DISEÑO DE UN SISTEMA DE VIGILANCIA DE NOX EN EL AIREDE LA CIUDAD DE BUENOS AIRES

Nicolás A. Mazzeo – Laura E. Venegas

Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas.Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos.

Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires.Ciudad Universitaria. Pab.2 – 1428-Buenos Aires. Argentina.

Tel. 4576-3356 (int.16) - Fax. 4576-3364 (int.12)mazzeo@at.fcen.uba.ar – venegas@at.fcen.uba.ar

CURRÍCULUM VITAE ABREVIADO DE LOS AUTORES

Nicolás A. MAZZEO es Doctor en Ciencias de la Atmósfera (Universidad de BuenosAires). Profesor Regular Titular de Micrometeorología y Contaminación Atmosférica enla Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA). Profesor de la materiaContaminación del Aire en Maestrías Medioambientales y Cursos de Postgrado endiversas Universidades. Miembro de la Carrera del Investigador Científico yTecnológico del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas(CONICET). Autor de 288 trabajos de investigación publicados en RevistasInternacionales y Nacionales y en Actas de Congresos. Desempeñó diferentes cargoscientíficos y de conducción en el Servicio Meteorológico Nacional, Comisión Nacionalde Energía Atómica, Observatorio Nacional de Física Cósmica y Facultad de CienciasExactas y Naturales(UBA).

Laura E. VENEGAS es Doctora en Ciencias de la Atmósfera (Universidad de BuenosAires). Profesora Regular Adjunta de Micrometeorología en la Facultad de CienciasExactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires. Investigadora Independientedel Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET). Harealizado cursos de postgrado y perfeccionamiento en el país y en el exterior (U.S.EPA)sobre a Contaminación del aire y la Dispersión atmosférica. Autora de 92 trabajossobre contaminación del aire y dispersión de contaminantes en la atmósfera,publicados en Revistas Internacionales y Nacionales y en Actas de Congresos.Integrante de Comisiones Asesoras y Evaluadoras de la UBA, SECYT y del Ministeriode Educación. Miembro de asociaciones profesionales nacionales e internacionales.

Palabras Claves: monitoreo; calidad de aire; óxidos de nitrógeno; Buenos Aires

RESUMEN

Se presenta el diseño de un sistema de vigilancia de NOx en aire en la ciudad deBuenos Aires, compuesto por una red de monitoreo del aire (se presenta sudiagramación) que permita detectar excedencias de una Concentración de Referencia,y por la aplicación de modelos de dispersión atmosférica con el fin de determinar lasáreas urbanas y la población afectadas. Este sistema posibilitará a las Autoridadescontar con una metodología de detección del deterioro de la calidad del aire urbana yplanificar las acciones necesarias para disminuir sus consecuencias. Se presentanejemplos aplicados a Buenos Aires.

INTRODUCCIÓN

Toda actividad humana tiende a modificar el ambiente. Esto no nos debe causarpreocupación, debido a que el ambiente posee mecanismos destinados a amortiguar ycontrolar esas variaciones, siempre que no superen determinados límites. No obstante,algunos límites pueden ser sobrepasados. Teniendo en cuenta ello, el hombre debeestablecer sistemas de vigilancia ambiental. En el caso de la atmósfera, las sustanciasquímicas emitidas en grandes cantidades en áreas sensibles con edificaciones ycondiciones atmosféricas particulares, tienden a acumularse en el aire. Este problemase manifiesta con especial preocupación en las zonas industriales y en las megalópolis.

Previamente a la implementación de cualquier tipo de política ambiental en un área esnecesario realizar un diagnóstico de la situación ambiental. El mismo debe abarcar, enel caso particular de la atmósfera, la evaluación de los niveles de calidad del aire, quees necesario determinar cuantitativamente. Esa determinación puede realizarsemediante mediciones o estimaciones de las concentraciones de contaminantes en elaire. Las mediciones de calidad de aire se realizan en sitios seleccionados previamentey mediante instrumentos. El valor resultante debería ser exacto, específico y preciso ynecesariamente representativo de la calidad del aire local. Asimismo, el instrumento demedición debe ser calibrado periódicamente y tener un tiempo de respuesta adecuado.Por otra parte, las estimaciones cuantitativas de la concentración de contaminantes enaire se efectúan utilizando modelos de dispersión atmosférica. Los resultados de estosmodelos son aproximaciones a los valores reales. Los valores resultantes poseenerrores debido a la limitada representatividad mediante ecuaciones matemáticas de losprocesos físicos y químicos que ocurren en la atmósfera y a los errores de los datos delos parámetros de entrada. Debido a estas dificultades, una adecuada combinación delos valores resultantes de las mediciones y de las estimaciones cuantitativas obtenidasaplicando modelos de dispersión atmosférica puede posibilitar una mejor contribuciónal problema de la determinación cuantitativa de la calidad del aire en una zona. Lacapacidad de monitoreo del aire en las ciudades está limitada económica yespacialmente. Debido a ello y a la gran complejidad de fuentes de emisión, el controlde la calidad del aire urbano es una tarea dificultosa. La aplicación conjunta delmonitoreo de la calidad del aire y de los modelos de dispersión atmosférica puedeconstituir un sistema que contribuya a la detección de violaciones a las normas, de lasáreas urbanas comprometidas y de las personas sometidas a riesgo.

