Embed Size (px)
Citation preview
TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DEL ORIENTE DEL ESTADO DE MÉXICO
ACADEMIA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
CUADERNILLO DE APOYO PARA LA ASIGNATURA DE:
CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
PROFESOR: DAVID ROMERO FONSECA
LOS REYES LA PAZ A 20 DE FEBRERO DEL 2010
Índice
Página
Introducción
I
Capítulo 1. Conceptos básicos
1.1 La atmósfera 1
1.2 Fundamentos de meteorología 5
1.3 Estaciones meteorológicas 10
1.4 Los instrumentos meteorológicos 17
Capitulo 2. Contaminación de la atmósfera.
2.1 Concepto 23
2.2 Fuentes de contaminación 24
2.3 Tipos de contaminantes 27
2.4 Efectos de la contaminación en la salud humana 28
Capitulo 3.Transporte y dispersión de contaminantes atmosféricos.
3.1 Conceptos básicos. 39
3.2 Circulación global de los contaminantes. 40
3.3 Características generales en las plumas en chimeneas. 42
3.4 Modelos de dispersión. 46
3.5 Características generales de las chimeneas 47
3.6. Cálculo de la altura efectiva de la chimenea 51
3.7 Efectos del tipo de fuente en la elevación de la pluma 55
Tipos de plumas 59
Capitulo 4 Monitoreo
4.1 Monitoreo en fuentes móviles y factores de emisión. 63
4.2 Monitoreo de emisiones 66
4.3 Procesos de emisión en vehículos automotores 67
4.4 Monitoreo atmosférico perimetral. (Imeca) 70
Capitulo 5. Clasificación y características de los dispositivos de control
5.1 Partículas. 76
5.2 Gases y vapores. 86
5.3 Control de olores 89
5.4 Precipitadores electrostáticos 95
Bibliografía
Introducción.
La contaminación atmosférica en los últimos años surge como una
problemática alarmante no solo a nivel nacional, sino internacional debido a las
graves afectaciones que genera en la salud de los seres vivos y en especial al
hombre.
Con la elaboración del presente cuadernillo, se pretende que los alumnos de la
carrera de Ingeniería Ambiental y en particular aquellos que se encuentren
cursando la materia de Contaminación Atmosférica, cuenten con una guía lo más
completa posible de los contenidos temáticos de dicha asignatura.
Cabe aclarar, que este tipo de instrumentos didácticos no sustituyen de
ninguna manera a los libros de texto especializados en la materia, tampoco a la
actividad de enseñanza aprendizaje; sino que simplemente es una referencia más
para el estudiante que necesita delimitar y conocer el valor temático de ésta
asignatura.
En la primera unidad se conocerán los conceptos fundamentales de la
atmósfera y su composición, así mismo se informa acerca de la meteorología que
es una ciencia, de la cual se apoya esta asignatura así como las estaciones
meteorológicas y la instrumentación empleada en éstas.
En la segunda unidad se conocerá acerca del concepto de contaminación
atmosférica, su clasificación, fuentes y efectos en la salud y repercusiones en las
actividades humanas. En el tercer capítulo se mencionan los principales
mecanismos de transporte, dispersión de los contaminantes así como los
principales modelos matemáticos que se usan para la descripción del movimiento
y comportamiento de los contaminantes en la atmósfera.
Para el cuarto capítulo se describe básicamente el monitoreo atmosférico y las
fuentes que generan la emisión de sustancias a la atmósfera.
Además se describe el alcance del Índice Metropolitano de la Calidad del
Aire mejor conocido por todos como (IMECA) que es un mecanismo que alerta y
da información continua acerca de la calidad atmosférica de la zona metropolitana.
Finalmente en el último apartado se da a conocer la clasificación,
características y aplicaciones de algunos de los dispositivos de control más
importantes a nivel industrial y comercial para abatir la emisión de contaminantes
atmosféricos.
Por último es necesario mencionar, que este documento es un compendio
obtenido de distintas fuentes bibliográficas y es como todo material susceptible de
perfeccionamiento. De antemano espero que sea de gran utilidad y sirva como un
granito de arena más para el desarrollo de nuestros alumnos y en general de
nuestra querida institución.
1
Unidad 1. Conceptos básicos.
Objetivo Educacional. El es tudiante a dquirirá l os fundamentos s obre l a
atmósfera y su relación con la meteorología.
1.1 La atmósfera
Comenzó a formarse hace unos 4600 millones de años con el nacimiento de la
Tierra. La m ayor parte de l a atmósfera primitiva se perdería en el espacio, pero
nuevos g ases y v apor de agua s e fueron l iberando de l as r ocas q ue forman
nuestro planeta. La atmósfera de l as pr imeras épocas de la historia de l a T ierra
estaría formada por vapor de agua, dióxido de carbono (CO2) y nitrógeno, junto a
muy peq ueñas c antidades d e hi drógeno ( H2) y m onóxido de c arbono per o c on
ausencia d e oxígeno. E ra una at mósfera ligeramente r eductora has ta q ue l a
actividad fotosintética de los seres vivos introdujo oxígeno y ozono y hace unos
1000 m illones d e año s l a at mósfera l legó a t ener un a c omposición s imilar a l a
actual.
La atmósfera es una masa gaseosa que rodea la tierra y permite la vida en está
porque c ontiene, entre ot ros g ases, ox igeno y di óxido de c arbono. E l ox igeno
permite l a r espiración y el di óxido de c arbono s irve par a l a f otosíntesis. E n el
medio a t ravés del cual se transporta agua desde los océanos a l os continentes.
Constituye u n es cudo pr otector del pl aneta porque absorbe las r adiaciones
peligrosas, como l os r ayos c ósmicos y g ran par te de l os r ayos ul travioleta, q ue
producirían la muerte de l os organismos vivos; además, estabiliza la temperatura
de la tierra. Ver figura 1.
2
Descripción de las capas que constituyen la atmósfera
Figura 1 Fuente:www.encolombia.com/medioambiente/Atmosfera Los dos principales componentes de la atmósfera son el nitrógeno, con un 78%
del t otal, y el o xígeno, 21% . E l r esto de gases t ienen c oncentraciones m ucho
menor pero son muy importantes. La atmósfera no tiene composición uniforme al
subir en el la. Es mucho más fina que el radio terrestre, en 5.5 km encontramos la
mitad del total de la masa, siendo el 90% en torno a 30 Km.
La temperatura, es un factor importante a considerar al estudiar la atmósfera ya
que esta varía grandemente y es la responsable de la mayoría de si no es que de
todos l os fenómenos físicos q ue i nvolucran al c iclo del agua. Estos c ambios de
temperatura, así como su estratificación se pueden ver en la figura 2.
La t emperatura d e l a atmosfera varía de un a m anera c ompleja según l a al titud.
Según este parámetro, su estructura se puede dividir en cuatro capas o regiones,
con el per fil de t emperatura indicado. Este per fil es tá controlado pr incipalmente
por la absorción de la energía solar en estas capas.
3
Sobre la superficie terrestre y hasta una altitud de unos 12 km se encuentra la
troposfera, en la cual la temperatura disminuye desde los 15ºC valor promedio de
la superficie terrestre, hasta aproximadamente -50ºC .En esta región se manifiesta
la v ida de l os organismos, s e g eneran l os v ientos y l as pr ecipitaciones, s e
observan los cielos soleados o nublados, se transfiere agua de los océanos a los
continentes, s e desplazan l os av iones, etc. E l g radiente d e t emperatura e s
negativo por lo que se produce una mezcla constante de masas de aire, tanto en
la di rección v ertical c omo hor izontal, l o c ual hac e q ue esta c apa t enga g ran
actividad m eteorológica. E l l ímite s uperior de l a t roposfera s e deno mina
tropopausa.
Sobre la tropopausa esta la estratosfera, cuya temperatura posee un gradiente
positivo q ue v a des de -56ºC h asta -2ºC a una al titud d e 50k m. Este t ipo de
gradiente impide la ascensión de las masas de aire f rio por encima de las masa
calientes menos densas. Por esta razón solo ocurren movimientos horizontales de
las masas de aire, lo cual configura una estructura de estratos.
El l ímite ent re l a es tratosfera y la c apa s iguiente, m esosfera, s e den omina
estratopausa. Sobre este límite se extiende una capa que va desde los 50 hasta
los 85 km de altitud. La temperatura varía desde -2ºC hasta -92ºC y, al igual que
la troposfera, el gradiente de temperatura de la mesosfera es negativo: como la
densidad es muy baja prácticamente no existen movimientos de masas gaseosas.
Finalmente esta la región termosfera, separada por la mesopausa, cuya altitud va
desde los 85 hasta más allá de los 500 km.
En ella la temperatura se incrementa de -92ºC hasta 1.200º C, debi do a q ue l a
escasa cantidad de gases absorbe radiación de alta energía, inferior a 200nm.
En c ontraste c on l os grandes c ambios d e t emperatura q ue s e producen en l as
capas de la at mosfera, l a presión d e es ta di sminuye de un m odo r egular a l
aumentar la altitud.
4
Variaciones de temperatura en relación a la altitud atmosférica
Figura 2 Fuente: www.telefonica.net/Imagenes/Capas.
Los c omponentes de l a at mósfera s e e ncuentran concentrados cerca de l a
superficie, comprimidos por l a at racción de l a g ravedad y , conforme aumenta la
altura l a de nsidad d e l a at mósfera disminuye c on g ran r apidez. E n l os 5, 5
kilómetros más cercanos a la superficie se encuentra la mitad de la masa total y
antes de los 15 kilómetros de altura está el 95% de toda la materia atmosférica.
La mezcla de g ases q ue l lamamos aire mantiene l a proporción d e s us
distintos c omponentes c asi i nvariable h asta l os 80 k m, au nque cada v ez m ás
enrarecido (menos denso) conforme vamos ascendiendo. A partir de los 80 km la
composición se hace más variable. En la tabla 1 s e muestran las composiciones
porcentuales y ot ras características de l os pr incipales g ases q ue c omponen l a
atmósfera.
5
Otros gases de interés presentes en l a atmósfera son el vapor de ag ua, el
ozono y diferentes óxidos de nitrógeno, azufre.También hay partículas de polvo en
suspensión c omo, por ej emplo, par tículas i norgánicas, pequeños or ganismos o
restos de ellos, NaCl del mar, etc. Muchas veces estas partículas pueden servir de
núcleos de c ondensación en l a formación de nieblas ( smog o nebl umo) mu y
contaminantes.
Principales sustancia que conforman la atmósfera y porcentaje en masa
componente masa molar % molecular % masa espesor relativo
N2 28.02 78.08% 75.51% 6.35 km O2 32.00 20.95% 23.14% 1.68 km Ar 39.94 0.93% 1.28% 74 m Ne 20.18 18 ppm 13 ppm 15 cm He 4.00 5 ppm 0.7 ppm 4 cm Kr 83.70 1 ppm 2.9 ppm 8 mm H2 2.02 0.5 ppm 0.03 ppm 4 mm
CO2 44.01 350 ppm 533 ppm 2.8 m O3 48.00 0-12 ppm 0-20 ppm 0-1 mm
H2O 18.02 0-4 % 0-2.5% 0-300 m Tabla 1 Fuente: propia
1.2 Fundamentos de meteorología.
El viento, l a hum edad, l a i nversión y l as pr ecipitaciones t ienen un pap el
importante en el aumento o disminución de la contaminación.
El v iento g eneralmente favorece l a di fusión d e l os c ontaminantes y a q ue
desplaza las masas de ai re en función de l a presión y la temperatura. E l efecto
6
que puede causar el viento depende de los accidentes del terreno o incluso de la
configuración de los edificios en las zonas urbanizadas.
Al contrario del v iento, la humedad juega un pap el negativo en l a evolución
de los contaminantes ya que favorece la acumulación de humos y polvo. Por otra
parte, el v apor d e ag ua p uede r eaccionar c on c iertos ani ones a umentando l a
agresividad de los mismos, por ejemplo el trióxido de azufre en presencia de vapor
de agua se transforma en ác ido sulfúrico, lo mismo ocurre con los cloruros y los
fluoruros para dar ácido clorhídrico y fluorhídrico respectivamente.
• Inversión térmica.
Normalmente, l a t emperatura d el ai re di sminuye c on l a di stancia, d e t al
manera que en una atmósfera normal hay una disminución de 0.64 a 1.0 ºC cada
100 metros en la zona más próxima a la superficie de la tierra, llamada troposfera;
por enc ima de el la l a t emperatura di sminuye más r ápidamente. E ste s ería el
radiante t érmico n ormal, p ero b ajo d eterminadas c ondiciones or ográficas y
climatológicas este gradiente puede al terarse d e t al manera q ue a u na
determinada altura la temperatura del aire es superior a la de una altura inferior.
El problema que esto crea es impedir la dispersión vertical de los humos y de
otros c ontaminantes enviados a l a at mósfera por l as i ndustrias, c alefacciones,
motores de explosión, actividades urbanas etc.
El fenómeno d e i nversión t érmica s e pr esenta c uando en l as noches
despejadas el suelo ha perdido calor por radiación, las capas de aire cercanas a él
se en frían más r ápido q ue l as c apas superiores de ai re l o cual p rovoca q ue s e
genere un gradiente positivo de temperatura con la altitud (lo que es un fenómeno
contrario al q ue s e presenta normalmente, l a temperatura de l a t roposfera
disminuye con la altitud).
7
Esto provoca que la capa de aire caliente quede atrapada entre las 2 capas de
aire f río s in poder c ircular, ya que la presencia de l a capa de ai re f río cerca del
suelo l e da g ran es tabilidad a l a at mósfera por que pr ácticamente no h ay
convección térmica, ni fenómenos de t ransporte y di fusión de gases y esto hace
que disminuya la velocidad de mezclado vertical entre la región que hay entre las
2 capas frías de aire.
El fenómeno c limatológico d enominado inversión térmica se pr esenta
normalmente en las mañanas frías sobre los valles de escasa circulación de aire
en todos los ecosistemas terrestres. También se presenta este fenómeno en las
cuencas cercanas a las laderas de las montañas en noches frías debido a que el
aire f río de l as l aderas des plaza al ai re c aliente de l a c uenca pr ovocando el
gradiente positivo de temperatura. Este fenómeno se ilustra en la figura 4.
Actividad en las inversiones térmicas
Figura 3 Fuente: www.cepis.ops-oms.org
Cuando se emiten contaminantes al aire en condiciones de inversión térmica,
se ac umulan ( aumenta s u c oncentración) debi do a q ue l os f enómenos de
transporte y difusión de los contaminantes ocurren demasiado lentos, provocando
8
graves episodios de c ontaminación atmosférica de c onsecuencias graves para la
salud de los seres vivos.
La i nversión t érmica es un fenómeno pel igroso par a l a v ida c uando hay
contaminación porque al comprimir la capa de aire frío a los contaminantes contra
el s uelo l a c oncentración de l os g ases t óxicos pue de l legar has ta eq uivaler 14
veces más de lo que normalmente se esperaría
Generalmente, la inversión térmica se termina (rompe) cuando se calienta el suelo
y vuelve a emitir calor lo cual restablece la circulación normal en la troposfera.
• Vientos
Los v ientos s on l os des plazamientos de ai re en l a at mósfera. S u or igen s e
debe a l a di ferencia de pr esión ent re ár eas ant iciclónicas y c iclónicas, q ue s on
emisoras y receptoras de v iento respectivamente. Cuanto mayor es la diferencia
de pr esión, m ayor s erá l a v elocidad de l os v ientos. D e es ta f orma t iende a
restablecerse el equilibrio de las masas de aire de la atmósfera.
Los vientos se caracterizan por no soplar en l ínea recta ya que la rotación de la
tierra les otorga un movimiento circular:
Hemisferio Norte: El viento sopla en el sentido de las agujas del reloj.
Hemisferio Sur: El viento sopla en sentido contrario de las agujas del reloj.
De acuerdo a la duración se clasifican en:
Permanentes: Soplan t odo el añ o en l a m isma dirección. Los v ientos
alisios se or iginan en los ant iciclones oceánica permanentes cerca del los
30º d e l atitud en ambos c ontinentes y se di rigen hac ia l os c iclones
ecuatoriales. Al pasar sobre los mares se cargan de h umedad provocando
precipitaciones. Al llegar a estas zonas se calientan y elevan convirtiéndose
en c ontralisios q ue s e des plazan en di rección o puesta. O tros v ientos
permanentes s on l os oc cidentales e n l as latitudes medias y l os v ientos
polares.
9
Periódicos: Cambian de di rección de acuerdo a la estación del año o al
momento del día. Durante el verano los vientos monzones se atraídos por
los centros c iclónicos del centro de A sia y se or iginan en l os anticiclones
oceánicos.
Son c álidos y húm edos d ebido a s u pr ocedencia marina. Durante el
invierno el centro del continente se convierte en un centro anticiclónico que
emite v ientos fríos y secos hac ia el mar. O tros v ientos per iódicos son las
brisas m arinas. D iariamente s oplan des de el m ar, q ue es tá más f resco,
hacia el continente durante el día y en dirección contraria durante la noche.
Locales: Soplan en una r egión det erminada t odo el a ño en l a m isma
dirección. Son ej emplos c aracterísticos de n uestro p aís l os v ientos
Pampero (frío y seco), Sudeste (frío y húmedo) y Zonda (cálido y seco).
• Humedad
La h umedad es l a c antidad d e v apor de agua c ontenido en el ai re. Su
existencia se debe pr incipalmente a l a evaporación del agua ex istente en r íos y
mares y en m enor m edida a l a ev apotranspiración de pl antas y ani males. E se
vapor as ciende e n l a at mósfera h asta l legar a c apas frías d onde c ondensa
formando las nubes. Estas se componen de pequeñas gotas de agua o agujas de
hielo.
Estas formaciones s e s ostienen g racias a l a acción de corrientes de ai re
ascendentes:
• Cirros: Se ubican entre los 8.000 y 12,000 metros de altura. Son blancas y
con forma de largos filamentos. Suelen preceder un descenso de la presión
atmosférica.
• Cúmulos: Se ubican entre los 1.000 y 5.000 metros de altura. Son blancas
y redondeadas. Suelen observarse en verano precediendo una tormenta.
