UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTADDE …

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTADDE INGENIERÍA QUÍMICA

ESCUELA DE INGENIERÍA AMBIENTAL

“EMPLEO DE UN MODELO GAUSSIANO PARA ESTIMAR LAS

CONCENTRACIONES MÁXIMAS A NIVEL DEL SUELO DE CO,

NOX, PM10 Y SO2 EMITIDAS POR LAS CHIMENEAS DE LOS

CALDEROS 17 Y 20 DE LA EMPRESA CARTAVIO S.A.A. – 2014”

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

PARA OPTAR ELTÍTULO DE:

INGENIERO AMBIENTAL

AUTOR(ES):

Br. MAURICIO MELENDEZ, JORGE ELEODORO

Br. MURGA VALDEZ, LEIDY JULISSA

ASESOR:

Dr. MONCADA ALBITRES, LUIS

Trujillo 2015

Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/

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I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTADDE INGENIERÍA QUÍMICA

ESCUELA DE INGENIERÍA AMBIENTAL

“EMPLEO DE UN MODELO GAUSSIANO PARA ESTIMAR LAS

CONCENTRACIONES MÁXIMAS A NIVEL DEL SUELO CO, NOX,

PM10 Y SO2 EMITIDAS POR LAS CHIMENEAS DE LOS CALDEROS

17 Y 20 DE LA EMPRESA CARTAVIO S.A.A. – 2014”

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

PARA OPTAR ELTÍTULO DE:

INGENIERO AMBIENTAL

AUTOR(ES):

Br. MAURICIO MELENDEZ, JORGE ELEODORO

Br. MURGA VALDEZ, LEIDY JULISSA

ASESOR:

Dr. MONCADA ALBITRES, LUIS

Trujillo 2015



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II

JURADO CALIFICADOR

Dr. Manuel Vera Herrera

Mg. Walter Moreno Eustaquio

Dr. Luis Moncada Albitres



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III

DEDICATORIA

A mi madre por siempre estar a mi lado y ser

mi impulso día a día de seguir adelante. A mis

hermanos por ser mis ejemplos a seguir y apoyarme

incondicionalmente. A mi padre que siempre confió en

mí y que ahora desde el cielo me guía.

Leidy Murga Valdez

A todos los amigos que brindaron su apoyo

incondicional para la culminación de este proyecto. A

mi familia por siempre confiar en mí y darme su apoyo

en cada momento. A mis padres por la confianza

depositada en mí, su apoyo incondicional y su a aliento

en cada momento de mi vida.

Jorge Mauricio Meléndez



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IV

AGRADECIMIENTOS

Expresamos nuestro agradecimiento a los docentes de la escuela académico

profesional de Ingeniería Ambiental por haber sido una guía y base en nuestra formación

como futuros ingenieros ambientales. A nuestra alma mater la Universidad Nacional de

Trujillo que nos vio crecer profesionalmente y de la cual siempre estaremos orgullosos de

pertenecer.

En especial a nuestro asesor Dr. Luis Moncada Albitres por su apoyo, conocimientos,

sugerencias y consejos brindados; que hicieron posible la culminación del presente trabajo.



