UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA

2011

MODELOS DE

DISPERSIN PARA

FUENTES LINEALES

Estudio de un caso

Sol Represa

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Contenido

1. Introduccin ......................................................................................................................................................... 3

1. Objetivos ............................................................................................................................................................. 4

2.a - Objetivo General .................................................................................................................................... 4

2.b - Objetivo Especfico ................................................................................................................................. 4

2. Marco Terico .................................................................................................................................................... 5

3.a - Contaminacin atmosfrica ................................................................................................................... 5

Capa lmite atmosfrica .................................................................................................................... 5

Fuentes de combustin mviles ........................................................................................................ 6

El monxido de carbono ................................................................................................................... 6

3.b - Modelos de dispersin ........................................................................................................................... 7

El modelo de Gauss ........................................................................................................................... 8

Historia de los modelos de dispersin ........................................................................................... 8

Modelos de dispersin para fuente lineal .................................................................................... 8

Modelos Europeos o Americanos ................................................................................................... 10

3. Descripcin ambiental .................................................................................................................................... 11

4.a - Generalidades de La Plata ................................................................................................................ 11

Meteorologa ..................................................................................................................................... 12

Calidad de Aire ................................................................................................................................ 13

4. Metodologa ..................................................................................................................................................... 14

5.a Modelo para factores de emisin .................................................................................................... 14

Emfac2007 ........................................................................................................................................ 14

5.c Modelo de dispersin de contaminantes .......................................................................................... 17

CL4 ...................................................................................................................................................... 18

5. Resultados ......................................................................................................................................................... 20

6.a - Discusin .................................................................................................................................................. 21

6.b - Limitaciones ............................................................................................................................................. 21

6.c - Conclusiones ............................................................................................................................................ 22

6. Bibliografa ...................................................................................................................................................... 23

7. Anexos ............................................................................................................................................................... 25

7.a - Rectificacin de la zona ....................................................................................................................... 25

7.b - Modelizacin de las calles .................................................................................................................. 25

7.c - Decreto N 3395/96 ............................................................................................................................ 27

3

1. Introduccin

La Plata se jacta de haber sido planificada previa a su construccin. Dardo Rocha, all

por el ao 1882 fundara la nica ciudad del pas diseada con una plaza cada 6 cuadras,

especies de rboles autctonos para cada calle, con ramblas centrales para las avenidas y

respetando una gran zona verde en la circunvalacin.

El desarrollo urbano no se dio con la misma previsin. Como ciudad capital de la

Provincia, alberga una gran parte de los edificios pblicos; adems, cuenta con una Universidad

Nacional que concentra casi 100.000 estudiantes1. Las vas de transporte pblico se ven

saturadas, sufriendo modificaciones que no han llegado a satisfacer las demandas sociales.

Desde hace aos se evala la construccin de un subte, pero es un proyecto que aun est en

paales; limitando como principal medio de transporte pblico, el micro.

La reactivacin del Puerto de La Plata con la Zona Franca despus de la devaluacin

del 2001, la constante ampliacin de la Petroqumica Repsol-YPF (posicionndose como el

segundo polo petroqumico del pas) y la prxima construccin de la central Hidroelctrica en el

partido vecino provoc en los ltimos aos una mayor circulacin de transporte, particularmente

de vehculos pesados. Debindose adecuar las rutas de entrada y extendindose la Autopista

La Plata-Buenos Aires unos 22,800 Km.

Sin embargo, la ciudad no cuenta con un plan efectivo de distribucin por zonas,

quedando muchas viviendas familiares expuestas a la contaminacin ambiental que el desarrollo

desmedido trae aparejado.

Es preciso un cambio de paradigma, en donde se beneficien las personas por sobre la

economa; para poder construir entre todos y todas una sociedad ms justa, en dnde nos se

vean algunos beneficiados a costas del malestar comn

Este trabajo pretende ser un pequeo granito de arena para la evaluacin del impacto

ambiental que el proceso trae aparejado.

1 Noticias.universia.com.ar/vida-universitaria/noticia/2010/08/30/531587/unlp-ya-tiene-casi-100-mil-alumnos.html

4

1. Objetivos

2.a - Objetivo General Aplicar el modelo gaussiano para determinar la dispersin de monxido de carbono

producido por fuentes mviles.

2.b - Objetivo Especfico Efectuar un anlisis del potencial contaminante del trfico vehicular en las inmediaciones

de una vivienda de la ciudad de La Plata. Elaborar un diagnstico acorde a las normativas

ambientales vigentes.

5

2. Marco Terico

3.a - Contaminacin atmosfrica El proceso comienza con la emisin de contaminantes a la atmsfera. Por emisin se

entiende la totalidad de sustancias que pasan a la atmsfera despus de dejar las fuentes de

las que proceden. Los compuestos se distribuirn por la atmsfera segn un proceso de

dispersin que depende principalmente de:

- Factores especficos del contaminante: velocidad de salida, temperatura, tamao, etc.