10
• Nimbos: Se ubican entre los 200 y 2.000 metros de altura. Son oscuras y
producen lluvias.
• Estratos: S e ubi can por debajo de los 60 0 metros de altura. F orman u n
manto uni forme formando c apas s uperpuestas. S e o bservan en días
totalmente nublados.
• Cuando el vapor de agua condensa cerca de la superficie terrestre recibe el
nombre de niebla, m ientras que s i l o hace sobre superficies acuáticas se
denomina bruma.
• El agua vuelve a l a superficie terrestre por medio de las precipitaciones en
forma de lluvia o nieve, completando el ciclo del agua.
1.3 Estaciones meteorológicas
Una estación meteorológica: Se emplean para estudiar y predecir el tiempo es
estado de l t iempo, con es te f in se c onstruyen obs ervatorios o es taciones
meteorológicas. A ctualmente s e ut ilizan t ecnologías m uy c omplicadas y c aras,
pero el estudio del clima tiene que contemplar siempre los siguientes factores:
• La temperatura: Que s e m ide c on el t ermómetro. Los t ermómetros
tienen dos es calas: C elsius y Fahrenheit. Los eur opeos utilizamos l a
primera, por eso después del símbolo de grados (º) s iempre verás la letra
C.
• La presión atmosférica: Es decir, el peso del aire. Para el lo se ut iliza el
barómetro, que mide la presión en milibares.
• Las precipitaciones: Pueden ser en forma de lluvia, de nieve o de granizo.
El pluviómetro es un aparato que mide la cantidad de agua caída por metro
cuadrado ( la c antidad de ag ua q ue c ae en un cuadrado de un m etro d e
lado).
• El viento: Del que nos interesa la velocidad (se mide con el anemómetro) y
la dirección que lleva (se comprueba con la veleta).
11
En M éxico el e ncargado d e l as es taciones meteorológicas es el Servicio Meteorológico Nacional (SMN), el or ganismo enc argado d e pr oporcionar
información sobre el estado del t iempo a es cala nacional y local en nues tro país,
depende de l a C omisión N acional del Agua ( CNA), q ue forma par te d e l a
Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT).
Para llevar a cabo sus objetivos el Servicio Meteorológico Nacional cuenta con la
red siguiente infraestructura de observación:
Red sinóptica de s uperficie, integrada por 72 obs ervatorios m eteorológicos,
cuyas f unciones s on l as de obs ervación y t ransmisión e n t iempo r eal d e l a
información de las condiciones atmosféricas.
Red sinóptica de altura. Consta de 15 estaciones de radio sondeo, cuya función es
la obs ervación d e l as c apas altas d e l a at mósfera. C ada e stación r ealiza
mediciones de presión, temperatura, humedad y viento mediante una sonda que
se eleva por medio de un globo dos veces al día.
Todos l os o bservatorios m eteorológicos ( estaciones m eteorológicas) de l a r ed
deben trabajar las 24 horas del día los 365 días del año ininterrumpidamente, sin
embargo, por la falta de personal únicamente el 27 % labora de esta forma.
Todas las observaciones y registros se rigen a la normatividad establecida por La
OMM. En esta red se realizan mediciones de los elementos del tiempo atmosférico
de la siguiente forma:
A ni vel hor ario s e l levan r egistros que s on as entados en l os formatos
correspondientes.
Cada 3 hor as, a t iempo r eal y por ac uerdos i nternacionales, par a s er
transmitidas p or di versos m edios de c omunicación al C entro N acional d e
12
Telecomunicaciones Meteorológicas (CNTM), para su posterior retrasmisión
al Centro Meteorológico Mundial de Washington (CMMW) para su difusión
mundial, así como a todos los usuarios nacionales.
Mensualmente con los registros horarios, se realiza un reporte de acuerdo a
la normatividad de la OMM, el cual es transmitido al CNTM a más tardar a
los 4 días siguientes de concluido el mes, para su retransmisión al CMMW
para ser difundida mundialmente.
La t ransmisión d e l a i nformación s e realiza c ada 3 horas a tiempo r eal
(mensajes s inópticos), es d ecir s e d eben r ecibir 8 mensajes por dí a por c ada
observatorio y de ac uerdo al Tiempo del Meridiano d e G reenwich ( GMT). L as
horas en q ue s e e fectúan l as o bservaciones m eteorológicas y s e env ían l os
informes sinópticos se mantienen constantes con respecto a l a hora GMT a ni vel
mundial, independientemente de los cambios que se den en el horario civil. Para
efectos de ev itar confusiones, en l as s iguientes tablas se indican las variaciones
de l a h ora l ocal de v erano y de i nvierno c on r especto a l a h ora G MT, para l os
diferentes husos horarios que rigen el país. En estas horas se reciben los reportes
en el CNTM para la disposición de todos los usuarios.
Horarios de la trasmisión de mensajes sinópticos de la Península de Baja California en México.
Meridiano 120°
Baja California
Hora del Meridiano de Greenwich (Hora de transmisión al CNTM)
Hora Local
Horario de Invierno Horario de Verano
00:00 Z 16:00 hrs. 17:00 hrs.
03:00 Z 19:00 hrs. 20:00 hrs.
06:00 Z 22:00 hrs. 23:00 hrs.
09:00 Z 01:00 hrs. 02:00 hrs.
12:00 Z 04:00 hrs. 05:00 hrs.
15:00 Z 07:00 hrs. 08:00 hrs.
18:00 Z 10:00 hrs. 11:00 hrs.
21:00 Z 13:00 hrs. 14:00 hrs. Tabla 2 fuente SMN (2000)
13
Horarios de la trasmisión de mensajes sinópticos de la región noroeste de México.
Meridiano 105°
Baja California Sur, Sonora, Sinaloa, Nayarit
Hora del Meridiano de Greenwich (Hora de transmisión al CNTM)
Hora Local
Horario de Invierno Horario de Verano
00:00 Z 17:00 hrs. 18:00 hrs.
03:00 Z 20:00 hrs. 21:00 hrs.
06:00 Z 23:00 hrs. 00:00 hrs.
09:00 Z 02:00 hrs. 03:00 hrs.
12:00 Z 05:00 hrs. 06:00 hrs.
15:00 Z 08:00 hrs. 09:00 hrs.
18:00 Z 11:00 hrs. 12:00 hrs.
21:00 Z 14:00 hrs. 15:00 hrs.
Tabla 3 Fuente SMN (2000)
Horarios de la trasmisión de mensajes sinópticos para el resto del país Meridiano 90°
Resto del país
Hora del Meridiano de Greenwich (Hora de transmisión al CNTM)
Hora Local
Horario de Invierno Horario de Verano
00:00 Z 18:00 hrs. 19:00 hrs.
03:00 Z 21:00 hrs. 22:00 hrs.
06:00 Z 00:00 hrs. 01:00 hrs.
09:00 Z 03:00 hrs. 04:00 hrs.
12:00 Z 06:00 hrs. 07:00 hrs.
15:00 Z 09:00 hrs. 10:00 hrs.
18:00 Z 12:00 hrs. 13:00 hrs.
21:00 Z 15:00 hrs. 16:00 hrs. Tabla 4 Fuente: SMN, (2000) La elección de m ontajes de las es taciones, con el fin de q ue p uedan s er
considerados los datos representativos es fundamental, dado que en l os valores
que toman las variables meteorológicas influye, además de la latitud y la altitud, la
14
distancia al mar, la topografía del lugar, la proximidad de grandes masas de agua,
relieve accidentado, vegetación, barreras o cortinas arbóreas, edificaciones etc.
La estación debe situarse con independencia de encontrarse en la zona baja
de un v alle, en u na c umbre o en u na z ona de pen diente ac usada, en un l ugar
despejado.
Una pradera una huerta o un amplio patio puede ser un buen emplazamiento,
siempre que los árboles, muros, o edificios próximos a la estación disten de ésta
como mínimo una distancia igual a la altura de los obstáculos. No conviene situar
la estación en campos totalmente despejados ni en terrazas, ni en tejados, debido
a q ue es tos s itios es tán ex puestos a f uertes r achas de v iento, q ue pr oducen
remolinos de aire y en consecuencia se altera la medida de la lluvia.
Estación Meteorológica Automática Es un conjunto de dispositivos eléctricos y mecánicos que realizan mediciones
de l as v ariables m eteorológicas de forma aut omática ( sobre t odo en forma
numérica).
Una E stación M eteorológica A utomática, es tá c onformada po r un g rupo de
sensores que registran y transmiten información meteorológica de f orma
automática d e l os sitios donde es tán es tratégicamente c olocadas. S u función
principal es la r ecopilación y monitoreo de al gunas variables M eteorológicas
para g enerar ar chivos del pr omedio de c ada 10 minutos de todas l as variables,
esta información es enviada vía satélite en intervalos de 1 ó 3 horas por estación.
La h ora q ue s e ut iliza par a r egistrar l os dat os es el horario TUC ó UT C
(Tiempo U niversal C oordinado) por es ta r azón deber á t ener en c onsideración
este factor para la correcta interpretación de los datos anteriores de las tablas.
El área representativa de las estaciones es de 5 k m de r adio aproximadamente,
en terreno plano, excepto en terreno montañoso.
15
Sensores que integran la Estación: - Velocidad del viento
- Dirección del viento
- Presión atmosférica
- Temperatura y Humedad relativa
- Radiación solar
- Precipitación
Existen dos t ipos d e es tructura donde v an m ontadas l as es taciones: L a de t ipo
andamio y de tipo torre triangular, que se pueden observar en la siguiente figura
Figura 4. Fuente: SMN, (2000)
16
Estaciones meteorológicas atmosféricas (EMA´s) en la región central de México. Hay 25 en el Estado de México, Hidalgo, Tlaxcala y Distrito Federal.
Tabla de Localización de EMA´s en la zona centro de México
ESTADO NOMBRE Latitud Longitud Altitud
DISTRITO FEDERAL EL GUARDA 19°09'17'' 99°04'44'' 2946 DISTRITO FEDERAL LA AGRARIA 19°16'27" 99°09'29" 2272
ESTADO DE MÉXICO ACOLMAN 19°38'05" 98°54'42" 1993
ESTADO DE MÉXICO AMECAMECA 19°07'55" 98°47'10"
2460
ESTADO DE MÉXICO ARCOS DEL SITIO 19°45'59" 99°20'36" 2356
ESTADO DE MÉXICO CHAPINGO 19°29'39" 98°53'19" 2260
ESTADO DE MÉXICO IXTAPALUCA 19°19'52'' 98°52'40'' 2272
ESTADO DE MÉXICO LAGUNA DE ZUMPANGO 19°48'28'' 99°07'51'' 2262
ESTADO DE MÉXICO MANUEL ÁVILA CAMACHO 19°19'13" 98°45'20" 2958
ESTADO DE MÉXICO PRESA GUADALUPE 19°38'01" 99°15'03" 2313
ESTADO DE MÉXICO OTUMBA 19°41'17" 98°45'27" 2384
ESTADO DE MÉXICO SAN MIGUEL ATLAMAJAC 19°44'56" 98°55'55" 2316
ESTADO DE MÉXICO TEPEATLOXTOC 19°34'09" 98°49'29" 2320
ESTADO DE MÉXICO TEQUIXQUIAC 19°54'15" 99°17'30" 2266
HIDALGO ACTOPAN 20°16'50'' 98°58'21'' 1993 HIDALGO IROLO 19° 45'36" 98° 35'26" 2464 HIDALGO IXMIQUILPAN 20°29'46'' 99°10'52'' 2272 HIDALGO LAGUNA DE TECOCOMULCO 19°52'21'' 98°24'15'' 2547 HIDALGO MIXQUIAHUALA 20°13'46'' 99°12'55'' 2009 HIDALGO PRESA ROJO GÓMEZ 20°21'34" 99°19'07" 1996 HIDALGO TAXHIMAY 19°50'14" 99°23'02" 2256 HIDALGO TEZONCUALPA 19°57'57" 98°16'29" 2519 HIDALGO TEZONTEPEC 19°52'42" 98°49'12" 2344 HIDALGO TULA DE LAS ROSAS 20°03'24" 99°20'54" 2054
TLAXCALA SANCTORUM 19°29'25" 98°28'18" 2767
Tabla 5. Fuente: SMN, (2000)
17
1.4 Los instrumentos meteorológicos.
Barómetro de mercurio: Instrumento ut ilizado par a m edir l a pr esión
atmosférica. Pueden ser de ramas iguales o desiguales y en este último caso de
cubeta fija y cero móvil o de cubeta móvil y cero fijo.
Se coloca en el i nterior de l a es tación meteorológica, ya que no puede es tar
expuesto al sol, ni a la corriente de aire. Deben colocarse sobre paredes por las
que no pas en c añerías y debe es tar a una al tura e n l a q ue s ea f ácil m edir y
completamente vertical. Para medir la presión el primer paso es llevar el mercurio
de la cubeta, mediante un tornillo, hasta el extremo de un índice de marfil (es el 0
de la escala).Este procedimiento se llama enrase. Luego se debe ajustar el vernier
de manera que apenas toque el menisco que forma el mercurio. Paralelamente se
debe medir la temperatura del termómetro adjunto.
Todo esto debe realizarse rápidamente para que el calor de nuestro cuerpo no
incida en l a medición. Una vez leído el dato de pr esión se deben hacer a lgunas
correcciones: Por t emperatura, y a q ue l a al tura del m ercurio v aría c on l a
temperatura, al igual que la escala (esta se hace de invar que es un material poco
dilatable). Por gravedad (reducir a 45º de latitud y 0 metros).
Barómetro aneroide: Mide la presión atmosférica. Se coloca en el interior de la
estación meteorológica
Barógrafo: mide la presión atmosférica y registra su variación a través del tiempo
- Tendencia barométrica- se instala a la sombra, sobre una repisa sin vibraciones.
Para evitar la dilatación de las cápsulas por efecto de la temperatura, se utiliza un
bimetálico, es decir dos metales cuyos coeficientes de dilatación se complementan
de manera que la aguja quede en su lugar y no se vea afectada por los cambios
de temperatura.
18
Termómetro: registra l a t emperatura. Se c oloca en el i nterior del abr igo
meteorológico con su bulbo a una altura entre 1,5 y 2 metros de altura
Termómetro de máxima: registra l a t emperatura más al ta d el dí a. Se c oloca
dentro del abrigo meteorológico en u n soporte adecuado, con su bulbo inclinado
hacia abajo formando un ángulo de 2º con la horizontal. Luego de la lectura, para
volver a poner lo a p unto s e d ebe s ujetar f irmemente p or l a p arte c ontraria a l
depósito y sacudirlo con el brazo extendido (maniobra similar a la que realizamos
para bajar la temperatura de un termómetro clínico)
Termómetro de mínima: registra la t emperatura m ás baj a del dí a. S e coloca
dentro d el a brigo m eteorológico e n u n s oporte a decuado en forma horizontal.
Luego de l a l ectura se debe p oner nu evamente el í ndice en c ontacto c on l a
superficie libre del alcohol.
Termómetros de suelo: Se u tilizan par a m edir l a t emperatura del s uelo y a
distintas profundidades. S e recomienda que todo el termómetro es té sumergido
para evitar el error por columna emergente. Los termómetros que miden distintas
profundidades s e c olocan de ntro d e un c ompartimento d e pl ástico, c erámica o
cualquier material que adquiera la temperatura de la tierra.
Psicrómetro: Mide l a hum edad r elativa. H ay dos t ipos de ps icrómetros l os de
ventilación forzada y l os de v entilación n atural. M e r eferiré a es te úl timo. Este
instrumento se coloca en un soporte dentro del abrigo meteorológico. El acceso a
la humedad relativa, tensión de vapor y punto de rocío se hace mediante tablas,
ingresando a las mismas con los datos de las lecturas de ambos termómetros.
Termógrafo: Grafica la temperatura a t ravés del t iempo. Se coloca en el interior
del abrigo meteorológico.
19
Higrógrafo: Grafica la humedad a través del t iempo. Se coloca en el interior del
abrigo meteorológico. El haz de cabellos se debe limpiarse con agua destilada.
Anemómetro: Pueden ser de c operolas, de hél ice, de t ubo pi tot, el éctricos. Me
referiré al primero de ellos (de coperolas) por ser el más usado. Se coloca lejos de
obstáculos, en general a 10 metros de altura.
Anemocinemógrafo: Este i nstrumento r egistra en una faja l a di rección y
velocidad del v iento. El s ensor de v elocidad pue de s er d e c ope r olas o pue de
utilizar el s istema d e t ubo pi tot. El s ensor de di rección es una v eleta. Los
sensores se colocan a 10 metros de altura, alejado de obstáculos
Veleta: Mide la d irección del v iento. E l sensor se coloca a 10 metros de al tura,
alejado de obstáculos
Pluviómetro: M ide la cantidad de agua caída. Se coloca sobre p iso de césped
bien c ortado p ara ev itar s alpicaduras y l a distancia a c ualquier obj eto c ercano
debe ser de por lo menos 4 veces su al tura. La boca del pluviómetro debe estar
perfectamente horizontal. A veces, para evitar la turbulencia del viento se le coloca
una especie de pollerita al cuerpo del instrumento. La observación se hace cada
24 horas. E l agua se trasvasa a una pr obeta de t ipo pi rex g raduada en m m de
precipitación.
Fluviógrafo: Registra l a c antidad de ag ua caída y el tiempo dur ante el q ue h a
caído. Las características de instalación de este instrumento coinciden con las del
pluviómetro. Para medir la l luvia sólo deben sumarse las ramas ascendentes del
registro de l a faja. En el caso del fluviógrafo de cangilones se deben sumar tanto
las subidas como las bajadas de la curva graficada en la faja.
20
Evaporímetro o atmómetro: Mide la ev aporación pot encial. Se c oloca en el
interior del abrigo meteorológico. Está graduado en mm en graduación creciente
de arriba a abajo.
Tanque de evaporación: Como el v iento también i nfluye en l a evaporación, se
coloca u n a nemómetro t otalizador q ue m arca l a c antidad d e k m o m etros q ue
recorrió una p artícula en el día. Además es conveniente conocer la temperatura
del agua
Piranómetros y pirheliómetros Miden la radiación solar difusa y directa. Se mide
en c alorías por c entímetro c uadrado y m inuto, o en v atios por metro c uadrado.