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V

ÍNDICE

DEDICATORIA………………………………………………………………………. III

AGRADECIMIENTOS………………………………………………………………...IV

RESUMEN……………………………………………………………………………..VI

ABSTRACT…………………………………………………………………………...VII

I. INTRODUCCIÓN………………………………………………………………. 1

1.1 Antecedentes………………………………………………………………... 2

1.2 Formulación del problema………………………………………………….. 5

1.3 Hipótesis…………………………………………………………………….. 5

1.4 Objetivos………………………………………………………………......... 5

1.4.1 Objetivo General……………………………………………………… 5

1.4.2 Objetivos Específicos……………………………………………........ 6

1.5 Importancia…………………………………………………………………. 6

II. REVISIÓN DE LA LITERATURA…………………………………………….. 8

2.1 Caracterización de la contaminación atmosférica en la zona de estudio........ 8

2.1.1 Fuentes fijas…………………………………………………………… 8

2.1.2 Fuentes móviles……………………………………………………….. 8

2.2 Descripción de los principales contaminantes del aire en la zona de estudio.. 9

2.2.1 Dióxido de azufre……………………………………………………... 9

2.2.2 Óxidos de nitrógeno…………………………………………………. 11

2.2.3 Monóxido de carbono……………………………………………….. 12

2.2.4 Material particulado (PM10) …………………………………….…... 13

2.3 Contaminación…………………………………………………………….. 15

2.3.1 Contaminación atmosférica…………………………………………. 15

2.3.2 Clases de contaminantes atmosféricas………………………………. 16

2.3.3 Contaminantes gaseosos…………………………………………….. 17

2.3.4 Efectos de los gases de la atmósfera en el clima……………………. 18

2.3.5 Efectos nocivos para la salud……………………………………….. 19

2.4 Dispersión atmosférica……………………………………………………. 20

2.4.1 Escalas de contaminación atmosférica……………………………… 20

2.4.2 Sistema de modelación de la dispersión atmosférica……………….. 21

2.4.3 Modelos de difusión y/o dispersión atmosférica……………………. 22



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VI

2.4.4 Modelo de dispersión gaussiano……………………………………. 24

2.4.5 Tipos de plumas contaminantes…………………………………….. 30

2.5 Graficación espacial de la contaminación atmosférica…………………… 36

2.5.1 Técnica de la interpolación espacial………………………………… 36

2.5.2 Técnica de los modelos de dispersión atmosférica…………………. 38

2.5.3 SCREEN3…………………………………………………………… 39

2.6 Evaluación de cumplimiento de ECAs……………………………………. 41

2.6.1 Normas de calidad del aire………………………………………….. 41

III. METODOLOGÍA DE TRABAJO……………………………………………... 42

3.1 Materiales………………………………………………………………….. 42

3.1.1 Descripción del área de estudio……………………………………... 42

3.1.2 Medio geofísico……………………………………………………... 43

3.1.3 Información ambiental y cartográfica de la zona de estudio………... 44

3.1.4 Programas, protocolos, guías y equipos…………………………...…. 45

3.2 Metodología……………………………………………………………….. 46

3.2.1 Identificación de los factores de dispersión atmosférica……………. 46

3.2.2 Determinación de la dispersión atmosférica para los contaminantes... 51

a. Etapa de implementación de la base de datos……………………. 52

b. Etapa de procesamiento de los datos de entrada…………………. 57

c. Etapa de post procesamiento……………………………………... 60

3.2.3 Ingreso de datos al SCREEN3……………………………………… 61

a. Inputs………………………………………………………….... 61

b. Options…………………………………………………………. 63

c. Run……………………………………………………………... 70

d. Output………………………………………………………….. 70

IV. RESULTADOS…………………..……………………………………………. 71

4.1 Máximas concentraciones a nivel del suelo……………………………….. 71

4.1.1 Máxima concentración del CO……………………………………... 71

4.1.2 Máxima concentración del NOX……………………………………. 72

4.1.3 Máxima concentración del PM10…………………………………… 73

4.1.4 Máxima concentración del SO2…………………………………….. 74

4.2 Perfiles de concentración máxima a nivel del suelo………………………. 75

4.2.1 Perfil de concentración del contaminante CO……………………… 76

4.2.2 Perfil de concentración del contaminante NOX……………………. 77



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VII

4.2.3 Perfil de concentración del contaminante PM10…………………… 78

4.2.4 Perfil de concentración del contaminante SO2……………………... 79

4.3 Mapas de isolíneas de máxima concentración a nivel del suelo…………… 80

4.3.1 Isolíneas de máxima concentración a nivel del suelo de CO………… 80

4.3.2 Isolíneas de máxima concentración a nivel del suelo de NOX……… 83

4.3.3 Isolíneas de máxima concentración a nivel del suelo de PM10……….86

4.3.4 Isolíneas de máxima concentración a nivel del suelo de SO2……….. 89

4.4 Influencia en la calidad del aire de los colindantes a la empresa Cartavio

S.A.A…………………………………………………………………….... 90

V. DISCUSIONES …………………………………………………………….…... 92

VI. CONCLUSIONES……………………………………………………………... 94

VII. RECOMENDACIONES………………………………………………………. 95

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………… 96

IX. ANEXOS……………………………………………………………………….. 99



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VIII

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla N°1. Escalas de movimiento atmosférico……………………………………. 21

Tabla N°2. Direcciones de la rosa de vientos ………………………………………. 47

Tabla N°3. Información de las fuentes de emisión………………………………….. 53

Tabla N°4. Información adicional de las fuentes de emisión……………………….. 54

Tabla N°5. Escalas de la contaminación atmosférica……………………………….. 54

Tabla N°6. Elevación del terreno respecto a distancias discretas…………………………..55

Tabla N°7. Elevación del terreno respecto a distancias automáticas……………… 56

Tabla N°8. Perfil de concentración del CO…………………………………………. 71

Tabla N°9. Perfil de concentración del NOX………………………………...…………72

Tabla N°10. Perfil de concentración del PM10......……………………………………...73

Tabla N°11. Perfil de concentración del SO2………………………………………......74

Tabla Nº12.Factor para obtener la concentración máxima para un tiempo dado...75

Tabla N°13.Resultados de monitoreos para el caldero 17…………………...………. 102

Tabla N°14.Resultados de monitoreos para el caldero 20…………………...………. 103



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IX

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura N°01. Tamaño típico de partículas…………………………………………………… 14

Figura N°02. Distribución típica del tamaño de partículas por masa en calderas bagaceras… 15

Figura N°03. Sistema de modelación simple de la calidad del aire…………………. 21

Figura N°04: Sistema de modelación detallado de la dispersión atmosférica………. 22

Figura N°05. Representación espacial de la dispersión atmosférica………………… 25

Figura N°06. Reflexión de la pluma contaminante en el suelo……………………… 27

Figura N°07. Comportamiento de las plumas contaminantes……………………………….. 33

Figura N°08. Plano de ubicación de la empresa Cartavio S.A.A……………………………. 43

Figura N°09. Rosa de viento del 1° monitoreo……………………………………………… 48






Figura N°15. Esquema de las clases de terreno en la modelación de la dispersión atmosférica

gaussiana, según SCREEN3…………………………………………………………………. 57

Figura N°16. Esquema de las clases de terreno simple en la modelación de la dispersión

atmosférica gaussiana, según SCREEN3……………………………………………………. 58

Figura N°17. Selección e ingreso de parámetros (inputs) para el estudio…………………… 61

Figura N°18. Selección e ingreso de parámetros (options) para el estudio…………………. 63

Figura N°19. Efecto downwash de la pluma de una chimenea……………………………… 64

Figura N°20. Pestaña de meteorología, selección de opciones……………………………… 65

Figura N°21. Pestaña de Terreno Complejo, ingreso de datos……………………………… 67

Figura N°22. Pestaña de distancias automáticas, ingreso de datos………………………….. 68

Figura N°23. Pestaña de distancias discretas, ingreso de datos……………………………... 68

Figura N°24. Pestaña Downwash…………………………………………………………… 69

Figura N°25. Pestaña Fumigation…………………………………………………………… 69

Figura N°26. Puesta en marcha de la simulación y verificación del correcto ingreso de datos 70

Figura N°27. Reporte con todos los resultados proporcionados el SCREEN3……………… 70

Figura N°28. Perfil de concentración de CO comparado con ECA a 1 hora………….....… 75

Figura N°29. Perfil de concentración de CO comparado con ECA a 8 horas……………… 75

Figura N°30. Perfil de concentración de NOX comparado con ECA a 1 hora………………. 76

Figura N°31. Perfil de concentración de NOX comparado con ECA anual…………………. 76

Figura N°32. Perfil de concentración de PM10 comparado con ECA a 24 horas……………… 78



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X

Figura N°33. Perfil de concentración de PM10 comparado con ECA anual…………………… 78

Figura N°34. Perfil de concentración de SO2 comparado con ECA a 24 horas……………… 78

Figura N°35. Isolíneas de máxima concentración de CO a nivel del suelo, del 1º Monitoreo a 1

hora…………………………………………………………………………………………… 80


horas………………………………………………………………………………………….. 81


hora…………………………………………………………………………………………… 81


horas…………………………………………………………………………………………. 82

Figura N°39. Isolíneas de máxima concentración de CO a nivel del suelo, de las Peores

Condiciones a 1 hora………………………………………………………………………… 82

Figura N°40. Isolíneas de máxima concentración de CO a nivel del suelo, de las Peores