- Factores Meteorolgicos: velocidad del viento, gradiente de temperatura del aire,

turbulencia atmosfrica, etc. (Alemany & Lpez Jimnez, 2004)

La transmisin por su lado incluye el transporte, la transformacin y la deposicin del

contaminante atmosfrico.

La inmisin finalmente es la concentracin o cantidad de un contaminante que recibe un

receptor. (Varios, 2000) Expresa la concentracin de los contaminantes en el ambiente gaseoso,

en puntos suficientemente alejados de la fuente como para no poder discernir cul de ellas es la

causante de los niveles de contaminacin alcanzados.

Los niveles de inmisin y emisin se encuentran regulados en la mayora de los pases

mediante la especificacin de lmites mximos. (ver en 4.a Calidad de Aire)

Capa lmite atmosfrica

Nos interesa estudiar el movimiento del aire en las capas bajas de la atmsfera, para

poder predecir la velocidad de dispersin de los contaminantes una vez que stos han sido

emitidos.

La capa de aire en contacto directo con la superficie, cuya altura oscila alrededor de

los 50m sobre el suelo, recibe el nombre de capa lmite superficial. El movimiento de aire en el

interior de la capa lmite se desarrolla prcticamente siempre en rgimen turbulento.

Se hace una diferencia entre la turbulencia mecnica (frotamiento del viento con la

topografa de la tierra) y la turbulencia trmica, la cual resulta del enfriamiento y calentamiento

de la superficie de la tierra y depende de la radiacin solar. (Varios, 2000) Se realiza la

suposicin que los flujos turbulentos verticales de cantidad de movimiento y de calor son

constantes con respecto a la altura.

La rugosidad del terreno, o tamao tpico de los obstculos uniformemente distribuidos

que pueden existir sobre el mismo, condicionan en gran medida la pendiente que presenta el

perfil de velocidad.

6

Fuentes de combustin mviles

Las fuentes de contaminacin se pueden clasificar en puntuales o difusas, estticas o

mviles.

Las fuentes de combustin mviles corresponden a vehculos terrestres, aunque en

algunos casos se puede incluir el transporte fluvial, marino y areo. Las emisiones se determinan

a partir del consumo de combustible (nafta, gasoil). Este se puede obtener a partir de los datos

de trnsito y los porcentajes de vehculos ligeros y pesados que funcionan con cada uno de los

tipos de combustible.

Para poder determinar el ritmo de emisin en funcin del tiempo es conveniente

disponer de datos sobre la variacin del trfico con respecto al valor medio anual, que se da en

diferentes meses del ao, e incluso de ser posible en diferentes das de la semana. (Alemany &

Lpez Jimnez, 2004)

El monxido de carbono

El monxido de carbono es un gas incoloro e inodoro. El mismo se produce en todas las

combustiones incompletas; siendo muy estable en la atmsfera, con una vida media de 2 a 4

meses. Existen muchos estudios que demuestran que las altas concentraciones de monxido de

carbono pueden causar cambios fisiolgicos y patolgicos y finalmente- la muerte.

Sus efectos asfcticos e inters biolgico se deben a su afinidad por la

hemoglobina. Una vez inhalado pasa a la sangre y se une fuertemente a la hemoglobina

formando carboxihemoglobina, COHb. La hemoglobina tiene una afinidad por el CO que es

aproximadamente 210 veces superior a su afinidad por el oxgeno, por lo que una

concentracin del 50% se puede alcanzar con niveles de CO inspirados del 0.08%.

CO + 2HbO HbCO + O2

Un agravante a tal afinidad es que la COHb tambin interfiere en el paso del O2

desde la oxihemoglobina a los tejidos. Esta situacin conlleva una disminucin del transporte de

oxgeno a los tejidos e hipoxia anmica.

El monxido de carbono tambin ejerce una toxicidad de efecto directo. La unin del

CO a la citocromo-c-oxidasa impide la respiracin celular y la sntesis de ATP favoreciendo el

metabolismo anaerobio, la acidosis lctica y la muerte celular. Adems, la exposicin al CO

causa la degradacin de cidos grasos insaturados debido al stress lipdico.

La formacin de oxihemoglobina como de carboxihemoglobina son reacciones

reversibles y dependen principalmente de la presin parcial de los gases y del pH sanguneo,

aunque otros factores como la temperatura y la concentracin inica tienen tambin incidencia.