Teniendo en cuenta la magnitud de la contaminación del aire que se presenta en lasgrandes ciudades, es necesario implementar acciones destinadas a mejorar la calidaddel aire y a proteger la salud de sus habitantes. El primer paso en ese sentido es

evaluar el estado de la calidad del aire, seguido por la determinación de sus causas, laevaluación de sus efectos y de los principales problemas que se presentan, yfinalmente la planificación e implementación de una estrategia de control.

La ciudad de Buenos Aires no posee una red de monitoreo de calidad del aire que estéoperando sistemática y continuamente. Algunas campañas experimentales de mediciónse han realizado recientemente (Bogo y otros, 2001, 2003, Venegas y Mazzeo, 2000,2003, Mazzeo y Venegas, 2002, 2004a). También, existen inventarios de emisiones dealgunos contaminantes realizados por Mazzeo y Torres Vilar (2000, 2001), Mazzeo yVenegas (2003, 2004b). Por otra parte, se han aplicado satisfactoriamente modelos dedispersión atmosférica para evaluar la calidad del aire urbano (Venegas y Mazzeo2002, 2004a).

En este trabajo se desarrolla y presenta un sistema destinado a la vigilancia de lacalidad del aire afectada por los óxidos de nitrógeno (NOx) en la ciudad de BuenosAires. Este sistema comprende, por un lado la operación de una red de monitoreo(cuya diagramación se presenta en este trabajo) de óxidos de nitrógeno con el objetode detectar excedencias de Concentraciones de Referencia (CR) y, por otra parte, laaplicación de modelos de dispersión atmosférica con la finalidad de determinar lasáreas y la población afectadas. Esto posibilitaría la adopción de medidas quecontribuyan a disminuir las consecuencias causadas por episodios de contaminacióndel aire urbano.

MONITOREO DE LA CALIDAD DEL AIRE

El monitoreo de la calidad del aire abarca diferentes metodologías diseñadas paramuestrear, analizar y procesar continuamente las concentraciones de contaminantesen aire en un lugar específico y durante un período determinado. La informaciónprocedente de un monitoreo de calidad del aire puede ser utilizada para:

• Establecer los estándares de calidad de aire,• Realizar estudios epidemiológicos que permiten relacionar los efectos de las

concentraciones de contaminantes en aire con los daños en la salud humana,• Especificar tipos y fuentes de emisión de contaminantes a la atmósfera,• Llevar a cabo estrategias de control y políticas de desarrollo acordes con el estado

de los ecosistemas locales,• Desarrollar programas para el manejo de la calidad del aire.

Entre los objetivos de un sistema de monitoreo de calidad de aire, se encuentran:

• Establecer las bases científicas para las políticas de desarrollo,• Determinar la coordinación entre los estándares de calidad del aire y las normas

legales,• Estimar los efectos de los contaminantes sobre la población y el ambiente,• Informar al público sobre la calidad del aire de una zona,• Proporcionar información sobre las fuentes de emisión y los riesgos de la

contaminación del aire.• Evaluar tendencias de la calidad del aire,• Evaluar los efectos de las medidas de control de las emisiones de contaminantes

sobre la calidad del aire,

• Estudiar las reacciones químicas de los contaminantes en la atmósfera,• Calibrar y evaluar modelos de dispersión atmosférica.

La mayoría de las estaciones de monitoreo de calidad del aire utiliza tres tipos delugares para el monitoreo destinados a: a) detectar las concentraciones de fondo, b)estimar la exposición de la población, y c) detectar el impacto producido por un tipodeterminado de fuentes de emisión.

