Universidad de La Salle Universidad de La Salle

Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle

Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería

7-4-2018

Caracterización de las emisiones provenientes de los vehículos Caracterización de las emisiones provenientes de los vehículos

de carga pesada en un parqueadero ubicado en la Avenida Calle de carga pesada en un parqueadero ubicado en la Avenida Calle

17 de la localidad de Fontibón en Bogotá D.C 17 de la localidad de Fontibón en Bogotá D.C

Andrea Lizeth González Rojas Universidad de La Salle, Bogotá

Daniela Arciniegas Triana Universidad de La Salle, Bogotá

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Citación recomendada Citación recomendada González Rojas, A. L., & Arciniegas Triana, D. (2018). Caracterización de las emisiones provenientes de los vehículos de carga pesada en un parqueadero ubicado en la Avenida Calle 17 de la localidad de Fontibón en Bogotá D.C. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/1102

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1

CARACTERIZACIÓN DE LAS EMISIONES PROVENIENTES DE LOS

VEHÍCULOS DE CARGA PESADA EN UN PARQUEADERO UBICADO EN LA

AVENIDA CALLE 17 DE LA LOCALIDAD DE FONTIBÓN EN BOGOTÁ D.C.

ANDREA LIZETH GONZALEZ ROJAS

DANIELA ARCINIEGAS TRIANA

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTÁ D.C

2019

2

CARACTERIZACIÓN DE LAS EMISIONES PROVENIENTES DE LOS

VEHÍCULOS DE CARGA PESADA EN UN PARQUEADERO UBICADO EN LA

AVENIDA CALLE 17 DE LA LOCALIDAD DE FONTIBÓN EN BOGOTÁ D.C.

ANDREA LIZETH GONZALEZ ROJAS

DANIELA ARCINIEGAS TRIANA

Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero

Ambiental y Sanitario

Director

Boris René Galvis Remolina

Ingeniero Químico PhD en Ingeniería Ambiental

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTÁ D.C

2019

3

Nota de aceptación

_______________________________________

_______________________________________

_______________________________________

_______________________________________

_______________________________________

Director del proyecto

_______________________________________

Boris René Galvis Remolina

Jurado

______________________________________

Lina María Chacón Rivera

Jurado

_______________________________________

Gabriel Herrera Torres

Bogotá D.C, Febrero de 2019

4

DEDICATORIAS

A Dios, por haberme permitido concluir esta etapa, por la fortaleza y paciencia en los

momentos difíciles, a mis padres, por su apoyo incondicional, su amor, sus consejos y su

motivación constante, gracias a ustedes y por ustedes he logrado llegar hasta aquí. A mis

hermanos y familia por estar siempre presentes. A mis amigos por todo lo compartido y el apoyo

mutuo en este proceso.

Andrea Lizeth González Rojas

A Dios, por darme la fortaleza para superar los obstáculos de cada día, a mis padres, Luis

y Jeaneth la principal razón de este logro, por su apoyo incondicional, paciencia y espera, a mis

hermanos Gloria y Felipe por ser parte de este logro. Mil gracias a todos.

Daniela Arciniegas Triana

5

AGRADECIMIENTOS

A los docentes de la Facultad de Ingeniería Ambiental y Sanitaria especialmente a Lina

María Chacón Rivera y Gabriel Herrera Torres por sus consejos e interés en el desarrollo de este

proyecto.

A Jenny y Liliana, propietarias del parqueadero de vehículos de carga por darnos el espacio

y las facilidades para la realización del monitoreo en el parqueadero.

6

TABLA DE CONTENIDO

GLOSARIO ............................................................................................................. 16

RESUMEN .............................................................................................................................. 18

1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 21

2. OBJETIVOS ................................................................................................................. 23

2.1 Objetivo General......................................................................................................... 23

2.2 Objetivos Específicos ................................................................................................. 23

3 ESTADO DEL ARTE ...................................................................................................... 24

3.1 Factores de emisión ...................................................................................................... 24

3.1.1 Factores de emisión en Bogotá. .............................................................................. 24

3.1.2 Factores de emisión mediante el balance de Carbono. ........................................... 25

3.2 Plan decenal de descontaminación del aire para Bogotá .......................................... 26

3.3 Inventario de emisiones ............................................................................................... 26

3.4 Fuentes móviles ............................................................................................................. 31

4 MARCO DE REFERENCIA .......................................................................................... 34

4.1 Marco Teórico .............................................................................................................. 34

4.1.1 Contaminación atmosférica. ................................................................................... 34

4.1.2 Tipos de fuentes de emisión. ................................................................................... 35

7

4.1.3 Monitoreos de Calidad del Aire en Colombia. ....................................................... 36

4.1.4 Contaminantes atmosféricos emitidos por fuentes móviles y su importancia. ....... 38

4.1.5 Monitoreo de Calidad del Aire en Bogotá. ............................................................. 39

4.1.6 Inventario de emisiones. ......................................................................................... 41

4.1.7 Equipos para la medición de Material Particulado, Black Carbon, Monóxido de

Carbono y Dióxido de Carbono. ............................................................................................... 41

4.1.8 Modelos de calidad de aire ..................................................................................... 44

4.2 Marco Legal .................................................................................................................. 51

5 METODOLOGÍA ............................................................................................................ 52

5.1 Fase I: Revisión bibliográfica y selección de información disponible ..................... 52

5.1.1 Información general del área de estudio ................................................................. 52

5.2 Fase II: Realización del monitoreo de alta cobertura temporal .............................. 54

5.3 Fase III: Determinación de factores de emisión por método de balance de carbono

56

5.4 Fase IV: Implementación del modelo de dispersión AERMOD .............................. 62

5.4.1 Preprocesador AERMET. ....................................................................................... 62

5.4.2 Preprocesador AERMAP ........................................................................................ 64

5.4.3 AERMOD ............................................................................................................... 65

6. RESULTADOS Y ANÁLISIS. .................................................................................... 66

6.1 Factores de emisión. ..................................................................................................... 66

8

6.1.1. Clasificación factores de emisión. .............................................................................. 67

6.2 Comparación factores de emisión ............................................................................... 71

6.3 Inventario de emisiones ............................................................................................... 77

6.3.1 Clasificación Inventario de emisiones. ........................................................................ 81

6.4 Modelación en AERMOD ................................................................................................ 82

6.4.1 Black Carbon. .............................................................................................................. 83

6.4.2 Material Particulado .................................................................................................... 84

6.4.3 Monóxido de Carbono ................................................................................................. 86

6.4.4 Dióxido de Carbono .................................................................................................... 87

6.5 Curvas Cuartil-Cuartil. ................................................................................................... 89

7. CONCLUSIONES ........................................................................................................ 93

8. RECOMENDACIONES .............................................................................................. 95

9. BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................... 97

ANEXOS ............................................................................................................................... 104

9

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Los estimativos del inventario de emisiones de fuentes móviles para el año 2013,

distribuidos por categorías vehicular. ........................................................................................... 29

Tabla 2. Emisiones de las fuentes móviles, industriales y comerciales (Ton/año). ................. 31

Tabla 3. Tipos de modelos. ...................................................................................................... 44

Tabla 4. Marco legal ................................................................................................................ 51

Tabla 5. Clasificación de los vehículos de carga. .................................................................... 53

Tabla 6. Equipos de monitoreo. ............................................................................................... 54

Tabla 7. Consumo de combustible promedio de acuerdo a tipo de vehículo de carga. ........... 55

Tabla 8. Picos válidos. ............................................................................................................. 58

Tabla 9. Picos con coeficiente R2. ........................................................................................... 59

Tabla 10. Pendientes de los eventos ......................................................................................... 61

Tabla 11. Albedo por uso del suelo y estación del año. ........................................................... 63

Tabla 12. Relación de Bowen en condiciones medias de humedad por uso del suelo y estación

del año. .......................................................................................................................................... 63

10

Tabla 13. Rugosidad Superficial en metros, por uso de suelo y estación del año.................... 64

Tabla 14. Factores de emisión experimentales de CO, PM2, 5, BC Y CO2 para vehículos de

carga. ............................................................................................................................................. 66

Tabla 15. Factores de emisión experimentales de CO, CO2, PM2,5 y BC para vehículos de

carga (g cont./km) clasificados en llenos o vacíos. ....................................................................... 67

Tabla 16. Factores de emisión experimentales de CO y BC para vehículos de carga (g

cont./km) clasificados en entrada y salida. ................................................................................... 70

Tabla 17. Factores de emisión para vehículos de carga del Modelo GREET. ......................... 72

Tabla 18. Comparación de los factores de emisión experimentales con respecto a los factores

de emisión del modelo GREET. ................................................................................................... 73

Tabla 19. Factores de emisión para vehículos de carga del Plan Decenal de Descontaminación

del Aire para Bogotá. .................................................................................................................... 74

Tabla 20. Comparación de los factores de emisión experimentales con respecto a los factores

de emisión del Plan Decenal de Descontaminación del Aire para Bogotá. .................................. 75

Tabla 21. Especificaciones de los vehículos. ........................................................................... 76

Tabla 22. Factores de emisión basados en las emisiones en carretera de los vehículos

probados. ...................................................................................................................................... 76

11

Tabla 23. Comparación de factor de emisión CO (g/km). ....................................................... 77

Tabla 24. Distancia y tiempo de cada vehículo en el establecimiento. ................................... 77

Tabla 25. Inventario de emisión en unidades de gramo de contaminante por segundo. .......... 78

Tabla 26. Inventario de emisión para vehículos de carga por hora de monitoreo.................... 81

Tabla 27. Background para AERMOD. ................................................................................... 82

Tabla 28. Inventario de emisión general por contaminante en unidades de g cont./ seg*m2. . 83

12

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Aporte de las principales categorías vehiculares a las emisiones totales de diversos

contaminantes atmosféricos en la ciudad de Bogotá. VP= vehículos particulares; B = butadieno;

A = acetaldehído; F = formaldehído. ............................................................................................ 28

Figura 2. Emisiones de las fuentes móviles por Categoría vehicular ...................................... 30

Figura 3. Concentración de PM10 por fuentes móviles. .......................................................... 40

Figura 4. Concentración de PM2.5 por fuentes móviles. ......................................................... 40

Figura 5. Dominio en AERMAP. ............................................................................................. 50

Figura 6. Ubicación del parqueadero de vehículos de carga. Modificado de Google Maps. ... 52

Figura 7. Selección de los picos. .............................................................................................. 58

Figura 8. Regresión lineal de un evento. .................................................................................. 60

Figura 9. Ubicación del receptor discreto. Modificado en Google Maps. .............................. 65

Figura 10. Factores de emisión experimentales de BC, CO y PM2.5 para vehículos de carga (g

cont./ km) clasificados en vacíos y llenos. .................................................................................... 68

Figura 11. Factores de emisión experimentales de CO2 para vehículos de carga (g cont./ km)

clasificados en vacíos y llenos. ..................................................................................................... 68

13

Figura 12. Factores de emisión experimentales de BC, CO y PM2.5 para vehículos de carga (g

cont./ km) clasificados en entrada y salida. .................................................................................. 70

Figura 13. Factores de emisión experimentales de CO2 para vehículos de carga (g cont/ km)

clasificados en entrada y salida ..................................................................................................... 71

Figura 14. Inventario de emisión por contaminante para los vehículos de carga pesada en el

sector de Fontibón. ........................................................................................................................ 80

Figura 15. Modelación en AERMOD para Black Carbon y su concentración general. Fuente:

Los Autores. .................................................................................................................................. 83

Figura 16. Modelación en AERMOD para Material Particulado PM2.5 y su concentración

general. .......................................................................................................................................... 85

Figura 17. Modelación en AERMOD para Monóxido de Carbono y su concentración general.

....................................................................................................................................................... 86

Figura 18. Modelación en AERMOD para Dióxido de Carbono y su concentración general. 88

Figura 19. Curva Cuartil-Cuartil para Black Carbon. .............................................................. 90

Figura 20. Curva Cuartil-Cuartil para Material Particulado. ................................................... 90

Figura 21. Curva Cuartil-Cuartil para Monóxido de Carbono. ................................................ 91

Figura 22. Curva Cuartil-Cuartil para Dióxido de Carbono. ................................................... 91

14

LISTA DE APENDICES.

Apéndice A. Concentración promedio 1 hora de BC – Categoría Vehicular C2. .................. 104

Apéndice B. Concentración promedio 1 hora de BC – Categoría Vehicular C4. .................. 105

Apéndice C. Concentración promedio 1 hora de BC – Categoría Vehicular C5. .................. 106

Apéndice D. Concentración promedio 1 hora de BC – Categoría Vehicular >C5. ............... 106

Apéndice E. Concentración promedio 1 hora de CO – Categoría Vehicular C2 ................... 107

Apéndice F. Concentración promedio 1 hora de CO – Categoría Vehicular C4. .................. 109

Apéndice G. Concentración promedio 1 hora de CO – Categoría Vehicular C5................... 110

Apéndice H. Concentración promedio 1 hora de CO – Categoría Vehicular >C5. ............... 111

Apéndice I. Concentración promedio 1 hora de PM – Categoría Vehicular C2 .................... 112

Apéndice J. Concentración promedio 1 hora de PM – Categoría Vehicular C4. ................... 113

Apéndice K. Concentración promedio 1 hora de PM – Categoría Vehicular C5. ................. 114

Apéndice L. Concentración promedio 1 hora de PM – Categoría Vehicular >C5. ............... 115

Apéndice M. Concentración promedio 1 hora de CO2 – Categoría Vehicular C2................. 116

15

Apéndice N. Concentración promedio 1 hora de CO2 – Categoría Vehicular C4.................. 117

Apéndice O. Concentración promedio 1 hora de CO2 – Categoría Vehicular C5. ................ 118

Apéndice P. Concentración promedio 1 hora de CO2 – Categoría Vehicular >C5. ............... 119

16

GLOSARIO

AERMOD: es un modelo de dispersión Gaussiano que analiza de forma estable y robusta

la concentración y deposición de la contaminación atmosférica originada por diversas fuentes.

(United States Environmental Protection Agency , AERMOD Implementation Guide, 2016)

Área-Fuente: Es una determinada zona o región, urbana, suburbana o rural, que, por

albergar múltiples fuentes fijas de emisión, es considerada como un área especialmente

generadora de sustancias contaminantes del aire. (Minambiente, 2017)

Black Carbon: Componente del material particulado generado principalmente a partir de

la combustión incompleta de combustibles fósiles, biocombustibles o biomasa. (Solaun,

Sopelana, & Arraibi, 2014)

Cambio climático: cambio de clima atribuido directa o indirectamente a la actividad

humana que altera la composición de la atmósfera y que se suma a la variabilidad natural del

clima observada durante períodos de tiempo comparable que trae cambios en el medio ambiente

físico o en la biota resultantes del cambio climático que tienen efectos nocivos significativos en

la composición, la capacidad de recuperación o la productividad de los ecosistemas naturales o

sujetos a ordenación, o en el funcionamiento de los sistemas socioeconómicos, o en la salud y el

bienestar humanos. (Naciones Unidas, 1992)

Contaminación Atmosférica: Es el fenómeno de acumulación o de concentración de

contaminantes en el aire. (Minambiente, 2017)

Contaminantes: Fenómenos físicos o sustancias, o elementos en estado sólido, líquido o

gaseoso, causantes de efectos adversos en el medio ambiente, los recursos naturales renovables y

la salud humana que, solos o en combinación, o como productos de reacción, se emiten al aire

17

como resultado de actividades humanas, de causas naturales, o de una combinación de éstas.