Equivalencia: 1 cal /cm2 min = 696,67 W/m2
Heliofanógrafo: Mide la duración de la insolación. Si el sol brilla durante todo el
día se forma un trazo carbonizado continuo, si el sol brilla de manera intermitente,
el trazo será discontinuo. En este caso, la duración de la insolación se determina
sumando las longitudes de las partes carbonizadas.
Transmisómetro: Mide la visibilidad. Se basa en la atenuación que se produce en
un haz de luz por la presencia de partículas en la atmósfera. Se compone de una
fuente de l uz y un r eceptor colocados a u na di stancia conocida (75 metros). La
cantidad de luz que l lega al receptor se t raduce en fuerza electromotriz. Algunos
de estos instrumentos se pueden observar en las figuras 5,6 y 7.
21
Instrumentos en el interior del abrigo meteorológico
Figura 5. Fuente: SMN, (2000)
Otros Instrumentos
Figura 6. Fuente: SMN, (2000)
22
Otros instrumentos
Figura 7. Fuente: SMN, (2000)
23
Capitulo 2. Contaminación de la atmósfera. Objetivo educacional. Obtendrá los conocimientos básicos sobre el transporte y
dispersión de c ontaminantes at mosféricos y l a apl icación d e s oftware p ara l a
simulación de la dispersión.
2.1 Concepto.
Se entiende por contaminación atmosférica como la presencia en el aire de
materias o formas de energía que impliquen riesgo, daño o molestia grave para las
personas y bienes de cualquier naturaleza, así como que puedan atacar a distintos
materiales, reducir la visibilidad o producir olores desagradables.
El nombre de l a contaminación atmosférica s e a plica por l o g eneral a l as
alteraciones q ue tienen e fectos perniciosos en l os s eres v ivos y l os el ementos
materiales, y no a ot ras al teraciones i nocuas. Los pr incipales m ecanismos d e
contaminación atmosférica son los procesos industriales que implican combustión,
tanto en i ndustrias c omo e n aut omóviles y c alefacciones r esidenciales, q ue
generan dióxido y monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y azufre, entre otros
contaminantes. I gualmente, al gunas i ndustrias em iten g ases noc ivos en s us
procesos pr oductivos, c omo c loro o hidrocarburos q ue no han r ealizado
combustión completa.
La contaminación es uno de los problemas ambientales más importantes que
afectan a nu estro mundo y s urge c uando s e pr oduce u n des equilibrio, c omo
resultado de la adición de cualquier sustancia al medio ambiente, en cantidad tal,
que cause efectos adversos en el hombre, en los animales, vegetales o materiales
expuestos a dosis que sobrepasen los niveles aceptables en la naturaleza.
24
2.2 Fuentes de contaminación La c ontaminación pue de s urgir a par tir de c iertas manifestaciones de l a
naturaleza (fuentes naturales) o bien debido a los diferentes procesos productivos
del ho mbre ( fuentes antropogénicas) q ue conforman l as ac tividades d e l a v ida
diaria. Por ot ra parte el f lujo de l a contaminación t iene una ruta bien identificada
que se describe en la figura 8.
Flujo de la contaminación atmosférica
Figura 8 Fuente: SEMARNAT
Los contaminantes que el hombre libera hacia la atmósfera en mayor medida,
provienen de la combustión de carburantes fósiles, y podríamos clasificarlos en
tres grupos principales:
1) Actividades industriales, c omo l as d edicadas a l a obtención de energía:
liberan óxidos de nitrógeno, azufre, y en menor medida plomo metálico.
25
2) Actividades domésticas, c omo l a c ombustión por s istemas de c alefacción:
liberan mayormente óxidos de azufre, y de nitrógeno en menor medida
3) Transportes, c omo l os d e c ombustión i nterna: l iberan óx idos de nitrógeno y
plomo, y óxidos de azufre en menor cantidad.
Con frecuencia s e ha n c lasificado g enéricamente l as fuentes de e misión d e
agentes contaminantes en l a troposfera considerando su localización fija o móvil.
Así, se habla de:
a) Fuentes móviles, incluyen a l os di versos t ipos d e v ehículos d e m otor
utilizados en el t ransporte: Los av iones, hel icópteros, ferrocarriles,
tranvías, t ractocamiones, au tobuses, c amiones, automóviles,
motocicletas, embarcaciones, equipo y maquinarias no fijas con motores
de c ombustión y s imilares, q ue p or s u o peración g eneren o puedan
generar emisiones contaminantes a la atmósfera.
Si bi en l a definición de fuente m óvil i ncluye pr ácticamente a t odos l os
vehículos automotores, la NOM para fuentes fijas se refiere básicamente a
las emisiones de automóviles y camiones. Los motores de los vehículos
son los responsables de las emisiones de CO, de compuestos orgánicos
volátiles, SO2, y NOx, producidos durante la combustión.
b) Fuentes fijas: Así denominadas, por ac tuar permanentemente sobre un
sitio o r egión, es decir, por estar ahí establecidas. Están constituidas por
fábricas, comercios, talleres metalúrgicos, incineradores, fundiciones, etc.
y pr oducen u na c onsiderable c ontaminación, n o s olo p or el us o de
combustibles s ino por l a em isión d e v apores s olventes or gánicos, o d e
productos químicos contaminantes.
Las fuentes fijas son las más dañinas, éstas actúan sobre todas las áreas
de l a bi osfera y pr oducen, t anto e misiones de hu mos, pol vos, gases,
ruidos y radiaciones; como descargas de aguas residuales o desechos
26
sólidos que afectan, por igual, el aire, los diversos cuerpos receptores de
agua o la tierra, por deterioro superficial, filtración o acarreo. “Una emisión
de humos y polvos puede no s er por si misma necesariamente peligrosa;
para serlo deberá tener una dens idad y un v olumen tales, durante cierto
lapso, que las condiciones atmosféricas no sean suficientes para diluirla o
dispersarla en un período de tiempo dado, haciéndola inocua.
La peligrosidad se inicia, precisamente, a partir del momento en que la
cantidad de elementos no deseables emitidos, rebasa la capacidad natural
de dispersión, t ransformación o an ulación, c reando, por l o t anto u na
concentración que rompe el equilibrio. En la tabla 6 se puede observar el
tipo de fuente contaminante, ya sea f ija o m óvil y l as em isiones que se
generan por acción de éstas.
Lo an terior es c onsecuencia de l a t endencia de ag rupar en c iertas
áreas; en es pecial l as ur banas, l os c ontaminantes q ue emitidos por l a
fuentes fijas, no pudieron ser desplazados por la circulación atmosférica y
a l os q ue se u nen l os pr ovenientes de l as fuentes móviles y de l as
naturales.
Fuentes antropogénicas de emisiones atmosféricas
Fuentes antropogénicas Contaminantes
Fijas Procesos industriales
Dióxido de az ufre, Hidrocarburos v olátiles,
Partículas c arbonosas, Anhídrido s ulfuroso,
Óxidos de ni trógeno ( NOx),Dióxido d e
carbono (CO2) Metales pesados
Móviles
Quema de
combustibles fósiles
vehículos y
aeronaves
Monóxido de c arbono ( CO),Óxidos de
nitrógeno (NOx),
Hidrocarburos (HC), Compuestos de plomo.
Tabla 6 Fuente: Gestión-calidad/riesgo
27
Las c aracterísticas físicas c omo el t amaño d e l as par tículas, l a c omposición
química, as í c omo el or igen de és tas d eterminan e n g ran medida l a actividad
reactiva, así como las posibles afectaciones que éstas generan al ambiente y los
seres v ivos. A c ontinuación en l a t abla 7, s e m uestran al gunos de l os
contaminanates más persistente su estado física y sus fuentes
Descripción de los principales contaminantes químicos y sus fuentes
Contaminante Formación Estado físico Fuentes Partículas en
suspensión (PM), PM10, Humos negros
Primaria y secundaria Sólido, líquido Vehículos, pr ocesos industriales, humo de tabaco
SO2 Primaria gas Procesos i ndustriales, vehículos
NO2 Primaria y secundaria gas Vehículos, es tufas de cocina de gas.
CO Primaria gas Vehículos, combustiones interiores, humo de tabaco
COVs Primaria y secundaria gas Combustiones interiores
Pb Primaria Sólido partículas finas Vehículos, industria O3 Secundaria gas Vehículos ( secundario
o foto-oxidación de NO2 y COVs
Tabla 7 Fuente: SEMARNAT PM10 : Partículas con tamaño inferior a 10 um.
2.3 Tipos de contaminantes.
Existen distintas formas para c lasificar a los contaminantes. Según su or igen,
se distinguen los naturales y los antropogénicos. Los pr imeros se deben a l os
fenómenos en l os c uales n o i nterviene el ho mbre, por ej emplo: er upciones,
incendios accidentales, producción de gases en pantanos, diseminación de polen
por el viento, etc. En cambio, los antropogénicos se derivan de las actividades del
hombre.
28
Los contaminantes también se c lasifican en primarios y secundarios, según
sean ar rojados t al c ual a l a at mósfera, o bien s e forme en el la debi do a l as
reacciones q uímicas r esultado d e l a presencia d e di versos c ompuestos y a l a
acción de la luz solar. (Jiménez, 2008)
Otra c lasificación es por s u estado físico, es d ecir por el tamaño de las partículas contaminantes en es te c aso l os contaminantes se ag rupan en las siguientes familias:
Compuestos inorgánicos de carbono Compuestos derivados del azufre Hidrocarburos Compuestos del nitrógeno Oxidantes fotoquímicos Metales Partículas
2.4 Efectos de la contaminación en la salud humana
El ai re que respiramos está formado por muchos componentes químicos. Los
componentes pr imarios del ai re s on el ni trógeno ( N2), ox ígeno ( O2) y vapor d e
agua (H2O). E n el ai re t ambién se encuentran pequeñas cantidades de muchas
otras sustancias, incluidas el Dióxido de carbono, Argón, Neón, Helio, Hidrógeno y
Metano.
Componentes primarios del aire y otras sustancias
Figura 9. Fuente: www.cepis.org
29
Las actividades humanas han tenido un efecto perjudicial en la composición
del ai re. La quema d e c ombustibles fósiles y ot ras ac tividades i ndustriales han
cambiado su composición debido a l a introducción de contaminantes, incluidos el
el di óxido de azufre ( SO2), m onóxido d e c arbono ( CO), compuestos or gánicos
volátiles ( COV), óx idos de ni trógeno (NOx) y par tículas s ólidas y l íquidas
conocidas como material particulado. Aunque todos estos contaminantes pueden
ser g enerados p or f uentes n aturales, l as a ctividades humanas h an au mentado
significativamente su presencia en el aire que respiramos.
Nube de contaminantes de origen natural y antropogénico
Figura 10 Fuente: www.cepis.org
Los contaminantes del aire pueden tener un efecto sobre la salud y el bienestar
de l os seres hu manos. U n efecto se define c omo un c ambio perjudicial
mensurable u observable d ebido a un c ontaminante del ai re. U n c ontaminante
puede afectar l a s alud d e l os s eres hu manos, así c omo l a d e las pl antas y
animales. Los contaminantes t ambién pueden afectar l os m ateriales no v ivos
como pinturas, metales y telas.
30
Ciudad industrializada con nubes de contaminación
Figura 11 Fuente: energyconsulting.files.com ¿Cómo la contaminación del aire afecta nuestra salud? La contaminación del ai re t iene un e fecto di recto sobre l a salud humana. En
casos ex tremos, h a c ausado m uertes como r esultado d e l a c ombinación d e
características geográficas i nusuales c on factores c limáticos. Por ejemplo, el
episodio d e c ontaminación del ai re en Donora, P ennsylvania, en l os E stados
Unidos en 194 8 ocasionó 2 0 m uertes y m ás de 5 ,000 en fermos. E sto es un
ejemplo de los graves efectos adversos que resultan del exceso de población y de
industrias, j unto c on ciertos factores g eográficos y m eteorológicos en u n ár ea
concentrada. Ver figura 11.
La exposición a contaminantes del aire puede causar efectos agudos (a corto
plazo) y crónicos (a largo plazo) en la salud. Usualmente, los efectos agudos son
inmediatos y reversibles cuando cesa la exposición al contaminante. Los efectos
agudos más comunes son la irritación de los ojos, dolor de cabeza y náuseas.
A veces los efectos crónicos tardan en manifestarse, duran indefinidamente y
tienden a ser irreversibles. Los efectos crónicos en la salud incluyen la disminución
de l a c apacidad pul monar y cáncer a l os pul mones d ebido a un pr olongado
31
período de exposición a c ontaminantes tóxicos del ai re, tales como el asbesto y
berilio.
El sistema respiratorio y la contaminación del aire Aunque los contaminantes pueden afectar a la piel, ojos y otros sistemas del
cuerpo, el más perjudicado es el sistema r espiratorio. L as s iguiente figura ( 12)
muestra los componentes de este sistema. El aire se inhala por la nariz que actúa
como el sistema filtrante primario del cuerpo.
La contaminación del aire afecta principalmente al sistema respiratorio
Figura 12. Fuente: www.cepis.org
Los pelos pequeños y las condiciones calientes y húmedas de la nar iz
eliminan eficazmente las partículas contaminantes de mayor tamaño. Luego el aire
pasa por la faringe, y laringe antes de llegar a la parte superior de la tráquea.
La t ráquea s e divide en dos p artes, l os br onquios i zquierdo y der echo.
Cada bronquio se subdivide en compartimentos cada vez más pequeños llamados
bronquiolos q ue c ontienen m illones d e bolsas de ai re l lamados al veolos. Los
bronquiolos y alveolos, constituyen los pulmones. Los contaminantes de aire, tanto
gaseosos como particulados, pueden tener efectos negativos sobre los pulmones.
32
Las partículas s ólidas s e pue den i mpregnar en l as paredes de l a t ráquea,
bronquios y br onquiolos. La m ayoría de estas par tículas s e el iminan de l os
pulmones m ediante l a acción d e l impieza ( barrido) de l os c ilios, peq ueños
filamentos de las paredes de los pulmones. Esto es lo que ocurre cuando se tose
o es tornuda. Una t os o estornudo transporta las par tículas a l a boc a. Las
partículas s e el iminan cuando s on i ngeridas o ex pulsadas d el c uerpo. Sin
embargo, l as partículas s umamente pequeñas pueden al canzar l os al veolos,
donde a menudo toma semanas, meses o incluso años para que el cuerpo las
elimine.
Los contaminantes gaseosos del ai re también pueden afectar la función de
los pul mones mediante l a r educción de l a acción de los c ilios. La r espiración
continua d e ai re c ontaminado disminuye l a f unción d e l impieza nor mal de l os
pulmones, l o que puede ocasionar que g ran número de p artículas l leguen a las
partes inferiores del pulmón. Ver figura 13.
Resulta difícil para los pulmones remover las partículas sumamente pequeñas
Figura 13. Fuente: www.cepis.org
33
Los pulmones son los órganos responsables de absorber el oxígeno del aire
y remover el dióxido de carbono del torrente sanguíneo. El daño causado a los
pulmones por la contaminación del aire pue de imposibilitar e ste pr oceso y
contribuir a l a aparición de enfermedades r espiratorias c omo l a br onquitis,
enfisema y cáncer. También puede afectar el corazón y el sistema circulatorio.
Contaminación del aire
La contaminación del aire ocurre tanto en exteriores (ambiental) como en
interiores. L os e fectos de l a contaminación d el ai re s obre l a s alud v arían
enormemente de persona en persona. Los más afectados por la contaminación del
aire s on l os ancianos, l actantes, mujeres embarazadas y en fermos c rónicos de l
pulmón y corazón, f igura 14. Las personas q ue h acen ej ercicios al ai re l ibre
también es tán pr opensas pues r espiran m ás r ápida y profundamente, l o q ue
permite el i ngreso d e m ás contaminantes a l os p ulmones. Lo s c orredores y
ciclistas que se ejercitan en áreas de gran tránsito se pueden estar causando más
daño que beneficio.
Personas más afectadas por la contaminación atmosférica
Figura 14. Fuente: www.cepis.org
34
El “ smog f otoquímico” ( niebla fotoquímica) es un t érmino d e l a
contaminación del aire que se usa diariamente. En realidad, el smog fotoquímico
es ozono a nivel del suelo formado por la reacción de los contaminantes con la luz
solar. Éste t iene un efecto perjudicial sobre la salud de los grupos de al to r iesgo
mencionados a nteriormente. En l as c iudades de M éxico, S antiago y S ao P aulo,
por ejemplo, los periódicos y emisoras de radio informan diariamente índices de la
calidad del ai re para alertar a l as personas en r iesgo que se encuentran al aire
libre. Estos índices son una medida de l os niveles de c ontaminantes y partículas
en el aire.
Efectos indirectos de la contaminación del aire
La pos ibilidad cada vez más c reciente de contraer cáncer de piel es un
efecto indirecto de la contaminación del aire sobre la salud. Aunque el ozono en la
atmósfera i nferior es perjudicial p ara el ambiente, e n l a atmósfera s uperior es
necesario para proteger a la tierra de la nociva radiación ultravioleta.
Esta c apa protectora s e es tá da ñando debido a l a d escarga masiva de
clorofluorocarbonos ( CFC) en l a at mósfera. E stos c ompuestos se u san
comúnmente en r efrigeradores y aparatos de ai re acondicionado y como gas en
atomizadores de aerosol.
Contaminación del aire en interiores Los efectos de la contaminación del aire en interiores han recibido mayor
atención en los últimos años porque es allí donde las personas pasan casi 90 por
ciento de su tiempo. Diversos estudios han indicado que la exposición a al gunos
contaminantes puede ser dos a cinco veces mayor en i nteriores que al aire l ibre.
Hay muchos t ipos de c ontaminantes de i nteriores, t ales c omo el humo de los
artefactos, c himeneas y c igarrillos; contaminantes or gánicos de l as pi nturas,
colorantes, limpiadores y materiales de construcción; y el radón.