Para diseñar una red de monitoreo de calidad del aire en una ciudad existen diferentesmetodologías. Algunas son aplicables a fuentes de emisión puntuales y otras a fuentesareales. A continuación, se presentarán algunas de ellas elaboradas por diversosautores. Noll y otros (1977) utilizaron un método cuantitativo para determinar el númerototal y la ubicación de estaciones de monitoreo de calidad del aire basado en modelosde dispersión atmosférica, datos meteorológicos y elementos de la probabilidad y de laestadística. Noll y Mitsutomi (1983) presentaron una metodología de selección delugares de muestreo de calidad de aire, ordenando esos sitios de acuerdo con lacapacidad de cada uno de ellos para evaluar el dosaje originado por la exposición acontaminantes del aire cerca de la fuentes de emisión. Langstaff y otros (1987)desarrollaron un método objetivo destinado a diseñar redes óptimas de calidad del airey aplicaron esta metodología al diseño de una red de monitoreo destinada a evaluar laexposición horaria al benceno en aire en la región sudeste del valle del Río Ohio(EE.UU.). Wu y Zydek (1992) utilizaron un método para diagramar una red demonitoreo de calidad del aire basado en la maximización de la información procedentede sitios no monitoreados. Haas (1992) presentó una metodología de diseño de unared de monitoreo mediante la cual se optimiza la combinación de la minimización deerrores de predicción, la minimización de costos, la estimación de la varianza y elaumento de la probabilidad de detección de violaciones de las normas de calidad delaire. Oehlert (1996) presentó una guía destinada a la optimización de la magnitud deuna red de monitoreo de calidad del aire basada en consideraciones estadísticas. Estametodología proporciona resultados cuali-cuantitativos de la información perdidaresultante de la no operabilidad de diferentes muestreadores de una red de monitoreo.Wu y Chan (1997) presentaron un estudio comparativo de tres redes de monitoreo deSO2 en aire en Hong Kong. También, identificaron el efecto de algunos factores(condiciones meteorológicas, distancia, emisiones locales) sobre la variabilidadespacio-temporal de los datos de calidad de aire, y presentaron algunasconsideraciones sobre la futura racionalización de redes de muestreo. Mazzeo yVenegas (2000) desarrollaron un método objetivo destinado a determinar el número yla ubicación de muestreadores de calidad del aire que puedan detectar altasconcentraciones medias horarias de un contaminante en aire en el entorno de unafuente puntual, utilizando un modelo de dispersión atmosférica. Tseng y Chang (2001)desarrollaron un método destinado a la reubicación de estaciones de monitoreo decalidad del aire en una ciudad localizada en el sur de Taiwán. Chow y otros (2002)presentaron el diseño de una red de monitoreo con el objeto de representar laexposición de los seres humanos a los contaminantes del aire. Venegas y Mazzeo(2004b) desarrollaron un método basado en la aplicación de un modelo de dispersiónatmosférica con el objeto de diseñar una red de monitoreo de calidad del aire enCopenhague (Dinamarca).

MODELOS DE DISPERSIÓN ATMOSFÉRICA

Debido a que, entre otras causas, no todas las áreas urbanas poseen redes demonitoreo de la calidad del aire y a que los muestreadores permiten determinar laconcentración de algunos contaminantes en aire a nivel del suelo en un númerolimitado de sitios, se han desarrollado y aplicado extensivamente modelos dedispersión atmosférica. Un modelo es una representación simplificada de lascondiciones reales y está constituido por algoritmos matemáticos basados en leyesfísicas y químicas. Generalmente, contiene suposiciones y algunas veces, incluyeconstantes cuyos valores deben ser determinados experimentalmente. Un modelo dedispersión atmosférica está integrado por expresiones matemáticas que posibilitanrelacionar las emisiones de los contaminantes con la distribución espacio-temporal dela concentración de los mismos en aire.

En general, los modelos de dispersión atmosférica pueden ser utilizados en diferentesaplicaciones:

• Estimación de la distribución espacio-temporal de la concentración decontaminantes en el aire,

• Contribución al diseño de las dimensiones ambientalmente “óptima” de unachimenea,

• Diagramación y optimización de redes de monitoreo de calidad de aire en elentorno de fuentes puntuales de emisión o de fuentes areales urbanas,

• Estudios de evaluación de impactos ambientales (evaluando el impacto ambientalatmosférico),

• Estudios destinados a la ubicación de fuentes de emisión de contaminantes enrelación con áreas sensibles,

• Evaluación de riesgos ambientales causados por las emisiones de sustanciastóxicas durante situaciones accidentales,

• Planificación de contingencias originadas por la emisión de sustancias tóxicas a laatmósfera,

• Estimación del aporte a un receptor de las emisiones de contaminantesprocedentes de diferentes fuentes de contaminación,

• Determinación de la magnitud de reducción de emisiones de contaminantes en unárea,

• Evaluación del impacto sobre la calidad del aire de las emisiones decontaminantes originados por incendios.