7

Cuando cesa la exposicin, el CO que se combin con la hemoglobina es liberado

espontneamente, y la sangre queda libre de la mitad de su monxido de carbono, en

pacientes saludables en un perodo de 3 a 4hs. (Wark & Warner, 1998)

3.b - Modelos de dispersin Los modelos de dispersin calculan las inmisiones en cualquier punto dentro de un rea

determinada, por lo cual extrapolan de unos puntos a miles de lugares. Adems de reproducir

el estado actual de las inmisiones, dichos modelos pueden hacer pronsticos sobre la futura

situacin de la concentracin de los contaminantes atmosfricos.

Los modelos de dispersin necesitan datos (input) especialmente sobre las emisiones, y

unos modelos trabajan adicionalmente con datos meteorolgicos. En general, el input ms

importante para todos los modelos de dispersin son los datos sobre las fuentes emisoras. El

output de los modelos son las inmisiones. El modelo es entonces el eslabn entre el inicio (emisin)

y el final calculado (inmisin) del contaminante. (Blasser, 2000)

En casos donde los resultados deben ser arbitrados (por ejemplo casos legales), se

puede necesitar la validacin del modelo. Los mejores modelos se han validado extensivamente

sobre una amplia gama de variables de datos de entrada. (Ministerio de Ciencia e innovacin)

Existen distintos grupos de modelos, de acuerdo a diferentes condiciones marcos. Una

posibilidad de dividirlos es segn la manera como resuelven las ecuaciones del movimiento, las

cuales describen matemticamente los procesos en la atmsfera. Hay entonces tres tipos de

modelos:

- Modelo dinmico. Resuelven las ecuaciones del movimiento de manera exacta. Para

obtener un resultado para las ecuaciones de manera numrica, calculan de manera

iterativa, por lo cual necesitan muchos recursos de computacin.

- Modelos empricos. Trabajan con mtodos estadsticos.

- Modelos estacionarios. Tratan las ecuaciones del movimiento con condiciones

restrictivas y simplificaciones, dndoles una resolucin analtica a las ecuaciones.

Entre los modelos estacionarios ms conocidos est la familia de los modelos de

Gauss. (Varios, 2000)

8

El modelo de Gauss

El planteamiento de Gauss para describir los procesos atmosfricos se basa en la

simplificacin de que la difusin trmica de los gases en la atmsfera se comporta de manera

similar a la difusin molecular, tal como est descrita en las leyes de Fick. De este modo, la

dispersin de un contaminante en la atmsfera ser funcin de su gradiente de concentracin.

Los modelos de gaussianos tienen como ventajas:

- Toman en cuenta la meteorologa

- Calculan la concentracin de un contaminante en un receptor puntual definido. Eso

significa que se pueden hacer comparaciones con mediciones puntuales.

- Pueden estar adaptados a una familia entera de contaminantes inertes.

- Los resultados estn disponibles de forma rpida.

- Una PC hogareo tiene suficientes recursos para los clculos.

- Proporcionan resultados relativamente buenos en forma de promedios. (Varios,

2000)

Historia de los modelos de dispersin

La construccin lgica de esta teora parte de la ecuacin de dispersin gaussiana de

contaminantes atmosfrico para fuentes puntuales. Las primeras ecuaciones de dispersin las

obtuvieron Bosanquet y Pearson en 1936, pero no incluan el efecto de la reflexin de la pluma

contaminante en el suelo. En 1947, Sir Graham Sutton resolvi una ecuacin de dispersin para

fuentes puntuales con distribucin de Gauss en sentido vertical y considerando la dispersin de

la pluma por el viento lateral y el efecto de la reflexin en el suelo. Otros avances fueron

realizados por G.A. Briggs en el refinamiento y validacin de modelos; y por DB Turner que

condens en un libro todos los clculos anteriores.

Al ver la necesidad de desarrollar un modelo que pueda abordar el estudio de la

contaminacin del aire por una ruta, Michael Hogan y Venti Richard, integrado la ecuacin de

distribucin en una solucin de forma cerrada. El modelo matemtico ESL qued completo en 1970,

cuando se emul la extensin horizontal de la superficie de la calzada como fuente en forma de

cinta. Leda Patmore contribuy con la elaboracin de un modelo computacional, que pudiera

adicionar parmetros atmosfricos y clculos de trayectoria por satlite. El mismo se calibr con

las mediciones de monxido de carbono para el trfico en la ruta 101 de EE.UU. en Sunnyvale,

California .

Despus de una validacin exitosa, el modelo recibi el respaldo de la. Agencia de

Proteccin Ambiental (EPA) de Ee. Uu. el cual fue puesto pronto en uso en una variedad de

escenarios para predecir los niveles de contaminacin del aire en las proximidades de las rutas.

Modelos de dispersin para fuente lineal

El tratamiento que se da de las fuentes mviles en los modelos de dispersin es

considerarlas como fuentes lineales que siguen el trazado de las carreteras, con tasas de emisin

uniforme por unidad de longitud. (Alemany & Lpez Jimnez, 2004) El modelo considera

caractersticas de la fuente como han de ser el volumen del trfico, velocidades de los

9

vehculos, emisin de flota. Adems, se tratan la geometra del camino, las condiciones del

terreno circundante y la meteorologa local.