Condiciones a 8 horas……………………………………………………………………….. 83

Figura N°41. Isolíneas de máxima concentración de NOX a nivel del suelo, del 1º Monitoreo a 1

hora………………………………………………………………………………………….. 83

Figura N°42. Isolíneas de máxima concentración de NOX a nivel del suelo, del 1º Monitoreo

anual………………………………………………………………………………………… 84

Figura N°43. Isolíneas de máxima concentración de NOX a nivel del suelo, del 4º Monitoreo a 1

hora………………………………………………………………………………………….. 84

Figura N°44. Isolíneas de máxima concentración de NOX a nivel del suelo, del 4º Monitoreo

anual…………………………………………………………………………………………. 85

Figura N°45. Isolíneas de máxima concentración de NOX a nivel del suelo, de las Peores

Condiciones a 1 hora………………………………………………………………………… 85

Figura N°46. Isolíneas de máxima concentración de NOX a nivel del suelo, de las Peores

Condiciones a anual…………………………………………………………………………. 86

Figura N°47. Isolíneas de máxima concentración de PM10 a nivel del suelo, del 1º Monitoreo a 24

horas…………………………………………………………………………………………. 86

Figura N°48. Isolíneas de máxima concentración de PM10 a nivel del suelo, del 1º Monitoreo

anual…………………………………………………………………………………………. 87

Figura N°49. Isolíneas de máxima concentración de PM10 a nivel del suelo, del 4º Monitoreo a 24

horas…………………………………………………………………………………………. 87

Figura N°50. Isolíneas de máxima concentración de PM10 a nivel del suelo, del 4º Monitoreo

anual…………………………………………………………………………………………. 88

Figura N°51. Isolíneas de máxima concentración de PM10 a nivel del suelo, de las Peores

Condiciones a 24 horas………………………………………………………………………. 88



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Figura N°52. Isolíneas de máxima concentración de PM10 a nivel del suelo, de las Peores

Condiciones anual…………………………………………………………………………… 89

Figura N°53. Isolíneas de máxima concentración de SO2 a nivel del suelo, del 1º Monitoreo a 24

horas…………………………………………………………………………………………. 89

Figura N°54. Isolíneas de máxima concentración de SO2 a nivel del suelo, de las Peores

Condiciones a 24 horas……………………………………………………………………… 90

Figura N°55. Sector El Ingenio……………………………………………………………... 99

Figura N°56. Sector Santa Rosa…………………………………………………………….. 99

Figura N°57. Sector Santa Elena…………………………………………………………....... 100

Figura N°58. Sector Cartavio Antiguo……………………………………………………….. 100

Figura N°59. Sector Techo Propio………………………………………………………….… 101

Figura N°60. Sector Señor de los Milagros…………………………………………………… 101

Figura N°61. Sector Portada de Chiquitoy………………………………………………….. 102

Figura N°62. Sector Leoncio Prado…………………………………………………………… 102

Figura N°63. Perfil de suelo del área de estudio……………………………………………... 103

Figura N°64. Plano topográfico de campos de Cartavio S.A.A………………………..…….. 108



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XII

RESUMEN

En la presente investigación se utilizó el modelo gaussiano SCREEN3 para

simular la dispersión atmosférica de los contaminantes CO, NOX, PM10 y SO2 emitidos

por las chimeneas de los Calderos 17 y 20 de la empresa Cartavio S.A.A. durante los años

2013, 2014 y 2015; se emplearon los programas y metodologías avaladas por la USEPA.

La modelación gaussiana se realizó usando los datos obtenidos en los Monitoreos

Ambientales de la empresa Cartavio S.A.A., obtenidos directamente en las fuentes

puntales. Los resultados fueron obtenidos siguiendo los protocolos avalados por la

USEPA para los monitoreos de emisiones de fuentes puntuales, Método isocinético y

USEPA 5.

Los resultados de la modelación gaussiana muestran la incidencia de las emisiones

de las chimeneas de los Calderos 17 y 20 de la empresa Cartavio S.A.A. en sus

colindantes, sectores de la ciudad de Cartavio, sector El Ingenio y campos agrícolas al

Norte. Se concluye que la empresa Cartavio S.A.A. ha mejorado su desempeño ambiental,

al disminuir sus emisiones y por ende su impacto sobre la Calidad del Aire de sus

colindantes, cabe resaltar que actualmente sus emisiones no sobrepasarían los ECAs,

según los escasos datos analizados. Asimismo, cabe indicar que siempre existe la

probabilidad de un escenario adverso de condiciones meteorológicas y operaciones, por

lo cual se sugiere establecer un monitoreo continuo de sus emisiones para poder garantizar

su buen desempeño ambiental y controlar oportunamente cualquier incidente que pudiese

sobrevenir.



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XIII

ABSTRACT

SCREEN3 the Gaussian model was used in this research to simulate the

atmospheric dispersion of pollutants: CO, NOX, PM10 and SO2, emitted from the boiler´s

chimneys 17 and 20 of Cartavio S.A.A. Company since 2013 to 2015. We used programs

and methodologies supported by the USEPA.

The Gaussian modeling used data from Cartavio S.A.A. Company’s

environmental monitors, obtained directly from the point sources. The results were

obtained following the protocols supported by the USEPA for monitoring emissions from

point sources, isokinetic and USEPA Method 5.

The results of the Gaussian modeling show the impact of emissions from boiler’s

chimneys 17 and 20 of Cartavio S.A.A. Company in adjacent sectors from Cartavio’s city,

El Ingenio sector and farmland to the north. We concluded that Cartavio S.A.A. Company

has improved its environmental performance by reducing their emissions and thus their

impact on air quality of its surrounding, it should be noted that currently emissions would

not exceed the AQS (Air Quality Standard), according to the few data analyzed. It is also

important to note that there is always the chance of an adverse scenario of weather

conditions and operations, so it is suggested a continuous emissions monitoring to ensure

good environmental performance and to control any incident that might occur.



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1

I. INTRODUCCIÓN

La dispersión atmosférica es el proceso de transporte de gases o partículas por el

viento y la turbulencia atmosférica (NEVERS, 2000). La cual está directamente

relacionada con la contaminación del aire.