35
La contaminación en interiores puede ser de dos a cinco veces mayor que al aire libre
Figura 15 Fuente: www.cepis.org
El radón es un gas que se presenta de forma natural, no tiene olor ni color
y es radiactivo. Sus efectos sobre la salud humana son importantes porque es el
segundo f actor, después d el c igarrillo, q ue pr oduce c áncer al pul món.
Afortunadamente, l os niveles de r adón s e pueden r educir c on la c irculación del
aire y ventilación adecuada.
Los contaminantes c riterio s on aquellos par a l os c uales s e ha n
establecido normas nacionales de calidad del aire. Los contaminantes criterio son
el monóxido de carbono, ozono, óxidos de azufre, material particulado, óxidos de
nitrógeno y pl omo. L os c ontaminantes peligrosos i ncluyen varios c ompuestos
orgánicos volátiles, asbesto, cloruro de vinilo y mercurio, entre otros.
La contaminación del aire tiene un e fecto perjudicial sobre casi todas las
fases de nuestras v idas. Además d e l os e fectos s obre l a salud tratados
anteriormente, hay muchos otros efectos secundarios sobre la vegetación, suelo,
agua, materiales hechos por el hombre, clima y visibilidad.
36
Ozono
Desde 1 970 s e h a es tudiado l os efectos de l a c ontaminación del ai re
sobre los cultivos, árboles y otro tipo de vegetación. Las investigaciones de campo
y ex perimentos de i nvernadero han r evelado q ue el ozono es tóxico par a l as
plantas y puede destruir variados c ultivos c omerciales, v er f igura 16. Existen
pruebas de q ue el i ncremento d e r adiación ul travioleta debi do a l a pér dida d e
ozono en l a atmósfera superior está afectando el c iclo de crecimiento normal de
las plantas.
El ozono es tóxico para las plantas
Figura 16 www.cepis.org
Lluvia ácida.
De i gual modo, l a l luvia ác ida a fecta cultivos c omo l a av ena, alfalfa,
guisantes, zanahorias, y también áreas forestales; ha recibido mucha atención a
nivel internacional. S e f orma c uando l os c ontaminantes del aire, t ales c omo e l
dióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOx) se transforman en ác idos en
la atmósfera.
37
Posteriormente, la precipitación resultante (lluvia, nieve o niebla) deposita los
ácidos e n l agos y suelos. E l c ontrol de l a lluvia ác ida s e ha c onvertido en una
preocupación internacional, ya que a menudo la fuente de estos contaminantes se
encuentra al ejada del lugar dond e s e r egistran l os e fectos. Los e fectos d e la
contaminación del aire.
Las investigaciones han i ndicado que ésta acidez puede destruir o dañar
la fauna silvestre de l agos y arroyos, y también las construcciones hechas por el
hombre, tales como los edificios y monumentos al aire libre. Las estatuas antiguas
de Grecia e Italia han sido dañadas considerablemente por la lluvia ácida. Ver
figura 17.
Afectaciones a monumentos históricos por efectos de la lluvia ácida
Figura 17 Fuente: http://estadosunidos.pordescubrir.com/
Visibilidad
La contaminación del aire también afecta la visibilidad. Esto ha dado lugar
a pr oblemas r elacionados c on l a seguridad de l a op eración d e los av iones y la
destrucción de paisajes naturales. Por ejemplo, l a v isibilidad del Gran Cañón en
los Estados Unidos ha sido afectada por la contaminación del aire generada por el
hombre a cientos de kilómetros de distancia.
38
Calentamiento de la atmósfera
Existen pr uebas de q ue l a contaminación del ai re contribuye al
calentamiento de la atmósfera o al efecto invernadero. La quema de combustibles
fósiles emite demasiado dióxido de carbono a la atmósfera.
Normalmente, el di óxido de c arbono no es pel igroso y a que es un al imento
necesario para las plantas, pero la cantidad que se produce es mucho mayor que
la requerida por la vegetación.
El di óxido de c arbono forma un m anto sobre l a superficie de l a t ierra y
atrapa el calor reflejado del suelo. El efecto es similar al de un automóvil cerrado o
un invernadero, de allí el término de efecto invernadero como se ejemplifica en la
figura 18.
Los científicos ha n pr onosticado q ue en los pr óximos cincuenta añ os e l
calentamiento del planeta podría elevar la temperatura t res a nueve grados más
que los promedios actuales. Los efectos de la contaminación del aire como se ha
visto, la contaminación del ai re a fecta nuestras v idas en muchos aspectos. Las
fuentes pr imarias de contaminación d el ai re s on l as fábricas y l as comodidades
modernas de las que dependemos para el crecimiento económico y estilo de vida.
Equilibrar el desarrollo económico con la necesidad de proteger a la población de
los r iesgos de l a contaminación del ai re sobre la salud y el bienestar es un r eto
que enfrentan los países.
En el efecto invernadero el CO2 la disipación del calor y contaminantes
Figura 18 Fuente: www.cepis.org
39
Capitulo 3. Transporte y dispersión de contaminantes atmosféricos
Objetivo Educacional. Obtener los conocimientos bás icos sobre el t ransporte y
dispersión de c ontaminantes at mosféricos y l a apl icación d e s oftware p ara l a
simulación de la dispersión.
3.1 Conceptos básicos
En general, la concentración de contaminantes disminuye a m edida que se
alejan del pu nto d e d escarga y s on di spersados por el v iento y ot ras f uerzas
naturales. Las variaciones del c lima influyen en la dirección y dispersión general
de los contaminantes.
La di spersión y t ransporte de c ontaminantes p ueden estar a fectados p or
factores c limáticos y g eográficos. U n ej emplo es l a i nversión t érmica. C omo s e
mencionó a nteriormente, l a i nversión t érmica es un a c ondición at mosférica
causada por una interrupción del perfil normal de l a temperatura de la atmósfera.
La inversión térmica puede retener el ascenso y dispersión de los contaminantes
de l as c apas más ba jas de l a at mósfera y c ausar un pr oblema l ocalizado de
contaminación del aire. Los episodios que tuvieron lugar en Londres, Inglaterra, y
Donora, Pennsylvania, fueron el resultado de inversiones térmicas.
La proximidad de una gran área metropolitana a una cadena de montañas
también p uede t ener un e fecto neg ativo s obre el t ransporte y di spersión de
contaminantes, como lo es el centro del país.
La c alidad d e ai re en un a z ona, y c omo c onsecuencia d e l os e fectos
inducidos sobre la m isma, son función di recta de l a cuantía de e misión y de l os
fenómenos de c irculación que t engan l ugar en l a atmósfera sobre l os penachos
que conforman los gases y las partículas emitidas por un foco contaminante.
40
La mecánica c lásica establece que conociendo la posición y velocidad
de las partículas de un sistema en un determinado instante, es posible deducir el
comportamiento ulterior de las mismas.
Ahora bien, cuando se trata de analizar sistemas compuestos de miles o
millones d e par tículas, c omo es el c aso e n un e fluente g aseoso, es i mposible
acceder a esa cantidad de datos y procesarlos. Lo que se hace en estos casos es
involucrar en el cálculo magnitudes físicas que reflejen el estado del sistema como
un todo, sin ser indicativo de la situación de cada partícula. Así si se dice que una
masa d e g as t iene u na t emperatura d e 2 0ºC, es o n o q uiere decir q ue c ada
partícula tenga esa temperatura. Solo podemos afirmar que el intercambio de calor
entre l as p artículas y el t ermómetro h ace que el mismo s e c omporte c omo s i
hubiera entrado en c ontacto con una m asa uniforme con todas sus par tículas a
20ºC. El mismo razonamiento puede aplicarse al resto de l as magnitudes físicas
como presión, velocidad, etc.
Para predecir el comportamiento de ese sistema no uniforme a partir de
datos globales, se aplica un modelo matemático que se crea tomando estos datos
globales y suposiciones acerca del comportamiento de las par tículas. E l modelo
será efectivo si no se contradice con los experimentos realizados.
En el c aso de un efluente g aseoso, el modelo describe c omo s e
dispersa el e fluente e n l a at mósfera de ac uerdo a determinados par ámetros de
salida del c onducto ( velocidad, c audal, t ipo de e fluente, t emperatura, pr esión,
etc.).
3.2 Circulación global de los contaminantes
El transporte y dispersión de contaminantes del aire están influenciados
por c omplejos factores. Las v ariaciones g lobales y r egionales d el c lima y las
condiciones t opográficas l ocales a fectan el t ransporte y di spersión de l os
contaminantes.
41
Esta sección trata sobre los factores básicos que influyen el movimiento de
los co ntaminantes e n el ai re. En una es cala m undial, l as variaciones d el c lima
influyen s obre el m ovimiento de l os c ontaminantes. P or ej emplo, l a di rección
predominante de los vientos en Centroamérica y norte de Sudamérica es de este a
oeste y en Norteamérica y sur de Sudamérica es de oeste a este. En un nivel más
local, l os pr incipales f actores d el t ransporte y di spersión de par tículas en l a
atmósfera son el viento y la temperatura.
La di spersión de c ontaminantes de una fuente d epende de l a cantidad d e
turbulencia en l a at mósfera c ercana. L a t urbulencia pue de s er c reada por e l
movimiento horizontal y vertical de l a atmósfera. El movimiento horizontal es lo
que comúnmente se llamamos viento.
La velocidad del v iento puede a fectar en g ran m edida l a concentración de
contaminantes en un área. Mientras mayor sea la velocidad del viento, menor será
la c oncentración de contaminantes en u na zona det erminada. E l viento di luye y
dispersa rápidamente los contaminantes en el área circundante.
El viento es causado por las diferencias en la presión atmosférica. La presión
es el pes o de l a at mósfera en u n pun to d ado. L a al tura y t emperatura de u na
columna de aire determinan el peso atmosférico.
Debido a que el aire frío pesa más que el caliente, la masa de alta presión está constituida de aire frío y pesado. Por el contrario, una masa de baja presión
de ai re es tá formada por ai re m ás c aliente y l iviano. L as di ferencias de pr esión
hacen que el aire se mueva de las áreas de alta presión a las de baja presión, lo
que da lugar al viento.
42
El movimiento vertical de l a at mósfera t ambién afecta el t ransporte y
dispersión de l os contaminantes del aire. Cuando los meteorólogos hablan sobre
la “e stabilidad a tmosférica” hac en r eferencia al m ovimiento v ertical. Las
condiciones atmosféricas i nestables pr oducen l a m ezcla v ertical. G eneralmente,
durante el día el ai re cerca de l a superficie de la t ierra es más caliente y l iviano
que el aire en l a atmósfera superior debido a la absorción de l a energía solar. El
aire caliente y liviano de la superficie sube y se mezcla con el aire frío y pesado de
la atmósfera superior que tiende a bajar. Este movimiento constante del aire crea
condiciones inestables y dispersa el aire contaminado. Figura 19.
Movimiento horizontal diurno del aire
Figura 19 Fuente: www.cepis.org
Otros fa ctores meteorológicos bás icos q ue af ectan l a c oncentración de contaminantes en el aire ambiental son: Radiación solar
Precipitación
Humedad.
43
La r adiación s olar contribuye a l a formación d e ozono y c ontaminantes
secundarios en el aire. La humedad y la precipitación también pueden favorecer la
aparición de c ontaminantes s ecundarios peligrosos, t ales c omo l as s ustancias
responsables de la lluvia ácida. La precipitación puede tener un efecto beneficioso
porque l ava l as par tículas c ontaminantes del ai re y a yuda a m inimizar l as
partículas provenientes de actividades como l a construcción y algunos procesos
industriales.
Debido a l os f actores q ue det erminan el t ransporte y di spersión de l os
contaminantes, l a c ontaminación del ai re pr oducida en una r egión pue de t ener
efectos adversos sobre los lagos y bosques de otra región. Las grandes ciudades
rodeadas de una topografía compleja, como valles o cadenas montañosas como
lo es el v alle de M éxico, a m enudo ex perimentan al tas c oncentraciones d e
contaminantes del ai re. S i bi en p oco puede hac erse para c ontrolar l as f uerzas
naturales que crean estos problemas, existen técnicas que ayudan a dispersar los
contaminantes.
3.3. Características generales de las plumas y chimeneas
La manera más común de dispersar los contaminantes del aire es a través
de una chimenea. Esta a menudo se usa como un símbolo de la contaminación
del aire. Es una estructura que se ve comúnmente en l a mayoría de i ndustrias y
tiene el obj etivo de dispersar los c ontaminantes antes d e q ue lleguen a las
poblaciones.
Generalmente se diseñan teniendo en cuenta a la comunidad circundante.
Mientras m ás al ta s ea l a c himenea, m ayor s erá l a pr obabilidad d e q ue l os
contaminantes se dispersen y diluyan antes de afectar a las poblaciones vecinas.
Figura 20.
44
Colocación de chimeneas en zonas cercanas a poblaciones
Figura 20 Fuente: www.jmarcano.com › Recursos naturales
A la emanación visible de una chimenea se le denomina pluma. La altura
de la pluma está determinada por la velocidad y empuje de los gases que salen
por la chimenea. A menudo, se añade energía calórica a los gases para aumentar
la altura de la pluma. Las fuerzas naturales hacen que la pluma tenga velocidad
vertical, como sucede con el humo de las chimeneas residenciales.
La figura 21 (a y b) muestran los efectos de la altura de la chimenea y de
los alrededores inmediatos sobre la forma de la pluma. Mientras más corta sea la
chimenea, mayor será la probabilidad de que la pluma esté afectada.
45
Efectos de la altura sobre la forma de la pluma
Figura 21 Fuente: www.jmarcano.com › Recursos naturales
En la figura (a) se observa la distribución de los contaminantes inyectados
dentro y fuera de la cavidad y el efecto de la pluma, mientras que en la figura (b)
se observa el d iseño aerodinámico de una chimenea por la "cavidad" formada
por el edi ficio pr óximo a l a c himenea. A medida q ue a umenta l a al tura de l a
chimenea, la pluma se aleja del edificio.
La forma y l a di rección d e l a pl uma t ambién d ependen de l as fuerzas
verticales y hor izontales de l a a tmósfera. C omo s e m encionó a nteriormente, l a
pluma está afectada por las condiciones atmosféricas. Las condiciones inestables
en l a at mósfera pr oducirán una pluma “ ondulante”, m ientras q ue l as es tables
harán q ue l a pluma s ea “ recta”. Los contaminantes e mitidos por l as c himeneas
pueden transportarse a largas distancias.
46
3.4 Modelos de dispersión
Los modelos de dispersión son un método para calcular la concentración de
contaminantes a ni vel del ai re y a di versas di stancias de l a fuente. E n l a
elaboración de modelos s e us an r epresentaciones matemáticas de l os factores
que a fectan l a di spersión d e c ontaminantes. Las c omputadoras, mediante
modelos, facilitan la representación de los complejos sistemas que determinan el
transporte y dispersión de los contaminantes del aire. Figura 22.
Cuando se hace un modelo del transporte y dispersión de contaminantes
del ai re s e r ecopila i nformación es pecífica de un p unto de em isión. E sta
información i ncluye l a ubi cación d el pun to de em isión ( longitud y l atitud), l a
cantidad y t ipo de l os c ontaminantes e mitidos, c ondiciones del g as de la
chimenea, altura de la chimenea y factores meteorológicos tales como la velocidad
del viento, perfil de la temperatura ambiental y presión atmosférica.
Los científicos usan estos datos como insumo del modelo de computación y
para predecir cómo los contaminantes se dispersarán en la atmósfera. Los niveles
de c oncentración pueden c alcularse para diversas di stancias y di rección d e l a
chimenea.
Modelos de dispersión
Figura 22 Fuente: www.natureduca.com/cont_atmosf_fuentes.php
47
Los m odelos de di spersión t ienen muchas apl icaciones e n el c ontrol de l a
contaminación del aire, p ues s on herramientas q ue ay udan a l os c ientíficos a
evaluar l a di spersión de l a contaminación d el ai re. La ex actitud de l os m odelos
está l imitada por l os problemas i nherentes al t ratar de s implificar l os factores
complejos e i nterrelacionados q ue afectan el t ransporte y di spersión de l os
contaminantes del aire.
3.5 Características generales de las chimeneas
Se d efinen c omo t ales a l os c onductos c onstruidos par a dar s alida a l a
atmósfera libre a gases resultantes de una combustión o de una reacción química
(“gases de cola”) para su dispersión en el aire del ambiente. Figura 23.
Es u n s istema usado par a ev acuar gases c alientes y hum o d e c alderas,
calentadores, es tufas, hor nos, fogones u hogares a l a a tmósfera. C omo n orma
general s on c ompletamente v erticales par a as egurar q ue l os g ases c alientes
puedan f luir sin problemas, m oviéndose p or c onvección t érmica ( diferencia de
densidades).
Algunas chimeneas industriales
Figura.23 Fuente: Ruperto M. Palazón)
48
En la definición de una chimenea intervienen, fundamentalmente, los siguientes elementos:
1. Sección interior, o de paso de gases
2. Altura
2.1. Para dispersión de gases en la atmósfera libre
2.2. Para la obtención de una depresión mínima determinada en su base
3. Tipo de material estructural (o externo)
3.1. Resistencia a las acciones externas
3.1.1 Viento
3.1.2. Sismos
3.2. Cimentación (conocimiento de la geología del terreno)
4. Tipo de material de revestimiento interior
4.1. Resistencia a la temperatura y ataque físico-químico de los gases
Para determinar las características de una chimenea es imprescindible
conocer el tipo de fluido que se espera que circule por ella.
Normalmente se trata de humos producto de la combustión de combustibles
fósiles, en aire-ambiente:
Carbón
Derivados líquidos o gaseosos del petróleo
Madera.
Sin e mbargo, a un en es tos c asos, hay q ue t ener en c uenta l a pos ible
“contaminación” de e stos hu mos c on s ustancias des prendidas de l os
procesos e n l os q ue i ntervienen, c omo por ej emplo, l os h ornos de
reverbero.