Estas aplicaciones, en algunos casos, pueden ser utilizadas para evaluar laminimización del impacto sobre la calidad del aire que podría causar el futurofuncionamiento de una nueva industria o la expansión de una existente. En estoscasos, se aplican modelos de dispersión atmosférica con la finalidad de evaluar elimpacto sobre la calidad del aire que genera un determinado proyecto, antes de suconstrucción, en lugar de construir, monitorear para evaluar el impacto y luegoestablecer, si fueran necesarios, los controles sobre la emisión.

Una de las clasificaciones de los modelos de dispersión atmosférica divide a éstos enmodelos de dispersión atmosférica urbana (aplicables a fuentes areales) y modelos dedispersión atmosférica aplicables a emisiones puntuales (chimeneas). Existendiferentes tipos de modelos de dispersión atmosférica urbana que estiman lacontaminación de fondo (Gifford y Hanna, 1973; Ragland, 1973; Sharma, 1976;

Benarie, 1980; Morris y Myers, 1990; Mazzeo y Venegas, 1991; Arya, 1999; Berkowicz,2000; Hanna y otros, 2002). Entre los modelos de dispersión atmosférica aplicables aemisiones de contaminantes procedentes desde fuentes puntuales se encuentran UK-Adms (Carruthers y otros, 1994), AERMOD (Perry y otros, 1994); ISCST3 (U.S.EPA,1995) y CALPUFF (Scire y otros, 1999).

En este trabajo se aplican a las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) generados enla ciudad de Buenos Aires, los modelos de dispersión atmosférica urbana (DAUMOD) alas fuentes areales y el modelo Industrial Source Complex (ISCST3) a las fuentespuntuales (chimeneas de la Centrales Térmicas de Generación de Electricidad PuertoNuevo, Nuevo Puerto y Costanera) ubicadas en la ciudad. El DAUMOD (Mazzeo yVenegas, 1991, Venegas y Mazzeo, 2002) fue evaluado comparandosatisfactoriamente sus resultados con valores de concentración de contaminantes enaire medidos en Bremen y Frankfurt (Alemania), Nashville (EE.UU.), Copenhague(Dinamarca) y la ciudad de Buenos Aires (Mazzeo y Venegas, 1991; Venegas yMazzeo 2002, 2004a). También, fue estudiada la sensibilidad de los resultados delDAUMOD a diferentes valores de la rugosidad de la superficie, a distintas clases deestabilidad atmosférica y a las alturas de la capa de mezcla urbana (Venegas yMazzeo, 2001).

METODOLOGÍA

La metodología de diagramación de un sistema destinado a la vigilancia de la calidaddel aire en la Ciudad de Buenos Aires, presentada en este trabajo, está constituida pordos fases integradas por varias etapas:

1era. Fase: diseño de una red de monitoreo de un contaminante del aire con el objetode detectar excedencias de las Concentraciones de Referencia (CR)

• La primera etapa de esta fase incluye la elección de un valor de la o de lasconcentraciones de referencia (CR), para cada período de promedio a considerar.

• La segunda etapa consiste en la estimación, utilizando modelos de dispersiónatmosférica, de la distribución espacial de los valores de la concentración media defondo del contaminante del aire a nivel del suelo en el área urbana.

• La siguiente etapa es identificar los casos y los retículos en los que la concentraciónmedia en el período de promedio seleccionado, supere la CR correspondiente.

• Debido a que la cantidad de monitores a instalar es limitada, será necesariodeterminar el número mínimo de estaciones necesario para registrar la ocurrenciade C>CR en el área.

• Los lugares de ubicación de las estaciones de monitoreo serán seleccionados entrelos retículos identificados anteriormente.

• Estos retículos serán ordenados de acuerdo con el número de excedencias (C>CR).El primer lugar destinado a la ubicación de un monitor será asignado al retículo conmayor número de excedencias.

