receptor puntual definido. Eso
significa que se pueden hacer comparaciones con mediciones puntuales.
- Pueden estar adaptados a una familia entera de contaminantes inertes.
- Los resultados están disponibles de forma rápida.
- Una PC hogareño tiene suficientes recursos para los cálculos.
- Proporcionan resultados relativamente buenos en forma de promedios. (Varios,
2000)
Historia de los modelos de dispersión
La construcción lógica de esta teoría parte de la ecuación de dispersión gaussiana de
contaminantes atmosférico para fuentes puntuales. Las primeras ecuaciones de dispersión las
obtuvieron Bosanquet y Pearson en 1936, pero no incluían el efecto de la reflexión de la pluma
contaminante en el suelo. En 1947, Sir Graham Sutton resolvió una ecuación de dispersión para
fuentes puntuales con distribución de Gauss en sentido vertical y considerando la dispersión de
la pluma por el viento lateral y el efecto de la reflexión en el suelo. Otros avances fueron
realizados por G.A. Briggs en el refinamiento y validación de modelos; y por DB Turner que
condensó en un libro todos los cálculos anteriores.
Al ver la necesidad de desarrollar un modelo que pueda abordar el estudio de la
contaminación del aire por una ruta, Michael Hogan y Venti Richard, integrado la ecuación de
distribución en una solución de forma cerrada. El modelo matemático ESL quedó completo en 1970,
cuando se emuló la extensión horizontal de la superficie de la calzada como fuente en forma de
cinta. Leda Patmore contribuyó con la elaboración de un modelo computacional, que pudiera
adicionar parámetros atmosféricos y cálculos de trayectoria por satélite. El mismo se calibró con
las mediciones de monóxido de carbono para el tráfico en la ruta 101 de EE.UU. en Sunnyvale,
California .
Después de una validación exitosa, el modelo recibió el respaldo de la. Agencia de
Protección Ambiental (EPA) de Ee. Uu. el cual fue puesto pronto en uso en una variedad de
escenarios para predecir los niveles de contaminación del aire en las proximidades de las rutas.
Modelos de dispersión para fuente lineal
El tratamiento que se da de las fuentes móviles en los modelos de dispersión es
considerarlas como fuentes lineales que siguen el trazado de las carreteras, con tasas de emisión
uniforme por unidad de longitud. (Alemany & López Jiménez, 2004) El modelo considera
características de la fuente como han de ser el volumen del tráfico, velocidades de los
9
vehículos, emisión de flota. Además, se tratan la geometría del camino, las condiciones del
terreno circundante y la meteorología local.
La solución para una fuente lineal infinita es:
donde:
x es la distancia entre el observador y la carretera
y es la altura del observador
u es la velocidad media del viento
α es el ángulo de inclinación de la línea de origen en relación con el marco de
referencia
c y d son la desviación estándar de la dirección del viento horizontal y vertical (medido
en radianes), respectivamente.
Esta ecuación se ha integrado en una solución de forma cerrada utilizando la función de
error (erf). Se pueden realizar variaciones en la geometría para incluir a toda una línea infinita,
segmentos de línea, líneas elevadas o un arco hecho de segmentos. En cualquier caso, se pueden
calcular concentraciones del contaminante como curvas tridimensionales.
El modelo CALINE es un modelo gaussiano de estado estacionario diseñado para
determinar concentraciones de contaminantes atmosféricos en un receptor situado viento abajo
de una ruta en un terreno relativamente sencillo. CAL3QHC y CAL3QHCR se basa en la matriz
de CALINE3 pero incluyen un modelo de tráfico que contempla zonas de atasco y puntos
calientes -como semáforos o cruces. Actualmente, se encuentra disponible únicamente en
lenguaje FORTRAN (lenguaje de programación) y se limita a monóxido de carbono. El modelo
CALINE3 se suele utilizar para autopistas y el modelo CAL3QHC para las intersecciones
semaforizadas.
Se han desarrollado varios modelos más recientes que emplean algoritmos lagrangianos
para situaciones de estado no estacionario. HYROAD (HYbrid ROADway Model) incorpora
módulos históricos que simulan los efectos del tráfico en forma de vehículos individuales. Este
modelo utiliza datos de viento y estabilidad deducidos de las salidas del modelo tráfico. Puede
proporcionar concentraciones horarias de CO y otros contaminantes gaseosos, partículas y
compuestos tóxicos.