49
En el c aso frecuente de c ombustibles l íquidos ( fuel-oil, g asoil, e tc.) o
gaseosos ( hidrocarburos g aseosos o “ gas natural”), figura 24, estos hu mos s e
componen de:
Composición de los contaminantes provenientes de la combustión de hidrocarburos
Figura 24 Fuente: Ruperto M. Palazón
En estos casos, las propiedades de los humos se acercan a las del aire. Por
estas razones, y a efectos de cálculos técnicos y en una primera aproximación se
pueden tomar como propiedades de los humos de la combustión de derivados del
petróleo, las del aire.
Algunos factores importantes en el diseño de chimenea se enlistan a continuación:
La sección de paso de los humos por la chimenea
La v elocidad mínima de ev acuación d e l os hum os p or l a c oronación de l a
chimenea suele venir fijada por la normativa correspondiente de la administración
pública del lugar.
50
A modo de orientación, puede decirse que las velocidades medias deberían
oscilar entre un mínimo de 3 m/s y los 10 m/s. Una velocidad media de 5 m/s suele
considerarse como adecuada.
La altura de la chimenea
Para la dispersión de los humos en l a atmósfera l ibre. La altura mínima de
una chimenea em itiendo g ases c onsiderados por l a l egislación U .E. c omo
contaminantes, viene determinada por la normativa correspondiente del lugar en el
que se ubique.
De acuerdo a la NMX-009-SEMARNAT
• El diámetro de la chimenea es indispensable para determinar la altura de la
misma.
• Después de la Última perturbación la altura deberá ser:
• 8 veces el Diámetro = se encuentra 1 puerto (B).
• 2 veces el Diámetro = la altura final del puerto (A). Figura 25
Características de la chimenea
Figura .25 Fuente: Ruperto M. Palazón
51
3.6 Calculo de la altura efectiva de la chimenea
Los g ases em itidos por l as c himeneas m uchas v eces s on i mpulsados p or
abanicos. A medida que l os g ases de es cape t urbulentos s on em itidos por l a
pluma, se mezclan con el aire del ambiente. Esta mezcla del aire ambiental en la
pluma se denomina arrastre. Durante el arrastre en el aire, la pluma aumenta su
diámetro mientras viaja a sotavento.
Al entrar en la atmósfera, estos gases tienen un momentum. Muchas veces
se c alientan y s e v uelven m ás c álidos q ue el ai re externo. En estos c asos, l os
gases emitidos son menos densos que el aire exterior y, por lo tanto, flotantes. La
combinación del momentum y l a f lotabilidad de l os g ases hac en q ue es tos s e
eleven. E ste fenómeno, c onocido c omo el evación de l a pl uma, p ermite q ue l os
contaminantes e mitidos al ai re en es ta c orriente de g as s e el even a una al tura
mayor en l a atmósfera. Al estar en un a capa atmosférica más alta y más alejada
del suelo, la pluma experimentará una mayor dispersión antes de llegar a este.
La altura final de la pluma, conocida como altura efectiva de chimenea (H), es la suma de la altura física de la chimenea (hs) y la elevación de la pluma ( ).
En r ealidad, l a el evación d e l a pluma s e es tima a par tir de l a di stancia
existente hasta la línea central imaginaria de la pluma y no hasta el borde superior
o i nferior de es ta ( figura 26) . La el evación de l a pl uma de pende de l as
características físicas de la chimenea y del efluente (gas de chimenea).
52
La di ferencia de t emperatura e ntre el g as de l a c himenea ( Ts) y el aire
ambiental ( Ta) de termina l a densidad de l a pl uma, q ue i nfluye e n s u elevación.
Además, l a v elocidad de l os g ases de l a c himenea, q ue es u na función d el
diámetro de la chimenea y de la tasa volumétrica del flujo de los gases de escape,
determina el momentum de la pluma.
Elevación de la pluma
Figura 26 Fuente:
Los g ases em itidos por l as c himeneas m uchas v eces s on i mpulsados p or
abanicos. A medida que l os g ases de es cape turbulentos s on em itidos por l a
pluma, se mezclan con el aire del ambiente. Esta mezcla del aire ambiental en la
pluma se denomina arrastre. Durante el arrastre en el aire, la pluma aumenta su
diámetro mientras viaja a sotavento.
arc.cnea.gov.ar/.../Modelos
Al entrar en la atmósfera, estos gases tienen un momentum. Muchas veces
se c alientan y s e v uelven m ás c álidos q ue el ai re externo. En estos c asos, l os
gases emitidos son menos densos que el aire exterior y, por lo tanto, flotantes.
53
La combinación del momentum y la flotabilidad de los gases hacen que estos
se eleven. Este fenómeno, conocido como elevación de la pluma, permite que los
contaminantes e mitidos al ai re en es ta c orriente de g as s e el even a una al tura
mayor en l a atmósfera. Al estar en un a capa atmosférica más alta y más alejada
del suelo, la pluma experimentará una mayor dispersión antes de llegar a este.
Momentum y flotabilidad
La c ondición d e l a at mósfera, i ncluidos l os v ientos y el per fil de l a
temperatura a l o largo del recorrido de la pluma, determinará en gran medida la
elevación d e l a pl uma. D os c aracterísticas de es ta i nfluyen e n su el evación: e l
momentum y l a flotabilidad. La v elocidad de s alida d e l os g ases d e es cape
emitidos p or l a c himenea c ontribuyen c on l a el evación de l a pl uma e n l a
atmósfera. Este momentum conduce el efluente hacia el exterior de la chimenea a
un punto en el que las condiciones atmosféricas empiezan a afectar a la pluma.
Una v ez em itida, l a v elocidad i nicial de l a pl uma di sminuye r ápidamente
debido al ar rastre producido c uando adq uiere un momentum h orizontal. E ste
fenómeno hac e q ue la pl uma s e i ncline. A m ayor v elocidad del v iento, más
horizontal s erá el m omentum q ue adq uirirá l a pl uma. P or l o general, di cha
velocidad aumenta con la distancia sobre la superficie de la Tierra. A medida que
la pluma continúa elevándose, los v ientos más fuertes hacen que se incline aún
más. Este proceso persiste hasta que la pluma parece horizontal al suelo. El punto
donde la pluma parece llana puede ser una distancia considerable de la chimenea
a s otavento. La v elocidad del v iento es i mportante par a i mpulsar l a pl uma.
Mientras más fuerte, más rápido será el serpenteo de la pluma.
La el evación de la pl uma c ausada por s u flotabilidad es u na función de l a
diferencia de temperatura e ntre l a pluma y l a at mósfera c ircundante. E n u na
atmósfera inestable, la flotabilidad de la pluma aumenta a medida que se eleva, lo
cual hace que se incremente la altura final de la pluma.
54
En un a at mósfera es table, l a flotabilidad de l a pl uma di sminuye a m edida
que se eleva. Por último, en una atmósfera neutral, permanece constante.
La pl uma pi erde f lotabilidad a t ravés del m ismo mecanismo q ue l a hac e
serpentear, el viento. C omo se m uestra en la f igura 27, l a mezcla de ntro de l a
pluma arrastra el aire atmosférico hacia su interior. A mayor velocidad del viento,
más rápida será esta mezcla.
El arrastre del aire a mbiental h acia l a pluma p or ac ción del viento figura, l e
"quita" flotabilidad m uy rápidamente, de modo q ue dur ante l os dí as c on m ucho
viento la pluma no se eleva muy alta sobre la chimenea.
Arrastre de la pluma en chimenea
Fig. 27 Fuente: arc.cnea.gov.ar/.../Modelos
55
3.7 Efectos del tipo de fuente en la elevación de la pluma
Debido a l a c onfiguración de l a c himenea o a l os e dificios adyacentes, e s
posible q ue l a pl uma no s e el eve l ibremente en l a at mósfera. Algunos e fectos
aerodinámicos causados por el modo en el que se mueve el viento alrededor de
los edi ficios ady acentes y de l a c himenea pue den i mpulsar a l a pluma hac ia el
suelo en lugar de permitir que se eleve en la atmósfera.
El flujo descendente de la chimenea puede producirse cuando la razón entre
la velocidad de salida de la chimenea y la del viento es pequeña. En este caso, la
presión b aja e n l a es tela de l a c himenea p uede hac er q ue l a pl uma descienda
detrás de la chimenea. Cuando es to sucede, la dispersión de los contaminantes
disminuye, lo que puede determinar concentraciones elevadas de contaminantes
inmediatamente a sotavento de la fuente.
A m edida q ue el ai re s e m ueve s obre y al rededor de l os e dificios y ot ras
estructuras, se forman olas turbulentas. Según la altura de descarga de una pluma
(altura de la chimenea), es probable que esta sea arrastrada hacia abajo en esta
área de l a es tela. Esto se conoce como flujo descendente aerodinámico o ent re
edificios d e l a pl uma y pu ede c onducir a c oncentraciones el evadas d e
contaminantes inmediatamente a sotavento de la fuente.
Flujo descendente
Figura 28 Fuente: arc.cnea.gov.ar/.../Modelos
56
La el evación de las pl umas ha s ido tema de es tudio durante muchos años.
Las fórmulas más usadas son las desarrolladas por Gary A. Briggs. La ec uación
incluye una de estas, la que se aplica a las plumas dominadas por la flotabilidad.
Las fórmulas de l a elevación de l a pluma se us an en plumas con t emperaturas
mayores que la del ai re ambiental. La fórmula de B riggs para la elevación de l a
pluma es la siguiente:
Donde: ∆h = Elevación de la pluma (sobre la chimenea)
F = Flujo de flotabilidad (véase a continuación)
= Velocidad promedio del viento
x = Distancia a sotavento de la chimenea/fuente
g = Aceleración debido a la gravedad (9,8 m/s2)
V = Tasa volumétrica del flujo del gas de la chimenea
Ts = Temperatura del gas de la chimenea
Ta = Temperatura del aire ambiental
Como se dijo anteriormente, l as fórmulas de el evación de l a pl uma s irven
para determinar la línea central imaginaria de esta. La línea central está donde se
producen las mayores concentraciones de contaminantes. Existen varias técnicas
para calcular las concentraciones de contaminantes lejos de la línea central.
Las fórmulas de la elevación de la pluma se usan para determinar la l ínea
imaginaria de es ta. S i bi en l a concentración m áxima de l a pluma existe en esta
línea c entral, l as fórmulas m encionadas no per miten obt ener i nformación s obre
cómo varían las concentraciones de contaminantes fuera de esta línea central.
57
Se deberán efectuar, entonces, estimados de di spersión para determinar las
concentraciones de contaminantes en un punto de interés.
Los es timados de di spersión s e d eterminan mediante e cuaciones de
distribución y /o m odelos de c alidad d el ai re. E stos es timados g eneralmente s on
válidos par a l a capa de l a at mósfera m ás cercana al suelo, d onde se producen
cambios frecuentes de la temperatura y de la distribución de los vientos. Estas dos
variables tienen un importante efecto en la forma de dispersión de las plumas. Por
lo t anto, l as ec uaciones de di stribución y los m odelos de c alidad d el ai re
mencionados anteriormente deben incluir estos parámetros.
Los modelos d e di spersión de c alidad d el ai re consisten en un grupo d e
ecuaciones matemáticas que sirven para interpretar y predecir las concentraciones
de c ontaminantes c ausadas p or l a di spersión y por el i mpacto de l as pl umas.
Estos modelos incluyen los estimados de dispersión mencionados anteriormente y
las diferentes condiciones meteorológicas, incluidos los factores relacionados con
la temperatura, la velocidad del viento, la estabilidad y la topografía.
Existen cuatro tipos genéricos de modelos: gausiano, numérico, estadístico y
físico. L os modelos g ausianos e mplean l a ecuación d e di stribución g ausiana y
son ampliamente usados para estimar el impacto de contaminantes no r eactivos.
En el caso de fuentes de ár eas urbanas que presentan contaminantes reactivos,
los modelos numéricos son más apropiados que los gausianos pero requieren una
información extremadamente detallada sobre la fuente y los contaminantes, y no
se usan mucho.
Los modelos estadísticos se emplean cuando la información científica sobre
los procesos químicos y físicos de una fuente están incompletos o son vagos. Por
último, están los modelos f ísicos, que requieren estudios de modelos del fluido o
en túneles aerodinámicos del viento.
58
La adopción de este enfoque implica la elaboración de modelos en escala y
la observación del flujo en estos. Este tipo de modelos es muy complejo y requiere
asesoría t écnica d e e xpertos. S in em bargo, en el c aso de áreas c on t errenos
complejos y c ondiciones del flujo t ambién c omplejas, flujos d escendentes de l a
chimenea, y edificios altos, esta puede ser la mejor opción.
La s elección de un m odelo de c alidad del ai re depende d el t ipo de
contaminantes emitidos, de la complejidad de la fuente y del tipo de topografía que
rodea la instalación. Algunos contaminantes se forman a partir de la combinación
de c ontaminantes pr ecursores. P or ej emplo, el oz ono e n el nivel del s uelo se
forma cuando los compuestos orgánicos volátiles (COV) y los óxidos de nitrógeno
(NOx) actúan bajo la acción de la luz solar.
Los modelos para predecir las concentraciones de ozono en el nivel del suelo
emplearían la tasa de emisión de COV y NOx como datos de entrada. Además,
algunos contaminantes r eaccionan fácilmente una v ez que s on em itidos en l a
atmósfera. Estas reacciones reducen las concentraciones y puede ser necesario
considerarlas en el modelo. La c omplejidad de l a fuente también desempeña un
papel en l a s elección. A lgunos c ontaminantes y puede n s er em itidos des de
chimeneas bajas sujetas a flujos descendentes aerodinámicos. Si este es el caso,
se debe emplear un modelo que considere el fenómeno.
En la dispersión de las plumas y los contaminantes, la topografía es un factor
importante q ue deb e s er c onsiderado al s eleccionar u n m odelo. Las pl umas
elevadas pueden tener un impacto en áreas de terrenos altos. Las alturas de este
tipo de terrenos pueden experimentar mayores concentraciones de contaminantes
debido a que se encuentran más cerca de la línea central de la pluma.
59
En el c aso q ue ex istan t errenos el evados, s e debe us ar un m odelo q ue
considere este hecho
3.8 Tipos de plumas
El grado de estabilidad atmosférica y la altura de mezcla resultante tienen un
importante efecto en las concentraciones de contaminantes en el aire ambiental.
Si bien en la discusión sobre la mezcla vertical no hemos abordado el movimiento
horizontal del ai re, o el v iento, es i mportante s aber q ue es te s e pr oduce bajo
condiciones de inversión. Los c ontaminantes q ue n o s e p ueden dispersar h acia
arriba l o pue den hacer hor izontalmente a t ravés de l os v ientos s uperficiales. La
combinación de l os movimientos v erticales y hor izontales del a ire i nfluye en el
comportamiento d e l as pl umas d e fuentes puntuales ( chimeneas). S in em bargo,
en es ta l ección s e d escribirán l os di versos t ipos de pl umas c aracterísticos de
diferentes condiciones de estabilidad. La pluma de espiral de la figura se produce
en condiciones muy inestables debido a la turbulencia causada por el acelerado
giro del ai re. M ientras l as c ondiciones i nestables g eneralmente s on favorables
para la dispersión de los contaminantes, algunas veces se pueden producir altas
concentraciones momentáneas en el nivel del suelo si los espirales de la pluma se
mueven hacia la superficie.
Pluma en espiral
Figura 29 Fuente: arc.cnea.gov.ar/.../Modelos
60
La pl uma de ab anico s e pr oduce en c ondiciones estables, f igura 30. El
gradiente de inversión inhibe el movimiento vertical s in impedir el horizontal y l a
pluma s e p uede ex tender p or v arios k ilómetros a s otavento d e l a f uente. L as
plumas de ab anico ocurren con frecuencia en l as pr imeras horas de l a m añana
durante una inversión por radiación.
Pluma de abanico
Figura 30 Fuente: arc.cnea.gov.ar/.../Modelos
La pl uma d e cono es c aracterística de l as c ondiciones neu trales o
ligeramente estables. Este tipo de plumas tiene mayor probabilidad de producirse
en días nubosos o soleados, entre la interrupción de una inversión por radiación y
el desarrollo de condiciones diurnas inestables.
Pluma tipo cono
Figura 31 Fuente: arc.cnea.gov.ar/.../Modelos
61
Obviamente, un problema importante para la dispersión de los contaminantes
es l a pr esencia de u na c apa de i nversión, q ue ac túa c omo un a bar rera par a l a
mezcla vertical. Durante una inversión, la altura de una chimenea en relación con
la de una capa de inversión muchas veces puede influir en la concentración de los
contaminantes en el nivel del suelo.
Cuando las condiciones son inestables sobre una i nversión l a descarga de
una pluma s obre esta da l ugar a u na dispersión efectiva s in c oncentraciones
notorias en el ni vel del s uelo al rededor de l a f uente. E sta c ondición s e c onoce
como flotación. Figura 32.
Pluma de flotación
Figura 32 Fuente: arc.cnea.gov.ar/.../Modelos
Si la pluma se libera justo debajo de una capa de inversión, es probable que
se desarrolle una g rave s ituación de contaminación del ai re. Ya que el suelo se
calienta dur ante l a mañana, el ai re q ue s e enc uentra d ebajo d e l a mencionada
capa s e v uelve i nestable. C uando l a i nestabilidad al canza el ni vel de l a pl uma
entrampada bajo l a capa de i nversión, l os contaminantes se pueden t ransportar
rápidamente hacia abajo hasta llegar al suelo.
62
Este fenómeno se conoce como fumigación, f igura 33. Las concentraciones
de contaminantes en el nivel del suelo pueden ser muy altas cuando se produce la
fumigación. Esta se puede prevenir si las chimeneas son suficientemente altas.
Pluma de fumigación
Figura 33 Fuente: arc.cnea.gov.ar/.../Modelos
Hasta es te punto, hemos des arrollado l as c ondiciones y ev entos
meteorológicos bás icos q ue i nfluyen e n e l m ovimiento y l a di spersión de l os
contaminantes del aire en la atmósfera.
63
Capitulo 4 Monitoreo
Objetivo educacional. Conocer l as t écnicas de m onitoreo y det erminar s u
aplicación por tipo de fuente.