(Minambiente, 2017)

Emisión: Descarga de una sustancia o elemento al aire, en estado sólido, líquido o

gaseoso, o en alguna combinación de estos, provenientes de una fuente fija o móvil.

(Minambiente, 2017)

Factor de emisión: valor representativo que se relaciona con la cantidad de contaminante

liberado a la atmósfera por una actividad específica. Estos factores son usualmente expresados

como la masa de un contaminante dividido en una unidad de masa, volumen, distancia, o

duración de la actividad que emite el contaminante. (Cortes, 2013)

Fuente: Suele designar todo proceso, actividad o mecanismo que libera un gas de efecto

invernadero o aerosol, o un precursor de un gas de efecto invernadero o aerosol, a la atmósfera.

(IPCC, 2007)

Inventario de emisiones: es el resultado de la suma de estimaciones de emisiones

atmosféricas de contaminantes previamente definidos en un área geográfica específica y en un

intervalo de tiempo determinado. (Minambiente, 2010)

PM10 (Material Particulado Menor a 10 Micras): Material particulado con un diámetro

aerodinámico menor o igual a 10 micrómetros nominales. (Minambiente, 2010)

PM2.5 (Material Particulado Menor a 2,5 Micras): Material particulado con un

diámetro aerodinámico menor o igual a 2,5 micrómetros. (Minambiente, 2010)

18

RESUMEN

El crecimiento poblacional y económico de la ciudad de Bogotá ha generado diferentes

impactos en el ambiente. Dentro de estos impactos, la contaminación atmosférica es de gran

importancia. Altas concentraciones de contaminantes como el material particulado son usuales

en la ciudad y en algunos casos estas sobrepasan los límites establecidos por la normatividad

vigente. Una de las acciones necesarias para enfrentar esta problemática es hacer un seguimiento

a la contaminación de este recurso. Parte de este seguimiento se hace realizando inventarios de

emisión con el fin de identificar la contribución de diferentes fuentes. De dichos trabajos se ha

concluido que las fuentes móviles son las principales generadoras de contaminantes atmosféricos

en centros urbanos (L.A. Giraldo & E. Behrentz , 2005) (Pachón y otros, 2016); teniendo en

cuenta que los vehículos aportan el 99% del CO, el 80% del CO2, el 68% de los COV, el 95% de

los NOx, el 85% del SO2 y el 46% del total de las emisiones de PM 10.(Pachón y otros, 2016).

De Fuentes móviles los vehículos de carga a pesar de representar un mínimo porcentaje (1,2%)

en cuanto a cantidad (Pachón y otros, 2016) son los mayores emisores de contaminantes en

cuanto al material particulado (36,4%). (Carmona y otros, 2016)

Los vehículos de carga, muy importantes para la economía colombiana, movilizaron

aproximadamente el 70% de la carga nacional para el año 2013 (Mintransporte, 2016). El parque

automotor para el mismo año tiene un total de 10.585.107 vehículos de los cuales 370.800 son

Camiones o Tractocamiones y representan aproximadamente el 5,2%. Para el año 2012 el

consumo energético fue de 479.458 TJ, este valor se divide en las siguientes proporciones: más

del 90% de la energía proviene del petróleo y sus derivados, y solo el 0,05% proviene del uso de

la electricidad. El 9% restante proviene de energéticos renovables como los biocombustibles, gas

natural y carbón. (Unidad de Planeación Minero Energética, 2015)

19

En nuestro país son escasos los estudios que establezcan factores de emisión para este tipo

de fuentes y existe incertidumbre significativa de las emisiones de los vehículos de carga. Este

estudio busca establecer factores de emisión de vehículos de carga para la localidad de Fontibón

en Bogotá mediante la aplicación del método de balance de carbono. Para ello se realizó un

monitoreo de alta cobertura temporal en un parqueadero destinado para vehículos de carga, esta

campaña de mediciones tuvo una duración aproximada de tres semanas, con el fin de caracterizar

las emisiones de estos vehículos en cuanto a contaminantes como material particulado fino,

black carbon, dióxido de carbono y monóxido de carbono usando equipos DUSTTRAK DRX

(Aerosol Monitor Model 8533, TSI) , microaethalometro (Model AE51, Aethlabs) y Monitor

Langan. (Langan L76x Indoor Air Quality Measurer)

Fue posible determinar factores de emisión mediante el método de balance de carbono el

cual se basa en el combustible, relacionando la cantidad de contaminante emitido con la cantidad

de combustible quemado (Galvis, B, Begin, M, & Russell, A, 2013) y análisis estadísticos. Se

obtuvieron factores de emisión en unidades de g/gal para las categorías vehiculares C2,C3,C4,C5

y >C5, para los siguientes contaminantes respectivamente Black Carbon de 64,76±77,09; 235,11

±419,74; 76,81±102,83; 68,93±117,39; 73,79±139,21; para Monóxido de Carbono de

123,73±167,28; 143,14±113,15; 209,06±241,04; 129,50±160,43; 167,05±170,25; para Material

Particulado fino de 203,70±495,83; 277,13±299,95; 185,68±237,99; 136,42±204,40;

194,90±249,14 y para Dióxido de Carbono de 2660,19±120,00; 2481,51±465,70;

2611,54±155,58; 2653,54±140,88; 2632,58±159,65.

Finalmente, se estimó el impacto del parqueadero a las zonas aledañas mediante modelación de

dispersión usando AERMOD para lo cual se obtuvo que las emisiones de material particulado

PM2.5 sobrepasan los niveles máximos permisibles de la Resolución 2254 del 2017 tanto para

20

un tiempo de exposición de 24 horas (37 µg/m3) y anual (25 µg/m3), siendo la concentración

máxima en el área de estudio de 46,16 µg/m3, por lo cual, existe un nivel de prevención para la

población de la unidad de planeamiento zonal Fontibón San Pablo y Zona Franca.

Palabras clave: Factores de emisión, Inventarios de emisiones, Vehículos de carga,

Impacto.

21

1. Introducción

La contaminación atmosférica ha sido un fenómeno que siempre ha existido ya sea de origen

natural o antropogénico, pero ha sido la contaminación atmosférica de origen antropogénico la

que ha cobrado importancia, sobre todo, a partir de la revolución industrial y el uso masivo de

combustibles fósiles como fuente de energía (Aránguez, y otros, 1999). De acuerdo con la

Organización mundial de la Salud, la contaminación atmosférica urbana aumenta el riesgo de

padecer enfermedades respiratorias agudas, como la neumonía, y crónicas, como el cáncer del

pulmón y las enfermedades cardiovasculares. (OMS, 2018)

Estas afectaciones a la salud generan costos significativos en Colombia, como se evidencia en

un estudio realizado por el Departamento Nacional de Planeación (DNP) que presenta los costos

por muertes y enfermedades asociadas a la degradación ambiental, específicamente para tres

componentes: contaminación del aire urbano, contaminación del aire interior y las deficiencias

en la cobertura de servicios de agua potable, saneamiento básico e higiene. Los costos en la salud

asociados a la degradación ambiental en Colombia ascienden a $20,7 billones de pesos,

equivalentes al 2,6% del PIB del año 2015, relacionados con 13.718 muertes y cerca de 98

millones de síntomas y enfermedades. Dentro de estos costos, la contaminación del aire urbano

aportó el 75%, con $15,4 billones de pesos (1,93% del PIB de 2015) asociados a 10.527 muertes

y 67,8 millones de síntomas y enfermedades. Así lo indica Simón Gaviria Muñoz, Director del

Departamento Nacional de Planeación. (DNP, 2017)

Este estudio tiene como objetivo evaluar la afectación de la calidad de aire por las emisiones de un

parqueadero para vehículos de carga pesada de la localidad de Fontibón, Bogotá mediante el monitoreo y

establecimiento de los factores de emisión de contaminantes atmosféricos como el Black Carbon,

Material particulado, Monóxido de Carbono y Dióxido de Carbono, siendo de interés para las autoridades

22

ambientales para que sirva como base para el desarrollo de estudios en parqueaderos de otro tipo de

transporte o mejorar los actuales inventarios de emisiones de las fuentes móviles para la ciudad de

Bogotá.

23

2. Objetivos

2.1 Objetivo General

Evaluar la afectación de la calidad de aire por las emisiones de un parqueadero para

vehículos de carga pesada en Bogotá D.C.

2.2 Objetivos Específicos

Establecer factores de emisión de Material particulado, Black Carbon, Monóxido de

Carbono y Dióxido de Carbono para la fuente de estudio a partir de un monitoreo de alta

cobertura temporal usando el método de balance de carbono.

Realizar un inventario de emisiones de los vehículos de carga que usan un parqueadero

ubicado en Avenida Calle 17 en la localidad de Fontibón en Bogotá D.C.

Estimar el impacto de las emisiones de los vehículos de carga que usan el parqueadero en

la calidad del aire de la zona mediante la aplicación del modelo de dispersión AERMOD.

24

3 Estado del arte

3.1 Factores de emisión

Los factores de emisión son un coeficiente que relaciona los datos de actividad con la

cantidad del compuesto químico que constituye la fuente de las últimas emisiones. Los factores

de emisión se basan a menudo en una muestra de datos sobre mediciones, calculados como

promedio para determinar una tasa representativa de las emisiones correspondientes a un

determinado nivel de actividad en un conjunto dado de condiciones de funcionamiento. (IPCC,

Anexo 3: Glosario., s.f.)

La compilación más importante de factores de emisión ha sido realizada por la Agencia de

Protección Ambiental de los estado unidos (US EPA), y se encuentra en la base de datos AP-42,

que se ha publicado desde 1972. Esta publicación contiene factores de emisión e información de

proceso para más de 200 categorías de fuentes de contaminación del aire. Estos factores de

emisión se han desarrollado y compilado a partir de datos de pruebas de origen, estudios de

balance de materiales y estimaciones de ingeniería (United States Environmental Protection

Agency, AP-42: Compilation of Air Emissions Factors, 1972). Dichos factores de emisión

reflejan las condiciones de las fuentes de contaminación del aire de Estados Unidos que pueden

diferir sustancialmente de las condiciones de nuestro País. En Colombia se han realizado algunas

investigaciones con el fin de estimar factores de emisión de diferentes actividades. A

continuación, se mencionan algunos:

3.1.1 Factores de emisión en Bogotá.

(Buitrago & Rojas, 2017), estimaron los factores de emisión de BC, PM2.5, CO2 y CO de

una ladrillera, aplicando el método de balance de carbono. Como resultado obtuvieron factores

de emisión para Black Carbon (0.94 ± 1.27), Monóxido de Carbono (53.6 ± 59.3), Dióxido de

25

Carbono (2122.3 ± 96.5) y Material Particulado PM2.5 (5.9 ± 9.8) en Kg de contaminante/Ton

de carbón mineral quemado. Estos factores son muy similares a los reportados por en AP-42

(EPA, 2017) para CO2 y PM2.5.

(Orozco & Huelvas, 2015) determinaron los factores de emisión de tres diferentes fuentes

en Bogotá, estos factores de emisión se estimaron por actividades como la construcción de vías,

extracción de arcilla, extracción de arena y construcción de edificaciones mediante la aplicación

del modelo de dispersión gaussiano SCREEN3 que relaciona concentración promedio obtenida

con el factor de emisión buscado. Los factores de emisión obtenidos para la actividad de

construcción de edificaciones fue de 12,56+0,25 (µg/m2*s) para PM10 y 3,52+0,095 (µg/m2*s)

para PM2.5, en cuanto a la construcción de vías fueron 191,7±14,4 (µg/m2*s) para PM10 y

14,47±5,06 (µg/m2*s) para PM2.5, para la extracción de arcilla y de arena para PM10 los

factores de emisión fueron 283,5 y 1.500 µg/m2*s respectivamente y para PM2.5 fueron 143,5 y

675,2 µg/m2*s.

3.1.2 Factores de emisión mediante el balance de Carbono.

(Galvis B., Begin M., & Russell A., 2013), determinaron factores de emisión de Black

Carbon y PM 2.5 de dos patios de ferrocarriles, Inman y Tilford ubicados al noroeste de Atlanta

mediante el método balance de carbono, para lo cual usó tres métodos para calcular la relación

de la masa de contaminante a la masa de carbono de CO2, los cuales fueron enfoques de

regresión como el enfoque del "delta" que se basó en la diferencia viento abajo-viento arriba, el

método de análisis wavelet y análisis de MATLAB para separar las señales de concentración en

componentes de alta y baja frecuencia. Los factores de emisión obtenidos tanto para Inman y

Tilford de BC fueron 3.1 ± 0.2 y 2.4 ± 0.2 g/gal respectivamente y en cuanto a PM2.5 fue 7.2 ±

0.8 y 4.8 ± 0.6 g/gal respectivamente.

26

3.2 Plan decenal de descontaminación del aire para Bogotá

La Secretaria Distrital de Ambiente afirma que en Bogotá se mueven cerca de 241,000

toneladas de carga al día, de las cuales, entran 128,980 (53,6%) y salen 111,606 (46.4%), lo que

significa que la ciudad consume cerca de 17,000 toneladas diarias de diferentes productos. El

mayor volumen de camiones se dedica al transporte de alimentos y productos agrícolas.

(Secretaria Distrital de Ambiente, 2010)

De acuerdo con las encuestas realizadas en 2007 por la consultoría BCEOM dentro del

estudio “Centros de Actividad Logística de Carga de Bogotá (CALCAB), hay un total de 12,514

camiones entrando a Bogotá y 12,744 saliendo en un día, siendo la avenida Centenario (Calle 13)

la vida de mayor demanda con más de 7,500 vehículos de carga entrando y saliendo. (Secretaria

Distrital de Ambiente, 2010)

En el plan decenal de descontaminacion, determinaron factores de emisión para las

diferentes categorias vehiculares, que en cuanto a los camiones se dividieron en las categorias

C1, C2, C3, C4, C5, C6 y C7, clasificados de acuerdo al modelo y tipo de combustible, siendo el

ACPM el mas usado, ya que es el combustible con el mejor desempeño en carretera. Finalmente,

los factores de emision hallados para CO y CO2 fueron 9,49 y 702,57 g/km para C2

respectivamente y para C3 1,21 Y 503,20 g/km respectivamente.

3.3 Inventario de emisiones

L.A. Giraldo & E. Behrentz (2005) estimaron el inventario de emisiones de fuentes

móviles en Bogotá mediante la aplicación del Modelo Internacional de Emisiones determinando

las emisiones de contaminantes como el SOx, NOx, CO, COV, PM, NH3, benceno, plomo,

acetaldehídos mediante el uso de variables cuantitativas como el factor de emisión, el nivel de

actividad vehicular y las características de la flota. Para analizar cada una de las variables usadas

27

en el modelo se evaluaron tres escenarios: la calidad de los combustibles, la categoría vehicular

de los buses y la categoría vehicular de las motos. Como resultados obtuvo que los buses aportan

el 50% de las emisiones de PM10, seguido de las motos con aporte del 20% de emisiones de

PM10 y COV, en cuanto a los taxis y Transmilenio no aportan significativamente a las emisiones

totales de la ciudad de Bogotá. Por lo cual, las acciones de mejoramiento de la calidad de aire de

Bogotá deben estar encaminadas principalmente a la flota vehicular de carga pesada (buses y

camiones) y motos.