El modelo TRAQSIM incorpora un algoritmo gaussiano para estado no estacionario. Es
decir, combina la simulación del tráfico y la dispersión gaussiana en un sistema completamente
integrado (una simulación verdadera) transformando los vehículos individuales en fuentes móviles
discretas. TRAQSIM fue desarrollado para ser el sucesor a los modelos de la familia de CALINE
y de CAL3QHC y está actualmente bajo cuidado de Laboratorios Wyle. El siguiente paso en el
desarrollo de TRAQSIM será incorporar métodos para modelar la dispersión del material
particulado (PM) e hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs). (Ministerio de Ciencia e
innovación)
10
Modelos Europeos o Americanos
Los modelos creados para las condiciones de Europa o América tienen consecuencias,
especialmente en el aspecto de la meteorología. En general, no existen muchas experiencias con
las condiciones tropicales. Las condiciones climáticas en la región tropical son diferentes de
Europa, especialmente en dos aspectos, que son la posición geográfica y las estaciones en el
aspecto de lluvia.
Muchos de los programas no consideran la lluvia como factor que afecta la inmisión,
porque en Europa, el año no se divide en estación seca y lluviosa, sino que existe una
distribución uniforme de las precipitaciones durante el año. Para la estación seca, se puede
esperar una contaminación más alta que la calculada, para los meses de la estación lluviosa una
contaminación más baja. Sin embargo, el promedio anual debería ser correcto. (Varios, 2000)
11
3. Descripción ambiental
4.a - Generalidades de La Plata La Plata es el principal centro político, administrativo y educativo de la provincia. Fue
fundada oficialmente por el gobernador Dardo Rocha el 19 de noviembre de 1882.
Esta ciudad es reconocida por su trazado, un cuadrado perfecto con diagonales que la cruzan
formando rombos dentro de su contorno, bosques y plazas colocadas con exactitud cada seis
cuadras. Por esto la ciudad fue premiada en la Exposición Universal de París en 1889, con dos
medallas doradas en las categorías “Ciudad del Futuro” y “Mejor realización construida”.
Con una población estimada por el último Censo Nacional (2001) en 599.000
habitantes, y una superficie territorial de 940,38 kilómetros cuadrados, la densidad
habitacional refleja 585,2 habitantes por kilómetro cuadrado, convirtiéndola en la más
populosa de la Provincia.
También, es la más desarrollada y asiento natural de las autoridades bonaerenses.
(Municipalidad de La Plata)
La Encuesta Permanente de Hogares (EPH) del INDEC, de la segunda mitad 2010,
reveló que La Plata es la ciudad con la mayor proporción de indigentes del país, con un 5,8%
del total de sus habitantes en esta situación.
La ciudad cuenta con un tránsito medio anual de 44680, y se registra para la zona de
estudio un máximo de 7596 vehículos (sin discriminar) por hora2. El principal transporte público
es el colectivo. En el interior del casco urbano corren 16 líneas de colectivos, 3 municipales
semirápidos, 7 provinciales de recorrido urbano y 2 nacionales, las cuales comunican con las
localidades colindantes a la ciudad.
2 Datos brindados por el Centro de Investigaciones Ópticas (CIOp)
12
(*) Nótese como en 1991 a 2001 desaceleró su crecimiento, como le sucedió a muchas ciudades argentinas; sin
embargo, mantiene aún un incesante crecimiento.
Meteorología
El clima es templado, la temperatura media anual ronda los 16,3 °C y las
precipitaciones medias anuales están calculadas en 1023 mm. Por su cercanía al Río de la
Plata la humedad tiende a ser abundante, siendo la humedad media anual de 77,6%. En cuanto
al viento, su intensidad media anual llega a 12 km/h, siendo predominantes los vientos
provenientes del Este, Noroeste y Sudeste.