• Todos los casos con C>CR en la grilla seleccionada no serán incluidos en elanálisis posterior. Considerando los casos restantes, los retículos serán ordenadosnuevamente, de acuerdo con el número de excedencias, para determinar lasubicaciones de los restantes monitores.

• Este procedimiento continúa hasta que el último caso sea eliminado y lasubicaciones de los lugares de monitoreo permita detectar los casos con C>CR.

La eficiencia de la red de monitoreo diagramada de esta manera dependerá de loserrores en las estimaciones de los modelos de dispersión atmosférica utilizados y enlos datos de los parámetros de entrada de los mismos. Una vez que la red demonitoreo esté operativa, los valores de las mediciones de calidad de aire pueden seraplicadas para “calibrar” el diseño de la red.

2da. Fase: Aplicación de modelos de dispersión atmosférica con la finalidad dedeterminar las áreas y la población afectadas

• Como última etapa de la metodología, cuando la red esté operando y detecte uncaso en el cual C>CR, se aplicarán los modelos de dispersión atmosférica con elobjeto de determinar el área en la cual se verifique la excedencia y el número depersonas que podrían ser afectadas. Esto permitiría a la Autoridad de Aplicaciónefectuar las acciones que posibiliten disminuir la magnitud y riesgos del episodio decontaminación del aire.

CARACTERÍSTICAS DE LA CIUDAD DE BUENOS AIRES

El Área Metropolitana de Buenos Aires (AMBA) constituye una de las tres más grandesmega-ciudades de Latinoamérica, juntamente con México y Sao Paulo (Mage y otros,1996, Molina y Molina, 2004). La ciudad de Buenos Aires, que forma parte del AMBA,tiene una extensión de 200 km2, una población cercana a los tres millones dehabitantes y circulan por sus calles más de dos millones de vehículos. El Río de laPlata abarca un estuario plano de 35000km2 y tiene una longitud de 320km con unancho variable entre 38km y 230km. Los vientos provenientes del Río transportan airelibre de contaminantes a la ciudad con una frecuencia anual del 58%. El 3.8% deltiempo el aire está en “calma”. Durante el 55% del total de los casos, la velocidad delviento es menor que 4.0m/s. La probabilidad de estancamiento del aire en el área esmayor en otoño e invierno y son pocos los casos de recirculación que ocurrenanualmente (Venegas y Mazzeo, 1999). La altura de la capa de mezcla urbanapresenta valores menores que 1000m durante el 78% del tiempo (Ulke y Mazzeo,1998). Este último resultado conjuntamente con la alta frecuencia de velocidades bajasde viento indica que el aire de la zona muchas veces puede estar mal ventilado.

ÓXIDOS NITRÓGENO Y CONCENTRACIONES DE REFERENCIA

Las moléculas de nitrógeno y de oxígeno coexisten sin reaccionar en el aireatmosférico a las temperaturas habituales. Sin embargo, cuando el N2 y el O2 seencuentran a temperaturas entre 1100ºC y 1200ºC sus moléculas reaccionanoriginando óxido nítrico (NO), cuya masa formada aumenta con la temperatura. Elóxido nítrico se encuentra en equilibrio potencial con el dióxido de nitrógeno (NO2). Noobstante, cuando la temperatura es elevada, la fracción de óxidos de nitrógeno(NOx=NO+NO2) que está presente en forma de NO2 es muy baja, debido a que la altatemperatura favorece la descomposición del NO2 en NO y O2. Cuando los gasescalientes que egresan de los caños de escape de los automóviles o de las chimeneasingresan a la atmósfera, su temperatura disminuye y tienden a transformarse casitotalmente en NO2. La velocidad de la reacción es función, entre otros factores, delcuadrado de la concentración de NO en los gases de emisión. En el aire contaminado,

hay otros procesos que posibilitan la transformación del NO2, como ser reacciones consustancias oxidantes (como el ozono) o reactivas (como el agua).