La contaminación del aire es el cambio en las características físicas, químicas o

biológicas del aire ocasionado por la presencia de sustancias, que cuando están presentes

en ella afectan de manera adversa a los humanos y demás seres vivos; dañan materiales o

interfieren con el disfrute de la vida y el uso de propiedades (BENRY, 1999). Dichas

sustancias contaminantes del aire son originados principalmente por actividades

antrópicas, tales como los ingenios azucareros, cuyas chimeneas emiten a la atmósfera

continuamente gases y partículas.

En la ciudad de Cartavio ubicada en la margen izquierda del río Chicama, en el

distrito de Santiago de Cao, provincia de Ascope, departamento de La Libertad,

aproximadamente a 33 km al norte de la ciudad de Trujillo, se encuentran las chimeneas

de la empresa agroindustrial Cartavio S.A.A., que pertenece al Grupo Gloria, las cuales

emiten contaminantes como CO, NOX y PM10, y SO2.

El uso de modelos de contaminación del aire a escala atmosférica local que

emplean la dispersión atmosférica gaussiana para simular niveles de inmisión

provenientes de fuentes de emisión puntuales, es la forma más común y aceptada de

representar el problema de contaminación atmosférica a escala local, acompañados de la

evaluación respectiva.



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1.1 ANTECEDENTES

La caña de azúcar, Saccharum officinarum L., es una antigua fuente de

energía para los seres humanos. Alrededor del año 327 A.C. la caña de azúcar era un

cultivo importante en la India. Fue introducida en Egipto aproximadamente en 647

D.C. y, casi un siglo más tarde, sería introducida en España (755 D.C.).Desde

entonces, el cultivo de la caña de azúcar se extendió a casi todas las regiones

tropicales y subtropicales. Los portugueses y los españoles la llevaron al Nuevo

Mundo a comienzos del siglo XVI. (POLO, 2008).

Su aprovechamiento como materia prima para la elaboración de un

edulcorante de elevado contenido energético, el azúcar, se ha realizado de manera

ininterrumpida y cubriendo grandes espacios a lo largo y ancho del Nuevo

Continente. El posterior desarrollo de la agroindustria la convirtió en un sector de

suma importancia en las economías nacionales de Brasil, Colombia, Perú o México.

(SANTAMARÍA, 2005).

El Perú históricamente fue uno de los principales productores y exportadores

mundiales de azúcar, con niveles de excelencia en la producción azucarera.El sector

azucarero en el Perú, tiene una gran incidencia económica y social en los valles y

pueblos de la costa que dependen casi exclusivamente de la producción azucarera.

Se ha determinado que 492,064 peruanos dependen directa e indirectamente del

desarrollo de la actividad azucarera en el Perú. (ASOCIACIÓN PERUANA DE

PRODUCTORES DE AZÚCAR, 2004).

Cartavio S.A.A. (Cartavio) es el segundo ingenio azucarero más grande por

producción en el Perú. Tiene 11,000 hectáreas de terrenos, una planta de producción



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de azúcar y derivados, y una destilería de alcohol en el departamento de La Libertad.

(CENTRUM, 2010).

Las calderas de un Ingenio Azucarero son el corazón de cualquier ingenio.

Suministran el vapor necesario para mover los motores primarios cuyo escape sirve

a su vez como vapor para el proceso. (MANSO, 2013).

El diseño de calderas ha cambiado radicalmente a través de los años. Las

principales tendencias de esta evolución se pueden resumir como:

- Las presiones de generación y temperaturas del vapor se han incrementado para

permitir cogenerar más energía.

- La estabilidad se ha mejorado y las emisiones por las chimeneas se han

controlado y minimizado mediante el uso de sistemas de aire de sobre fuego más

avanzados y la instalación de controladores y equipos colectores más

sofisticados. (REIN, 2012).

El desarrollo energético en fábricas de azúcar comprende diversas etapas,

desde el empleo de animales y quemado de combustibles fósiles como carbón y diésel

además de leña y bagazo, pasando por combustión de bagazo y generación de vapor

hasta llegar a combustión de bagazo, producción de vapor y generación de energía

eléctrica a través de un ciclo combinado.

La cantidad de bagazo producida por el molino es por lo general suficiente

para que se utilice, a su vez, como combustible en los hornos de las calderas y

produzca todo el vapor necesario para el movimiento de los motores y para la

fabricación.En una fábrica bien balanceada y bien diseñada, debe quedar un exceso

de bagazo (o de vapor) útil para otros fines. (HUGOT, 1963).



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Cartavio implementó el proyecto de “MDL de cogeneración de Biomasa”.

Este proyecto contempla el autoabastecimiento de calor y electricidad para la

empresa, a través de la implementación de un sistema de cogeneración que incorpora

una nueva caldera de bagazo a un turbo generador. (CENTRUM, 2010).

La dispersión en la atmósfera de las emisiones que proceden chimeneas de

los calderos depende de muchos factores, tales como la naturaleza física y química

de las emisiones, las características meteorológicas del ambiente, la ubicación de la

chimenea en relación con las obstrucciones al movimiento del aire y la naturaleza del

terreno que se encuentra en la dirección del viento que viene de la chimenea (WARK

y WARNER, 2002).

Los modelos de dispersión de contaminantes del aire estiman el transporte

atmosférico y destino de un contaminante desde el punto de emisión hasta el sitio de

impacto, para llegar a la estimación de concentraciones ambientales del contaminante

(USEPA, 2001a).

Los modelos gaussianos son los más utilizados para el estudio de fuentes fijas.

Estos modelos consideran que el penacho emitido sigue una distribución gaussiana,

perpendicular al movimiento convectivo principal. Los modelos gaussianos son la

técnica más ampliamente usada para estimar el impacto de contaminantes no

reactivos (USEPA, 2001b).

Los modelos gaussianos se pueden aplicar para:

- Propósito de regulación: de uso para estudios de evaluación de impacto

ambiental y estudios de contaminación atmosférica industrial.

- Apoyo a decisiones políticas: aplicable a regulación urbanística e industrial.



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- Investigación científica: aplicables a estudios de cambio climático, lluvia ácida,

etc. (TORRES, 2008).

Entre los modelos gaussianos tenemos modelos regulatorios de la USEPA

para analizar el impacto de fuentes industriales a escala local como son:

- Modelo de sondeo (peor caso) (SCREEN3)

- Modelos detallados (ISC3) (DAWIDOWSKI, GÓMEZ y REICH, 1997).