La solucin para una fuente lineal infinita es:

donde:

x es la distancia entre el observador y la carretera

y es la altura del observador

u es la velocidad media del viento

es el ngulo de inclinacin de la lnea de origen en relacin con el marco de

referencia

c y d son la desviacin estndar de la direccin del viento horizontal y vertical (medido

en radianes), respectivamente.

Esta ecuacin se ha integrado en una solucin de forma cerrada utilizando la funcin de

error (erf). Se pueden realizar variaciones en la geometra para incluir a toda una lnea infinita,

segmentos de lnea, lneas elevadas o un arco hecho de segmentos. En cualquier caso, se pueden

calcular concentraciones del contaminante como curvas tridimensionales.

El modelo CALINE es un modelo gaussiano de estado estacionario diseado para

determinar concentraciones de contaminantes atmosfricos en un receptor situado viento abajo

de una ruta en un terreno relativamente sencillo. CAL3QHC y CAL3QHCR se basa en la matriz

de CALINE3 pero incluyen un modelo de trfico que contempla zonas de atasco y puntos

calientes -como semforos o cruces. Actualmente, se encuentra disponible nicamente en

lenguaje FORTRAN (lenguaje de programacin) y se limita a monxido de carbono. El modelo

CALINE3 se suele utilizar para autopistas y el modelo CAL3QHC para las intersecciones

semaforizadas.

Se han desarrollado varios modelos ms recientes que emplean algoritmos lagrangianos

para situaciones de estado no estacionario. HYROAD (HYbrid ROADway Model) incorpora

mdulos histricos que simulan los efectos del trfico en forma de vehculos individuales. Este

modelo utiliza datos de viento y estabilidad deducidos de las salidas del modelo trfico. Puede

proporcionar concentraciones horarias de CO y otros contaminantes gaseosos, partculas y

compuestos txicos.

El modelo TRAQSIM incorpora un algoritmo gaussiano para estado no estacionario. Es

decir, combina la simulacin del trfico y la dispersin gaussiana en un sistema completamente

integrado (una simulacin verdadera) transformando los vehculos individuales en fuentes mviles

discretas. TRAQSIM fue desarrollado para ser el sucesor a los modelos de la familia de CALINE

y de CAL3QHC y est actualmente bajo cuidado de Laboratorios Wyle. El siguiente paso en el

desarrollo de TRAQSIM ser incorporar mtodos para modelar la dispersin del material

particulado (PM) e hidrocarburos aromticos policclicos (HAPs). (Ministerio de Ciencia e

innovacin)

10

Modelos Europeos o Americanos

Los modelos creados para las condiciones de Europa o Amrica tienen consecuencias,

especialmente en el aspecto de la meteorologa. En general, no existen muchas experiencias con

las condiciones tropicales. Las condiciones climticas en la regin tropical son diferentes de

Europa, especialmente en dos aspectos, que son la posicin geogrfica y las estaciones en el

aspecto de lluvia.

Muchos de los programas no consideran la lluvia como factor que afecta la inmisin,

porque en Europa, el ao no se divide en estacin seca y lluviosa, sino que existe una

distribucin uniforme de las precipitaciones durante el ao. Para la estacin seca, se puede

esperar una contaminacin ms alta que la calculada, para los meses de la estacin lluviosa una

contaminacin ms baja. Sin embargo, el promedio anual debera ser correcto. (Varios, 2000)

11

3. Descripcin ambiental

4.a - Generalidades de La Plata La Plata es el principal centro poltico, administrativo y educativo de la provincia. Fue

fundada oficialmente por el gobernador Dardo Rocha el 19 de noviembre de 1882.

Esta ciudad es reconocida por su trazado, un cuadrado perfecto con diagonales que la cruzan

formando rombos dentro de su contorno, bosques y plazas colocadas con exactitud cada seis

cuadras. Por esto la ciudad fue premiada en la Exposicin Universal de Pars en 1889, con dos

medallas doradas en las categoras Ciudad del Futuro y Mejor realizacin construida.

Con una poblacin estimada por el ltimo Censo Nacional (2001) en 599.000

habitantes, y una superficie territorial de 940,38 kilmetros cuadrados, la densidad

habitacional refleja 585,2 habitantes por kilmetro cuadrado, convirtindola en la ms

populosa de la Provincia.

Tambin, es la ms desarrollada y asiento natural de las autoridades bonaerenses.

(Municipalidad de La Plata)

La Encuesta Permanente de Hogares (EPH) del INDEC, de la segunda mitad 2010,

revel que La Plata es la ciudad con la mayor proporcin de indigentes del pas, con un 5,8%

del total de sus habitantes en esta situacin.