L.A. Giraldo & E. Behrentz (2005) realizaron el inventario de emisiones de fuentes

móviles de la ciudad de Bogotá utilizando el modelo internacional de emisiones IVE, se

estimaron los aportes de cada categoría vehicular a las emisiones totales. Se determinó que los

buses representan la categoría vehicular más importante, en términos de emisiones de

contaminantes, a pesar de representar menos del 5% del total de vehículos en la ciudad. Los

buses generan 50% de las emisiones de PM10, cerca del 30% de las emisiones de CO y 40% de

las emisiones de NOx. Se determinó que el mejoramiento de la calidad de los combustibles

diésel es la mejor estrategia para la reducción de las emisiones de PM10 en Bogotá.

Para esta investigación se obtuvieron los siguientes resultados:

28

Figura 1. Aporte de las principales categorías vehiculares a las emisiones totales de

diversos contaminantes atmosféricos en la ciudad de Bogotá. VP= vehículos particulares; B =

butadieno; A = acetaldehído; F = formaldehído.

Fuente: Giraldo, 2005.

Es importante analizar de estos resultados, que a pesar de que en las zonas donde se realizó

el estudio no se evidencia un alto flujo vehicular de vehículos de carga o camiones, se obtuvo

que estos son parte importante en el inventario, principalmente en cuanto a material particulado,

óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno y monóxido de carbono. (L.A. Giraldo & E. Behrentz,

2005)

Un estudio más reciente tiene en cuenta la conciliación de inventarios top-Down y bottom-

up de emisiones de fuentes móviles en Bogotá, donde se realizó una comparación de las

emisiones de diferentes categorías vehiculares, para ello se empleó la información disponible por

las autoridades del Distrito Capital y estudios previa. Los resultados obtenidos se muestran en la

29

tabla 1 referente a los estimativos del inventario de emisiones de fuentes móviles para el año

2013, distribuidos por categorías vehicular. (Carmona, L, y otros, 2016)

Tabla 1. Los estimativos del inventario de emisiones de fuentes móviles para el año 2013,

distribuidos por categorías vehicular.

Nota. Fuente: Carmona y otros, 2016.

Y así mismo concluyeron que las categorías de mayor aporte al inventario de PM son los

camiones (C-36,4 %), buses de transporte público (B-29,1 %), y con similar participación las

motos (M-7,4 %) y microbuses (MB-7,1%) (Carmona, L, y otros, 2016)

Pachón y otros ( 2016) realizaron un inventario de emisiones integral para Bogotá teniendo

en cuenta las fuentes móviles, puntuales, biogénicas, estaciones de servicio, tanques de

almacenamiento de gas y polvo resuspendido, para lo cual de acuerdo al tipo de fuente estableció

el método de cálculo del factor de emisión y posteriormente implementó el modelo de transporte

químico que permite conocer el destino y transporte de los contaminantes; para la determinación

de los factores de emisión de las fuentes móviles tuvo en cuenta variables como las emisiones

totales de contaminante, factor de emisión por contaminante y por categoría vehicular, factor de

actividad promedio del vehículo por categoría vehicular, cantidad de vehículos por categoría

30

mediante registros anuales disponibles, flujo vehicular y la longitud de la categoría vehicular en

el enlace de la carretera mediante el conteo de tráfico disponible en 46 puntos en Bogotá.

Determinó el inventario de emisiones para cada fuente mediante la implementación del

modelo WRF-CMAQ. A continuación, se muestran los resultados obtenidos en cuanto a las

fuentes móviles:

Figura 2. Emisiones de las fuentes móviles por Categoría vehicular

Fuente: Pachón y otros, 2016.

De acuerdo con la figura 2, los vehículos privados contribuyen significativamente a las

emisiones de CO, CO₂ , NOx, COV y SO₂ que con respecto a los registros de transporte del

2012 para Bogotá el 75% son vehículos de pasajeros y camionetas, el 20% son motocicletas, el

3% son taxis, el 1.2% son camiones pesados y menos del 1% son autobuses. En cuanto a

Material Particulado la categoría vehicular con mayor aporte es el transporte público tradicional.

31

Tabla 2. Emisiones de las fuentes móviles, industriales y comerciales (Ton/año).

Nota. Fuente: Pachón y otros, 2016.

De acuerdo con la tabla 2, las fuentes móviles con respecto a las fuentes industriales y

comerciales son las que más aportan CO (661.495 Ton/año), CO2 (7.379.087 Ton/año), PM10

(1.521 Ton/año), NOX (51.177 Ton/año) y SO2 (11.982 Ton/año). Esto se debe principalmente al

número de vehículos en Bogotá aproximadamente de 1.8 millones de vehículos y a la tendencia

de crecimiento anual de vehículos. (Pachón y otros, 2016)

3.4 Fuentes móviles

Rojas (2015), estimó el inventario de emisiones y su incertidumbre provenientes de las

fuentes móviles en la jurisdicción de la CAR mediante el uso del modelo IVE (Modelo

Internacional de Emisiones) para el año 2012, la metodología utilizada se basó en tres etapas, en

primera instancia determinó los factores de emisión para cada categoría vehicular en dos áreas de

estudio tales como las vías municipales y vías intermunicipales en la jurisdicción de la CAR,

seguido de una caracterización vehicular (aforo y encuestas) y determinación del patrón de

conducción mediante el uso de un Monitor de actividad vehicular; la segunda etapa procedió a la

estimación del inventario de emisiones de acuerdo a la categoría vehicular, tamaño, combustible

utilizado y kilometraje y en la tercera etapa se estimó la incertidumbre del inventario de

emisiones mediante la simulación Monte Carlo la cual consistió en el re cálculo de la emisión

32

por categoría vehicular, clasificada por peso y combustible realizando 100.000 simulaciones,

cuyo valor medio se comparó con el valor estimado inicialmente. Como resultado, obtuvieron

que el inventario junto con la incertidumbre (U) asociada muestran que en la región se emitieron,

1.523 ton PM10/año (U = -235 +468 ton PM10/año), 109.253 ton CO/año (U = - 17.805 +33.942

ton CO/año), 27.260 ton NOX/año (U = -3.942 +7.246 ton NOX/año), 250 ton SOX/año (U = -

33 +60 ton SOX/año) y 24.820 ton COV/año (U = -5.422 + 11.279 ton COV/año). Determinando

que la principal fuente de emisión de CO se le atribuye a los vehículos particulares, taxis y

motos, para las emisiones de NOX y SOX la principal fuente son los buses y camiones y las

motos como la principal fuente de emisión de COV.

Herrera J., Rodríguez S. & Rojas J. (2012), establecieron los factores de emisión mediante

la aplicación del modelo MOBILE 6 para distintos tipos d vehículos que operan tanto con

motores de gasolina como de diésel, la metodología implementada se basó en la determinación

de la flota vehicular, actividad vehicular y factores de emisión, en primer lugar, la flota vehicular

fue dividida en seis categorías (Automóviles, Carga liviana, Carga pesada, taxis, motocicletas y

autobuses), asumiendo un rango de antigüedad de la flota vehicular de más de 30 años, en cuanto

a la actividad vehicular asumieron que la flota vehicular circula los 365 días del año sin

restricciones y utilizaron cuatro métodos de cálculo para el recorrido anual en kilómetros tales

como: estimación según sticker y odómetro tomando como base la fecha del último cambio de

aceite de la flota, estimación según la declaración de la marca del odómetro cuando se compró el

automotor y el día de la entrevista, estimación según la declaración del rendimiento del vehículo

en kilómetros por galón y estimación según la llamada posterior al conductor, los valores

obtenidos expresados en Kilómetros promedio recorridos en un año fueron 20768, 27990, 38934,

86109, 16091 y 43417 para Automóviles, Carga liviana, Carga pesada, taxis, motocicletas y

33

autobuses respectivamente, por último, los factores de emisión fueron obtenidos para cada

contaminante, por tipo de vehículo, combustible y año del modelo a partir del software Mobile 6

que es un modelo computacional desarrollado por la US EPA. Finalmente, las emisiones

generadas por las fuentes móviles en Costa Rica demuestran que en cuanto a los vehículos que

más emiten PM10 y PM2.5 son Carga liviana a diésel y carga pesadas con valores de 612.3 y

333.8 Ton/año PM10 y 459,2 y 250,3 Ton/año respectivamente y la mayor emisión es de

Monóxido de Carbono con un valor de 329242 Ton/año.

34

4 Marco de referencia

4.1 Marco Teórico

4.1.1 Contaminación atmosférica.

La contaminación atmosférica es la presencia que existe en el aire de pequeñas partículas o

productos secundarios gaseosos que pueden implicar riesgo, daño o molestia para las personas,

plantas y animales que se encuentran expuestas a dicho ambiente. Los principales medios por los

cuales se produce contaminación atmosférica se concentran en los procesos industriales en donde

se realiza combustión, así como por fuentes móviles tales como los automóviles. (IDEAM, s.f.)

La contaminación se puede clasificar:

Según su origen los contaminantes se clasifican en antropogénicos, derivados de la

actividad humana, o naturales, resultantes de procesos de la naturaleza, por ejemplo, erupciones

volcánicas o polen en suspensión.

Según su estado físico son gases como los óxidos de azufre (SOx), de nitrógeno (NOx), el

monóxido de carbono (CO), los hidrocarburos y el ozono (O3) o partículas como polvo y

aerosoles.

Se consideran primarios cuando están presentes tal como fueron emitidos y secundarios,

cuando se forman a partir de los primarios por una reacción química como es el caso del O3 y de

los ácidos sulfúrico y nítrico.

Según su tamaño, las partículas se depositan cerca o a cierta distancia de la fuente de

emisión. Si son muy pequeñas pueden mantenerse suspendidas y ser transportadas a grandes

distancias. Dentro de las partículas suspendidas se denomina “respirables” a las de un diámetro

menor o igual a 10 µm (PM10) por su capacidad de introducirse en las vías respiratorias. Cuantas

más pequeñas son las partículas, mayor es su capacidad de penetración en el árbol respiratorio.

35

Las partículas finas cuyo diámetro aerodinámico es ≤ 2,5 µm alcanzan fácilmente los

bronquiolos terminales y los alvéolos, desde donde pueden ser fagocitadas por los macrófagos

alveolares y atravesar la barrera alvéolo-capilar para ser transportadas hacia otros órganos por la

circulación sanguínea. (Oyarzún, 2010)

4.1.2 Tipos de fuentes de emisión.

4.1.2.1 Fuentes fijas.

Existen tres tipos de fuentes fijas generadoras de emisiones:

Fuentes puntuales. Derivadas de la generación de energía eléctrica y de actividades

industriales como son: la química, textil, alimentaria, maderera, metalúrgica, metálica,

manufacturera y procesadora de productos vegetales y animales, entre otras. Las emisiones

derivadas de la combustión utilizada para la generación de energía o vapor dependen de la

calidad de los combustibles y de la eficiencia de los quemadores, mantenimiento del equipo y de

la presencia de equipo de control al final del proceso (filtros, precipitadores y lavadores, entre

otros). Los principales contaminantes asociados a la combustión son partículas (SO2, NOx, CO2,

CO e hidrocarburos). (Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático, 2007)

Fuentes de área. Incluyen la generación de aquellas emisiones inherentes a actividades y

procesos, tales como el consumo de solventes, limpieza de superficies y equipos, recubrimiento

de superficies arquitectónicas, industriales, lavado en seco, artes gráficas, panaderías,

distribución y almacenamiento de gas LP, principalmente. Esta fuente también incluye las

emisiones de actividades como son: el tratamiento de aguas residuales, plantas de composteo,

rellenos sanitarios, entre otros. En este tipo de emisión se encuentra un gran número de

contaminantes, de muy variado nivel de impacto en la salud. (Instituto Nacional de Ecología y

Cambio Climático, 2007)

36

Fuentes naturales. Se refiere a la generación de emisiones producidas por volcanes,

océanos, plantas, suspensión de suelos, emisiones por digestión anaerobia y aerobia de sistemas

naturales. En particular a todo aquello emitido por la vegetación y la actividad microbiana en

suelos y océanos, que se les denomina emisiones biogénicas, cuyo papel es importante en la

química de la troposfera al participar directamente en la formación de ozono. Las emisiones

biogénicas incluyen óxido de nitrógeno, hidrocarburos no metanogénicos, metano, dióxido y

monóxido de carbono y compuestos nitrogenados y azufrados. (Instituto Nacional de Ecología y

Cambio Climático, 2007)

4.1.2.2 Fuentes móviles.

Ejemplos de fuentes móviles son los aviones, helicópteros, ferrocarriles, tranvías,

tractocamiones, autobuses, camiones, automóviles, motocicletas, embarcaciones, equipo y

maquinarias no fijas con motores de combustión y similares, que por su operación generen o

puedan generar emisiones contaminantes a la atmósfera. Los motores de los vehículos son los

responsables de las emisiones de CO, de compuestos orgánicos volátiles, SO2 y NOx producidos

durante la combustión. (Instituto Nacional de Ecología y Cambio Climático, 2007)

4.1.3 Monitoreos de Calidad del Aire en Colombia.

El Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM) realizó un

informe de los niveles de las concentraciones de siete contaminantes atmosféricos entre los años

2011 y 2015 (IDEAM,2016): Partículas Suspendidas Totales (PST), Material Particulado Menor

a 10 micras (PM10), Material Particulado Menor a 2.5 Micras (PM2.5), Ozono (O3), Dióxido de

Nitrógeno (NO2), Monóxido de Carbono (CO) y Dióxido de Azufre (SO2), los cuales fueron

monitoreados en Colombia por veintiún Sistemas de Vigilancia de la Calidad del Aire (SVCA) y

se encuentran regulados por la Resolución 610 de 2010 del entonces Ministerio de Ambiente

37

Vivienda y Desarrollo Territorial como contaminantes criterio, es decir, aquellos que son

regulados con base en suficiente evidencia científica de sus efectos en la salud.

Con respecto a los resultados obtenidos para el material particulado, se encontró que las

excedencias del límite máximo permisible anual de 100 µg/m3 se concentraron en tres SVCA,

específicamente en: CORPAMAG: estación INVEMAR en 2014 en la ciudad de Santa Marta,

CORPOCESAR: la Loma Centro (años 2013 y 2014), La Jagua Centro (2015), Plan Bonito

(2011 a 2013) y La Jagua Vía (2011, 2013 y 2015) de la Zona Minera del Departamento del

Cesar. SDA: la estación Carvajal – Sevillana (2011, 2012, 2013 y 2015) de la ciudad de Bogotá,

la cual es la única que monitorea PST en esta ciudad.

En las concentraciones promedio anuales de PM10 entre 2011 y 2015 y su comparación

con respecto al límite máximo permisible de 50 µg/m3. Algunas estaciones de los SVCA

pertenecientes a áreas urbanas presentaron incumplimientos de este límite, las cuales

corresponden al Área Metropolitana del Valle de Aburrá (AMVA y CORANTIOQUIA) y a las

ciudades de Bogotá (SDA), Bucaramanga (CDMB) y Santa Marta (CORPAMAG). Estas zonas

se caracterizan por su alta densidad poblacional y por la diversidad de actividades de emisión de

fuentes fijas, móviles y de área; la confluencia de estas características en áreas reducidas hace

crítico el análisis de la calidad del aire, teniendo en cuenta el potencial de afectación de las

concentraciones de los contaminantes atmosféricos a la salud de la población.