El modelo SCREEN3 fue desarrollado para proveer un método fácil de usar

para obtenerla concentración estimada de contaminantes. Estas estimaciones están

basadas en el documento “Screening Procedures for Estimating The Air Quality

Impact of Stationary Sources, Revised”. (USEPA 1992).

1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Cuáles serán las concentraciones máximas a nivel del suelo estimadas

mediante el empleo de un modelo gaussiano para las emisiones de las chimeneas de

los calderos 17 y 20 de la empresa Cartavio S.A.A.?

1.3 HIPOTESIS

Mediante la modelación gaussiana se estimará la concentración máxima a

nivel del suelo de CO, NOX y PM10, y SO2 la cual será inferior a los valores

permitidos por los ECA – Aire.

1.4 OBJETIVOS

Objetivo General:

Estimar la concentración máxima a nivel del suelo de CO, NOX y PM10, y

SO2 en función de la distancia de la fuente emisora.



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Objetivos específicos:

- Estimar la concentración máxima a nivel del suelo de CO, NOX y PM10, y SO2

aportada por las chimeneas de los calderos 17 y 20 de la empresa Cartavio S.A.A.

- Estimar el perfil de concentración máxima a nivel del suelo de CO, NOX y PM10,

y SO2 de las emisiones de las chimeneas de los calderos 17 y 20 de la empresa

Cartavio S.A.A.

- Elaborar los mapas de concentración máxima a nivel del suelo de CO, NOX y

PM10, y SO2 de las emisiones de las chimeneas de los calderos 17 y 20 de la

empresa Cartavio S.A.A.

- Determinar la influencia en la calidad del Aire de sus colindantes.

1.5 IMPORTANCIA

Las calderas bagacera afecta negativamente al ambiente por liberación de

gases y partículas. (MANSO, 2013).

Los óxidos de azufre han sido relacionados a la irritación del sistema

respiratorio humano, reducción de la visibilidad, corrosión de materiales y efectos

variables en la vegetación. El NOX ha sido asociado desordenes respiratorios,

corrosión y degradación de materiales, y daño a la vegetación. El CO es absorbido

por los pulmones y reduce la capacidad de transportar oxígeno de la sangre.

Dependiendo de la concentración y tiempo de exposición, puede causar deterioro de

las habilidades motoras y estrés fisiológico. Entre los efectos de las emisiones de

partículas están los problemas de visibilidad, la suciedad de las áreas circundantes,

el agravamiento de los efectos adversos de SO2, y problemas respiratorios humanos.

(KITTO, 2005).



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Se realiza el presente estudio debido a la preocupación por la contaminación

de aire por parte de la empresa Cartavio S.A.A. y de población aledaña a la empresa.

Con la intención de contribuir en el cuidado Ambiental y brindar una óptima calidad

de vida a la población aledaña a la empresa.



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II. REVISIÓN DE LA LITERATURA

2.1 Caracterización de la contaminación atmosférica en la zona de estudio

2.1.1 Fuentes fijas

Cartavio S.A.A.

La empresa Cartavio S.A.A es uno de los más grandes ingenios

azucareros del Perú, abocada al cultivo e industrialización de la caña de azúcar

y elaboración de alcohol, la producción de azúcar representa el 88.5% de las

ventas y el restante 11.5% corresponde a las ventas de melaza alcohol y bagazo.

La fábrica de azúcar tiene una capacidad de molienda de 5 500Tn/d, los

productos elaborados son: azúcar rubia doméstica, refinada doméstica, refinada

Premium, blanca industrial y blanca doméstica.

La destilería de alcohol tiene una capacidad productiva de alcohol de

90 000L/d, teniendo como productos elaborados alcohol etílico rectificado y

alcohol etílico industrial.

Cartavio S.A.A cuenta con dos calderos los cuales suministran la

energía necesaria para el funcionamiento de la fábrica de azúcar y destilería de

alcohol. Los calderos generan vapor mediante la quema e bagazo, los gases

resultantes de esta combustión pasan por un colector de cenizas, posteriormente

es tratado con un lavador de gases y luego mediante sistema de extracción de

partículas finas pasan a la atmósfera a través de una chimenea.

La concentración de los contaminantes emitidos en los gases de

combustión varía en función de la materia prima, variedad de caña de azúcar y

humedad relativa del bagazo que se quema, y de las condiciones de operación



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de los calderos, el buen estado del sistema de lavado de gases y de la eficiencia

de combustión (HUGOT, 1963 y REIN, 2012).

2.1.2 Fuentes móviles

Las avenidas y calles principales de Cartavio, están sujetas al

desplazamiento de vehículos de diferentes tipos, principalmente de mototaxis,

autos, combis, omnibuses interprovinciales Trujillo - Cartavio, camiones entre

otros. Terceros que brindan soporte a la empresa Cartavio cuenta con camiones

para el transporte de la materia prima, los cuales comprenden un parque

automotor antiguo, al igual que muchos de los omnibuses de transporte público

interprovincial, por lo que constituyen fuentes de contaminación del aire

importantes.

2.2 Descripción de los principales contaminantes del aire en la zona de estudio

Los principales agentes contaminantes que interfieren en la calidad del aire

de la zona de estudio son el CO, NOX y PM10, y SO2.

2.2.1 Dióxido de azufre

Se produce por la quema de bagazo en el hogar de las calderas y por la

quema de combustibles fósiles del parque automotor (camiones, autobuses,

autos, motos).

El azufre presente en el combustible se oxida predominantemente hasta

dióxido de azufre en el hogar. Entre 2 y 4 % se convierte en trióxido de azufre.

El SO3 se combina con agua y forma H2SO4, el cual se condensa sobre las

superficies metálicas que funcionan a temperaturas por debajo del punto de

rocío ácido. La concentración de SOX en las emisiones de chimenea es función



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de la cantidad de azufre en el combustible y, en general, debido a que hay poco

de azufre en el bagazo de caña esto no representa un problema. En algunas

zonas donde la caña se cultiva sobre suelos volcánicos o en pantanos como en

la Florida, donde las aguas subterráneas contienen sulfuro de hidrógeno,

pueden surgir problemas. Generalmente se generan problemas cuando se

utiliza fuel-oil o carbón con alto contenido de azufre como combustible

suplementario (REIN, 2012).