Su temperatura más alta fue de 39 °C en verano y su mínima de -5,7 °C en invierno,
según los datos estadísticos registrados para el período 1981-1990. (Servicio meteorológico
nacional)
Me
s Temperatura (°C) Humeda
d
relativa
(%)
Viento
medio
(km/h
)
Número de días con Precipitació
n
mensual
(mm)
Máxim
a
media
Medi
a Mínim
a
media
Ciel
o
clar
o
Cielo
cubiert
o
Precipitació
n
Ene 29.4 23.1 18.0 75 17 12 6 8 115.7 Feb 27.8 22.0 17.3 79 16.9 12 6 7 107.9 Mar 25.4 19.8 15.1 80 14 14 6 9 140.2 Abr 21.8 16.3 11.8 82 12.3 12 6 7 70.1 Ma
y 17.8 12.6 8.3 81 14.2 10 8 7 88.6
Jun 14.4 9.7 5.6 84 13.3 9 10 6 37.5 Jul 14.0 8.9 5.2 84 14.3 10 11 7 47.5 Ago 16.1 10.7 6.4 81 16.6 11 9 7 61.4 Sep 17.6 12.3 7.5 79 18.8 11 8 7 79.1 Oct 21.1 15.6 10.7 79 17.8 10 8 9 126.6 No
v 24.0 18.5 13.6 77 18.1 11 7 9 118.1
Dic 27.3 21.0 15.9 74 17.6 11 6 9 99.9
0
200000
400000
600000
1960 1970 1980 1991 2001 *
habitantes 337060 391247 459054 521936 563943
Habitante
s
Crecimiento poblacional (1960-2001)
13
Calidad de Aire
El Decreto provincial 3395/96 define como “Nivel guía de calidad de aire ambiente” a
aquellas concentración de contaminantes debajo de cuyos valores se estima, para el grado de
conocimiento del que se dispone, que no existirán efectos adversos en los seres vivos. Este es de
aplicación sobre generadores de emisiones gaseosas quedando excluidas las fuentes móviles. En
el mismo se establece como nivel guía de calidad de aire para el monóxido de carbono 10 ppm
para un período de exposición de 8 horas y de 40 ppm para períodos de 1 hora, sin poderse
superar este valor más de una vez al año. (Ver anexo 7.c.)
Para este trabajo no se encontró información histórica de concentraciones de monóxido
de carbono para la ciudad de La Plata. A partir de estudios en Rosario y Mendoza se supuso
una concentración base de 3ppm para zonas suburbanas.
14
4. Metodología
5.a – Modelo para factores de emisión
Emfac2007
Este modelo almacena información respecto del estado de California, USA. A partir de
la misma se puede calcular los factores de emisión para distintos escenarios (cuenca atmosférica,
condado, ciudad) a partir de información básica como son la población vehicular y datos
meteorológicos.
El EMFAC2007 define flota de vehículos al conjunto de vehículos de distintas clases. El
modelo define 13 clases (ver tabla) y establece relaciones porcentuales entre ellas acorde a los
datos almacenados para cada sitio. Además, discrimina los distintos tipos de combustible que
utiliza, los años de antigüedad que se encuentra en circulación para cada clase y los intervalos a
los cuales se debe inspeccionar o realizarle mantenimiento al rodado.
Este modelo considera dos tipos de fenómenos de emisión:
Running exhaust: los contaminantes emitidos por el caño de escape cuando el auto está en
movimiento
Running losses: los gases que superan la capacidad del filtro de carbón y aquellos que puedan
escaparse del sistema del combustible por evaporación
Los primeros análisis de los automóviles sin control de emisión muestran que las fuentes
de emisión son las siguientes:
15
% de Contaminante
Fuente CO HC NOx Partículas
Escape 100 62 100 90
Emisión del cárter 20 10
Evaporación del tanque de combustible 9
Evaporación del Carburador 9 (Wark & Warner, 1998)
Esta herramienta calcula los factores de emisión para los siguientes contaminantes:
- Hidrocarburos. Expresados en gases orgánicos totales (TOG), gases orgánicos reactivos
(ROG), total hidrocarburos (THC) o Metano. Los TOG incluye todos los gases orgánicos
emitidos a la atmósfera. La clase ROG es lo mismo que la EPA define como VOC
(compuestos orgánicos volátiles).
- Monóxido de carbono (CO).
- Óxidos de nitrógeno (NOx).
- Dióxido de carbono (CO2).
- Material particulado. Estima el material particulado de 10 micrones o menos de
diámetro (PM10) y partículas de 2,5 micrones o menos (PM2,5)
- Óxidos de azufre (SOx). La emisión de azufre es función del contenido de sulfuro en el
combustible.
- Plomo. La emisión de plomo es función del contenido de plomo en el combustible.