El NO2 provoca daños al aparato respiratorio, siendo además menos soluble en aguaque, por ejemplo el SO2. Esto origina que, en tanto, el SO2 se disuelve en una granparte en la tráquea, quedando inactivo, el dióxido de nitrógeno llega en forma gaseosaa los alvéolos pulmonares en donde el contenido de humedad es mayor que en latráquea, convirtiéndose en una mezcla de ácidos nítrico y nitroso. Los valores de laconcentración horaria en aire de NO2 comprendidos entre 0.05 y 0.1ppm y quepersisten durante varios meses pueden ser responsables de algunos casos debronquitis infantiles. Comparada con el NO2, la nocividad del NO es mucho menor y supeligrosidad se encuentra principalmente en ser una fuente potencial de NO2. El NO2incrementa la reactividad bronquial. Esta reactividad es determinada por la respuestade personas normales o asmáticas expuestas a agentes farmacológicos bronco-constrictores, aún a niveles que no afectan directamente la función pulmonar enausencia de un bronco-constrictor. Algunos estudios (WHO, 2000) presentan unarespuesta incrementada a los bronco-constrictores cuando los niveles de NO2 en aireestán entre 0.375 y 0.565mg/m3. Con el objeto de proporcionar un margen deseguridad del 50% y basándose en datos clínicos de seres humanos la OrganizaciónMundial de la Salud (WHO, 2000) propone un nivel guía horario de calidad de aire parael NO2 de 0.200mg/m3. También, la Organización Mundial de la Salud habíaestablecido que el nivel guía diario de calidad del aire para el NO2 tuviera el valor de0.15mg/m3 (Murley, 1995).

Los estudios epidemiológicos de la preponderancia de la enfermedad respiratoriacrónica no permite establecer una asociación entre la prevalecía de este proceso y lasexposiciones de la población al dióxido de nitrógeno. Sin embargo, los estudiosrealizados con animales muestran que exposiciones a concentraciones de NO2 en airemenores que 1ppm durante varios meses, pueden causar diferentes efectos,principalmente en los pulmones y también en otros órganos como el bazo y el hígado yen la sangre. Se han encontrado cambios en el tipo de célula de las regiones traqueo-bronquial y pulmonar a niveles de 0.64mg/m3. Se observaron cambios bioquímicos quea menudo reflejan alteraciones celulares con concentraciones entre 0.38 y 0.75mg/m3.A concentraciones de 0.94mg/m3 se registró un aumento de la susceptibilidad ainfecciones bacteriales y virales en el pulmón. Los resultados de estudios indican quelos niños expuestos a concentraciones ambientales de largo plazo de NO2 presentansíntomas respiratorios y una disminución de la función pulmonar.

Teniendo en cuenta lo expuesto anteriormente, en este trabajo se seleccionaron comoConcentraciones de Referencia para el NO2 los siguientes valores

a) (CRh) = 0.20mg/m3 (para concentraciones horarias)b) (CRd) = 0.15mg/m3 (para concentraciones diarias)

APLICACIÓN DE LA METODOLOGÍA A LA CIUDAD DE BUENOS AIRES

Emisiones de NOx

Las principales fuentes de emisión de NOx en la ciudad de Buenos Aires son: a) laschimeneas de las Centrales Térmicas de Generación de Electricidad localizadas en la

costa del Río de la Plata (ver Figura 1), b) los procesos de combustión que tienen lugaren las residencias particulares, los comercios y las pequeñas industrias, c) losvehículos en actividad (automóviles particulares, taxis, camionetas, transporteautomotor de pasajeros) y d) los aviones en sus movimientos de aterrizaje y despegueen el Aeroparque Jorge Newbery (ver Figura 1). Mazzeo y Venegas (2003, 2004b)prepararon un inventario de emisiones de NOx (expresados como NO2) para la ciudadde Buenos Aires incluyendo esas fuentes de emisión agrupadas en fuentes puntuales(chimeneas de las Centrales Térmicas) y en fuentes areales (las restantes actividades).Las emisiones de las fuentes areales fueron distribuidas espacialmente en 17x19retículos de 1kmx1km, abarcando toda la extensión de la ciudad (ver Figura 1).

1 km

Figura 1. Reticulado considerado (� Centrales Térmicas de Generación de Electricidad, Aeroparque Jorge Newbery)

En la Figura 2 se presentan las contribuciones relativas de las diferentes categorías defuentes a la emisión anual de NOx (expresados como NO2).