El azufre emitido por las fuentes de emisión se encuentra en la

atmósfera como mínimo en 3 formas químicas; SO2, H2S y sulfato aerosol. En

su forma gaseosa (SO2 y H2S) es conducido muy rápidamente a la atmósfera,

pero en estado oxidado el transporte queda restringido al sulfato sólido y a las

neblinas de ácido sulfúrico, las cuales precipitan o se depositan sobre la

superficie. Se supone que gran parte del SO2 atmosférico se oxida a sulfato y

vuelve hacia la tierra en esta forma. Entonces, la velocidad con que se oxida el

SO2 es determinante en su residencia en la atmósfera porque la oxidación es el

mecanismo más importante de su separación.

La oxidación de SO2 forma el ácido sulfúrico, H2SO4 un componente

de la llamada lluvia ácida que es nocivo para las plantas, provocando manchas

allí donde las gotitas del ácido han contactado con las hojas.

La lluvia ácida se forma cuando la humedad en el aire se combina con

el óxido de nitrógeno o el dióxido de azufre emitido. Esta combinación química

de gases con el vapor de agua forma el ácido sulfúrico y los ácidos nítricos,

sustancias que caen en el suelo en forma de precipitación o lluvia ácida. Los

contaminantes que pueden formar la lluvia ácida pueden recorrer grandes



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distancias, y los vientos los trasladan miles de kilómetros antes de precipitarse

con el rocío, la llovizna, granizo, nieve o niebla normales del lugar, que se

vuelve ácidos al combinarse con dichos gases residuales.

El SO2 también ataca a los materiales de construcción que suelen estar

formados por minerales carbonatados, como la piedra caliza o el mármol,

formando sustancias solubles en el agua y afectando a la integridad y la vida

de los edificios o estructuras (VILCA, 2011).

2.2.2 Óxidos de nitrógeno

Los óxidos de nitrógeno se forman por recombinación de las moléculas

de oxígeno y nitrógeno en la combustión a alta temperatura, unos 1200 grados

centígrados, que se produce casi exclusivamente en los motores de gasolina

(DIGESA, 1999). Dichos contaminantes también se producen en los hornos de

la fundición, debido a las altas temperaturas de combustión del carbón.

En una caldera de bagazo los óxidos de nitrógeno son unas de las

emisiones gaseosas nocivas más importantes. De las seis diferentes especies de

óxido de nitrógeno (NOX), sólo dos, el óxido nítrico (NO) y el dióxido de

nitrógeno (NO2), se consideran serios contaminantes. Los otros se producen en

concentraciones mucho más bajas o son inestables a condiciones ambientales.

El dióxido de nitrógeno reacciona con los hidrocarburos para formar smog

(mezcla gaseosa de humo, partículas de carbón y neblina). El óxido nítrico se

genera principalmente en el hogar y es luego oxidado hasta dióxido de

nitrógeno al salir por la chimenea.



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Existen dos fuentes de óxido nítrico en las calderas: el NOX

combustible, formado a partir de nitrógeno del combustible, y el NOX térmico

formado a partir del nitrógeno en el aire de combustión. La temperatura del

hogar de combustión en las caldera bagaceras es normalmente demasiado baja

para que el nitrógeno del aire se pueda convertir en NOX, por lo cual el

nitrógeno del combustible es la fuente predominante de NOX.

Alrededor del 15 al 25 % del nitrógeno presente en el combustible es

convertido en NOX. La tasa de conversión depende del contenido de humedad

en el combustible (la tasa de conversión se incrementa a medida que es menor

la humedad) y del diseño de la caldera. Esto se refleja principalmente como

NO en la chimenea, aproximadamente de 3 a 5 % reportado como NO2.

Usualmente se mide en ml NO/m3 de gases secos, pero la concentración de

NOX en la descarga de gases se reporta como NO2. Un combustible estándar

con contenido de nitrógeno de 0.0015 kg/kg equivale a un nivel de NO2 de

aproximadamente 270 a 550 mg/m3 (STP) (~135 a 270 ml/m3) a 6 % O, sobre

una base de gases secos (~0.19 a 0.38 lb/MMBTU) (REIN, 2012).

Por sí solos contribuyen a la irritación de las vías respiratorias y dan

origen a la contaminación fotoquímica (DIGESA, 1999).

2.2.3 Monóxido de carbono

La combustión de carbono hasta obtener sólo monóxido de carbono en

lugar de dióxido de carbono es resultado de una combustión incompleta.

Es producido por los motores de los automóviles, combis, buses,

camiones y motos. Los motores de combustión interna de los automóviles



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emiten monóxido de carbono a la atmósfera por lo que en las áreas muy

urbanizadas tiende a haber una concentración excesiva de este gas hasta llegar

a concentraciones de 50 – 100 ppm (MARTINEZ Y DIAZ, 2004), tasas que

son peligrosas para la salud de las personas.

Es peligroso para la salud de personas y animales, ya que tras ser

aspirado por los pulmones se fija en la hemoglobina de la sangre, sustituyendo

al oxígeno en los glóbulos rojos de la sangre, impidiendo el transporte de

oxígeno en el organismo y disminuyendo la oxigenación de los tejidos,

pudiendo causar la muerte. (DIGESA, 1999). Además, es inodoro, y a la hora

de sentir un ligero dolor de cabeza ya es demasiado tarde. Se diluye muy

fácilmente en el aire ambiental, pero en un medio cerrado, su concentración lo

hace muy tóxico, incluso mortal. Cada año, aparecen varios casos de

intoxicación mortal, a causa de aparatos de combustión puestos en

funcionamiento en una habitación ventilada.

El monóxido de carbono es además de un contaminante nocivo un gas

de efecto invernadero (REIN, 2012).

2.2.4 Material particulado (PM10)

Una partícula se define como cualquier porción concreta (es decir,

particulada) de materia sólida, líquida o gaseosa mayor que una sola molécula

pequeña [de más de 1 nanómetro (nm) de diámetro]. El agua, el aire y los

desperdicios sólidos contienen muchas partículas que varían

considerablemente en tamaño (GLYNN, 1999).