La ciudad cuenta con un trnsito medio anual de 44680, y se registra para la zona de

estudio un mximo de 7596 vehculos (sin discriminar) por hora2. El principal transporte pblico

es el colectivo. En el interior del casco urbano corren 16 lneas de colectivos, 3 municipales

semirpidos, 7 provinciales de recorrido urbano y 2 nacionales, las cuales comunican con las

localidades colindantes a la ciudad.

2 Datos brindados por el Centro de Investigaciones pticas (CIOp)

12

(*) Ntese como en 1991 a 2001 desaceler su crecimiento, como le sucedi a muchas ciudades argentinas; sin embargo, mantiene an un incesante crecimiento.

Meteorologa

El clima es templado, la temperatura media anual ronda los 16,3 C y las

precipitaciones medias anuales estn calculadas en 1023 mm. Por su cercana al Ro de la

Plata la humedad tiende a ser abundante, siendo la humedad media anual de 77,6%. En cuanto

al viento, su intensidad media anual llega a 12 km/h, siendo predominantes los vientos

provenientes del Este, Noroeste y Sudeste.

Su temperatura ms alta fue de 39 C en verano y su mnima de -5,7 C en invierno,

segn los datos estadsticos registrados para el perodo 1981-1990. (Servicio meteorolgico

nacional)

Me

s Temperatura (C) Humeda

d

relativa

(%)

Viento

medio

(km/h

)

Nmero de das con Precipitacin

mensual

(mm)

Mxim

a

media

Medi

a Mnim

a

media

Ciel

o

clar

o

Cielo

cubiert

o

Precipitaci

n

Ene 29.4 23.1 18.0 75 17 12 6 8 115.7 Feb 27.8 22.0 17.3 79 16.9 12 6 7 107.9 Mar 25.4 19.8 15.1 80 14 14 6 9 140.2 Abr 21.8 16.3 11.8 82 12.3 12 6 7 70.1 Ma

y 17.8 12.6 8.3 81 14.2 10 8 7 88.6

Jun 14.4 9.7 5.6 84 13.3 9 10 6 37.5 Jul 14.0 8.9 5.2 84 14.3 10 11 7 47.5 Ago 16.1 10.7 6.4 81 16.6 11 9 7 61.4 Sep 17.6 12.3 7.5 79 18.8 11 8 7 79.1 Oct 21.1 15.6 10.7 79 17.8 10 8 9 126.6 No

v 24.0 18.5 13.6 77 18.1 11 7 9 118.1

Dic 27.3 21.0 15.9 74 17.6 11 6 9 99.9

0

200000

400000

600000

1960 1970 1980 1991 2001 *

habitantes 337060 391247 459054 521936 563943

Habitante

s

Crecimiento poblacional (1960-2001)

13

Calidad de Aire

El Decreto provincial 3395/96 define como Nivel gua de calidad de aire ambiente a

aquellas concentracin de contaminantes debajo de cuyos valores se estima, para el grado de

conocimiento del que se dispone, que no existirn efectos adversos en los seres vivos. Este es de

aplicacin sobre generadores de emisiones gaseosas quedando excluidas las fuentes mviles. En

el mismo se establece como nivel gua de calidad de aire para el monxido de carbono 10 ppm

para un perodo de exposicin de 8 horas y de 40 ppm para perodos de 1 hora, sin poderse

superar este valor ms de una vez al ao. (Ver anexo 7.c.)

Para este trabajo no se encontr informacin histrica de concentraciones de monxido

de carbono para la ciudad de La Plata. A partir de estudios en Rosario y Mendoza se supuso

una concentracin base de 3ppm para zonas suburbanas.

14

4. Metodologa

5.a Modelo para factores de emisin

Emfac2007

Este modelo almacena informacin respecto del estado de California, USA. A partir de

la misma se puede calcular los factores de emisin para distintos escenarios (cuenca atmosfrica,

condado, ciudad) a partir de informacin bsica como son la poblacin vehicular y datos

meteorolgicos.

El EMFAC2007 define flota de vehculos al conjunto de vehculos de distintas clases. El

modelo define 13 clases (ver tabla) y establece relaciones porcentuales entre ellas acorde a los

datos almacenados para cada sitio. Adems, discrimina los distintos tipos de combustible que

utiliza, los aos de antigedad que se encuentra en circulacin para cada clase y los intervalos a

los cuales se debe inspeccionar o realizarle mantenimiento al rodado.