Como casos particulares, se destacan las estaciones Carvajal y Kennedy, localizadas en el

suroccidente de Bogotá, las cuales durante los cinco años estudiados incumplieron la

normatividad nacional y cuyas concentraciones promedio anuales se encuentran entre las más

altas con respecto a las estaciones que monitorean PM10 en el país.

38

Y en cuanto al PM2.5 en la ciudad de Bogotá el límite máximo permisible anual fue

excedido en los cinco años analizados por las estaciones Kennedy y Carvajal – Sevillana, cuyos

promedios anuales de PM2.5 se encuentran entre los más altos dentro de las estaciones del país

que alcanzaron el criterio de cobertura temporal. En 2015 los niveles de estos sitios de monitoreo

fueron superados por Estación Metro La Estrella y Estación Móvil 2-UNAL de AMVA, y Plan

Bonito de CORPOCESAR, evidenciando un deterioro progresivo de la calidad del aire en

comparación con años previos.

La distribución de los promedios anuales de NO2 de las estaciones de los SVCA

mencionados que cumplieron con el criterio de representatividad temporal. Ningún promedio

excedió el límite máximo permisible de 100 µg/m3 (IDEAM, 2016)

4.1.4 Contaminantes atmosféricos emitidos por fuentes móviles y su importancia.

a) Las partículas en suspensión, particularmente partículas provenientes de emisiones de

vehículos y desgaste de neumáticos que son capaces de penetrar profundo en el tracto

respiratorio, causar problemas respiratorios, exacerbar el asma y dañar la función pulmonar.

También existe un creciente consenso en cuanto a que los gases de escape del diésel provocan un

serio riesgo de cáncer.

c) El monóxido de carbono (CO), inhibe la capacidad de la sangre de llevar oxígeno a

órganos y tejidos. Las personas con enfermedades cardíacas crónicas pueden experimentar

dolores de pecho cuando los niveles de CO son altos; a niveles muy altos, el CO perjudica la

visión, la destreza manual, la capacidad de aprendizaje y puede causar la muerte.

d) Los óxidos de azufre (SOx) que son emitidos en proporción directa a la cantidad de

azufre en el combustible, producen cambios en la función pulmonar en asmáticos y exacerba los

39

síntomas respiratorios en individuos sensibles; contribuyen a la lluvia ácida y a la formación

partículas secundarias.

e) Los óxidos de nitrógeno (NOx) causan cambios en la función pulmonar en asmáticos,

contribuyen a la lluvia ácida y a la formación de partículas secundarias, y son un precursor del

ozono a nivel de superficie. Tanto los vehículos a diésel como a gasolina contribuyen a las

emisiones de NOx.

f) El ozono es el responsable del smog fotoquímico y disminuye la función pulmonar en

individuos que hacen ejercicios entre liviano y pesado. El NOx (que es emitido en cantidades

significativas por vehículos a gasolina y a diésel) y los compuestos orgánicos volátiles

fotoquímicamente reactivos (a los que contribuyen las emisiones de vehículos a gasolina) son los

dos principales precursores del ozono. (Mundial, 2002)

4.1.5 Monitoreo de Calidad del Aire en Bogotá.

En Bogotá, con respecto a los datos reportados por las estaciones de la Red de monitoreo

de calidad de aire han reportado que:

El material particulado menor a diez micras es el contaminante que presenta la

problemática más importante en Bogotá dado que sobrepasa la normatividad

constantemente en algunos sectores de la ciudad. (Secretaria Distrital de Ambiente,

2010)

40

Figura 3. Concentración de PM10 por fuentes móviles.

Fuente: Secretaría Distrital de Ambiente, 2010.

En cuanto al PM2.5 se evidenció que presenta bajas concentraciones en junio y

julio, dos picos de concentración entre febrero y marzo y entre octubre y noviembre,

siendo más altos los del primer semestre.

Figura 4. Concentración de PM2.5 por fuentes móviles.

Fuente: Secretaría Distrital de Ambiente, 2010.

41

4.1.6 Inventario de emisiones.

Para realizar un inventario de emisiones se debe tener en cuenta diferentes pasos,

empezando por identificar el propósito del inventario y dependiendo del propósito los datos

serán diferentes. En segundo lugar, se debe identificar las características necesarias para el

inventario con el fin de describir su naturaleza. En seguida se debe determinar las fuentes de los

datos para el inventario, y así seleccionar las técnicas y métodos de estimación de emisiones.

Una vez identificadas las fases anteriores, se debe realizar una recopilación de datos la cual será

mediante datos de muestreos en la fuente y parámetros de los modelos de factores de emisión.

Con estos muestreos realizados es posible estimar la emisión de la fuente seleccionada. Después

de que se han calculado las emisiones de ser necesario se aplica la modelación del inventario.

Esta modelación puede incluir la distribución espacial y temporal, la resolución de las especies y

las proyecciones de las emisiones. (LLC, 1997)

4.1.7 Equipos para la medición de Material Particulado, Black Carbon, Monóxido de

Carbono y Dióxido de Carbono.

4.1.7.1 Dusttrak DRX.

Es un fotómetro láser que miden simultáneamente concentraciones de fracciones de

masa segregadas por los tamaños correspondientes a fracciones PM1, PM2.5, respirable, PM10 y

PM total.

La pantalla del equipo muestra la concentración en masa en tiempo real y los datos

gráficos, además de otra información estadística, junto con el estado de la bomba del

instrumento, el láser, el caudal y mucho más. Además de ello se puede programar las horas de

inicio, los tiempos totales de muestreo, los intervalos de registro o los puntos de ajuste de alarma,

entre otros muchos parámetros. Se puede incluso configurar el instrumento para su

42

funcionamiento continúo desatendido. Además, cuenta con el software TrakPro™ de análisis de

datos le permite configurar y programar directamente desde el PC. (TSI UNDERSTANDING,

s.f.)

4.1.7.2 Aethalometro (MicroAeth AE51):

Monitor de aerosoles Black Carbon de tamaño de bolsillo que proporciona concentración

de aerosol de Black Carbon en tiempo real. El dispositivo tiene una bomba incorporada, control

de flujo, almacenamiento de datos y batería diseñada para el monitoreo de la exposición en

persona, puede funcionar continuamente durante hasta 24 horas con una sola carga de la batería.

La muestra de aire se recoge en un medio filtrante T60 (fibra de vidrio recubierta de teflón). El

medio filtrante está alojado en una tira de filtro fácil de reemplazar para un manejo simple en el

campo.

El microAeth AE51 se ha utilizado para tomar medidas de estufas, exposición al humo de

tabaco, así como en aviones, trenes, bicicletas, vehículos aéreos no tripulados y globos

meteorológicos. (Aethlabs, s.f.)

4.1.7.3 Monitor Langan.

El Langan CO Measurer es un paquete integrado que combina software sofisticado con un

instrumento electrónico confiable para medir el monóxido de carbono a una alta resolución en

niveles bajos. Tiene un sensor electroquímico optimizado para observar monóxido de carbono en

el rango de 0 a 200 partes por millón (ppm) con una resolución de 0.05 ppm (50 ppb). Tiene un

Sensor Electroquímico CiTiceL® el cual se usa para leer y restablecer el instrumento, para

mostrar los resultados en presentaciones útiles y para traducir datos a otras computadoras y una

pantalla digital está integrada en la carcasa. (CO Measurer, s.f)

43

4.1.7.4 Método del Balance de carbono

El balance de carbono es un método para determinar factores de emisión basados en

combustible, que relacionan la cantidad de contaminante emitido con la cantidad de combustible

quemado (Galvis, Begin, & Russell, 2013), el balance está dado por la ecuación

Donde:

: Factor de emisión (gramos de contaminante emitido/galón de combustible quemado)

: Relación de la masa de contaminante a la masa de carbono de CO2.

: Relación de la masa de especies carbonosas, tales como hidrocarburos no

quemados o CO, a la masa de carbono de CO2.

: El contenido de carbono por galón de combustible diésel.

Este método será utilizado para establecer los factores de emisión en el desarrollo del

proyecto, y para los valores de cada variable en la metodología se describe el proceso.

44

4.1.8 Modelos de calidad de aire

Tabla 3. Tipos de modelos.

Nota. Fuente: Observatorio Ambiental de Cartagena de Indias, 2015.

Los modelos numéricos eulerianos que obtienen una solución aproximada de una versión

más completa de la ecuación de advección-difusión utilizando procedimientos numéricos

aplicados en una malla espacial sobre un sistema de coordenadas determinado. Estos abarcan

potencialmente un rango mayor de aplicabilidad que los anteriores modelos, al poder incorporar

un tratamiento más detallado de la turbulencia y de las reacciones químicas. Estos modelos son

especialmente útiles para abordar la simulación de los contaminantes fotoquímicos (ozono,

óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles), los cuales presentan una compleja

reactividad favorecidos por la radiación solar y las temperaturas altas. En el momento presente,

45

son varios los modelos que están siendo utilizados con fines de investigación y en muchos casos

como apoyo a los gestores medioambientales.

Los modelos lagrangianos en los que los contaminantes están representados por elementos

de tamaño diverso (nubes, segmentos o partículas), que son transportados y dispersados por el

viento de una forma independiente. Hay varios tipos:

● Modelos de penacho segmentado, que dividen los penachos de contaminantes en

segmentos.

● Lagrangian Gaussian puff models (modelos de nubes gaussianas) que consideran

un conjunto de nubes las cuales presentan una distribución de la contaminación en su

interior de tipo gaussiano.

● Modelos-PIC ('Particle-in-cell'), que asumen que las nubes de contaminantes

constituidas por un gran número de elementos prácticamente infinitesimales (partículas).

● Modelos lagrangianos de caja. Consideran una caja similar a la de los modelos de

caja, pero transportada por el viento.

(CIEMAT, s.f.)

Modelos que relacionan emisiones y concentraciones

Modelo de caja: Este modelo supone una tasa constante de emisión, de un volumen de aire

al ambiente que se mueve con dirección y velocidad constante. El modelo asume condiciones

topográficas un valle en el cual el aire se mueve a través de una zona de ancho a, formada por

dos filas de montañas. El aire contaminado es diluido y transportado por movimiento lateral en la

dirección del viento, a través del valle.

46

Modelo de escala proporcional: Este modelo supone una relación lineal entre la tasa de

emisión y la cantidad de sustancia descargada en la región durante un periodo de tiempo

determinado y en un punto específico.

Modelos de dispersión atmosféricos

Modelo puntual de Gauss: Describe las concentraciones en numerosos puntos de un

determinado espacio. Típicamente incorpora las siguientes suposiciones: Tasa de emisión del

contaminante constante, velocidad y dirección del viento promedio y constantes, estabilidad

química de las sustancias emitidas que no descienden por gravedad del aire del ambiente, el aire

que rodea el origen es plano. (Casas, Ortolano, & Sánchez, s.f.)

Modelo de dispersión AERMOD

AERMOD, incorporó la dispersión de aire basada en la estructura de turbulencia de la capa

límite planetario y conceptos de escala, incluido el tratamiento de fuentes superficiales o

elevadas y del terreno simple o complejo. Hay dos procesadores de datos de entrada que son

componentes reguladores del sistema de modelado AERMOD:

AERMET

Es un preprocesador de datos meteorológicos que incorpora dispersión de aire basada en

estructura de turbulencia de la capa límite planetario y conceptos de escala.

Aplicar el procesador meteorológico AERMET ayuda a preparar los datos meteorológicos

para el modelo AERMOD. Por ende, para ejecutar este preprocesador se necesitan tres tipos de

datos los cuales son: observaciones superficiales por hora, radio sondeos y los datos

meteorológicos in situ.

Adicionalmente AERMET tiene la opción de permitir al usuario definir diferentes

parámetros que modifican y/o condicionan la dispersión de los contaminantes ya sea en medios

47

rurales o urbanos, como lo son el radio de Bowen, la rugosidad y albedo. Además de esto

permite sectorizar el dominio de modelación, dependiendo del tipo de uso de suelo que se

encuentre presente en el mismo. (Babativa & Holguin, 2017)

Para procesar AERMET se tienen tres fases:

Fase 1: Extracción y evaluación de calidad:

Comprende la extracción/recuperación de datos y la evaluación de la calidad de los datos.

La extracción de datos generalmente es una actividad de una sola vez, mientras que la evaluación

de calidad de datos (QA) se puede realizar varias veces si el QA identifica problemas con los

datos.

AERMET puede extraer datos de varios formatos estándar de NCDC. Estos incluyen el formato

TD6201 para datos de sonido de aire superior, observaciones meteorológicas superficiales por

hora en el formato CD-144, que es un formato basado en tiempo (es decir, por hora) y el formato

TD-3280, que está basado en elementos (es decir, por variable) formato para datos de superficie.

AERMET también procesa el formato de datos de superficie por hora disponible de la

Oficina de Planificación y Normas de Calidad del Aire (OAQPS) de la Red de Transferencia de

Tecnología (TTN) de la EPA. Este formato es una forma reducida (menos variables) del formato

CD-144 y está disponible en el área técnica de TTN del Centro de soporte para modelos de aire

reglamentario (SCRAM).

La evaluación de calidad se realiza en todos los tipos de datos. El proceso de control de

calidad identifica ocurrencias de datos faltantes, valores que están fuera de un rango de valores e

incoherencias entre variables seleccionadas dentro de un período de observación. Los valores

predeterminados se definen para los límites superior e inferior y para los valores perdidos. Los

48

valores se pueden modificar a través de un archivo de entrada creado por el usuario que controla

las acciones del preprocesador.

Si AERMET detecta datos anómalos, se escribe un mensaje en un archivo que informa al

usuario del error que se encontró. El usuario debe revisar los mensajes de QA y determinar si los

valores requieren modificaciones o si son aceptables. Si los datos requieren modificaciones, los

archivos de salida de la Etapa 1 se pueden editar utilizando un editor de texto. Las

modificaciones solo se deben realizar en los datos extraídos y no en el archivo de

almacenamiento. Los datos archivados nunca se deben modificar, pero se deben mantener tal

como se entregaron. Cuando los cambios son hechos, los datos modificados deberían

reprocesarse a través del proceso de garantía de calidad por segunda vez. Este procedimiento

gradual puede identificar nuevos problemas que, a su vez, deben abordarse. Una vez los datos

cumplan con la calidad esperada por el usuario se procede a la siguiente etapa.

Fase 2: Combinar datos

Esta etapa del proceso combina los archivos de la Etapa 1 en un solo archivo ASCII.

Este archivo está organizado para que cada bloque de datos contenga todas las observaciones

durante un período de 24 horas.

Fase 3: Crear archivos de entrada para el modelo

La etapa final del procesamiento lee el archivo fusionado y, junto con los parámetros

específicos del sitio que caracterizan la superficie subyacente, produce dos archivos de entrada

para AERMOD.

El primer archivo contiene parámetros de escala de capa límite (como velocidad de fricción

superficial, altura de mezcla y longitud Monin-Obukhov) vientos de referencia según la altura y

temperatura.