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La concentración de material particulado que se emite de las calderas

bagaceras normalmente varía desde aproximadamente 4 000 hasta 12 000

mg/m3 (STP), cifras tan elevadas como 24 000 mg/m3 (STP) han sido

registradas. La tasa de emisiones es función de:

Contenido de cenizas en el combustible

Contenido de humedad en el combustible

Tamaño de partícula del combustible

Tipo y capacidad de parrilla

Tipo y diseño del hogar de combustión

Carga de la caldera

Figura N°01. Tamaño típico de partículas

El tamaño de las partículas varía desde trozos de bagazo carbonizado

que miden alrededor de 1,5 mm de diámetro y 3 a 6 mm de largo hasta

partículas de polvo con diámetros inferiores a 1/100 veces el grosor de un

cabello humano. La Figura Nº01 compara el tamaño de partícula de varios



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polvos comúnmente encontrados con el polvo del bagazo. En la Figura Nº02

se presentan distribuciones típicas del tamaño de partículas de polvo de bagazo.

Estas pueden variar significativamente de una zona a otra dependiendo de la

calidad del suelo.

Figura N°02. Distribución típica del tamaño de partículas por masa en calderas

bagaceras

El polvo se compone de una fracción orgánica y una inorgánica. La

densidad de la fracción orgánica varía alrededor de 300 a 600 kg/m3 y la de la

fracción inorgánica alrededor de 1900 a 2800 kg/m3.

La concentración de emisiones de partículas se mide isocinéticamente

en un tramo recto de los ductos o en la chimenea. Protocolos de la Unión

Europea y de los Estados Unidos que definen metodologías de medición son

utilizados ampliamente (REIN, 2012).



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2.3 Contaminación

2.3.1 Contaminación atmosférica

Se entiende por contaminación atmosférica a la presencia en la

atmósfera de sustancias en una cantidad que implique molestias o riesgo para

la salud de las personas y de los demás seres vivos, vienen de cualquier

naturaleza (MARTINEZ Y DIAZ, 2004), así que pueden atacar a distintos

materiales, reducir la visibilidad o producir olores desagradables. El nombre de

la contaminación atmosférica se aplica por lo general a las alteraciones que

tienen efectos perniciosos en los seres vivos y los elementos materiales, y no a

otras alteraciones inocuas. Los principales mecanismos de contaminación

atmosférica son los procesos industriales que implican combustión, tanto en

industrias como en automóviles y calefacciones residenciales, que generan

dióxido y monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y azufre, entre otros

contaminantes. Igualmente, algunas industrias emiten gases nocivos en sus

procesos productivos, como cloro o hidrocarburos que no han realizado

combustión completa. (MANAHAM, 2007)

La contaminación atmosférica puede tener carácter local, cuando los

efectos ligados al foco se sufren en las inmediaciones del mismo, o planetario,

cuando por las características del contaminante, se ve afectado el equilibrio del

planeta y zonas alejadas a las que contienen los focos emisores.



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2.3.2 Clases de contaminantes atmosféricos

Contaminantes primarios

Son los que se emiten directamente a la atmósfera (MANAHAM,

2007) como el dióxido de azufre SO2, que daña directamente la vegetación

y es irritante para los pulmones.

Contaminantes secundarios

Son aquellos que se forman mediante procesos químicos atmosféricos

que actúan sobre los contaminantes primarios o sobre especies no

contaminantes en la atmósfera (MANAHAM, 2007). Son importantes

contaminantes secundarios el ácido sulfúrico, H2SO4, que se forma por

oxidación del SO2, el dióxido de nitrógeno NO2, que se forma al oxidarse el

contaminante primario NO y el ozono, O3, que se forma a partir del oxígeno.

Ambos contaminantes, primarios y secundarios pueden depositarse en la

superficie de la tierra por precipitación.

2.3.3 Contaminantes gaseosos

En ambientes exteriores e interiores los vapores y contaminantes

gaseosos aparecen en diferentes concentraciones. Los contaminantes gaseosos

más comunes son el dióxido de carbono, el monóxido de carbono, los

hidrocarburos, los óxidos de nitrógeno, los óxidos de azufre y el ozono.

Diferentes fuentes producen estos compuestos químicos pero la principal

fuente artificial es la quema de combustible fósil. La contaminación del aire

interior es producida por el consumo de tabaco, el uso de ciertos materiales de

construcción, productos de limpieza y muebles del hogar. Los contaminantes



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gaseosos del aire provienen de volcanes e industrias. El tipo más comúnmente

reconocido de contaminación de aire es la niebla tóxica (smog). La niebla

tóxica generalmente se refiere a una condición producida por la acción de la

luz solar sobre los gases de escape de automotores y fábricas.

2.3.4 Efectos de los gases de la atmósfera en el clima

Efectos climáticos

Generalmente los contaminantes se elevan o flotan lejos de sus

fuentes sin acumularse hasta niveles peligrosos. Los patrones de vientos, las

nubes, la lluvia y la temperatura pueden afectar la rapidez con que los

contaminantes se alejan de una zona. Los patrones climáticos que atrapan la

contaminación atmosférica en valles o la desplazan por la tierra pueden,

dañar ambientes limpios distantes de las fuentes originales. La

contaminación del aire se produce por toda sustancia no deseada que llega

a la atmósfera. Es un problema principal en la sociedad moderna. A pesar

de que la contaminación del aire es generalmente un problema peor en las

ciudades, los contaminantes afectan el aire en todos lugares. Estas sustancias

incluyen varios gases y partículas minúsculas o materia de partículas que

pueden ser perjudiciales para la salud humana y el ambiente. La

contaminación puede ser en forma de gases, líquidos o sólidos. Muchos

contaminantes se liberan al aire como resultado del comportamiento

humano. La contaminación existe a diferentes niveles: personal, nacional y

mundial.



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Efecto invernadero

Evita que una parte del calor recibido desde el sol deje la atmósfera

y vuelva al espacio. Esto calienta la superficie de la tierra. Existe una cierta

cantidad de gases de efecto de invernadero en la atmósfera que son

absolutamente necesarios para calentar la Tierra, pero en la debida

proporción. Actividades como la quema de combustibles derivados del

carbono aumentan esa proporción y el efecto invernadero aumenta. Muchos

científicos consideran que como consecuencia se está produciendo el

calentamiento global. Otros gases que contribuyen al problema incluyen los

clorofluorocarbonos (CFCs), el metano, los óxidos nitrosos y el ozono.