4.1 Monitoreo en fuentes móviles y factores de emisión
En t odas l as g randes ár eas urbanas l a mayor fuente de c ontaminación
atmosférica l a c onstituye l os v ehículos aut omotores. Los m ismos emiten g ases
orgánicos totales (TOG), monóxido de c arbono (CO), óxidos de n itrógeno (NOx),
óxidos de azufre (SOx) y material particulado (PM) entre otros, que constituyen los
contaminantes criterio (Radian International, 1997).
Se ent iende p or Monitoreo Ambiental como aq uellas Metodologías
diseñadas par a t omar m uestras, analizar y procesar l a i nformación a f in de
determinar l as c oncentraciones d e s ustancias o c ontaminantes p resentes en un
lugar y durante un tiempo determinado.
¿Cómo podemos determinar la concentración de los contaminantes atmosféricos?
Con Equipos del tipo:
Automático ⇒ medidas en tiempo real.
Continuos ⇒ promedio del tiempo de muestreo 8 a 24 horas.
Pasivos ⇒ difusión, deposición, 1 a 4 semanas.
A continuación se describirán las características de cada uno de los equipos:
Analizadores o monitores automáticos: (para l a m edición d e c ontaminación
atmosférica (SO2, NOx, CO, O3, Hidrocarburos, Partículas en suspensión). Pueden
ser ac tivos o pas ivos de ac uerdo a c omo es i mpulsado el ai re hac ia el
64
detector. Funcionan e n forma c ontinua al macenando l os promedios h orarios,
durante las 24 hor as en la memoria de l a estación. Estos instrumentos se basan
en propiedades físicas o químicas del gas que va a ser detectado continuamente,
utilizando métodos optoelectrónicos.
El aire muestreado entra en una cámara de reacción donde, ya sea por una
propiedad ó ptica d el g as q ue pueda medirse di rectamente o p or una r eacción
química que produzca quimiluminiscencia o luz fluorescente, se mide esta luz por
medio de un d etector q ue pr oduce u na s eñal el éctrica pr oporcional a l a
concentración del contaminante muestreado.
Ventajas: - Valores a tiempo real
- Concentraciones máximas y mínimas
Desventajas: - Costo elevado de adquisición
- Requieren personal especializado para su manejo
- Constante mantenimiento y calibración
Monitor automático
Figura 34 Kuyper; et al. Química del medio ambiente, 1995
65
Monitores Activos Requieren de en ergía el éctrica par a bo mbear el ai re a
muestrear a t ravés de un m edio d e c olección f ísico o q uímico. E l v olumen
adicional de ai re muestreado i ncrementa la s ensibilidad, por l o q ue pueden
obtenerse mediciones diarias promedio.
Los muestreadores activos más utilizados actualmente, son:
Los burbujeadores acidimétricos para SO2,
El método de filtración para Humo Negro,
El método gravimétrico de A lto Volumen (Hi-Vol.) para partículas totales y
fracción respirable, (según EPA).
Los resultados en ambos casos corresponden al promedio de 24 horas de exposición.
Monitor activo, Burbujeador acidimétrico
Figura 35 Kuyper; et al. Química del medio ambiente, 1995
Monitores Pasivos: Colectan un contaminante específico por medio de su
adsorción y /o abs orción en u n sustrato químico seleccionado, bas ado en l a
difusión del contaminante en una capa estática.
66
Ventaja: Simple y de bajo costo.
Desventaja: Exposición desde un par de horas hasta un mes. En el laboratorio, se
realiza la desorción del contaminante y posterior análisis.
En la f igura 36 s e observa la colocación de un c olector pasivo para su posterior
análisis en laboratorio.
Monitoreo pasivo por medio de un colector de partículas
Figura 36 http://smn.cna.gob.mx
4.2 Monitoreo de emisiones
Se ent iende c omo E misión a l a ev acuación d e s ustancias c ontaminantes desde los focos que las emiten a la atmósfera (chimeneas, tubos de escape, etc.)
67
Figura 37 http://smn.cna.gob.mx
4.3. Procesos de Emisión en Vehículos Automotores Los pr ocesos d e em isión de c ontaminantes son variados. C onstituyen una
gran cantidad de especies contaminantes producto de nu merosos procesos pero
que en general se pueden resumirse en dos tipos de emisiones:
a. Emisiones exhaustivas: que resultan de la combustión y son emitidas por
los t ubos d e escape y es pecies q ue r educen l a v isibilidad c omo am onio,
sulfatos y PM 2.5, en donde se encuentra y para conocer las emisiones se
realizan las siguientes pruebas:
• Método de prueba estática
Es un pr ocedimiento de medición de l as emisiones de los gases de
hidrocarburos, monóxido de carbono, bióxido de carbono y oxígeno a
68
la s alida del escape de l os v ehículos aut omotores en c irculación
equipados con motores que usan gasolina, gas l icuado de pe tróleo,
gas nat ural u ot ros c ombustibles al ternos. E l m étodo de pr ueba
estática consiste en 3 etapas:
• Revisión visual de humo: Se debe c onectar el t acómetro del
equipo de medición al s istema de ignición del motor del vehículo y
efectuar una ac eleración a 2, 500 ± 250 r evoluciones por m inuto,
manteniendo ésta durante un mínimo de 30 segundos. Si se observa
emisión d e hu mo ne gro o a zul y és te s e pr esenta de m anera
constante p or m ás d e 10 s egundos, n o s e deb e c ontinuar c on e l
procedimiento de medición y deberán tener por rebasados los límites
máximos per misibles es tablecidos en l a nor ma o ficial m exicana
correspondiente. Esta prueba no debe durar más de un minuto.
• Prueba de marcha crucero: Se d ebe i ntroducir l a s onda d e
medición al tubo de escape de acuerdo con las especificaciones del
fabricante del propio equipo, asegurándose de que ésta se encuentre
perfectamente fija. Se procede a acelerar el motor del vehículo hasta
alcanzar una v elocidad de 2, 500 ± 25 0 r evoluciones por m inuto,
manteniendo ésta durante un mínimo de 30 segundos. Después de
25 s egundos c onsecutivos baj o es tas c ondiciones de o peración, el
técnico debe determinar las lecturas promedio que aparezcan en el
analizador dur ante l os s iguientes 5 s egundos y r egistrar es tos
valores. Esta prueba no debe durar más de un minuto.
• Prueba de marcha lenta en vacío: Se procede a desacelerar el
motor del vehículo a l a velocidad de m archa en v acío especificada
69
por s u fabricante q ue no s erá mayor a 1 ,100 r evoluciones p or
minuto, manteniendo és ta dur ante u n mínimo de 30 s egundos.
Después d e 25 s egundos c onsecutivos baj o es tas c ondiciones de
operación, el t écnico debe d eterminar l as l ecturas pr omedio q ue
aparezcan en el an alizador dur ante l os s iguientes 5 s egundos y
registrar es tos v alores. E sta operación no deb e d urar m ás de un
minuto. Figura 37.
b. Emisiones evaporativas: procedentes de los motores de los vehículos. Dentro de estas se encuentran:
• emisiones evaporativas en marcha
• emisiones evaporativas sin marcha
• emisiones evaporativas durante la recarga
• emisiones evaporativas diurnas
Técnico determinando las lecturas promedio que aparecen en el analizador
Figura 37. www/montevideo.gub.uy/ambiente/documentos.html
70
4.4 Monitoreo atmosférico perimetral
Con bas e a l a i nformación g enerada por l a r ed a utomática de monitoreo
atmosférico ( RAMA), el g obierno de l a c iudad d e M éxico, por medio del D DF,
emite diariamente un reporte s obre l a c alidad d el ai re en l a forma d el Í ndice
Metropolitano de la Calidad del A ire ( Imeca). E l valor del Imeca es igual al valor
máximo de los subíndices obtenidos para los siguientes contaminantes: partículas
suspendidas totales, di óxido de az ufre, m onóxido de c arbono, dióxido d e
nitrógeno, ozono y el efecto sinergético de las partículas con el SO2.
La expresión empleada es:
Imeca = Máx [I (PST), I(SO2),I(CO),I(NO2),I(O3),I(PST x SO2)]
En l a c ual l os t érminos e ntre par éntesis r epresentan l os subíndices
correspondientes a cada uno de los indicadores.
Un v alor I meca de 100 pu ntos c orresponde a l a nor ma para c ada
contaminante, mientras q ue u n v alor I meca d e 5 00, r epresenta niveles d e
contaminación para l os c uales ex isten evidencias de da ños s ignificativos a l a
salud. E n l a t abla 8 se m uestran l os e fectos en l a s alud c onforme el I meca
incrementa sus niveles y la forma de determinar la calidad del aire
La calidad del aire y sus efectos en la salud
IMECA Calidad Del Aire Efectos en la Salud
0-100 Buena o Satisfactoria Ninguna
101-200 Regular Las personas sensibles
pueden sentir molestias en
ojos nariz y garganta así
71
como dolor de cabeza
201-349 Mala La población en
general puede presentar
irritación de ojos nariz y
garganta así como dolor de
cabeza
350-400 Muy Mala Se agudiza los
síntomas anteriores
especialmente entre niños,
ancianos etc.
Tabla 8. Fuente: Semarnat
El v alle de M éxico s e ubi ca en l a r egión s ubtropical de l a T ierra donde l a
radiación s olar es c onstante e i ntensa t odo el a ño. A hí s e l ocaliza l a Z ona
Metropolitana del Valle de México (ZMVM) que ocupa un área de 3,540 km², 1,500
km² es tán c ompletamente urbanizados L a c iudad d e M éxico abar ca l as 1 6
delegaciones del D istrito F ederal, 37 municipios del E stado de M éxico y 1
municipio del Estado de Hidalgo.
La ZMVM con sus 19 millones de habitantes alberga al 18% de la población
total del país. E s l a s egunda c iudad m ás g rande del m undo, s e m uestra un a
panorámica de l a c iudad en l a figura 3 8. Las ac tividades c otidianas de s u
población, las 53,000 industrias ahí asentadas y los 3.5 millones de vehículos que
la c irculan di ariamente pr ovocan al tos niveles de c ontaminación del aire. O tros
factores agudizan este problema:
• E l v alle de M éxico es tá r odeado p or montañas en 3 de s us l ados. A sí s e
conforma u na barrera nat ural q ue di ficulta l a l ibre c irculación del v iento y l a
dispersión de los contaminantes.
72
• Las inversiones térmicas que ocurren en el valle, son un f enómeno natural que
provoca el estancamiento temporal de las masas de aire.
• Los s istemas anticiclónicos s on frecuentes en el c entro del país y puede n
generar cápsulas de aire inmóvil en ár eas que abarcan regiones mucho mayores
que el Valle de México.
• La ZMVM se localiza a 2,240 m de altura sobre el nivel del mar. Esto, aunado a
la i ntensa radiación solar q ue r ecibe favorece l a formación d e c ontaminantes
tóxicos como el ozono.
• La altitud de la ZMVM hace que ahí el contenido de oxigeno en el aire sea 23%
menor que a nivel del m ar. E sto r educe l a e ficiencia de los procesos d e
combustión. Además, hace que las personas tengan que respirar mayor cantidad
de aire para obtener la misma cantidad de oxigeno.
Esto pr ovoca q ue t ambién r espiren más c ontaminantes. Para m ayor
referencia sobre las características de la ZMVM y la calidad de su aire, consultar el
libro: A ir q uality i n t he M exico M egacity de Lui sa T. M olina y M ario J . Molina
(editores) publicado por Klumer Academic Press 2002.
Efectos de la contaminación en la ciudad de México
Figura 38 http://mce2.org/education/posters_esp/carteles06.pdf
73
Sistema de Monitoreo Atmosférico de la Ciudad de México (SIMAT)
El S istema de M onitoreo A tmosférico de l a C iudad de M éxico es el
organismo enc argado de m edir l as c oncentraciones am bientales de l os
contaminantes en la ZMVM.
La RAMA (Red Automática de Monitoreo Atmosférico) es la parte del SIMAT
que m ide c ontinua y permanentemente el oz ono ( O3), di óxido d e az ufre ( SO2),
óxidos de ni trógeno (NOx), monóxido de c arbono (CO), par tículas menores a 1 0
micrómetros (PM10) y partículas menores a 2.5 micrómetros (PM2.5).
La i nformación q ue pr oporciona l a R AMA es fundamental para ev aluar l a
calidad del aire e n l a C iudad de M éxico y di fundirla mediante el Í ndice
Metropolitano de la C alidad del A ire (IMECA). La r apidez c on q ue l a R AMA
transmite l a i nformación, p ermite i nstrumentar el P rograma d e C ontingencias
Ambientales Atmosféricas cuando los niveles de contaminación son un riesgo para
la salud de la población.
La R AMA c uenta c on 36 es taciones de monitoreo ubi cadas en p untos
estratégicos de l a Ciudad d e M éxico y el Estado de M éxico, v er f igura 39 . La
localización de c ada estación s e bas a en criterios t écnicos c omo la dens idad
poblacional, la distribución de l as fuentes de emisión y la topografía. Los equipos
de medición q ue e mplea l a R AMA an alizan g ases es pecíficos. Cada un o opera
con base en las características fisicoquímicas de cada contaminante. Los equipos
realizan m ediciones minuto a m inuto l as 24 hor as, l os 365 días del añ o. L a
información de las estaciones de monitoreo se envía a un s istema central. Ahí se
procesa para generar promedios por hora. Con es ta i nformación se i ntegran l as
bases de datos públicas.
74
Estaciones y parámetros de la Red Automática de Monitoreo Atmosférico de la Ciudad de Méxic
Estación
o
Clave O3 NO2 SO2 CO PM10 PM25 VV DV TMP HR
Acolman ACO
Aragón ARA
Atizapan ATI
Azcapotzalco AZC
Camarones CAM
Cerro de la Estrella CES
Chalco CHO
Chapingo CHA
Coyoacán COY
Cuajimalpa CUA
ENEP-Acatlán EAC
I.M.P IMP
Iztacalco IZT
La Perla PER
La Presa LPR
La Villa LVI
Lagunilla LAG
Laureles LLA
Merced MER
Metro Insurgentes MIN
Nezahualcoyotl NET
Pedregal PED
75
Plateros PLA
San Agustín SAG
San Juan de Aragón SJA
Santa Ursula SUR
Tacuba TAC
Taxqueña TAX
Tlahuac TAH
Tlalnepantla TLA
Tlalpan TPN
Tultitlán TLI
UAM Iztapalapa UIZ
Vallejo VAL
Villa de las Flores VIF
Xalostoc XAL
Figura 39. Fuente: INE
El Imeca que es dado a conocer al público, es medido en cinco sectores que
corresponden a las zonas NE, NO, SE, SO y centro de l a c iudad de México. E l
cálculo se efectúa considerando las mediaciones realizadas en l as estaciones de
muestreo, calculando la media ar itmética de todos los puntos de muestreo en la
zona para los valores monitoreados en cada estación. (Jiménez, 2008).
76
Capitulo 5. Clasificación y características de los dispositivos de control. 5.1 Partículas.
Las p artículas p ueden existir en c ualquier f orma, t amaño y puede n s er
partículas s ólidas o gotas l íquidas. D ividimos a l as p artículas en d os g rupos
principales. Estos g rupos di fieren en varias formas. Una de las d iferencias es el
tamaño. A las más grandes las llamamos PM10 y las más pequeñas les llamamos
PM2.5
Partículas grandes: miden entre 2.5 y 10 micrómetros (de 25 a 100 veces más
delgados que un cabello humano). Estas partículas son llamadas PM10 (decimos
PM diez, el cual s ignifica par tículas de hasta 10 micrómetros en tamaño). Estas
partículas causan efectos menos severos para la salud.
Partículas pequeñas: Las partículas pequeñas son menores a 2 .5 m icrómetros
(100 veces más delgadas que un cabello humano). Estas partículas son conocidas
como P M2.5 (decimos P M dos pu nto c inco, c omo e n par tículas de has ta 2 .5
micrómetros en t amaño. E n l a t abla 9 s e m uestran al gunas c aracterísticas y
efectos de las mencionadas partículas.
77
Origen y efectos de las partículas PM10 y PM2.5
Partículas Ásperas (PM10) Partículas Finas (PM2.5) • humo, tierra y polvo
tóxicos de las fábricas, la agricultura y caminos
• compuestos orgánicos • metales pesados
Lo que son
• mohos, esporas y polen • manejando automóviles
Que las produce
• moliendo y aplastando rocas y tierra que el viento levanta
• quemando plantas (arbustos e incendios forestales desperdicios del jardín)
• fundiendo (purificando) y procesando metales
Tabla 9 www.sma.df.gob.mx/simat/pnparticulas.htm
Las p artículas p equeñas s on más l igeras y per manecen e n el aire m ás
tiempo y viajan l ejos. Las par tículas P M10 ( grandes) puede n pe rmanecer en el
aire por m inutos u horas m ientras q ue l as partículas P M2.5 ( pequeñas) pue den
permanecer en el aire por días o semanas. También, las partículas PM10 pueden
viajar t an poc o c omo c ien y ardas o en c iertos c asos t anto c omo hasta t reinta
millas. Las partículas PM 2.5 pueden viajar más lejos tanto como cientos de millas.
En c ontaminación a tmosférica s e r econoce c omo p artícula a c ualquier
material s ólido o l íquido c on un di ámetro q ue os cila ent re 0. 0002 y 500
micrómetros (µm). En conjunto se designan como partículas suspendidas totales o
PST.
78
Las fuentes de emisión de partículas pueden ser naturales o antropogénicas.
Entre l as fuentes n aturales s e enc uentran: er osión del s uelo, el pol en de l as
plantas, material bi ológico f raccionado, er upciones v olcánicas, i ncendios
forestales, et c. E ntre las f uentes an tropogénicas s e enc uentran: combustión d e
productos der ivados del pet róleo, q uemas en c ampos ag rícolas y di versos
procesos industriales.
Las P ST p ueden es tar c onstituidas d e g ran n úmero d e s ustancias, l as de
origen natural, que representan aproximadamente el 65% en peso, se componen
en s uelos y , de m anera oc asional de el ementos bi ológicos. P or s u par te, l as
partículas provenientes de l a combustión y de di versos procesos industriales son
menores en masa pero, en g eneral, t ienen efectos tóxicos más s ignificativos. Es
importante destacar que las par tículas de 10 micrómetros (PM10) por ser las de
mayor penetración al s istema respiratorio e impacto en la v isibilidad atmosférica
son consideradas las más dañinas.