49

El segundo archivo contiene uno o más niveles (un perfil) de vientos, temperatura y la

desviación estándar de los componentes fluctuantes del viento. En general, este último archivo

contiene los datos de un programa de medición específico del sitio. (United States Environmental

Protection Agency, 2004)

AERMAP

Hay dos tipos básicos de datos de entrada que se necesitan para ejecutar AERMAP.

Primero, AERMAP requiere un archivo de flujo de entrada, o de control, que dirige las acciones

de AERMAP a través de un conjunto de instrucciones y opciones, y define el receptor y las

ubicaciones de origen. En segundo lugar, AERMAP necesita archivos informáticos

estandarizados de los datos del terreno.

Dominio del modelado: es la extensión geográfica que incluye todos los receptores y

fuentes especificados.

Si el usuario especifica un dominio, puede abarcar varias zonas UTM y múltiples archivos

DEM o NED adyacentes. El dominio se puede especificar en el UTM o en el sistema de

coordenadas de latitud / longitud dependiendo de la palabra clave (DOMAINXY o

DOMAINLL).

El dominio debe ser un cuadrilátero en la misma orientación que el archivo de información

geográfica.

Como se evidencia en la figura durante el proceso de configuración, AERMAP comprueba

todas las fuentes y receptores especificados para garantizar que están dentro del dominio y dentro

del área cubierta por la información geográfica. (United States Environmental Protection

Agency, 2018)

50

Figura 5. Dominio en AERMAP.

Fuente: United States Environmental Protection Agency, 2018.

Las fuentes en AERMAP se definen a partir de un ID o nombre, el software también es

capaz de asignar el tipo de fuente de emisión al cual pertenece cada una de estas, es decir ya sean

de punto, área (rectangulares, poligonales o circulares), fuentes de volumen y/o fuentes líneas.

Para esto se requiere la coordenada norte y este de cada fuente en sistema UTM. (Babativa &

Holguin, 2017)

51

4.2 Marco Legal

Tabla 4. Marco legal

NORMA FECHA DE

EXPEDICIÓN

EXPEDIDA

POR REGLAMENTACIÓN

DECRETO

2107

30 de

noviembre

1995

Ministerio de

Ambiente y

Desarrollo

Sostenible

Por medio del cual se modifica

parcialmente el Decreto 948 de 1995 que

contiene el Reglamento de Protección y

Control de la Calidad del Aire.

DECRETO

1224

18 de Julio

1996

Ministerio de

Minas y Energía

Por la cual derogó el artículo 40 del

Decreto 948 de 1995, sobre calidad de

combustibles.

DECRETO

1228

6 de mayo

1997

Ministerio de

Ambiente y

Desarrollo

Sostenible

Por la cual modifica el artículo 91 del

Decreto 948 de 1995 sobre certificación del

cumplimiento de normas de emisión para

vehículos automotores.

DECRETO

1552

18 de agosto

2000

Ministerio de

Ambiente y

Desarrollo

Sostenible

Por la cual se modifican el artículo 38

del Decreto 948 de 1995 y el artículo 3 del

Decreto 2107 de 1995, sobre emisiones de

vehículos diésel.

DECRETO

979 3 de abril 2006

Ministerio de

Ambiente y

Desarrollo

Sostenible

Por el cual se modifican los artículos 7,

10, 93, 94 y 108 del Decreto 948 de 1995.

Dicho decreto reglamenta la declaración de

los niveles de prevención, alerta y

emergencia y las áreas fuente de

contaminación.

RESOLUCIÓN

650

29 de marzo

2010

Ministerio de

Ambiente y

Desarrollo

Sostenible

Por la cual se adopta el Protocolo para

el Monitoreo y Seguimiento de la Calidad del

Aire.

RESOLUCIÓN

1111

2 de septiembre

2013

Ministerio de

Ambiente y

Desarrollo

Sostenible

Por la cual se reglamentan los niveles

permisibles de emisión de contaminantes que

deberán cumplir las fuentes móviles

terrestres y modifica la resolución 910 de

2008

RESOLUCIÓN

2254

01 de

noviembre

2017

Ministerio de

Ambiente y

Desarrollo

Sostenible

Por lo cual se adopta la norma de

calidad de aire ambiente.

52

RESOLUCION

4100

28 de

diciembre de

2004

Ministerio de

transporte

Por la cual se adoptan los límites de pesos y dimensiones en los vehículos de

transporte terrestre automotor de carga por

carretera, para su operación normal en la red

vial a nivel nacional.

Nota. Fuente: Los Autores.

5 Metodología

5.1 Fase I: Revisión bibliográfica y selección de información disponible

5.1.1 Información general del área de estudio

El área donde se desarrolló el presente estudio es el parqueadero el playón II destinado

para vehículos de carga, ubicado en la Avenida Calle 17 #134- 65, localidad de Fontibón.

Figura 6. Ubicación del parqueadero de vehículos de carga. Modificado de Google Maps.

Fuente: Los Autores.

Para la clasificación de los vehículos de carga, se tomó como referencia la Resolución

4100/2004 expedida por el Ministerio de Transporte, por la cual de adoptan los límites de pesos

53

y dimensiones en los vehículos de transporte terrestre automotor de carga por carretera, para su

operación normal en la red vial a nivel nacional, por lo cual se muestra a continuación:

Tabla 5. Clasificación de los vehículos de carga.

Designación Configuración Descripción

Peso

(Toneladas)

2

Camión de dos ejes

Camión sencillo

16

2S1

Tractocamión de dos

ejes con semirremolque

de un eje

27

3S1

Tractocamión de tres

ejes con semirremolque

de un eje

29

3S2

Tractocamión de tres

ejes con semirremolque

de dos ejes

48

3S3

Tractocamión de tres

ejes con semirremolque

de tres ejes

52

Nota. Fuente: Resolución 4100/2004.

54

5.2 Fase II: Realización del monitoreo de alta cobertura temporal

Los monitoreos de alta cobertura temporal, es decir, mediciones con intervalos de un

segundo, fueron realizados de lunes a viernes de 9:00 a.m. a 1:00 p.m., debido a diferentes

inconvenientes que se presentaron en cuanto a los equipos de monitoreo utilizados y a las

condiciones meteorológicas el tiempo de monitoreo fue de dos meses.

Los contaminantes monitoreados fueron material particulado fino (PM2.5), monóxido de

carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) y black carbon (BC), con un intervalo de tiempo para la

toma de datos de 1 segundo. Los equipos de monitoreo utilizados son propiedad del Centro

Tecnológico de Ambiente y Sostenibilidad (CTAS) de la Universidad de la Salle, y se

especifican en la siguiente tabla:

Tabla 6. Equipos de monitoreo.

Equipo Contaminante Unidades

DUSTTRAKTM

DRX

(Aerosol Monitor

Model 8533)

Material

Particulado

PM2.5

mg/m3

MicroAeth Model

AE51

Black Carbon

ng/m3

55

Monitor Langan

(Langan L76x Indoor

Air Quality Measurer)

Monóxido de

Carbono (CO)

ppm

Dióxido de

Carbono (CO2)

ppm

Temperatura (T) ºC

Cámara de video

HERO GO PRO

Nota. Fuente: Los Autores.

Se realizaron encuestas a los conductores de los vehículos de carga para obtener

información como modelo, marca, tipo y consumo de combustible. Obteniendo en la siguiente

tabla el promedio de gasolina/kilómetro de acuerdo con el número de ejes:

Tabla 7. Consumo de combustible promedio (km/gal) de acuerdo a tipo de vehículo de carga.

Designación

Tipo

combustible

Consumo

combustible

promedio (Km/gal)

2

Diésel

14

2S1 12

3S1 10

3S2 7

3S3 6.5

Nota. Fuente: Los Autores.

56

Los valores expresados en la tabla 7, corresponden al consumo de combustible promedio

en una topografía mixta, es decir, ascenso y terreno llano y en su peso máximo de carga.

5.3 Fase III: Determinación de factores de emisión por método de balance de carbono

Una vez realizados los monitoreos, se procesaron los datos. Para ello inicialmente los datos

obtenidos del monitor Langan que corresponden al Monóxido y Dióxido de Carbono fueron

convertidos de ppm a , teniendo en cuenta la ecuación de gases ideales (II), la relación de la

densidad (III), la relación de ppm a mg/ (IV):

Relacionamos la ecuación (II) y (III) y obtuvimos:

Y teniendo en cuenta la relación (IV):

De esta forma, llegamos a la ecuación usada para la conversión:

Donde:

57

Respecto a los datos obtenidos del aethalometro se les realizo una corrección teniendo en

cuenta la saturación del filtro acumulada que corresponde a la siguiente ecuación (Betancourt, y

otros, 2017) (V):

Donde eBCo corresponde al valor obtenido por el equipo, ATN es la atenuación en el

filtro, y ATNo se le asigna un valor de 20 el cual de acuerdo a (Betancourt, y otros, 2017) se

asume que las mediciones para las que ATN <20 tenía un efecto de carga insignificante, por lo

que eBC0 = eBC. Teniendo en cuenta este valor solo se corregirán los valores obtenidos para

Black Carbon que tengan una atenuación mayor a 20. Y respecto al valor de K la cual es una

constante de corrección de carga, en la que esta deducida estadísticamente en diferentes estudios,

mediante mediciones simultaneas y sincronizadas de Black Carbon en un mismo ambiente con

distintos equipos Aethalometros cada uno con diferente atenuación, para finalmente inferir un

valor constante de k siendo 0.01, (Betancourt, y otros, 2017) y por último se hace la conversión

de unidades de a .Como segundo paso del procesamiento se aplicaron unos filtros de

información, el primero de ellos consistió en observar gráficamente el comportamiento de la

concentración de los contaminantes en el tiempo con el fin de evidenciar los aumentos (picos) en

las concentraciones de los contaminantes monitoreados simultáneamente como se observa en la

figura 7, de esta forma fueron seleccionadas las horas donde habían picos.

58

Figura 7. Selección de los picos.

Fuente: Los Autores.

Debido a que la presente investigación busca establecer los factores de emisión para los

vehículos de carga, se analizó y se seleccionaron aquellos picos que correspondieran al paso de

un vehículo, ya que otras actividades podían afectar las mediciones. Para ello en los días de

monitoreo se realizaron grabaciones de video en la entrada y la salida del parqueadero de tal

forma que las grabaciones fueron analizadas con los picos identificados para establecer como

pico valido o evento, aquel que coincidía con el paso de un vehículo de carga, obteniendo como

resultado el resumen de la tabla 8.

Tabla 8. Picos válidos.

HORA Mulas

Entrando Saliendo

10:04:50 >C5

10:19:50 >C5

10:23:10 NO HAY PASO DE

VEHICULOS.

10:31:10 C2

Nota. Fuente: Autores.

59

Una vez establecidos los picos que sirven a nuestra investigación se realizó un análisis de

regresión lineal que consistía en tomar los 4 valores anteriores a cada pico (evento) y relacionar

las concentraciones de los contaminantes. En primer lugar, se relacionó BC/CO para hallar el

coeficiente de regresión para cada evento y de esta manera se seleccionaron aquellos eventos

con un coeficiente mayor o igual a 0,7. (Galvis, B, Begin, M, & Russell, A, 2013)

Tabla 9. Picos con coeficiente R2.

PICOS 06 JUNIO 2018 (mg/m3) R2

HORA Mulas PM2,5 BC CO CO2

Entrada Salida BC/CO

10:04:00 0,081 0,019 3,674 413,54 0,786

0,063 0,015 3,658 416,05

0,073 0,011 3,762 420,13

0,094 0,053 3,736 425,42

0,173 0,129 3,908 429,30

10:19:50 0,038 0,013 3,843 403,60 0,988

0,035 0,012 3,849 403,57

0,041 0,024 3,879 403,43

0,055 0,036 3,930 403,50

0,089 0,069 4,008 403,36

Nota. Fuente: Autores.

Una vez seleccionados aquellos eventos que cumplían con las condiciones

establecidas como se observa en la tabla 9, se procedió a la aplicación del método del balance de

carbono.

Aplicación del método del balance de carbono.

Para calcular los factores de emisión se aplicó el método de balance de carbono (Galvis et

al, 2013), donde se tiene en cuenta la relación de la cantidad de contaminante emitido por la

cantidad de combustible quemado. Se tuvo en cuenta la siguiente ecuación:

60

Dónde:

Q es la relación entre la concentración másica de un contaminante dado y la concentración

másica de dióxido de carbono.

Q otros es la sumatoria de los cocientes entre la concentración en masa de otras especies

con carbono (BC y CO) y la concentración en masa de dióxido de carbono.

Wc es el contenido de carbono en el combustible usado (g de carbono/galón de

combustible)

Para el valor de Wc, se tomó en cuenta el Código de Regulaciones Federales (CFR-40-

600.113-78) en el cual la relación de contenido de Carbono en el Diésel es de 2778 gramos

Carbono/galón de Diésel).

Para el valor de Q, se usó la relación de la concentración másica de cada uno de los

contaminantes (CO, BC, ) con el y mediante una regresión lineal, se tomaron los

valores de las pendientes, como se observa en la figura 8 para la relación del CO con el CO2, se

hace igual para los demás contaminantes, obteniendo los resultados de la tabla 10.

Figura 8. Regresión lineal de un evento.

Fuente: Los Autores.

61

Tabla 10. Pendientes de los eventos

PICOS 06 JUNIO 2018 (mg/m3) PENDIENTE

HORA

Mulas

PM2,5

BC

CO

CO2 Entrada Salida PM2,5/

CO2

BC/

CO2

CO/

CO2

10:04:00

>C5

0,081 0,019 3,674 413,54 0,005 0,007 0,013

0,063 0,015 3,658 416,05

0,073 0,011 3,762 420,13

0,094 0,053 3,736 425,42

0,173 0,129 3,908 429,30

10:19:50

>C5

0,038 0,013 3,843 403,60 0,183 0,207 0,594

0,035 0,012 3,849 403,57

0,041 0,024 3,879 403,43

0,055 0,036 3,930 403,50

0,089 0,069 4,008 403,36

Nota. Fuente: Autores.

Teniendo en cuenta que el método del balance de carbono quiere relacionar el contenido de

carbono en cada uno de los contaminantes, respecto al valor de Q otros se realizaron

correcciones a las pendientes del CO relacionando los moles de CO y de C, y de esta forma

multiplicando cada pendiente por el peso molecular del C dividido por el peso molecular del CO.

En cuanto al BC no se realizó dicha corrección, dado que se asume su composición es

esencialmente carbono y por lo tanto su peso molecular es muy cercano al peso molecular del

carbono.

Adicionalmente en Q otros, se tuvo en cuenta solo las pendientes correspondientes al CO

corregida y BC no se tomó el valor correspondiente al ya que no pertenece a las especies

carbonaceas.

62

5.4 Fase IV: Implementación del modelo de dispersión AERMOD

Para establecer el impacto causado por la actividad en el parqueadero de vehículos de

carga en el sector de Fontibón se usó el modelo gaussiano AERMOD, este modelo se alimenta

de dos preprocesadores AERMET Y AERMAP.