El modelo ofrece 3 modos de salida: Burden, Emfac y Calimfac modes. Cada modelo
corresponde a una lista de opciones de información de salida.
Burding mode: Este modo se utiliza para el cálculo en un área específica obteniéndose los
informes de las emisiones totales en ton/día para cada contaminante, clase de vehículo y para
la flota total. El burding mode utiliza los factores de emisión corregidos por las condiciones
ambientales combinadas con la velocidad y la actividad del vehículo.
Emfac mode: Este modo genera factores de emisión en gr de contaminante/ vehículo en
actividad. Los factores de emisión dependerán de los datos básicos del escenario, y del año,
mes o estación en estudio. En Emfac mode se calcula una matriz de factores de emisión donde
combina cada temperatura (entre -20F a 120F), humedad relativa (entre 0% y 100%), la
velocidad del vehículo (en espera y 1mph a 65mph) y clase de vehículo/tecnología. Es este el
modo que se utiliza como entrada para el CALINE.
Calimfac mode: Se utiliza para calcular las tasas básicas de emisión (BER) para cada clase
de vehículo y año del modelo. A medida que envejece, las emisiones de los vehículos aumentan
con el kilometraje (tasa de deterioro). Los VER se basan en pruebas de conducción
estandarizadas.
16
Como se observa en la imagen, el Emfac mode permite introducir la temperatura,
humedad relativa y velocidad promedio para ajustar el modelo a la realidad. Para acotar los
resultados, introduciremos la temperatura y humedad relativa promedio anual. Y utilizaremos
todo el rango de velocidades.
Se puede ofrecen distintos tipos de ficheros de salida, de los cuales es preferible
seleccionar el RTL (Tarifa de impacto detallada) que por su extensión, es compatible con
cualquier programa de hoja de cálculo. Este archivo genera información detallada para cada
clase de vehículo combinando la tecnología.
El programa permite corregir los datos sobre la fracción emitida por evaporación y por
caño de escape; poniendo a disposición que se modifiquen los períodos I/M (inspección –
mantenimiento).
En las ventanas siguientes se pueden agregar datos sobre población vehicular, la
composición de la flota, la cantidad de vehículos que viajan por día y las millas totales viajadas
por vehículo (VMT). El usuario debe tener en cuenta que existe uan interdependencia entre estos
cuadros de diálogo. Por ejemplo, al editar la población vehicular esto afectará por defecto el
VMT y tiempo estimado de viaje.
17
Por último, se puede modificar la distribución de velocidad asignada para cada clase
de vehículo con respeto a las horas del día y el tiempo de inactividad, principal corrección para
los camiones de servicio pesado. (Air Resources Board, 2007)
5.c – Modelo de dispersión de contaminantes Debido a la falta de accesibilidad a modelos más complejos se empleó el CALINE4:
modelo de dispersión para fuentes lineales continúas de emisión infinita. (Buitrago Arango,
2003)
CALINE4 es un modelo de microescala bidimensional, posee un límite para dimensiones
horizontales de 500 m. Para los cálculos divide la carretera en vínculos individuales, calculando
para cada uno las respectivas concentraciones. Luego, las suma para formar una estimación de
la concentración total para un receptor particular.
Las concentraciones a favor del viento se modelan mediante la formulación de Gauss
para fuentes lineales finitas; para los demás casos, las ecuaciones se han modificado para
considerar la turbulencia mecánica creada por los vehículos en movimiento y la turbulencia
térmica del escape caliente a lo largo de la carretera, región considerada como una zona de
emisiones y turbulencia uniforme. Su principal limitación es que no existe validación para las
situaciones de lluvias. (Caltrans, 1989)
Este modelo es un programa de dominio público, se encuentra validado por US-EPA y se
disponen de interfaces de usuario para Windows. La última fecha de revisión registrada data
de 1998
18
CL4
CL4 es una interfaz gráfica basada en Windows diseñada para facilitar la entrada de
datos brindada por Caltrans.
Entre distintas opciones permite determinar el tiempo promedio del ensayo y cómo
será el ángulo del viento con respecto a la carretera. Se recomienda la opción de “Worst case
wind angle” la cual selecciona los ángulos de viento que provoquen las más altas
concentraciones sobre los receptores.
Podemos determinar la cantidad de turbulencia local que afecta a la pluma de difusión
gracias a variaciones del coeficiente de rugosidad aerodinámica.