Principales fuentes de contaminación en la ciudad de México
En la Ciudad de México las principales fuentes
antropogénicas son los procesos de combustión interna de vehículos automotores,
la i ndustria de l a construcción, l a formación fotoquímica d e aer osoles c on
contenido de nitrato y sulfato, ver f igura 40. Durante la época de estiaje la fuente
principal de partículas son las tolvaneras.
Figura 40. Fuente: Gobierno del D.F, 2000.
79
Las p artículas e ncontradas c on frecuencia e n el aire t ienen l as s iguientes
características: aquellas que t ienen tamaño superior a l as 50 μm se observan a
simple vista mientras que para las inferiores a 0.005μm se requiere de un
microscopio el ectrónico. Las par tículas inferiores a 1μm no sedimentan
rápidamente. Los efluentes gaseosos de l a industria metalúrgica, cementeras, la
ceniza y la ni ebla de ac ido s ulfúrico t ienen t amaños ent re 0.01 y 0. 100μm el
tamaño promedio de las partículas en la ciudad de México, es de 0.49μm.
Propiedades físicas
Las par tículas se c lasifican de ac uerdo con su e fecto en l a salud humana, como pr oducto derivado de un pr oceso natural o a ntropogénicas y por s us características físicas.
Partículas sedimentables (>10 µm)
Partículas menores a 10 micrómetros - PM10 (<= 10 µm).- Son par tículas de
diámetro aerodinámico equivalente o menor a 10 µm. Se consideran perjudiciales
para la salud debido a que no son retenidas por el sistema de limpieza natural del
tracto respiratorio.
. Son partículas q ue por su p eso t ienden a
precipitarse con facilidad, razón por lo cual permanecen suspendidas en el aire en
períodos cortos de tiempo. Por lo general no representan riesgos significativos a la
salud humana.
Partículas menores a 2.5 micrómetros - PM2.5 (<= 2.5 µm).- Son partículas de
diámetro aer odinámico equivalente o m enor a 2.5 µm . Representan un m ayor
riesgo par a s alud hu mana, pu ede s er un f actor de m uerte pr ematura e n l a
población.
· La m ayoría de l as p artículas al tamente p erjudiciales a l a salud, son d e or igen
antropogénico y se pueden clasificar como a continuación se presentan:
80
1. Polvos.- Son partículas sólidas peq ueñas (de 1 a 1, 000 µm ), se f orman por
fragmentación en procesos de molienda, cribado, explosiones y erosión del suelo.
Se mantienen en suspensión y se desplazan mediante corrientes de aire.
2. Humo
3.
.- Son partículas sólidas finas que resultan de la combustión incompleta
de materiales orgánicos como carbón, madera y tabaco. Su diámetro oscila en el
intervalo de 0.5 a 1 µm.
Fumos
4.
.- Son partículas s ólidas finas. S e forman por l a c ondensación d e l os
vapores or iginados en procesos d e s ublimación, destilación, c alcinación y
fundición. Miden entre 0.03 y 0.3 µm.
Cenizas volantes
5.
.- Son partículas f inas no combustibles que provienen de l a
combustión del c arbón. S u t amaño os cila ent re 1 y 1, 000 µm . E ntre s us
componentes se encuentran sustancias inorgánicas de metales, óxidos de s ilicio,
aluminio, fierro y calcio. Al depositarse en superficies actúan como abrasivos.
Niebla
6.
.- Son g otas peq ueñas q ue s e forman por c ondensación de u n v apor,
dispersión de un l íquido o c omo producto de una r eacción química. Miden ent re
0.0002 y 10 µm.
Aerosoles
Los a erosoles de diámetro de 0. 01 a 0. 1 µm se c onocen c omo “ partículas ul tra
finas”. E stos s on pr oductos de l a nucleación ho mogénea de v apores saturados
(SO
.- Un aerosol ambiental es una suspensión en el ai re de partículas
finas l íquidas o s ólidas. S e di viden e n a erosoles pr imarios y s ecundarios. Los
primarios s on partículas r elativamente es tables q ue s e emite directamente a l a
atmósfera, mientas que los secundarios son partículas que se forman en procesos
de conversión de gas a partícula. Miden entre 0.01 y 100 µm de diámetro.
2, NH3, NOx
Los aerosoles de diámetro entre 0.1 y 2.5 µm, se conocen como “partículas finas”.
Son formados en la coagulación de partículas ultra finas, a través de procesos de
y productos de la combustión).
81
conversión - gas a p artícula - conocidos como nuc leación he terogénea y por
condensación de g ases. L a mayor par te d e los el ementos que componen es tas
partículas en países industrializados son: sulfatos (SO4), nitratos (NO3), amoniaco
(NH3
), carbón elemental y carbón orgánico. También contienen una variedad de
elementos metálicos que provienen de procesos de combustión.
Los aer osoles q ue c ontienen s ulfatos y ni tratos, r eaccionan c on l as
moléculas d e ag ua ( H2O) di spersas e n el am biente, e n forma de l luvia, ni ebla,
nieve o r ocío, para formar ácidos. Este fenómeno se reconoce como lluvia ácida,
el cual afecta gravemente a los ecosistemas.
Sedimentación de de las partículas
Velocidad de sedimentación.- De acuerdo con esta propiedad, las partículas
se c lasifican en s uspendidas ( su t amaño oscila ent re 0 .0002 µ m y 10 µm ) y
sedimentables ( tamaño s uperior a 1 0 µ m). La s edimentación es el pr incipal
mecanismo de depuración na tural. L a v elocidad de s edimentación d
Características químicas de las partículas
e l as
partículas c on t amaño m enor o i gual a 1 µm depende de s us propiedades de
adsorción, absorción y adhesión. Cuando se comportan como gases permanecen
largos períodos de tiempo en suspensión y son más difíciles de remover tanto por
los s istemas an ticontaminantes c omo por l as de fensas del or ganismo h umano.
Las p artículas c on tamaño m enor a 0.1 µ m son pr opensas a c hocar ent re sí
(efecto del movimiento browniano) y adherirse, lo que favorece su sedimentación.
Las p artículas p ueden t ener u na c omposición fisicoquímica homogénea o
estar constituidas por di versos c ompuestos or gánicos e i norgánicos. E ntre l os
componentes or gánicos s e e ncuentran: fenoles, ácidos, alcoholes y m aterial
biológico (polen, protozoarios, bacterias, virus, hongos, esporas y algas).
82
Entre l os c ompuestos i norgánicos s e enc uentran ni tratos, s ulfatos,
polímeros, silicatos, metales pesados (fierro, plomo, manganeso, zinc o vanadio) y
elementos derivados de pesticidas y plaguicidas.
Características de Visibilidad
La visibilidad es la distancia en la cual un objeto puede ser percibido contra
el c ielo c omo h orizonte s in una di stinción exacta de s us de talles. E n r egiones
donde la concentración de par tículas f luctúa alrededor de 2 0 µg/m³, la visibilidad
media es de 50 a 60 K m. Por el c ontrario l as ár eas urbanas d onde l a
concentración de partículas ex cede l os 1 00 µg /m³, l a v isibilidad pr omedio s e
reduce a 8 ó 10 Km. C uando s e produce el s mog fotoquímico, l as par tículas
duplican su concentración y la visibilidad se reduce a 5 ó 7 Km.
La r educción d e l a v isibilidad es un a d e l as pr uebas m ás evidentes del
aumento de c ontaminación por p artículas. E n l a C iudad de M éxico l a v isibilidad
promedio en enero de 1937 era de 10 a 15 Km y al principio de la década de los
años 70 disminuyó entre 2 y 4 Km.
Inferencia en el clima
Las partículas reflejan y absorben parte de la energía solar, lo cual provoca un decremento de la temperatura en algunas regiones del planeta.
Afectación a Materiales
Las par tículas ac túan c omo c atalizadores s obre superficies m etálicas,
favoreciendo su ox idación. A demás pueden absorber gases como l os óx idos de
azufre y óxidos de nitrógeno, los cuales reaccionan con la humedad del entorno y
forman partículas de ácido sulfúrico o nítrico. Estos ácidos corroen los materiales
de construcción de e dificios y monumentos, l os cuales constituyen el pat rimonio
histórico de la humanidad (lluvia ácida).
83
Las partículas en los Ecosistema
Las partículas y otros contaminantes del aire son causantes de la alteración
de l os elementos t ípicos del s uelo y p ropiedades fisicoquímicas del ag ua.
Intervienen s ignificativamente e n l a formación del fenómeno d e l luvia ác ida, su
impacto e n l a biosfera es d eterminado por el g rado de toxicidad y c ontenido
orgánico de las mismas.
Efectos a la salud
El riesgo a la salud por partículas lo constituyen su concentración en el aire y
el t iempo de ex posición; s in e mbargo, el t amaño es l a c aracterística f ísica m ás
importante para determinar su toxicidad y efectos en la salud humana.
Las par tículas m ayores a 10 µm s on r etenidas bás icamente e n l as v ías
respiratorias superiores y eliminadas en su mayor parte por el sistema de limpieza
natural del t racto respiratorio, por lo que no s on consideradas s ignificativamente
dañinas para la salud, sin embargo la exposición continua a altas concentraciones
puede causar irritación de garganta y mucosas.
Por s u par te, l as P M10
En el corto plazo la contaminación por PM
(fracción r espirable) no s on r etenidas e n l as v ías
respiratorias superiores, cerca de un tercio penetra hasta los pulmones. Su efecto
depende d e s u c omposición q uímica, pu eden pr oducir i rritación d e l as v ías
respiratorias, agravar el asma y favorecer las enfermedades cardiovasculares. Se
relacionan c on l a e nfermedad de l os p ulmones negros e n m ineros, s ilicosis y
asbestosis.
10
puede causar el deterioro de la
función respiratoria. En el largo plazo se asocia con el desarrollo de enfermedades
crónicas, el cáncer o la muerte prematura.
84
De acuerdo con estudios realizados en México, se estima que el r iesgo de
morir prematuramente se incrementa en 2% por cada incremento de 10 µg/m³ de
PM10. La c ombinación de partículas suspendidas y óxidos de azufre tienen un
efecto en la salud sinérgico.
Los g rupos d e l a p oblación c on m ayor s usceptibilidad a l os e fectos d e l as
partículas incluyen:
·Niños
·Ancianos
·Personas c on e nfermedades r espiratorias y c ardiovasculares pr evias
·Fumadores
·
El r iesgo asociado con las partículas que se depositan en los pulmones es
mayor en c omparación d el de pósito en l a g arganta. L os es tudios r ecientes
demuestran que las PM
Personas que respiran por la boca
2.5
La
tienen la capacidad de ingresar al espacio alveolar o al
torrente s anguíneo, i ncrementando el r iesgo de pad ecer en fermedades c rónicas
cardiovasculares y muerte prematura.
Norma Oficial Mexicana de PST establece c omo l ímite de protección a l a
salud una concentración de 2 60 µg /m³ promedio de 24 h oras y 75 µg /m³ media
aritmética anual para proteger a la población susceptible.
La Norma Oficial Mexicana de PM10, establece como l ímite de protección a la
salud una concentración de 1 50 µg /m³ promedio de 24 h oras y 50 µg /m³ media
aritmética anual para proteger a la población susceptible. Los efectos de PM10
en
la salud son motivo de amplias discusiones para reformular.
85
Medidas de protección a la salud
Entre las medidas que se pueden realizar para proteger la salud se consideran:
· Evitar ex ponerse al aire l ibre c uando l a c ondición d e c alidad del ai re s ea NO
SATISFACTORIA
· Realizar ejercicio y otras actividades al aire libre durante el período de horas que
este c ontaminante t iene c oncentraciones baj as.
· Ingerir alimentos que contienen antioxidantes (frutas y verduras) y agua en forma
abundante.
· No r ealizar ej ercicio y ac tividades q ue r equieran de un esfuerzo físico
considerable en suelos erosionados ( canchas deportivas s in cobertura vegetal o
pavimento), p ues a fecta y no ben eficia a nuestra s alud.
· Proteger l as v ías r espiratorias c on c ubre-bocas o trapos h úmedos e n c aso d e
tolvaneras.
· Fomentar la reforestación y recuperación de suelos erosionados.
Antes d e r ealizar c ualquier ac tividad f ísica al ai re l ibre, c onsulta el Í ndice
Metropolitano de la Calidad del Aire de la zona donde vives.
Medición de partículas en México
El SIMAT realiza mediciones de PM2.5, PM10 y PST en µg/m³. Las técnicas
para determinar l a c oncentración de partículas s on di versas y de penden de l as
características f ísicas de las m ismas y la f inalidad del es tudio. La RAMA realiza
mediciones c ontinuas y per manentes d e P M2.5 y P M10, m ediante eq uipo
automático. Con es ta información se el abora y di funde oportunamente el Índice Metropolitano de la Calidad del Aire para i nformar a l a pobl ación s obre l as
condiciones de calidad del aire.
A través de l a REDMA se obt ienen muestras de P ST y P M10 con eq uipo
manual, las cuales se analizan en el Laboratorio para determinar su concentración
y contenido de sulfatos, nitratos y metales pesados.
86
5.2 Gases y vapores
Se denomina gas al estado de agregación de la materia que no tiene forma
ni volumen propio.
Características de los gases:
Se expanden libremente
Algunos gases tienen olor y color
Se propagan con gran facilidad y rapidez por su naturaleza.
Un gas está constituido por moléculas de igual tamaño y masa
Un gas no tiene forma ni volumen fijo
Tienen una gran energía cinética en sus moléculas.
En contraparte un vapor está constituido por gotitas de líquido suspendidas
en el aire muchas sustancias líquidas se evaporan a temperatura ambiente, lo que
significa que forman un vapor y permanecen en el aire.
Características de un vapor:
Los vapores más comunes corresponden a vapores orgánicos
Pueden ser inflamables o explosivos
Pueden irritar los ojos y la piel
Se propagan con gran facilidad y rapidez por su naturaleza
Los g ases y vapores t ienen l a pr opiedad de m ezclas í ntimamente c on el
aire y no v olver a separar espontáneamente. A unque al gunos de el los s on
bastante livianos o más pesados que el aire, la diferencia de densidad no produce
generalmente una estratificación.
87
Afectación a la salud. Estas penden en gran de las propiedades fisiológicas del
propio organismo a fectado, al g rado de pr oducir i nflamación en los t ejidos c on
que entran en contacto directo, vale decir que tejidos epiteliales como la piel, la
conjuntiva y especialmente la mucosa de las vías respiratorias, son generalmente
los más afectados .Ejemplos son el amoniaco, acido clorhídrico y formaldehido.
Algunos v apores y gas es t ienen un efecto as fixiante como c aracterística
general, es decir la falta de oxigeno a nivel celular, ésta puede producir lesiones
definidas en la corteza cerebral en menos de 4 minutos y la muerte irreversible a
los 8 minutos.
Los vapores y gases asfixiantes se dividen en dos grupos:
1.- Asfixiantes Primarios:
Son aq uellos q ue ac túan pr incipalmente p or dé ficit de ox igeno, es dec ir,
diluyendo el ai re hasta q ue l a presión par cial del ox igeno es i nsuficiente p ara
provocar el intercambio entre el hidróxido de carbono y el oxigeno.
2.- Asfixiantes Secundarios:
No ac túan p or de ficiencia de oxigeno s ino por bl oqueo o i nterferencia d el
proceso fisiológico de l a r espiración, pue de s ignificar un ac cidente s erio, y a
menudo la muerte. Entre los más importantes tenemos el monóxido de carbono, el
ácido clorhídrico y la arsina un gas muy tóxico.
Una d e l as a plicaciones médicas c omunes, es l a d e uso anestésico, s u
característica esencial es que ejercen su mayor acción fisiológica después de ser
absorbida por la sangre, que los distribuye y finalmente los elimina.
88
Este grupo incluye una gran variedad de c ompuestos orgánicos, a sí como
muchos d e a mplio us o i ndustrial y dom estico, es pecialmente c omo s olventes y
combustibles.
Los gases que contaminan la atmósfera son:
Dióxido de azufre
Dióxido de carbono
Oxido de nitrógeno
Metano
Ozono.
Los e fectos q ue pu eden pr oducir s obre l a atmósfera s on: El au mento d el
efecto invernadero por aumento de las concentraciones de dióxido de carbono en
la atmósfera y la destrucción de la capa de ozono por los CFCs (de los sprays y
refrigeradores), l os i nsecticidas y her bicidas. En l a figura 41 s e obs ervan l as
principales fuentes emisoras de gases y vapores.
Principales gases y vapores emitidos a la atmosfera y su clasificación
Figura 41 Fuente: Semarnat, 2000
89
5.3 Control de olores
La problemática por la contaminación de ol ores se está convirtiendo en u na
cuestión f undamental par a c iertos s ectores de l a i ndustria. Los c iudadanos s e
están e nfrentando c ada v ez m ás c on l os m alos ol ores d e l as c ompañías d e
fabricación. E s por l o t anto q ue el c ontrol del ol or s e es tá c onvirtiendo en u n
factor importante para cada gestor y trabajadores ambientales de la producción.
El ol or es una d e l as c osas más di fíciles a m edir. P ues l a mayoría de l as
muestras del ai re ol oroso c ontienen un c óctel de s ustancias, c on um brales de
cada olor diverso es casi imposible tener un analizador en l ínea o un sistema que
mida y que pueda cuantificar y distinguir entre estos componentes.
La técnica de Olfatometría es usada para definir la concentración de un olor
en términos de percepción humana. Dicha técnica evalúa las diluciones con aire
“limpio " que un ol or debe s ufrir par a no s er det ectable p or un hum ano. Esta
información es útil cuando se desea evaluar el grado de molestias que provoca un
olor. Véase la figura 42.