5.4.1 Preprocesador AERMET.

La plataforma AERMET tiene como función organizar la información meteorológica, este

preprocesador requiere dos tipos de datos:

Surface o información de superficie: Se emplearon los datos registrados por la estación

meteorológica ubicada en Kennedy (4°37'30.18"N - 74°9'40.80"W), debido a su cercanía al

punto de monitoreo y además de ello por que mide todas las variables necesarias, como lo son la

temperatura (°C), humedad relativa (%), presión (mmHg), dirección del viento (°), velocidad del

viento (m/s), precipitación (mm) y la radiación solar (W/m2); a diferencia de otras estaciones

cercanas que no reportaban todos estos datos. Dichos datos fueron ingresados al preprocesador

en formato de hoja de cálculo de Microsoft Excel para convertirlos en un nuevo formato de

Archivo SAM, este último es ingresado al modelo para poder ejecutarlo.

Upper Air o información en perfil vertical: Se hizo uso de la información reportada por el

Aeropuerto Internacional el Dorado (4°41'52.11"N - 74° 8'23.26"W), fueron descargados de la

página de Servicio Meteorológico Nacional NWS. La información fue descargada en el formato

Archivo.UA.

Otros factores importantes considerados en el modelo fueron: Albedo, relación de Bowen y

la rugosidad. Estos valores fueron definidos por el uso del suelo y la estación del año. Por ende,

los respectivos valores son: Para Albedo: 0.18 (Tabla 11) ya que se tomó como referencia a

63

(Babativa & Holguin, 2017), donde realizaron un estudio para la misma localidad Fontibón

consideraron que en Bogotá las condiciones meteorologías no varían significativamente se puede

establecer una zona urbana en condiciones promedio de humedad en periodo de otoño de

acuerdo al manual del modelo. Para la relación de Bowen 2.0 (Tabla 12) igualmente se

estableció como un uso de suelo urbano y la estación de otoño y para rugosidad un valor de 1.00

(Tabla 13) que corresponde a uso de suelo urbano y es el mismo valor para todas las estaciones

del año.

Tabla 11. Albedo por uso del suelo y estación del año.

Uso del Suelo Primavera Verano Otoño Invierno

Agua 0.12 0.10 0.14 0.20

Bosque denso 0.12 0.12 0.12 0.50

Bosque conífero 0.12 0.12 0.12 0.35

Pantano 0.12 0.14 0.16 0.30

Tierra cultivada 0.14 0.20 0.18 0.60

Pradera 0.18 0.18 0.20 0.60

Urbano 0.14 0.16 0.18 0.35

Matorral desértico 0.30 0.28 0.28 0.45

Nota. Fuente: (United States Environmental Protection Agency, User’s guide for the aermod

meteorological preprocessor AERMET, 2004)

Tabla 12. Relación de Bowen en condiciones medias de humedad por uso del suelo y

estación del año.

Uso del Suelo Primavera Verano Otoño Invierno

Agua 0.1 0.1 0.1 1.5

Bosque denso 0.7 0.3 1.0 1.5

Bosque conífero 0.7 0.3 0.8 1.5

Pantano 0.1 0.1 0.1 1.5

Tierra cultivada 0.3 0.5 0.7 1.5

Pradera 0.4 0.8 1.0 1.5

Urbano 1.0 2.0 2.0 1.5

Matorral desértico 3.0 4.0 6.0 6.0

Nota. Fuente: (United States Environmental Protection Agency, User’s guide for the aermod

meteorological preprocessor AERMET, 2004)

64

Tabla 13. Rugosidad Superficial en metros, por uso de suelo y estación del año.

Uso del Suelo Primavera Verano Otoño Invierno

Agua 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001

Bosque denso 1.00 1.30 0.08 0.50

Bosque conífero 1.30 1.30 1.30 1.30

Pantano 0.20 0.20 0.20 0.05

Tierra cultivada 0.03 0.20 0.05 0.01

Pradera 0.05 0.10 0.01 0.001

Urbano 1.00 1.00 1.00 1.00

Matorral desértico 0.30 0.30 0.30 0.15

Nota. Fuente: (United States Environmental Protection Agency, User’s guide for the aermod

meteorological preprocessor AERMET, 2004)

Tanto para la información en superficie como en altura se estableció un periodo de tiempo

comprendido entre el día 30 de septiembre de 2017 y 30 de septiembre de 2018. Una vez

ordenada esta información se ejecutó el preprocesador AERMET con el fin de transformar los

archivos al formato archivo.SFC y archivo.PFL que son compatibles con Aermod.

5.4.2 Preprocesador AERMAP

Respecto a la plataforma AERMAP se ingresó la información respecto al terreno, en este

caso el terreno es considerado plano y las coordenadas del lugar de monitoreo respectivamente

son (Latitud 4,692722, Longitud -74,168532), adicionalmente se estableció un dominio de

3Km*3Km. Para establecer los receptores se realizó una malla de modelación con distancia entre

punto y punto de 100 metro para un total de 961 puntos más un receptor que corresponde a una

vivienda de la localidad de Fontibón que se encuentra ubicada en el perímetro del dominio del

modelo.

65

Figura 9. Ubicación del receptor discreto. Modificado en Google Maps.

Fuente: Los Autores.

5.4.3 AERMOD

Una vez establecidas las condiciones meteorológicas y las condiciones de terreno teniendo

en cuenta los receptores, al modelo se ingresan estos datos ya pre procesados y adicionalmente

los datos respecto a la fuente, que en este caso es el parqueadero de vehículos de carga.

Receptor

66

6. Resultados y análisis.

6.1 Factores de emisión.

Una vez aplicado el método del balance de carbono obtuvimos los factores de emisión para

los vehículos de carga, en la tabla 14 se muestran dichos factores de emisión para CO, , BC

Y en unidades de gramo de contaminante emitido por galón consumido, para convertir a

gramo de contaminante emitido por kilómetro recorrido se dividieron los factores de emisión

(g/gal) por el factor de actividad de cada categoría vehicular (km/gal) que se establecieron en la

tabla 7.

𝐹𝐸 =

Tabla 14. Factores de emisión experimentales de CO, PM2, 5, BC Y CO2 para vehículos

de carga.

Factor de emisión (g cont./gal) Factor de emisión (g cont./km)

Contaminante BC CO PM2,5 CO2 BC CO PM2,5 CO2

C2 Promedio 64,76 123,73 203,70 2660,19 5,40 10,31 16,98 221,68

Desviación 77,09 167,28 495,83 120,00 6,42 13,94 41,32 10,00

C3 Promedio 235,11 143,14 277,13 2481,51 26,03 12,22 10,67 200,23

Desviación 419,74 113,15 299,95 465,70 39,83 11,53 3,22 44,73

C4 Promedio 76,81 209,06 185,68 2611,54 7,68 20,91 18,57 261,15

Desviación 102,83 241,04 237,99 155,58 10,28 24,10 23,80 15,56

C5 Promedio 68,93 129,50 136,42 2653,54 9,85 18,50 19,49 379,08

Desviación 117,39 160,43 204,40 140,88 16,77 22,92 29,20 20,13

>C5 Promedio 73,79 167,05 194,90 2632,58 11,35 25,70 29,98 405,01

Desviación 139,21 170,25 249,14 159,65 21,42 26,19 38,33 24,56

Nota. Fuente: Los Autores.

El factor de emisión reportado corresponde al promedio de los factores de emisión

obtenidos para cada categoría vehicular y la incertidumbre a la desviación estándar del conjunto

de resultados por categoría. Teniendo en cuenta la desviación estándar establece la

incertidumbre de los resultados obtenidos.

67

6.1.1. Clasificación factores de emisión.

Se hicieron clasificaciones adicionales, la primera de ellas y de gran interés fue su estado

respecto a la carga, es decir, si los vehículos llevaban o no carga, (Llenos o Vacíos), como se

evidencia en la siguiente tabla:

Tabla 15. Factores de emisión experimentales de CO, CO2, PM2,5 y BC para vehículos de

carga (g cont./km) clasificados en llenos o vacíos.

Factor de emisión (g cont./km)

Contaminante BC CO PM2,5 CO2

Estado V Ll V Ll V Ll V Ll

C2

Promedio 1,35 7,20 10,13 10,39 3,40 23,01 225,81 219,85

Desviación 1,73 6,95 12,46 14,89 2,48 48,82 5,88 11,01

C3

Promedio 3,04 72,00 7,42 25,44 27,60 9,58 226,20 148,59

Desviación 1,65 ----- 3,40 ---- 28,56 ---- 0,66 ----

C4

Promedio 3,35 11,36 22,57 21,71 12,86 22,40 264,77 257,13

Desviación 3,51 12,61 25,71 23,14 17,98 27,27 12,13 17,13

C5

Promedio 2,47 16,79 19,64 17,43 11,12 27,36 385,96 372,59

Desviación 4,09 21,00 22,43 24,01 22,34 33,19 10,93 24,62

>C5

Promedio 2,97 17,45 24,71 27,54 27,58 30,75 413,82 398,12

Desviación 3,38 26,54 25,42 27,08 45,42 31,79 11,29 29,14

Nota. Fuente: Los Autores

En la tabla 15 en la categoría vehicular C3 se evidencian casillas vacías en la desviación

estándar esto se debe a que solo se registró un vehículo en esas condiciones.

68

Figura 10. Factores de emisión experimentales de BC, CO y PM2.5 para vehículos de carga

(g cont./ km) clasificados en vacíos y llenos.

Fuente: Los Autores.

Figura 11. Factores de emisión experimentales de CO2 para vehículos de carga (g cont./ km)

clasificados en vacíos y llenos.

Fuente: Los Autores.

69

Al clasificar los factores de emisión por el estado de los vehículos (llenos o vacíos), en

cuanto al BC, CO y se observó que las emisiones correspondientes a los vehículos

cargados son mayores respecto a los vehículos sin carga, esto se evidencia en la figura 10, en

cuanto al se observó un comportamiento inverso, es decir sus concentraciones son mayores

para los vehículos que no llevan carga lo que indica que la eficiencia de la combustión se ve

afectada por el peso del vehículo, esto teniendo en cuenta que una combustión eficiente conduce

a la oxidación total de todos los elementos que constituyen el combustible, en cuanto al carbono

a dióxido de carbono, y por el contrario cuando se afecta la eficiencia de combustión o hay una

combustión incompleta los componentes del combustible no se oxidan totalmente por lo que

aparecen otros elementos como lo son el CO, H2, BC, entre otros, (Garcia, 2001) como se

evidencia en la gráfica de los vehículos que van llenos pues aumentaron las concentraciones de

los contaminantes BC, CO y PM2, 5 y la concentración respecto al CO2 disminuyo.

Adicionalmente la mezcla de los combustibles se clasifica en rica o pobre, es decir cuando en la

reacción se ve que hay más combustible que oxigeno se dice que la mezcla es rica y cuando es al

contrario, hay más aire que combustible, ha esto se le llama mezcla pobre (Téllez, Guzmán, &

Casas, s.f.) respecto al peso de los vehiculos, se espera que entre mayor sea su peso la mezcla

tiene que ser rica.

Como segunda clasificación se tuvo en cuenta el sentido en que iban los vehículos, es decir

si entraban o salían del parqueadero para evaluar si existe una diferencia significativa en cuanto a

las concentraciones de cada uno de los contaminantes monitoreados cuando un vehículo de carga

se encuentra caliente o frio, se asumió que todos los vehículos que ingresaban al parqueadero

llevaban varias horas en funcionamiento es decir en estado caliente y los vehículos que salían del

parqueadero habían sido encendidos hace poco por ende se clasificaban en estado frio.

70

Tabla 16. Factores de emisión experimentales de CO y BC para vehículos de carga (g

cont./km) clasificados en entrada y salida.

Factor de emisión (g cont./km)

Contaminante BC CO PM2,5 CO2

Sentido E S E S E S E S

C2

Promedio 4,37 6,15 7,95 12,05 13,21 19,73 223,72 220,19

Desviación 6,28 6,64 7,33 17,35 34,31 46,78 7,59 11,48

C3

Promedio 72,00 2,12 25,44 7,42 9,58 27,60 148,59 226,20

Desviación ------ 1,98 ------ 3,40 ------ 28,56 ------ 0,66

C4

Promedio 10,19 5,09 19,02 24,76 17,58 17,82 260,00 262,09

Desviación 12,04 7,52 21,63 26,28 23,42 23,90 15,68 15,07

C5

Promedio 10,40 8,75 23,00 12,40 16,74 23,21 376,59 382,45

Desviación 19,79 12,64 27,47 13,35 25,02 34,73 24,67 11,54

>C5

Promedio 19,17 5,68 28,48 24,83 31,33 28,04 396,00 411,06

Desviación 29,40 10,31 25,65 26,81 35,78 39,94 30,62 16,58

Promedio 20,41 6,69 20,66 16,86 23,00 29,03 164,83 155,73

Desviación 20,84 3,34 7,94 8,43 9,42 9,08 156,40 163,92

Nota. Fuente: Los Autores.

Figura 12. Factores de emisión experimentales de BC, CO y PM2.5 para vehículos de carga

(g cont./ km) clasificados en entrada y salida.

Fuente: Los Autores.

71

Figura 13. Factores de emisión experimentales de CO2 para vehículos de carga (g cont/ km)

clasificados en entrada y salida

Fuente: Los Autores.

Como se observa en las figuras 12 y 13 y en la tabla 16 no hay una relación claro entre el

comportamiento de los contaminantes por el estado del vehículo (frio o caliente), esto se debe a

que algunos de los vehículos que ingresaban al parqueadero lo hacían por cargar o descargar ya

que al fondo del terreno había un depósito de contenedores entonces hacían el recorrido continuo

y volvían a salir, por ende, este vehículo estaba en estado caliente, pero en el inventario fue

registrado como si estuviera en estado frio.

6.2 Comparación factores de emisión

Los factores de emisión experimentales se compararon con factores de emisión teóricos,

como los factores de emisión del Modelo GREET y los factores de emisión usados en el Plan

Decenal de Descontaminación del Aire para Bogotá.

El modelo GREET es un modelo de análisis de ciclo de vida para fuentes móviles y

combustible, donde evalúa los impactos de energía y las emisiones de los distintos tipos de

transporte. (MODELO GREET, 2017)

72

Para el cálculo de los factores de emisión, el modelo GREET relaciona principalmente

parámetros de entrada como la economía de combustible, carga útil y tasas de emisión de

camiones de larga distancia combinados con diésel de base, consumo de energía resultante de

camiones pesados, poder calorífico inferior del diésel, entre otras variables.

A continuación, en la tabla 17 se observan los factores de emisión para CO, PM2.5, BC y

CO2 del Modelo GREET, el cual clasifica los vehículos de carga de acuerdo con su peso,

encontrando vehículos de carga mayores a 27 Toneladas y vehículos de carga entre 8.85 y 11.8

Toneladas.

Tabla 17. Factores de emisión para vehículos de carga del Modelo GREET.

g/km g/gal g/km g/gal

CO 0.886 10.619 0.557 7.583

PM2.5 0.036 0.426 0.044 0.605

BC 0.003 0.034 0.001 0.009

CO2 852.209 10213.041 750.809 10230.414

CONTAMINANTE

MODELO GREET

Camiones de servicio pesado

(mayores a 27 Toneladas)

Camiones de servicio pesado-

mediano (Entre 8.85 a 11.8 Toneladas)

Nota. Fuente: Modelo GREET, 2017.