Este modelo considera dos tipos de fenmenos de emisin:

Running exhaust: los contaminantes emitidos por el cao de escape cuando el auto est en

movimiento

Running losses: los gases que superan la capacidad del filtro de carbn y aquellos que puedan

escaparse del sistema del combustible por evaporacin

Los primeros anlisis de los automviles sin control de emisin muestran que las fuentes

de emisin son las siguientes:

15

% de Contaminante

Fuente CO HC NOx Partculas

Escape 100 62 100 90

Emisin del crter 20 10

Evaporacin del tanque de combustible 9

Evaporacin del Carburador 9 (Wark & Warner, 1998)

Esta herramienta calcula los factores de emisin para los siguientes contaminantes:

- Hidrocarburos. Expresados en gases orgnicos totales (TOG), gases orgnicos reactivos

(ROG), total hidrocarburos (THC) o Metano. Los TOG incluye todos los gases orgnicos

emitidos a la atmsfera. La clase ROG es lo mismo que la EPA define como VOC

(compuestos orgnicos voltiles).

- Monxido de carbono (CO).

- xidos de nitrgeno (NOx).

- Dixido de carbono (CO2).

- Material particulado. Estima el material particulado de 10 micrones o menos de

dimetro (PM10) y partculas de 2,5 micrones o menos (PM2,5)

- xidos de azufre (SOx). La emisin de azufre es funcin del contenido de sulfuro en el

combustible.

- Plomo. La emisin de plomo es funcin del contenido de plomo en el combustible.

El modelo ofrece 3 modos de salida: Burden, Emfac y Calimfac modes. Cada modelo

corresponde a una lista de opciones de informacin de salida.

Burding mode: Este modo se utiliza para el clculo en un rea especfica obtenindose los

informes de las emisiones totales en ton/da para cada contaminante, clase de vehculo y para

la flota total. El burding mode utiliza los factores de emisin corregidos por las condiciones

ambientales combinadas con la velocidad y la actividad del vehculo.

Emfac mode: Este modo genera factores de emisin en gr de contaminante/ vehculo en

actividad. Los factores de emisin dependern de los datos bsicos del escenario, y del ao,

mes o estacin en estudio. En Emfac mode se calcula una matriz de factores de emisin donde

combina cada temperatura (entre -20F a 120F), humedad relativa (entre 0% y 100%), la

velocidad del vehculo (en espera y 1mph a 65mph) y clase de vehculo/tecnologa. Es este el

modo que se utiliza como entrada para el CALINE.

Calimfac mode: Se utiliza para calcular las tasas bsicas de emisin (BER) para cada clase

de vehculo y ao del modelo. A medida que envejece, las emisiones de los vehculos aumentan

con el kilometraje (tasa de deterioro). Los VER se basan en pruebas de conduccin

estandarizadas.

16

Como se observa en la imagen, el Emfac mode permite introducir la temperatura,

humedad relativa y velocidad promedio para ajustar el modelo a la realidad. Para acotar los

resultados, introduciremos la temperatura y humedad relativa promedio anual. Y utilizaremos

todo el rango de velocidades.

Se puede ofrecen distintos tipos de ficheros de salida, de los cuales es preferible

seleccionar el RTL (Tarifa de impacto detallada) que por su extensin, es compatible con

cualquier programa de hoja de clculo. Este archivo genera informacin detallada para cada

clase de vehculo combinando la tecnologa.

El programa permite corregir los datos sobre la fraccin emitida por evaporacin y por

cao de escape; poniendo a disposicin que se modifiquen los perodos I/M (inspeccin

mantenimiento).

En las ventanas siguientes se pueden agregar datos sobre poblacin vehicular, la

composicin de la flota, la cantidad de vehculos que viajan por da y las millas totales viajadas

por vehculo (VMT). El usuario debe tener en cuenta que existe uan interdependencia entre estos

cuadros de dilogo. Por ejemplo, al editar la poblacin vehicular esto afectar por defecto el

VMT y tiempo estimado de viaje.

17

Por ltimo, se puede modificar la distribucin de velocidad asignada para cada clase

de vehculo con respeto a las horas del da y el tiempo de inactividad, principal correccin para

los camiones de servicio pesado. (Air Resources Board, 2007)

5.c Modelo de dispersin de contaminantes Debido a la falta de accesibilidad a modelos ms complejos se emple el CALINE4:

modelo de dispersin para fuentes lineales continas de emisin infinita. (Buitrago Arango,

2003)

CALINE4 es un modelo de microescala bidimensional, posee un lmite para dimensiones

horizontales de 500 m. Para los clculos divide la carretera en vnculos individuales, calculando

para cada uno las respectivas concentraciones. Luego, las suma para formar una estimacin de

la concentracin total para un receptor particular.