Olfatómetro de laboratorio
Figura42. Fuente: E.P.A
90
El c ontrol d e ol or es uno de l os i ntereses primarios e n l as i nstalaciones
medio ambientales, especialmente s i se ubican cerca de áreas residenciales. La
buena gestión del proceso y el quehacer cuidadoso puede reducir los olores, pero
en muchos casos todavía se requerirá algún método para la reducción del olor.
El aumento de sensibilización de l a sociedad con el medio ambiente junto
con l as nor mativas c ada vez m ás r estrictivas en l a em isión de g ases noc ivos y
molestos a la atmósfera hacen que la depuración de gases y eliminación de olores
tengan c ada vez m ás i mportancia. E ntre l os s istemas d e de puración des taca l a
depuración bi ológica q ue apr ovecha l a c apacidad de al gunos microorganismos
para ox idar bi oquímicamente l as s ustancias or gánicas e i norgánicas q ue
contienen los gases que se deben t ratar. En muchos casos, la biofiltración es la
opción más ec onómica y l a m ás e fectiva, y q ue, hoy en d ía, es de uso
generalizado.
Se ex ige l a reducción de m alos ol ores de l as i ndustrias, y las de
procesamiento de al imentos y el t ratamiento de pr oductos de origen animal son
algunas de las actividades más afectadas.
La emisión de malos olores por parte de las plantas que tratan los residuos
pueden ser en sí mismas un problema, lo cual es algo a tener en cuenta a la hora
de decidir qué t ipo de planta de tratamiento de r esiduos a i nstalar. Las naciones
de la comunidad económica europea deben de c umplir l a l egislación europea al
respecto y las pautas referentes al medio ambiente. Las directivas de la CE sobre
las em isiones m edioambientales d an i nstrucciones a l os paí ses miembros p ara
que estos introduzcan una legislación nacional que concuerde con las pautas de la
CE y niveles de emisión dentro de un periodo de tiempo.
También es necesario el c ontrol d el ol or e n m ultitud de pr ocesos, y hay
varias opciones para el tratamiento del olor, incluyendo el químico, la destrucción
térmica y la biofiltración. Incluimos una comparación entre sistemas:
91
Destrucción térmica • Requiere i nstalaciones c omplejas y de el evado c oste de
adquisición • Consume energía • Puede permitir un aprovechamiento térmico del calor generado • Muy utilizado para eliminar disolventes y COVs en general
Carbón activado • Sistema en seco con peligro de condensación de humedad en
el lecho • Limitada e ficacia frente a m oléculas p equeñas c omo el
amoniaco • Requiere frecuente regeneración o reposición del lecho • Apto para contaminaciones esporádicas
Lavado químico. • Consume reactivos, a veces caros y peligrosos • Requiere mantenimiento intensivo por personal medianamente
cualificado • Se utiliza para caudales grandes
Filtro biológico
• Bajo coste de implantación y mantenimiento
• Retiene mezclas de contaminantes con alto rendimiento
• Técnica fiable y comprobada
• Buena adaptabilidad a variaciones de contaminantes
• Posibilidad de instalación descentralizada
Un biofiltro usa materiales orgánicos que son mantenidos a una humedad
adecuada para que tenga lugar el desarrollo microbiano para absorber y degradar
compuestos ol orosos. E l m aterial, fresco y humedecido, pr ocesa el ai re q ue s e
inyecta m ediante una r ejilla de t ubos hor adados en un l echo d e f iltración. L os
materiales que se usan para la construcción de biofiltros son el compost, la turba,
astillas de m adera y c orteza de ár boles, a v eces m ezclados c on m ateriales
biológicamente inertes, como la grava, para mantener una porosidad adecuada.
92
El filtro puede ser inoculado con un cultivo de microorganismos que crecen
en los materiales orgánicos que hay en el ai re residual procedente de l a planta.
Utiliza l os m ismos pr ocesos y or ganismos q ue s e emplean ac tualmente e n las
fases biológicas de t ratamiento de las aguas negras. A l inocular la biomasa con
una amplia gama de organismos van a pr oliferar las cepas que son capaces de
alimentarse d e l as s ustancias aportadas con l a c orriente de aire. A sí el f iltro se
auto adapta a las condiciones encontradas en cada foco.
Las profundidades de l lecho de bi ofiltro os cilan de 1 a 1.5 m etros. Con
lechos más s omeros, hay fugas de g ases, y l echos más pr ofundos, s on m ás
difíciles de mantener uniformemente húmedos. El biofiltro ha mostrado ser efectivo
en tratar olores asociados con el compostaje, incluyendo el amoniaco y una gama
de compuestos orgánicos volátiles (sulfhídrico y aminas).
El proceso de l a depuración biológica consiste esencialmente en poner en
contacto el aire saturado de humedad con un lecho fijo. Si no se puede garantizar
la s aturación por l as c ondiciones e n el p ropio foco s e s uele proceder a u n
pretratamiento mediante u n s istema d e d uchas a ntes de c onducir el ai re a l a
biomasa. E n es te l echo s e ads orbe l a c arga c ontaminante en l a s uperficie de l
material de relleno o se disuelve en la película de agua que lo rodea. Aquí servirá
de al imento par a l a fauna m icrobiana pr esente en el m ismo e ntorno. S e podr ía
decir que se pasa la contaminación atmosférica del aire a la fase estacionaria para
utilizar las mismas técnicas conocidas en la depuración de las aguas residuales,
con di ferencia en la concentración de las sustancias contaminantes, mucho más
baja en el aire q ue en el agua, y u n g ran ex ceso de ox ígeno. La baj a
concentración l imita el c recimiento de l os microorganismos a niveles q ue hac en
imposible la aparición de grandes excesos de biomasa como se produce en forma
de fangos en las depuradoras de aguas residuales.
93
La presencia de oxígeno hace innecesaria una aireación adicional. Por estas
razones el pr oceso bi ológico en el t ratamiento d e l os ai res de s alida r equiere
incluso menos mantenimiento y es más estable que el tratamiento biológico de las
aguas negras. Esto nos l leva a l a mayor ventaja de los filtros biológicos f rente a
los métodos clásicos: su bajo coste de explotación.
Dado q ue l os m icroorganismos actúan c omo c atalizadores e specíficos,
desintegrando l a c arga c ontaminante c on l a ay uda d el ox ígeno ambiental y
regenerando por su actuación la capacidad del lecho de adsorber nueva materia
no se requiere la adición de reactivos caros y peligrosos ni tampoco la reposición
frecuente del lecho. En este último aspecto hay que considerar que el compost y la
corteza de pino son rellenos con una esperanza de vida limitada mientras que los
lechos basados en fibra de turba de alta calidad pueden aguantar más de 10 años
sin cambio de la biomasa. Además, la fibra de turba es el tipo de relleno que mejor
soporta l a fauna b acteriana. E stabiliza t odo el pr oceso d ebido a s u al ta c alidad
como t ampón d e h umedad y de nu trientes. N o obstante, el m ayor pr ecio de l a
turba hace q ue l os s ustratos m ás u tilizados s ean l os basados en c ompost de
origen vegetal, con el que se pueden g arantizar hasta 5 años de v ida, s iendo la
real, naturalmente, muy superior.
Finalmente los sistemas biológicos retienen incluso sustancias que no s on
depuradas e n l os s istemas c lásicos. P or ej emplo s e ha d emostrado e n v arios
estudios l a eliminación d e hi drocarburos y di solventes orgánicos en l a e tapa
biológica.
El manejo de todos los componentes integrantes de un equipo biológico es
sencillo y puede s er l levado a c abo fácilmente p or per sonal s in c onocimientos
específicos adicionales. Lo más esencial es la vigilancia del correcto contenido de
humedad de la biomasa. La inspección y limpieza del sistema de humidificación y
del v entilador pr esente en t odos l os s istemas de d esodorización t ampoco s on
complicadas.
94
Si no hay am plias s uperficies di sponibles s e pued e r ealizar i nstalaciones
descentralizadas. E ste di seño es s iempre aconsejable y a q ue per mite c onstruir
equipos menores y más fáciles de colocar en posibles huecos.
Sus aplicaciones más us uales s e d an e n i nstalaciones de tratamiento
ambiental ( depuradoras, pl antas de t ratamiento y bom beo, i nstalaciones d e
compostaje, R SU,...) y en pr ocesos i ndustriales, c omo l a i ndustria q uímica,
tostadoras d e c afé, t ratamiento de aves, pr oducción de s abores y f ragancias,
mataderos, salas de despiece...
Es una tecnología ap ta par a emisiones c on ni veles m edios d e sulfuro d e
hidrógeno, a moníaco, C OV's y en general aq uellas i nstalaciones en l as q ue s e
originan olores de pr ocesos de deg radación biológica o m anejo de productos
orgánicos. En la figura 43 se observa un tipo de dispositivo de control de olores de
sustancias químicas de uso comercial.
Filtro controlador de olores de empleo comercial
Figura 43 Fuente: www.growshoponline.es/images/filtro_olor
95
5.4 Precipitadores electrostáticos
Los pr ecipitadores el ectrostáticos s on di spositivos q ue s e ut ilizan par a
atrapar par tículas a t ravés de l a ionización de l as m ismas. S e em plean par a
reducir l a contaminación at mosférica producida por hu mos y otros des echos
industriales g aseosos, es pecialmente e n l as pl antas q ue funcionan en base a
combustibles fósiles.
Un pr ecipitador el ectrostático ( ESP p or s us s iglas en i nglés), o un filtro de
aire electrostático es un dispositivo que remueve partículas de un gas que fluye
(como el ai re) us ando l a f uerza de una c arga el ectrostática i nducida. L os
precipitadores el ectrostáticos s on di spositivos de filtración al tamente eficientes,
que mínimamente impiden el flujo de los gases a t ravés del dispositivo, y pueden
remover fácilmente finas partículas como polvo y humo de la corriente de aire.
¿Qué es y Cómo funciona un precipitador electrostático?
Un pr ecipitador el ectrostático es una uni dad i ndustrial d e c ontrol d e
emisiones. Evita que partículas de polvo, cenizas y productos de la combustión en
procesos i ndustriales, s ean ar rojadas a l a at mósfera. E sto r educe l a
contaminación atmosférica. Los precipitadores electrostáticos (PES) capturan las
partículas sólidas en un flujo de gas por medio de la electricidad.
Funcionamiento:
Es un eq uipo d e m uy al ta e ficiencia que f unciona al i onizar (carga
eléctricamente) las partículas contaminantes para que se puedan mover fuera de
la c orriente de g as, posteriormente éstas pasan en tre u nas placas c on c arga
contraria a la de la ionización por lo que se adhieren a éstas. Ver figura 44.
96
Precipitador electrostático
Figura 44 Fuente: Manual de costos de operación de control de la contaminación
del aire de la E.P.A.
Cuando l as placas s e enc uentran i mpregnadas c on l os c ontaminantes s on
descargadas y sacudidas por golpes en seco, para que los contaminantes caigan
a un a t olva i nferior. Los pr ecipitadores electrostáticos s on l os eq uipos más
eficientes par a el c ontrol de par tículas de menos de 0 .2 micras c on e ficiencia
superior a 9 9%, s u c aída de pr esión es muy baj a y pue den manejar g randes
volúmenes. S us m ayores des ventajas s on s u c osto y q ue no pue den manejar
sustancias explosivas.
Existen PE para uso industrial y domestico. Para el hogar podemos ver:
El f iltro eléctrico con un pr ecipitador el ectrostático. Estos f iltros r equieren limpieza frecuente de las placas y pueden producir ozono irritante si no se les da un buen mantenimiento.
97
El precipitador de placa
El precipitador más básico contiene una fila de al ambres finos, seguido por
pilas de pl acas planas de m etal espaciadas aproximadamente 1 centímetros. La
corriente de ai re p asa a t ravés de l os es pacios en tre l os al ambres y des pués
atraviesa el apilado de placas.
Una fuente de al to v oltaje t ransfiere el ectrones d e l as pl acas hacia l os
alambres, desarrollando así una carga negativa de v arios miles de voltios en los
alambres, r elativa a l a c arga pos itiva de l as pl acas. M ientras q ue l a materia d e
partículas at raviesa l a fuerte c arga n egativa de l os al ambres, l a m ateria d e
partículas toma la carga negativa y se ioniza. Las partículas ionizadas entonces
pasan a t ravés de l as pl acas cargadas pos itivamente, s iendo at raídas por és tas
placas.
Una vez que las partículas están en contacto con la placa positiva, entonces
ceden sus electrones y se convierten en partículas cargadas positivamente como
la pl aca, y c omienzan a ac tuar as í c omo par te del c olector. Debido a es te
mecanismo, los precipitadores electrostáticos pueden tolerar g randes cantidades
de ac umulación d e r esiduo en l as pl acas de r ecolección y s eguir f uncionando
eficientemente, pu esto q ue l a m ateria por s í m isma ay uda a recolectar m ás
materia de la corriente de aire.
La falla d el pr ecipitador us ualmente s olo oc urre una v ez q ue s e haya
formado en las placas una acumulación muy pesada de material. La acumulación
puede l legar a s er bastante pesada como para bloquear la c irculación de aire, o
puede ser bastante densa como para ocasionar un corto circuito al permitir que la
corriente atraviese el aislamiento. (Típicamente no daña la fuente de alimentación,
pero d etiene e fectivamente l a precipitación el ectrostática a dicional). U n m odelo
típico de uso industrial se puede observar en la figura 45.
98
Precipitaores electrostáticos
Figura 45 Fuente: www.cepis.ops-oms.org/
Precipitadores industriales modernos
Los E SPS c ontinúan s iendo di spositivos ex celentes par a el c ontrol de
muchas emisiones de partículas industriales, incluyendo el humo de instalaciones
de g eneración el éctricas ( alimentados por carbón o ac eite), r ecolección d e t orta
salina d e l os c alentadores de l icor neg ro e n l as pl antas de pulpa de c elulosa y
recolección del c atalizador de l as uni dades de c onversión c atalítica de l echo
fluidizado en l as refinerías por nombrar algunos. Como se puede observar en l a
figura 46.
99
Precipitador industrial
Figura 46 Fuente: alibaba.com/photo.
Estos di spositivos t ratan v olúmenes del g as de v arios c ientos de m iles d e
ACFM (pies cúbicos por minuto actuales, por sus siglas en inglés) a 2.5 millones
de ACFM en las aplicaciones de caldera más grandes (alimentadas por carbón).
La placa paralela original - el diseño cargado del alambre (descrito arriba) ha
evolucionado a medida q ue n uevos di seños d el el ectrodo d e des carga m ás
eficientes (y robustos) han sido desarrollados. Hoy en día estos desarrollos se han
concentrado en electrodos de descarga rígida a los que se adhieren muchas púas
puntiagudas, m aximizando la producción de l a c orona. Los s istemas de l
transformación - rectificación a plican v oltajes d e 5 0-100 k ilovoltios en l as
densidades relativamente de gran intensidad. Los controles modernos reducen al
mínimo el c hisporroteo y pr evienen l a formación d e ar cos, ev itando d año a l os
componentes.
100
Los sistemas automáticos de g olpeo y los sistemas de la evacuación de l a
tolva q uitan l a m ateria de par tículas r ecogida m ientras q ue e stán en l ínea,
permitiendo que ESP permanezca en funcionamiento por años a la vez.
Precipitador electrostático húmedo
La precipitación electrostática es típicamente un proceso seco, pero el rocío
de ag ua ay uda al flujo en trante a r ecoger partículas ex cepcionalmente finas, y
ayuda a r educir l a r esistencia eléctrica d el m aterial s eco e ntrante par a hac er e l
proceso más efectivo.
Un pr ecipitador el ectrostático h úmedo c ombina el m étodo oper acional de un
depurador mojado c on el d e un precipitador el ectrostático p ara hac er aut o
limpieza, auto lavado aún con un dispositivo de alto voltaje.
101
Bibliografía.
• http://smn.cna.gob.mx/productos/obervatorios/informacion.html
• www.portalciencia.net/meteoest.html
• www.remapuebla.gob.mx/ReporteMoviles.php
• www.natureduca.com/cont_atmosf_fuentes.php
• www.jmarcano.com › Recursos naturales
• Semarnat.gob.mx
• www.ine.gob.mx
• Contaminación atmosférica. Ernesto Martínez A y Yolanda Díaz de Mera Morales. Universidad de Castilla-La Mancha. 2004 ISBN8484273245, 9788484273240 pag. 13
• Contaminación atmosférica. Volumen 45 de Colección Ciencia y técnica / Ediciones de la Universidad de Castilla-La Mancha. Autores Ernesto Martínez A, Yolanda Díaz de Mera Morales, Editor Universidad de Castilla La Mancha, 2004 ISBN 8484273245 pag. 39
• www.sagan-gea.org
• www.cma.gva.es • Libro electrónico Joseph B. C. “Contaminación y Calidad del Ambiente” ED
Lanusa. • www.enciclomedia.com • www.master-medioambiente.com/.../prevencin-control-y-tratamiento-de-
la.html - • www.cepis.org.pe/bvsci/e/fulltext/.../lecc8_3.html • www.cepis.org.pe/bvsci/e/fulltext/.../lecc8_2.html • http://www.upo.es/depa/webdex/quimfis/docencia/CA/Pract/Practica1.pdf
• Moran, J. M., Morgan M. D. (1989), Meteorology: the Atmosphere and the Science of Weather, 2nd Edition, Macmillan Publishing Company, NY, 557 p.
102
• Octave Levenspiel – Ingeniería de las reacciones químicas
• Vega de Kuyper Juan Carlos. Química del medio ambiente .2ª edición. Ed.
alfaomega. P.81-83
Author: Octave Levenspiel | Editorial Reverté | ISBN 6429173250 | 2nd. Ed.
1987 | pdf, 635 pages | language: spanish | 14,3 MB.
• www.nl.gob.mx/?P=med_amb_mej_amb
• www.fortunecity.es/expertos/.../atmosfera.html
• personal.redestb.es/artana/meteoclub/composat.htm
• www.practiciencia.com.ar/.../atmosfera/atmosfera/composición/index.html
• http://smn.cna.gob.mx/productos/obervatorios/informacion
• Jiménez Cisneros, Blanca E. "La Contaminación Ambiental en M éxico". 1ª
Edición, Editorial Limusa.
103
104