Para la comparación de los factores de emisión se tendrá en cuenta los valores de camiones

mayores a 27 Toneladas de acuerdo con la clasificación de los vehículos de carga en la

Resolución 4100/2004 (Tabla 5).

73

Tabla 18. Comparación de los factores de emisión experimentales con respecto a los

factores de emisión del modelo GREET.

Factores de emisión experimentales (g cont./gal)

BC ± CO ± PM2,5 ± CO2 ±

C3 235,11 419,74 143,14 113,15 277,13 299,95 2481,5 465,7

C4 76,81 102,83 209,06 241,04 185,68 237,99 2611,5 155,58

C5 68,93 117,39 129,5 160,43 136,42 204,4 2653,5 140,88

>C5 73,79 139,21 167,05 170,25 194,9 249,14 2632,6 159,65

Factores de emisión teóricos para camiones con peso mayor a 27 toneladas

(g cont./gal)

BC CO PM2,5 CO2

0,0338 10,6187 0,4264 10213,041

Nota. Fuente: Los Autores.

De acuerdo con la tabla 18, se observa que los valores reportados por el Modelo GREET

para cada BC, CO y PM2,5 están subestimados y por ende para el CO2 son sobreestimados, esto

puede ser porque en el Modelo GREET se establece una combustión más eficiente y por ende

serán mayores las emisiones de CO2. Además de que los parámetros de entrada del modelo son

de acuerdo a información disponible en Estados Unidos y son variables diferentes a las variables

que se tuvieron en cuenta en el cálculo de los factores de emisión experimentables ya que fueron

mediciones directas en un tiempo, espacio y flota vehicular definida.

Por otro lado, en el plan decenal de descontaminación del aire para Bogotá, realizó una

actualización de los inventarios de emisiones de las fuentes móviles, teniendo como base el año

2008, en el cual los factores de emisión de las diferentes categorías fueron obtenidos mediante

mediciones directas del tubo de escape y bajo condiciones reales de operación de los vehículos,

dependiendo del tiempo y recursos no fueron medidos los factores de emisión de algunos

contaminantes y categorías vehiculares (Secretaria Distrital de Ambiente, 2010), mediante estas

74

mediciones para la categoría vehicular de camiones que operan con combustible diésel solo

determinó el factor de emisión de Material Particulado, mientras que para los factores de emisión

faltantes de Monóxido de Carbono y Dióxido de Carbono fueron completados con los propuestos

en el Modelo Internacional de Emisiones Vehiculares (IVE).

Ahora bien, los factores de emisiones propuestos por el modelo IVE permiten ser un punto

de partida para ser utilizados en la actualización de inventarios de emisiones de Colombia, pero

este modelo ha sido diseñado para países en desarrollo lo cual aporta un grado de incertidumbre

ya que no se ajusta a la realidad de la zona de estudio.

A continuación, en la tabla 19 se muestran los factores de emisión para vehículos de carga

del plan decenal de descontaminación del aire para Bogotá:

Tabla 19. Factores de emisión para vehículos de carga del Plan Decenal de

Descontaminación del Aire para Bogotá.

Categoría

Vehicular

Categoría Combustible

utilizado

Factores de emisión (g/km)

CO CO2

Camiones C2 ACPM 9,49 702,57

Camiones C3 ACPM 1,21 503,2

Nota. Fuente: Secretaria Distrital de Ambiente, 2010.

De acuerdo con la Tabla 19, se encuentran factores de emisión de vehículos de carga desde

la categoría C2 hasta C7, pero son solo los vehículos C2 y C3 que utilizan el mismo tipo de

combustible con respecto a los vehículos de carga monitoreados.

75

Tabla 20. Comparación de los factores de emisión experimentales con respecto a los factores

de emisión del Plan Decenal de Descontaminación del Aire para Bogotá.

Factores de emisión experimentales (g cont./km)

CO ± CO2 ±

C2 10,31 13,94 221,68 10,00

C3 12,22 11,53 200,23 44, 73

Factores de emisión teóricos (g cont./km)

CO CO2

C2 9,49 702,57

C3 1,21 503,2

Nota. Fuente: Los Autores.

Ahora bien, con respecto al Plan decenal de descontaminación se observa que los factores

de emisión de teóricos y experimentales de CO son cercanos para vehículos de tipo C2 y C3,

siendo para C2 los factores de emisión teórico y experimental 9,49 g cont./km y 10,31 g cont./km

respectivamente y para los vehículos C3 los factores de emisión teórico y experimental 1,21 g

cont./km y 12,22 g cont./km respectivamente.

Los factores de emisión experimentales de Dióxido de Carbono están subestimados con

respecto a los factores de emisión del Plan Decenal de descontaminación del aire para Bogotá.

Finalmente, al comparar los factores de emisión teóricos (Plan decenal de

descontaminación del aire para Bogotá) y experimentales (Monitoreados) se observa que existe

un grado de incertidumbre, puesto que, las metodologías utilizadas varían en tiempo y espacio de

monitoreo y disponibilidad de la información, ya que especialmente para el Dióxido de Carbono

y Monóxido de Carbono los factores de emisión teóricos fueron obtenidos de un modelo que esta

propuesto para países en vía de desarrollo que se pueden acercar a la realidad pero que varían

considerablemente de acuerdo con las condiciones topográficas y meteorológicas del área de

estudio las cuales interfieren en la dispersión de los distintos contaminantes, además que aportan

un grado de incertidumbre al no realizarse mediciones directas que permitan obtener de manera

76

más exacta las emisiones de fuentes móviles al considerar las condiciones reales de operación de

los vehículos. (Secretaria Distrital de Ambiente, 2010)

Otro estudio realizado en la determinacion de los factores de emisión de vehiculos de carga

se encuentra un estudio de Shanghai, en el cual realizaron pruebas a tres vehiculos de carga

diesel de diferente peso mediante un sistema portatil de medicion de emisiones, un instrumento

de medicion de emisiones con sensor de gases y particulas para realizar un analisis de impactos

de la velocidad y la aceleracion en las emisiones.

Los vehiculos de carga evaluados corresponden a las siguientes especificaciones:

Tabla 21. Especificaciones de los vehículos.

Vehicle type Heavy duty diesel

truck

Medium-duty

diesel truck

Light duty diesel

truck

Fuel type Diesel Diesel Diesel

Weight (kg) 16000 8100 4320

Engine type Diesel engine Diesel engine Diesel engine

Emission standard Euro 3 Euro 3 Euro 3

Model year 2011 2010 2010

Nota. Fuente: (Zhang, 2007)

Establecieron una ruta de prueba para la medicion de emisiones a borod de cada vehiculo

de carga, que luego de un analisis estadistico, obtuvieron los siguientes factores de emision:

Tabla 22. Factores de emisión basados en las emisiones en carretera de los vehículos

probados.

Nota. Fuente: (Zhang, 2007)

77

Tabla 23. Comparación de factor de emisión CO (g/km).

Factor de emisión experimental (g/km)

Vehiculo de

carga

Peso CO ±

C2 16 000 Kg 10,31 13,94

Factor de emisión teorico (g/km)

HDDT 16000 Kg 5,69 -

Nota. Fuente: Los Autores.

Ahora bien, de acuerdo a la tabla 23, se puede inferir que para los vehiculos de carga C2 el

factor de emisión reportado por el estudio es la mitad del factor de emisión teorico (5,69 g/km)

con respecto al factor de emision experimental (10,31 g/km), hay que resaltar que el estudio se

realizo a un solo vehiculo de este tipo y que las condiciones de monitoreo fueron muy diferntes,

puesto que, el factor de emisión teorico se determino mediante la medicion de emisiones del

vehiculo en carretera durante un tramo y tiempo determinado.

6.3 Inventario de emisiones

Para poder establecer las emisiones de los vehículos dentro del parqueadero es necesario

establecer la distancia que recorrían los vehículos dentro de este establecimiento y cuánto tiempo

tardaban haciendo dicho recorrido, es decir el consumo de combustible dentro del parqueadero

en un tiempo determinado y así obtener un valor aproximado de la Velocidad (m/s).

Tabla 24. Distancia y tiempo de cada vehículo en el establecimiento.

Entrada Salida

Distancia Tiempo Velocidad Distancia Tiempo Velocidad

Ejes M S m/s Ejes M S m/s

C2 209 370 0,56 C2 255 685 0,37

C3 209 380 0,55 C3 255 695 0,37

C4 209 405 0,52 C4 255 725 0,35

C5 209 415 0,5 C5 255 735 0,35

>C5 209 420 0,5 >C5 255 745 0,34

Nota. Fuente: Los autores.

78

Una vez establecidos los factores de emisión (Tabla 14) y la velocidad de los vehículos

dentro del parqueadero (Tabla 24) y con el número de vehículos que están en funcionamiento

dentro del parqueadero en cada segundo de monitoreo es posible establecer el inventario de

emisión del parqueadero con la siguiente relación:

De esta forma obtenemos los siguientes resultados:

Tabla 25. Inventario de emisión en unidades de gramo de contaminante por segundo.

Inventario de emisión (g/s)

Contaminante BC % CO % PM2,5 % CO2 %

C2 3, E-06 9,65 6, E-06 8,89 9, E-06 13,21 1, E-04 12,14

C3 4, E-06 12,31 2, E-06 2,79 2, E-06 2,20 3, E-05 2,90

C4 7, E-06 22,56 2, E-05 29,61 2, E-05 23,73 2, E-04 23,49

C5 3, E-06 10,03 6, E-06 9,09 6, E-06 8,64 1, E-04 11,82

>C5 1, E-05 45,45 3, E-05 49,62 4, E-05 52,23 5, E-04 49,65

Nota. Fuente: Los autores.

79

80

Figura 14. Inventario de emisión por contaminante para los vehículos de carga pesada en el

sector de Fontibón.

Fuente: Los Autores.

En la tabla 25 y en la figura 14 se observó que la mayor emisión de Black Carbon (BC) es

de 1,E-05 g cont./seg con un porcentaje de 45,45%, para el Monóxido de carbono (CO) es de

3,E-05 g cont./seg con un porcentaje de 49,62%, para Dióxido de carbono (CO2) corresponde a

5,E-04 g cont./seg con un porcentaje del 49,65% y en cuanto a es 4,E-05 g cont./seg con

un porcentaje del 52,23%, estos valores corresponden a los vehículos que tienen más de 5 ejes,

las emisiones de esta categoría vehicular son mayores respecto a las demás debido a que se

registró un alto flujo correspondiente a un 43% del total de los vehículos y además estos carros

de carga pesada tienen una mayor capacidad para transportar pues el peso máximo establecido es

de 52 toneladas.

81

6.3.1 Clasificación Inventario de emisiones.

El inventario de emisión fue dividido en las horas de monitoreo de la siguiente forma: para

la primera hora monitoreo que corresponde al horario de 9 a 10, la segunda hora de monitoreo

correspondiente al horario de 10 a 11, la tercera hora de 11 a 12 y la ultima hora de 12 a 1.

Para el cálculo de las emisiones por hora de monitoreo, se tomó en cuenta todos los

vehículos de carga que ingresaron y salieron del parqueadero durante las cuatro horas de cada día

de monitoreo. Los resultados se muestran en la tabla 26:

Tabla 26. Inventario de emisión para vehículos de carga por hora de monitoreo.

Categoría

vehicular Hora

Inventario de emisión (g cont./s)

BC CO PM2,5 CO2

C2

9-10 2,1,E-05 4,0,E-05 6,6,E-05 8,7,E-04

10-11 3,8,E-05 7,3,E-05 1,2,E-04 1,6,E-03

11-12 3,8,E-05 7,3,E-05 1,2,E-04 1,6,E-03

12-13 3,3,E-05 6,3,E-05 1,0,E-04 1,4,E-03

C3

9-10 2,3,E-05 1,1,E-05 9,5,E-06 1,8,E-04

10-11 6,3,E-05 3,0,E-05 2,6,E-05 4,8,E-04

11-12 3,7,E-05 1,7,E-05 1,5,E-05 2,8,E-04

12-13 4,3,E-05 2,0,E-05 1,8,E-05 3,3,E-04

C4

9-10 4,0,E-05 1,1,E-04 9,6,E-05 1,4,E-03

10-11 9,1,E-05 2,5,E-04 2,2,E-04 3,1,E-03

11-12 1,1,E-04 3,0,E-04 2,6,E-04 3,7,E-03

12-13 6,4,E-05 1,7,E-04 1,5,E-04 2,2,E-03

C5

9-10 2,6,E-05 4,8,E-05 5,1,E-05 9,9,E-04

10-11 5,7,E-05 1,1,E-04 1,1,E-04 2,2,E-03

11-12 2,3,E-05 4,4,E-05 4,6,E-05 9,0,E-04

12-13 3,1,E-05 5,9,E-05 6,2,E-05 1,2,E-03

>C5

9-10 9,3,E-05 2,1,E-04 2,4,E-04 3,3,E-03

10-11 2,0,E-04 4,5,E-04 5,2,E-04 7,1,E-03

11-12 1,8,E-04 4,0,E-04 4,7,E-04 6,3,E-03

12-13 1,4,E-04 3,3,E-04 3,8,E-04 5,2,E-03

Nota. Fuente: Los Autores

82

Teniendo en cuenta las horas monitoreadas en el parqueadero se evidencio un

comportamiento general en el flujo de vehículos, para la primera hora de monitoreo

correspondiente al horario de 9 a 10 am se registró el menor flujo vehicular de las 4 horas con

172 vehículos de carga, esto debido a que en la zona hay una restricción de circulación de

vehículos de carga por la Avenida Calle 17 de 6 a 8 am y un pico y placa ambiental de 9-10 am,

por ende los vehículos pesados no podían transitar generando una baja emisión. En la segunda

hora de monitoreo (10 a 11 am) el flujo de carros de carga aumenta significativamente a 370

vehículos de carga y esto se evidencia en los valores que se registran en la tabla 26 pues en este

horario se registró la mayor emisión de las 4 horas de monitoreo. Y por último en las dos horas

siguientes de monitoreo en el parqueadero el flujo vehicular fue de 336 vehículos de carga de 11

a 12 y 265 vehículos de carga de 12 a 1, se observa un comportamiento uniforme debido a que

respecto a la segunda hora el flujo vehicular disminuye, pero se mantiene constante.

6.4 Modelación en AERMOD

Respecto al modelamiento con AERMOD se calculó el valor de Background mediante una

semana de monitoreo en puntos diferentes del parqueadero a una distancia considerada de los

vehículos para lo cual se obtuvieron los siguientes resultados:

Tabla 27. Background para AERMOD.

Background (µg/m3)

BC CO PM2,5 CO2

3,474 1115,05 46,01 731517,595

Nota. Fuente: Los Autores.

Las emisiones provenientes del parqueadero se clasificaron para cada contaminante, es

decir se obtuvo un valor general de emisión para Black Carbon, Monóxido de Carbono, Material

Particulado 2,5 y Dióxido de Carbono, este valor fue divido por el área total del parqueadero la

cual es de 11.700 metros cuadrados. Los resultados se observan en la tabla 28.

83

Tabla 28. Inventario de emisión general por contaminante en unidades de g cont./ seg*m2.