Las concentraciones a favor del viento se modelan mediante la formulacin de Gauss

para fuentes lineales finitas; para los dems casos, las ecuaciones se han modificado para

considerar la turbulencia mecnica creada por los vehculos en movimiento y la turbulencia

trmica del escape caliente a lo largo de la carretera, regin considerada como una zona de

emisiones y turbulencia uniforme. Su principal limitacin es que no existe validacin para las

situaciones de lluvias. (Caltrans, 1989)

Este modelo es un programa de dominio pblico, se encuentra validado por US-EPA y se

disponen de interfaces de usuario para Windows. La ltima fecha de revisin registrada data

de 1998

18

CL4

CL4 es una interfaz grfica basada en Windows diseada para facilitar la entrada de

datos brindada por Caltrans.

Entre distintas opciones permite determinar el tiempo promedio del ensayo y cmo

ser el ngulo del viento con respecto a la carretera. Se recomienda la opcin de Worst case

wind angle la cual selecciona los ngulos de viento que provoquen las ms altas

concentraciones sobre los receptores.

Podemos determinar la cantidad de turbulencia local que afecta a la pluma de difusin

gracias a variaciones del coeficiente de rugosidad aerodinmica.

El programa ofrece una matriz para definir la red de carretera que se desea modelar.

Cada segmento de lnea recta se define como enlace. Cada fila de la matriz corresponde a un

enlace, pudindose introducir hasta 20. Los tipos de enlace pueden ser:

- En grado: Supone una leve elevacin que se determinar en la celda de Altura Link

- De relleno: Asume que el flujo de aire sigue la superficie del terreno, no hay elevacin.

- Depresin: Para las zonas de depresin CALINE4 aumenta el tiempo de residencia del

aire en la zona de mezcla.

Coeficiente de Rugosidad (cm)

Tipo de zona

0.002 Mar, rea pavimentada, marea plana, desierto

0.5 Playas, hielo, pantanos, campo cubierto de nieve

3 Pradera o campo cultivado, tundra, aeropuerto

10 rea con cultivos bajos, obstculos ocasionales (arbustos)

25 Cultivos altos, obstculos dispersos, viedos

50 Mezcla de campo y grupos forestales, huerta, edificios dispersos

100 Cobertura regular con grandes obstculos, casas suburbanas, aldeas, bosques maduros

>200 Centros de las grandes ciudades, bosques irregulares con claros dispersos

19

- Puente: CALINE4 brinda una modelizacin cuando el aire pasa por encima y debajo del

enlace.

- Estacionamiento: en este caso se realiza un ajuste para considerar la reduccin mecnica

y la turbulencia trmica prevista por el movimiento lento y el arranque en fro de

vehculos.

La zona de mezcla se define como el ancho de la calzada ms 3m de cada lado.

La actividad del enlace es proporcionada por el volumen de trfico (vehculos/h) y el factor

de emisin (gr/km/vehculo) que se obtiene como dato de salida del EMFAC.

El modelo precisa de una serie de datos meteorolgicos como son: velocidad, direccin y

desviacin estndar del viento; clase de estabilidad atmosfrica; altura de la zona de mezcla;

la temperatura ambiente y el fondo preexistente de monxido de carbono.

La pantalla final contiene los datos de entrada y muestra un diagrama de la geometra de

los enlaces y la posicin de los receptores. (Coe, Eisinger, Prouty, Technology, & Peluma, User's

guide for cl4: A user friendly interface for the caline4 model for transportation project impact

assessments, 1998)

20

5. Resultados

El modelo Emfac2007 para los datos

Sesin: Annual -- Area: Fresno

Temperatura: 61F -- Humedad relativa: 78%

Arroj los siguientes resultados:

velocidad Factor de emisin

(mph) (mgr/mile)

0 4,562

5 9,844

10 7,957

15 6,673

20 5,771

25 5,125

30 4,661

35 4,339

40 4,138

Con los datos resultantes de EMFAC2007 se corri el CALINE4. La matriz utilizada se

adjunta en el Anexo 7.b. con las coordenadas para los link. La posicin del receptor est

elevada 3m debido al inters de modelar un departamento que se encuentra en un segundo

piso con ventanal sobre la avenida.

A continuacin se muestra la imagen final resultante del CALINE4,

0

5

10

15

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Velocidad (mph)

Factor de emisin

Factor de emisin

21

6.a - Discusin Debido a la falta de informacin pblica sobre la flota de vehculos se supuso una

composicin similar a la de Fresno, EeUu. Lo mismo se supuso con respecto a la antigedad de

automotores, perodo I/M y modelos para cada clase.

Considerando que la zona cuenta con dos zonas de atasco, el modelo ms apropiado

para correr habra de ser el CAL3QHC o CAL3QHCR, por tanto se esperan resultados del CAL4

menores a los reales en este sentido.

Dada la cantidad de datos que se seleccionaron con criterio pero sin precisin, resulta

evidente la necesidad de mediciones de campo que enriquezcan los modelos.