Aviones0.73%

Residencias3.44%

Comercios0.69%

Centrales Térmicas51.68%

Pequeñas Industrias

0.50%

Vehículos (*)33.02%

Transporte de pasajeros

9.94%

Figura 2. Contribución relativa de las categorías de fuentes consideradas a la emisión anual de NOx(expresados como NO2) (*) automóviles particulares, taxis, camionetas, camiones

En la Figura 3 se presenta la distribución espacial de los flujos medios diarios deemisión de NOx (expresados como NO2) generados por las fuentes areales en laCiudad de Buenos Aires. Se observa una marcada variación espacial de la emisión.

kg/km2.día

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300

400

500

600

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900

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1100

1200

Figura 3. Emisión media diaria de NOx (expresados como NO2) generada por las fuentes areales en laCiudad de Buenos Aires

Diseño de una red de monitoreo

En la aplicación de la metodología descrita anteriormente para diagramar una red demonitoreo de NOx (expresado como NO2) en la ciudad de Buenos Aires, se utilizaron elmodelo de dispersión atmosférica urbana DAUMOD (Mazzeo y Venegas, 1991,Venegas y Mazzeo, 2002) y el modelo de dispersión atmosférica aplicable a fuentespuntuales Industrial Sources Complex Short Time 3 (ISCST3) (US.EPA, 1995).

El ISCST3 fue utilizado, anteriormente, por los autores en el diseño de una red demonitoreo de calidad de aire para los efluentes emitidos por fuentes puntuales (Mazzeoy Venegas, 2000). También, Venegas y Mazzeo, (2004b) desarrollaron un metodologíay aplicaron el DAUMOD para estructurar de una red de monitoreo de calidad del aire enCopenhague (Dinamarca).

El DAUMOD fue aplicado a las emisiones (originadas por fuentes areales) de NOx(expresados como NO2) a la atmósfera de la ciudad de Buenos Aires. El modeloISCST3 fue utilizado en las emisiones de NOx (expresados como NO2) provenientes delas chimeneas de las Centrales Térmicas. Como datos de entrada de los modelos seutilizó la información horaria correspondiente a un año de variables meteorológicasobservadas en la estación Aeroparque.

A partir de los resultados obtenidos de esta aplicación, se identificaron los casos y losretículos en los que los valores de la concentración correspondiente a los períodos depromedio horario de NOx (expresados como NO2) en aire a nivel del suelo fueronsuperiores a CRh.

Esos retículos fueron ordenados de mayor a menor según el número de excedencias(C>CRh) de las concentraciones horarias. El primer lugar destinado a la ubicación deun monitor será asignado al retículo con mayor número de excedencias.

Todos los casos detectados con C>CRh en el retículo que presenta el mayor número deexcedencias no son incluidos en el análisis posterior. Considerando los casosrestantes, los retículos se ordenaron nuevamente según el número decreciente deexcedencias, para determinar las ubicaciones de los restantes monitores.

Este procedimiento se aplicó repetidamente hasta que el último caso fue contemplado ylos hipotéticos monitores ubicados en los posibles los lugares de monitoreo posibilitenla detección de todos los casos con C>CRh que se originen en la Ciudad de BuenosAires.

Una vez finalizada la aplicación a las concentraciones medias horarias de dióxido denitrógeno, se procedió en forma similar, para determinar los retículos en los que sepresentaron mayoritariamente casos en los que C>CRd y así obtener una diagramaciónde la red basada en la superación del valor de referencia de las concentracionesmedias diarias.

En la Figura 4 se presentan las ubicaciones de los lugares que podrían ser destinadosa la instalación de muestreadores de NOx, con el objeto de detectar la totalidad decasos con de concentraciones medias horarias y diarias mayores que lasConcentraciones de Referencia. También, en esa Figura, en color rojo, se señalan los

sitios correspondientes a los monitores que cubren como mínimo el 96% de lasexcedencias.

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Figura 4. Primera fase del diseño de la red de vigilancia. Localización de los muestreadores de NOx. Elconjunto de los muestreadores señalizados en rojo detectará al menos el 96% de los casos de interés.

Los porcentajes de casos con excedencia de las concentraciones medias horarias ydiarias respecto de las Concentraciones de Referencia en los retículos de 1kmx1km enque se dividió el área urbana, que serían detectados por los muestreadores ubicadosen los lugares obtenidos aplicando la metodología descrita anteriormente, se presentanen la siguiente Tabla:

Período de promedio Lugares: (1) al (16) Lugares: (1) al (9) Lugares: (1) al (6)1 hora 100% 99% 96%24 horas 99% 99% 99%

Determinación de las áreas y de la población afectadas

Como última fase de la metodología presentada anteriormente y aplicable cuando lared de monitoreo de NOx (expresados como NO2) en aire en la Ciudad de Buenos Airesesté operando y detecte un caso en el cual C>CRh, se aplicarán los modelos dedispersión atmosférica DAUMOD e ISCST3 con el objeto de ejemplificar ladeterminación de las áreas en las cuales se presenten excedencias de laConcentración de Referencia horaria y el número de personas que podrían serafectadas.