El programa ofrece una matriz para definir la red de carretera que se desea modelar.
Cada segmento de línea recta se define como enlace. Cada fila de la matriz corresponde a un
enlace, pudiéndose introducir hasta 20. Los tipos de enlace pueden ser:
- En grado: Supone una leve elevación que se determinará en la celda de Altura Link
- De relleno: Asume que el flujo de aire sigue la superficie del terreno, no hay elevación.
- Depresión: Para las zonas de depresión CALINE4 aumenta el tiempo de residencia del
aire en la zona de mezcla.
Coeficiente de Rugosidad (cm)
Tipo de zona
0.002 Mar, área pavimentada, marea plana, desierto
0.5 Playas, hielo, pantanos, campo cubierto de nieve
3 Pradera o campo cultivado, tundra, aeropuerto
10 Área con cultivos bajos, obstáculos ocasionales (arbustos)
25 Cultivos altos, obstáculos dispersos, viñedos
50 Mezcla de campo y grupos forestales, huerta, edificios dispersos
100 Cobertura regular con grandes obstáculos, casas suburbanas, aldeas, bosques maduros
>200 Centros de las grandes ciudades, bosques irregulares con claros dispersos
19
- Puente: CALINE4 brinda una modelización cuando el aire pasa por encima y debajo del
enlace.
- Estacionamiento: en este caso se realiza un ajuste para considerar la reducción mecánica
y la turbulencia térmica prevista por el movimiento lento y el arranque en frío de
vehículos.
La zona de mezcla se define como el ancho de la calzada más 3m de cada lado.
La actividad del enlace es proporcionada por el volumen de tráfico (vehículos/h) y el factor
de emisión (gr/km/vehículo) que se obtiene como dato de salida del EMFAC.
El modelo precisa de una serie de datos meteorológicos como son: velocidad, dirección y
desviación estándar del viento; clase de estabilidad atmosférica; altura de la zona de mezcla;
la temperatura ambiente y el fondo preexistente de monóxido de carbono.
La pantalla final contiene los datos de entrada y muestra un diagrama de la geometría de
los enlaces y la posición de los receptores. (Coe, Eisinger, Prouty, Technology, & Peluma, User's
guide for cl4: A user friendly interface for the caline4 model for transportation project impact
assessments, 1998)
20
5. Resultados
El modelo Emfac2007 para los datos
Sesión: Annual -- Area: Fresno
Temperatura: 61F -- Humedad relativa: 78%
Arrojó los siguientes resultados:
velocidad Factor de emisión
(mph) (mgr/mile)
0 4,562
5 9,844
10 7,957
15 6,673
20 5,771
25 5,125
30 4,661
35 4,339
40 4,138
Con los datos resultantes de EMFAC2007 se corrió el CALINE4. La matriz utilizada se
adjunta en el Anexo 7.b. con las coordenadas para los link. La posición del receptor está
elevada 3m debido al interés de modelar un departamento que se encuentra en un segundo
piso con ventanal sobre la avenida.
A continuación se muestra la imagen final resultante del CALINE4,
0
5
10
15
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Velocidad (mph)
Factor de emisión
Factor de emisión
21
6.a - Discusión Debido a la falta de información pública sobre la flota de vehículos se supuso una
composición similar a la de Fresno, EeUu. Lo mismo se supuso con respecto a la antigüedad de
automotores, período I/M y modelos para cada clase.
Considerando que la zona cuenta con dos zonas de atasco, el modelo más apropiado
para correr habría de ser el CAL3QHC o CAL3QHCR, por tanto se esperan resultados del CAL4
menores a los reales en este sentido.
Dada la cantidad de datos que se seleccionaron con criterio pero sin precisión, resulta
evidente la necesidad de mediciones de campo que enriquezcan los modelos.
6.b – Limitaciones No existen publicaciones de acceso público en donde se releven los impactos
medioambientales de rutas o autopistas dentro de la Provincia de Buenos Aires. Entendiendo que
por ser información que afecta al grueso de la población debiera ser de fácil acceso y
comprensión para cualquier ciudadano sin importar su formación.
No se encuentran disponibles interfaces para la mayoría de los programas que modelan
fuentes lineales. Encontrándose sólo aquellas que deben ser abonadas a particulares por montos
altísimos. En este sentido, creo que son los organismos regulatorios los que deben brindar a la
22
comunidad las herramientas para facilitar los controles, siendo este el principal paso para
democratizar estos organismos.