6.b Limitaciones No existen publicaciones de acceso pblico en donde se releven los impactos

medioambientales de rutas o autopistas dentro de la Provincia de Buenos Aires. Entendiendo que

por ser informacin que afecta al grueso de la poblacin debiera ser de fcil acceso y

comprensin para cualquier ciudadano sin importar su formacin.

No se encuentran disponibles interfaces para la mayora de los programas que modelan

fuentes lineales. Encontrndose slo aquellas que deben ser abonadas a particulares por montos

altsimos. En este sentido, creo que son los organismos regulatorios los que deben brindar a la

22

comunidad las herramientas para facilitar los controles, siendo este el principal paso para

democratizar estos organismos.

6.c - Conclusiones El nivel predicho por el modelo es levemente menor a la mitad del mximo de concentracin

recomendado para un ambiente laboral. Considerando que en una vivienda familiar se triplican

los tiempos de residencia, no podemos descartar que exista una situacin de riesgo para sus

habitantes.

Sera interesante profundizar en esta lnea pudiendo modelar otros contaminantes que

puedan producir daos acumulativos. El monxido de carbono se relaciona con la hemoglobina

por un equilibrio de concentraciones parciales, pero qu sucede con aquellos contaminantes que

tienen otra forma de accin, como el material particulado que se deposita en el sistema

respiratorio.

23

6. Bibliografa

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25

7. Anexos

7.a - Rectificacin de la zona

puntos x y

a 0 0

b -35,3553391

35,3553391

c -106,066017

-35,3553391

d -70,7106781

-70,7106781

7.b - Modelizacin de las calles

recta A Y = - x

recta B Y = 70,71 + x

recta C Y = -141,42 - x

recta D Y = x

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

-120 -100 -80 -60 -40 -20 0

calle 13

calle 532

calle 14

calle 32

26

puntos x y

a 100 -100

b -100 100

c 100 170,71

d -120 -49,29

e -100 -100

f 100 100

g -200 58,58

h -50 -91,42

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

-300 -200 -100 0 100 200

linea 1

linea 2

linea 3

linea 4

27

7.c - Decreto N 3395/96 Artculo 1 : Todo generador de emisiones gaseosas que vierta las mismas a la atmsfera, y se

encuentre ubicado en el territorio de la Provincia de Buenos Aires, en especial los

establecimientos industriales segn la definicin de la Ley N 11.459 y su decreto reglamentario,

queda comprendido dentro de los alcances del presente, de sus anexos I, II, III, IV, V y Apndice

1 que son parte integrante del mismo, segn corresponda a establecimientos existentes o a

instalarse.

Quedan excludas las fuentes mviles; entendindose por tales los vehculos rodados y

naves de aeronavegacin que generen efluentes gaseosos y los viertan a la atmsfera, salvo

que se encuentren incluidos en la definicin de establecimiento industrial de la Ley N 11.459 y

su decreto reglamentario.

Artculo 2: La Secretara de Poltica Ambiental, en su carcter de autoridad ambiental

competente en materia de contaminacin producida en jurisdiccin del territorio provincial, ser

la Autoridad de Aplicacin del presente decreto reglamentario. ()

ANEXO III - NORMA DE CALIDAD DE AIRE AMBIENTE - TABLA A - CONTAMINANTES BSICOS

Monxido de carbono CO -- mg/m3

10,000 (1) - 8 horas

40,082 (1); 35 (1) - 1 hora

(1) No puede ser superado este valor ms de una vez al ao.

Observaciones: Estndares fijados por E.P.A. STP (298.13 K = 25C y 1 ATM).

Niveles gua de calidad de aire ambiente:

Los niveles gua de calidad de aire representan el mejor criterio cientfico actual, pero es

necesario una revisin peridica de los mismos adecundolos a los nuevos conocimientos sobre

los contaminantes. Con el propsito de adoptar valores resultantes de un criterio de clculo nico

y reconocido, se incorporaron los obtenidos a partir de la Concentracin Mxima Permitida,

CMP, (T.L.V. A.C.G.I.H.).

Este valor es corregido por factores de exposicin horaria, semanal, y la introduccin de

factores de seguridad segn la siguiente ecuacin bsica:

Nivel gua = CMP x 1/3 x 5/7 x Factores de seguridad

donde:

1/3 correccin por exposicin 24 horas.

5/7 correccin por exposicin 7 das.

Factores de seguridad: estos son calculados teniendo en cuenta numerosas variables, tales como:

efectos cancergenos, irritantes, toxicidad, propiedades fsicas, poblaciones expuestas, sexo, etc.

A estos datos se accede consultando bases de datos y bibliografa especializada. La evaluacin

de toda la informacin permite calcular los factores de seguridad que se introducirn en la

frmula. ("Air Toxics and Risk Assessment". Calabrese, E. J. and Kenyon, E. M. - Lewis Publishers,

Inc. USA, 1991).