Las distribuciones horizontales de la concentración horaria de NOx (expresados comoNO2) en aire a nivel del suelo correspondiente a cuatro situaciones diferentes en lasque alguno de los muestreadores indicados en rojo en la Figura 4 registra unaconcentración media horaria superior a CRh= 0.20mg/m3 se presentan en las Figuras 5a 8.

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Figura 5. Segunda fase del sistema de vigilancia. Concentraciones (mg/m3) horarias de NOx (expresadoscomo NO2) estimadas. [Ejemplo del 23/07 (11hs)].

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Figura 6. Segunda fase del sistema de vigilancia. Concentraciones (mg/m3) horarias de NOx (expresadoscomo NO2) estimadas. [Ejemplo del 06/08 (20hs)].

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Figura 7. Segunda fase del sistema de vigilancia. Concentraciones (mg/m3) horarias de NOx (expresadoscomo NO2) estimadas. [Ejemplo del 10/07 (19hs)].

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Figura 8. Segunda fase del sistema de vigilancia. Concentraciones (mg/m3) horarias de NOx (expresadoscomo NO2) estimadas. [Ejemplo del 07/06 (15hs)].

En la situación presentada en la Figura 5, los muestreadores (1), (2), (5) y (6) detectanvalores de C>CRh. En este caso el área en la que la concentración horaria estimada esmayor que CRh=0.20mg/m3 tiene una superficie de 6.8km2 y abarca las zonas de SanNicolás, micro-centro y San Telmo (130200 personas afectadas, de las cuales el 18%es menor de 15 años). En la Figura 6 los muestreadores (1), (6) y (3) registran C>CRh,las concentraciones estimadas C>CRh se presentan en una superficie de 9.7km2 en laszonas de Balvanera, San Nicolás, Recoleta, Retiro, Palermo y en las inmediaciones delAeroparque Jorge Newbery (200000 personas afectadas, de las cuales el 17% esmenor de 15 años). En este último caso, el modelo informa sobre la ocurrencia de altosvalores de concentración también en las zonas de Retiro y Recoleta. Esta informaciónno podía ser inferida a partir de los registros de los muestreadores en operación.

Por otra parte, las Figuras 7 y 8 ejemplifican situaciones en las que sólo el muestreadorinstalado en (4) detecta un valor de concentración horaria superior a 0.2mg/m3, sinembargo, las características de la distribución espacial de la concentración mediahoraria en la ciudad en ambos casos son muy diferentes. La información respecto de ladistribución espacial de la concentración se obtiene mediante la aplicación del modelode dispersión atmosférica urbana. En la situación presentada en la Figura 7, laconcentración horaria está superando CRh en las zonas de Caballito-Flores-Floresta yen Liniers, en un área de 7.6km2 (161000 personas afectadas, de las cuales el 20% esmenor de 15 años). Mientras que en el caso presentado en la Figura 8, C>CRh en elsur de Caballito-Flores-Parque Chacabuco, Boedo y Villa Lugano, en una zona con8km2 (165900 personas afectadas, de las cuales el 19.4% son menores de 15 años).

CONCLUSIONES

En este trabajo se presenta un sistema destinado a la vigilancia de la concentración deNOx (expresados como NO2) en aire en un área urbana. Este sistema comprende: a) laoperación de una red de monitoreo (cuya diagramación es presentada) de NOx(expresados como NO2) en aire con el objeto de detectar excedencias respecto deConcentraciones de Referencia (CR) y b) la aplicación de modelos de dispersiónatmosférica con la finalidad de determinar las áreas y la población afectadas. Laaplicación de esta metodología a la Ciudad de Buenos Aires permite obtener que la redde monitoreo de NOx (expresado como NO2) en el área urbana podría estar compuestapor 16 muestreadores si se desea detectar la totalidad de las superaciones de laconcentración horaria de referencia y el 98.5% de la diaria. Por otra parte, si se optarapor obtener una eficiencia de detección del 96% como mínimo, sería necesario utilizar6 monitores. La aplicación de modelos de dispersión atmosférica en casos específicosen los que al menos un muestreador de la red detecte una superación posibilita obtenerel área y la población afectadas.

AGRADECIMIENTOS

La información meteorológica utilizada fue suministrada por el Servicio Meteorológico Nacional.Este trabajo ha sido parcialmente financiado por los Proyectos FONCyT PICT-2000-Nº13-09544 y UBACyT X060.

REFERENCIAS

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