6.c - Conclusiones El nivel predicho por el modelo es levemente menor a la mitad del máximo de concentración
recomendado para un ambiente laboral. Considerando que en una vivienda familiar se triplican
los tiempos de residencia, no podemos descartar que exista una situación de riesgo para sus
habitantes.
Sería interesante profundizar en esta línea pudiendo modelar otros contaminantes que
puedan producir daños acumulativos. El monóxido de carbono se relaciona con la hemoglobina
por un equilibrio de concentraciones parciales, pero qué sucede con aquellos contaminantes que
tienen otra forma de acción, como el material particulado que se deposita en el sistema
respiratorio.
23
6. Bibliografía
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25
7. Anexos
7.a - Rectificación de la zona
puntos x y
a 0 0
b -35,3553391
35,3553391
c -106,066017
-35,3553391
d -70,7106781
-70,7106781
7.b - Modelización de las calles
recta A Y = - x
recta B Y = 70,71 + x
recta C Y = -141,42 - x
recta D Y = x
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
-120 -100 -80 -60 -40 -20 0
calle 13
calle 532
calle 14
calle 32
26
puntos x y
a 100 -100
b -100 100
c 100 170,71
d -120 -49,29
e -100 -100
f 100 100
g -200 58,58
h -50 -91,42
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
-300 -200 -100 0 100 200
linea 1
linea 2
linea 3
linea 4
27
7.c - Decreto N° 3395/96 Artículo 1° : Todo generador de emisiones gaseosas que vierta las mismas a la atmósfera, y se
encuentre ubicado en el territorio de la Provincia de Buenos Aires, en especial los
establecimientos industriales según la definición de la Ley Nº 11.459 y su decreto reglamentario,
queda comprendido dentro de los alcances del presente, de sus anexos I, II, III, IV, V y Apéndice
1 que son parte integrante del mismo, según corresponda a establecimientos existentes o a
instalarse.
Quedan excluídas las fuentes móviles; entendiéndose por tales los vehículos rodados y
naves de aeronavegación que generen efluentes gaseosos y los viertan a la atmósfera, salvo
que se encuentren incluidos en la definición de establecimiento industrial de la Ley Nº 11.459 y
su decreto reglamentario.
Artículo 2°: La Secretaría de Política Ambiental, en su carácter de autoridad ambiental
competente en materia de contaminación producida en jurisdicción del territorio provincial, será
la Autoridad de Aplicación del presente decreto reglamentario. (…)
ANEXO III - NORMA DE CALIDAD DE AIRE AMBIENTE - TABLA A - CONTAMINANTES BÁSICOS
Monóxido de carbono CO -- mg/m3
10,000 (1) - 8 horas
40,082 (1); 35 (1) - 1 hora
(1) No puede ser superado este valor más de una vez al año.
Observaciones: Estándares fijados por E.P.A. STP (298.13 °K = 25°C y 1 ATM).
Niveles guía de calidad de aire ambiente:
Los niveles guía de calidad de aire representan el mejor criterio científico actual, pero es
necesario una revisión periódica de los mismos adecuándolos a los nuevos conocimientos sobre
los contaminantes. Con el propósito de adoptar valores resultantes de un criterio de cálculo único
y reconocido, se incorporaron los obtenidos a partir de la Concentración Máxima Permitida,
CMP, (T.L.V. A.C.G.I.H.).
Este valor es corregido por factores de exposición horaria, semanal, y la introducción de
factores de seguridad según la siguiente ecuación básica:
Nivel guía = CMP x 1/3 x 5/7 x Factores de seguridad
donde:
1/3 corrección por exposición 24 horas.
5/7 corrección por exposición 7 días.
Factores de seguridad: estos son calculados teniendo en cuenta numerosas variables, tales como:
efectos cancerígenos, irritantes, toxicidad, propiedades físicas, poblaciones expuestas, sexo, etc.
A estos datos se accede consultando bases de datos y bibliografía especializada. La evaluación
de toda la información permite calcular los factores de seguridad que se introducirán en la
fórmula. ("Air Toxics and Risk Assessment". Calabrese, E. J. and Kenyon, E. M. - Lewis Publishers,
Inc. USA, 1991).