Contaminante Inventario de emisión (g/s*m2)

BC CO PM2,5 CO2

C2 2,52, E-10 4,82, E-10 7,94, E-10 1,04, E-08

C3 3,22, E-10 1,51, E-10 1,32, E-10 2,48, E-09

C4 5,90, E-10 1,61, E-09 1,43, E-09 2,01, E-08

C5 2,62, E-10 4,93, E-10 5,19, E-10 1,01, E-08

>C5 1,19, E-09 2,69, E-09 3,14, E-09 4,24, E-08

Nota. Fuente: Los Autores.

Para la modelación de AERMOD, se ubicaron 27 receptores, de los cuales 26 corresponden

a una malla donde están separado por una distancia de 100 metros y el otro punto receptor

corresponde a la ubicación de una casa en el sector especifica.

6.4.1 Black Carbon.

Respecto al Black Carbon se obtuvo el siguiente resultado gráfico:

Figura 15. Modelación en AERMOD para Black Carbon y su concentración general.

Fuente: Los Autores.

84

En la figura 15 se observa la modelación para el contaminante Black Carbon, donde la

concentración máxima en la fuente es de 3,54 µg/m3. Además, la dispersión del Black Carbon

es uniforme ya que la topografía del área de estudio es plana, es decir, no existe ninguna

elevación del terreno que provoque un cambio de dirección en los vientos de la zona.

La pluma de contaminación de Black Carbon recae sobre las unidades de planeamiento

zonal (UPZ) Fontibón San Pablo y (UPZ) Zona Franca y las concentraciones están entre los 3,47

y 3,54 µg/m3.

Por otro lado, en la normatividad nacional no se establece un nivel máximo permisible para

Black Carbon, por ende, no es posible comparar los resultados con alguna norma. Es importante

resaltar que el Black Carbon no es solo un contaminante que contribuye al cambio climático,

sino que además provoca efectos negativos a la salud. (Kepa, Sopelana, Arraibi, & Pérez, 2014)

El Black Carbon tiene la capacidad de ingresar al sistema respiratorio y causar

enfermedades respiratorias y serios problemas de salud, comprobando que disminuye

significativamente la esperanza de vida de la población al aumentar el riesgo de desarrollar

enfermedades respiratorias graves. (CAEM, 2015)

Adicionalmente, según datos de la Comisión Europea, el Black Carbon provoca unas

600.000 muertes al año, muchas más que las que causan los accidentes de tráfico. (CAEM, 2015)

6.4.2 Material Particulado

Respecto al Material Particulado PM2.5 se obtuvo el siguiente resultado gráfico:

85

Figura 16. Modelación en AERMOD para Material Particulado PM2.5 y su concentración

general.

Fuente: Los Autores.

La modelación para el Material Particulado se observa en la figura 16 donde se evidencia

una concentración máxima de 46,16 µg/m3 en la fuente de emisión. Al igual que el Black

Carbon la pluma de contaminación se dispersa uniformemente por el sector de Fontibón.

De acuerdo con la Resolución 2254 del año 2017, establece para el material particulado

PM2.5 un nivel máximo permisible para un tiempo de exposición anual de 25 µg/m3 y para un

tiempo de exposición de 24 horas de 37 µg/m3, las concentraciones modeladas que oscilan desde

los 46,02 y 46,16 µg/m3 se puede concluir que los valores sobrepasan los permitidos por la

norma.

Ahora bien, al comparar con los niveles de prevención, alerta o emergencia establecidos por

la norma, se puede establecer las concentraciones están entre los 38 y 55 µg/m3 por lo cual hay

86

un nivel de prevención para la población de los barrios Puente Grande, Florencia y Pueblo viejo

industrial.

La declaración de un nivel de prevención corresponde a que las autoridades ambientales

tomen medidas integrales de control de la contaminación y la reducción de la exposición de la

población de interés (Minambiente, Resolución 2254, 2017).

Por otro lado, de acuerdo a las Curvas Cuartil-Cuartil se puede apreciar que se están

subestimando los valores altos de PM2.5, por lo cual, el impacto real de todas las fuentes de la

zona más el parqueadero de estudio se espera que sea mayor para la población de Puente Grande,

Florencia y Pueblo viejo industrial.

6.4.3 Monóxido de Carbono

Respecto al Monóxido de Carbono se obtuvo el siguiente resultado gráfico:

Figura 17. Modelación en AERMOD para Monóxido de Carbono y su concentración general.

Fuente: Los Autores.

87

La modelación para el contaminante Monóxido de Carbono en la figura 17 se evidencia la

concentración máxima emitida por la fuente de estudio de 1115,19 µg/m3.

Al comparar los resultados obtenidos de la modelación con la Resolución 2254 del año

2017 que establece los niveles máximos permisibles para un tiempo de exposición de 8 horas y 1

hora son de 5000 µg/m3 y 35000 µg/m3 respectivamente, se puede inferir que la concentración

máxima de la modelación está muy por debajo de los niveles máximos permisibles, por lo cual,

no se estima que haya un alto impacto sobre la población de los barrios Puente Grande, Florencia

y Pueblo viejo industrial.

Finalmente, al evaluar las concentraciones para los niveles de prevención, alerta y

emergencia para el Monóxido de Carbono de un tiempo de exposición de 8 horas, la

concentración máxima modelada no se encuentra en ninguno de estos niveles ya que el nivel de

prevención se encuentra 10820-14254 µg/m3, estando la concentración modelada (1115,19

µg/m3) menor a estos valores.

6.4.4 Dióxido de Carbono

Respecto al Dióxido de Carbono se obtuvo el siguiente resultado gráfico:

88

Figura 18. Modelación en AERMOD para Dióxido de Carbono y su concentración general.

Fuente: Los Autores.

En la figura 18 se observa la modelación para el contaminante Dióxido de Carbono, para lo

cual se evidencia una concentración máxima en la fuente de estudio de 731519,78 µg/m3.

Las concentraciones de Dióxido de Carbono en el área de estudio se encuentran entre los

731517,79 y 731519,78 µg/m3.

No existen datos para comparar los resultados del Dióxido de carbono.

Hay que tener en cuenta que la fuente de emisión de estudio se encuentra ubicada sobre la

Avenida Calle 17, en la cual existe diariamente un alto flujo vehicular especialmente de

vehículos de carga, por lo cual ha llevado a las autoridades ambientales aplicar una medida de

pico y placa para los vehículos de carga entre las 6:00 a. m. y las 8:00 a. m para mejorar la

calidad del aire en la zona.

89

De la modelación se puede concluir que la dispersión del contaminante recae sobre la unidad

de planeamiento zonal (UPZ) Fontibón San Pablo y Zona Franca, de las para la UPZ Fontibón

San Pablo hacen parte los barrios Puente Grande, Florencia con aproximadamente 32 mil

habitantes y para la UPZ Zona franca hace parte el barrio Pueblo viejo industrial con 39 mil

habitantes de los cuales de acuerdo con la Secretaria Distrital de Planeación (2009) hay un total

de 71 mil habitantes aproximadamente. De acuerdo con los mapas de modelación la pluma de

dispersión para el BC, CO, PM2.5 y CO_2 son similares ya que la topografía del área de estudio

es plana y no se tuvieron en cuenta otros tipos de fuentes importantes ya que no se logró obtener

esta información detalla del inventario de emisiones de las fuentes fijas y móviles que se

encuentran en el contrato 1467 de 2013 suscrito entre la universidad de la Salle y la Secretaria

Distrital de ambiente.

6.5 Curvas Cuartil-Cuartil.

Como se dijo inicialmente se ubicó en el modelo un receptor que corresponde a la

ubicación de una casa donde se realizaron mediciones durante una semana con el fin de

comparar los datos medidos en dicha casa con los datos simulados anteriormente, por ende, estos

datos medidos y simulados fueron relacionados mediante una curva q-q y se obtuvieron los

siguientes resultados:

90

Figura 19. Curva Cuartil-Cuartil para Black Carbon.

Fuente: Los Autores.

Figura 20. Curva Cuartil-Cuartil para Material Particulado.

Fuente: Los Autores.

91

Figura 21. Curva Cuartil-Cuartil para Monóxido de Carbono.

Fuente: Los Autores.

Figura 22. Curva Cuartil-Cuartil para Dióxido de Carbono.

Fuente: Los Autores.

92

Las gráficas Cuartil-Cuartil o q-q, relacionan los cuartiles de los datos medidos (eje x) con

los cuartiles de los datos simulados (eje y) con el fin de establecer si los valores simulados están

siendo sobre estimados o subestimados. En este caso el modelo no es capaz de reproducir las

concentraciones ya que no tenemos un inventario detallado de la zona. Sin embargo, los órdenes

de magnitud de Material Particulado y Black Carbon son los mismos entre lo simulado y lo

medido.

93

7. Conclusiones

Se estimaron los factores de emisión en gramos de contaminante emitido por kilómetro

recorrido clasificando los vehículos de acuerdo al número de ejes respecto al Black

Carbon se obtuvo para C2 (5,40 ±6,42 ), C3 (26,03± 39,83), C4 (7,68±10,28), C5 (9,85±

16,77), >C5 (11,35 ± 21,42), en relación al monóxido de carbono para C2 (10,31± 13,94),

C3 (12,22± 11,53), C4 (20,91± 24,10), C5 (18,50± 22,92), >C5 (25,70± 26,19), en cuanto

al Material Particulado 2,5 para C2 (16,98± 41,32), C3 (10,67± 3,22), C4 (18,57± 23,80),

C5 (19,49± 29,20), >C5 (29,98± 38,33),y por ultimo para el dióxido de carbono para C2

(221,68 ± 10,00), C3 (200,23 ± 44,73), C4 (261,15 ± 15,56 ), C5 (379,08 ± 20,13) >C5

(405,01 ± 24,56).

Al clasificar los factores de emisión para los vehículos que van con su peso máximo

(cargados) o no (vacíos), se estableció que el peso del vehículo es inversamente

proporcional a la eficiencia de combustión, es decir, cuando el peso del vehículo es

mayor sus emisiones de CO2 disminuyen y por ende aparecen otros elementos como lo

son el CO, BC, entre otros.

En cuanto el inventario de emisiones el Material Particulado 2.5, proviene en un 52,23%

de los vehículos de carga >C5, seguidos de C4 con un 23,73%, un 13,21% de los C2 y los

C5 y C3 con un 8,64 % y 2,20% respectivamente, en relación al Dióxido de Carbono,

provienen en un 49,65% por los vehículos de carga >C5 y el otro 50% provienen de C5

(11,82%), C4 (23,49%), C3 (2,90%) y C2 (12,14%), respecto a las emisiones de Black

Carbon, provienen en un 45,45% de los vehículos de carga >C5, seguidos de los C4

(22,56%), C5 (10,03%), C2 (9,65%) y los vehículos de carga C3 (12,31%). Y por último

94

de acuerdo a las emisiones de Monóxido de Carbono se distribuyen para los vehículos de

carga >C5 (49,62%), C4 (29,61%). C5 (9,09%), C2 (8,89%) y para C3 (2,79%).

Las mayores emisiones se registraron para los vehículos que tienen más de 5 ejes debido

a que un alto flujo correspondiente a un 43% y además tienen una mayor capacidad para

transportar pues el peso máximo establecido es de 52 toneladas.

El impacto ambiental del parqueadero el playón estimado mediante el modelo de

dispersión Aermod, puede causar una concentración de Material Particulado PM2.5

superior al nivel de prevención, afectando significativamente la población de la unidad de

planeamiento zonal Fontibón San Pablo y Zona Franca.

95

8. Recomendaciones

En la normatividad colombiana (Resolución 2254 de 2017) correspondiente a calidad del aire

no se han incluido algunos contaminantes como el Black Carbono y Dióxido de Carbono, por lo

cual se recomienda a las entidades encargadas establecer los niveles máximos permisibles y así

establecer el impacto de dichos contaminantes.

Respecto a las mediciones de Black Carbon se espera que las entidades ambientales

establezcan un protocolo de medición y corrección de datos con el fin de ajustar los resultados

obtenidos a nivel nacional o local.

Para la realización de estudios como estos, el país no cuenta con una base de datos accesible

al público que establezca la caracterización química de los combustibles usados en los diferentes

medios de transporte, lo cual es una información base para el desarrollo del método del balance

de carbono usado en este proyecto.

No fue posible acceder a toda la información deseada para el desarrollo del modelo de

dispersión Aermod, específicamente no se facilitó el inventario de emisiones de fuentes fijas y

móviles de la localidad de Fontibón que se encuentra suscrito en el contrato 1467 entre la

Universidad de la Salle y la Secretaria Distrital de Ambiente, aunque fue solicitado directamente

a la secretaria de ambiente. Este tipo de información debería poder ser consultada para el

desarrollo de estudios sobre calidad del aire en Bogotá.

Se recomienda que los equipos de medición y materiales que sean utilizados para la medición

de la calidad del aire estén avalados y estandarizados por el Ministerio de Ambiente y Desarrollo

o una entidad a fin para poder establecer una relación entre los resultados.

96

Teniendo en cuenta que en el estudio realizado se evidencio que las emisiones de los

vehículos de carga pesada respecto al material particulado están posiblemente afectando a la

población aledaña, se recomienda hacer un análisis del combustible y mejorar su calidad.

A partir de los resultados obtenidos se recomienda replicar este estudio en otros parqueaderos

destinados para los vehículos de carga para así aumentar la representatividad.

97

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104

ANEXOS

Apéndice A. Concentración promedio 1 hora de BC – Categoría Vehicular C2.

Fuente: Los Autores.

105

Apéndice B. Concentración promedio 1 hora de BC – Categoría Vehicular C4.

Fuente: Los Autores.

106

Apéndice C. Concentración promedio 1 hora de BC – Categoría Vehicular C5.

Fuente: Los Autores.

Apéndice D. Concentración promedio 1 hora de BC – Categoría Vehicular >C5.

107

Fuente: Los Autores.

Apéndice E. Concentración promedio 1 hora de CO – Categoría Vehicular C2

108

Fuente: Los Autores.

109

Apéndice F. Concentración promedio 1 hora de CO – Categoría Vehicular C4.

Fuente: Los Autores.

110

Apéndice G. Concentración promedio 1 hora de CO – Categoría Vehicular C5.

Fuente: Los Autores.

111

Apéndice H. Concentración promedio 1 hora de CO – Categoría Vehicular >C5.

Fuente: Los Autores.

112

Apéndice I. Concentración promedio 1 hora de PM – Categoría Vehicular C2

Fuente: Los Autores.

113

Apéndice J. Concentración promedio 1 hora de PM – Categoría Vehicular C4.

Fuente: Los Autores.

114

Apéndice K. Concentración promedio 1 hora de PM – Categoría Vehicular C5.

Fuente: Los Autores.

115

Apéndice L. Concentración promedio 1 hora de PM – Categoría Vehicular >C5.

Fuente: Los Autores.

116

Apéndice M. Concentración promedio 1 hora de CO2 – Categoría Vehicular C2

Fuente: Los Autores.

117

Apéndice N. Concentración promedio 1 hora de CO2 – Categoría Vehicular C4

Fuente: Los Autores.

118

Apéndice O. Concentración promedio 1 hora de CO2 – Categoría Vehicular C5.

Fuente: Los Autores.

119

Apéndice P. Concentración promedio 1 hora de CO2 – Categoría Vehicular >C5.

Fuente: Los Autores.