Daño a la capa de ozono

El ozono es una forma de oxígeno O3 que se encuentra en la

atmósfera superior de la tierra. El daño a la capa de ozono se produce

principalmente por el uso de clorofluorocarbonos (CFCs). La capa fina de

moléculas de ozono en la atmósfera absorbe algunos de los rayos

ultravioletas (UV) antes de que lleguen a la superficie de la tierra, con lo

cual se hace posible la vida en la tierra. El agotamiento del ozono produce

niveles más altos de radiación UV en la tierra, con lo cual se pone en peligro

tanto a plantas como a animales.

2.3.5 Efectos nocivos para la salud

Muchos estudios han demostrado enlaces entre la contaminación y los

efectos para la salud. Los aumentos en la contaminación del aire se han ligado

a quebranto en la función pulmonar y aumentos en los ataques cardíacos.



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Niveles altos de contaminación atmosférica según el Índice de Calidad

del Aire de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos

(USEPA, por sus siglas en inglés) perjudican directamente a personas que

padecen asma y otros tipos de enfermedad pulmonar o cardíaca. La calidad

general del aire ha mejorado en los últimos 20 años pero las zonas urbanas son

aún motivo de preocupación. Los ancianos y los niños son especialmente

vulnerables a los efectos de la contaminación del aire.

El nivel de riesgo depende de varios factores:

La cantidad de contaminación en el aire

La cantidad de aire que respiramos en un momento dado

La salud general.

Otras maneras menos directas en que las personas están expuestas a

los contaminantes del aire son:

El consumo de productos alimenticios contaminados con sustancias

tóxicas del aire que se han depositado dondecrecen,

Consumo de agua contaminada con sustancias del aire,

Contacto con suelo, polvo o agua contaminados

2.4 Dispersión atmosférica

2.4.1 Escalas de contaminación atmosférica

Los fenómenos atmosféricos se clasifican en cuatro clases o escalas

basadas en el alcance horizontal y la duración de estos. Las cuatro escalas son:

microescala, mesoescala, escala sinóptica y escala global. Ver Tabla N°01. Si



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nos movemos en cada escala a partir de la microescala, perdemos detalles del

movimiento del aire de la escala anterior. Cada escala tiene sus propios

fenómenos, los cuales contienen el fenómeno de la escala anterior.

2.4.2 Sistema de modelación de la dispersión atmosférica

KYELY (1999), señala que la modelación de la dispersión atmosférica,

sea del tipo gaussiano y otros, se usa para predecir la calidad del aire y

colaborar en decisiones de política y planificación respecto a la gestión y

desarrollo de infraestructura productiva. Plantea que la calidad del aire como

sistema de modelación está integrado por los siguientes componentes.

Figura N°03. Sistema de modelación simple de la calidad del aire



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Tabla N°1. Escalas de movimiento atmosférico

Horizonte meteorológico Escalas de medición Fenómenos asociados

Escala Tiempo Horizontal Vertical

Microescala

(fuerza de

Coriolis

despreciable)

Segundos a

horas

1mm hasta

1Km

Desde la

superficie

hasta los

100m

- Tornado de pequeñas

turbulencias

- Gradientes superficiales

- Efectos de fricción en la

capa límite

- Efectos topográficos

Mesoescala

(escala de

pronóstico del

tiempo

meteorológico)

Horas a

días

1Km hasta

100Km

Desde la

superficie

hasta 1Km

- Grandes turbulencias

- Vientos de mar y

continente

- Islas de calor urbano

- Vientos de valle y de

montaña

Sinóptica (escala

ciclónica)

Días a

semanas

Países a

continentes

Desde la

superficie

hasta los 10

ó 15Km

- Sistemas de tormentas

- Formaciones nubosas

- Frentes de tiempo

Global Días a años

100Km a

todo el

hemisferio

Desde la

superficie

hasta los

20Km

- Efectos globales

Fuente: SCHNELLE, 1999

SCHENELLE (1999), aborda el tema de la modelación de la calidad

del aire, implicando en ello el campo de la dispersión atmosférica

detalladamente, involucrando los medios en los cuales se desarrolla. El

esquema planteado es el siguiente:

Figura N°04: Sistema de modelación detallado de la dispersión atmosférica



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Cabe señalar que la topografía está considerada dentro del medio

receptor y el medio de dispersión.

2.4.3 Modelos de difusión y/o dispersión atmosférica

Los términos difusión y dispersión en el campo del modelamiento de la

contaminación del aire tienen diferente significado. La dispersión está

relacionada a los procesos de transporte de gases o partículas ocasionados por

el viento y la turbulencia atmosférica, mientras que la difusión se refiere al

fenómeno de difusión molecular de dichos gases o partículas (NEVERS, 2000).

El mecanismo principal de los modelos para la cuantificación de

concentraciones de un determinado contaminante vientos abajo de la fuente de

emisión es la dispersión (SCHNELLE, 1999).

Un modelo de dispersión atmosférica de una fuente puntual es una

expresión matemática que relaciona las emisiones de material particulado o

gaseoso en la atmósfera con las concentraciones de dicho material a sotavento

de la fuente de emisión (SCHNELLE, 1999). El objetivo fundamental del

modelo de dispersión es estimar la concentración del contaminante en un punto

receptor particular mediante cálculos a partir de información básica de la fuente

contaminante, las condiciones topográficas y las condiciones meteorológicas.

Consecuentemente, la concentración calculada será directamente proporcional

a la intensidad de emisión de la fuente e inversamente proporcional a la

velocidad promedio del viento. (PASQUIL, 1961; PERKINS, 1974;

SCHENLLE, 1999 y SEOANEZ, 2002).



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Se han desarrollado modelos de calidad del aire de dos tipos:

determinísticos (de regresión estadística, modelos estocásticos) y físicos

(representaciones físicas en tanques de agua y túneles de viento). Las

soluciones a los modelos determinísticos son analíticas y numéricas, pero la

complejidad de las soluciones analíticas es tan grande que solo relativamente

unos pocos casos simples han sido resueltos. Se han realizado soluciones

numéricas de situaciones más complejas, pero requieren de una gran cantidad

de tiempo de cómputo. Aún así, los avances más adecuados son para los

modelos determinísticos (SCHNELLE, 1999). Actualmente, los modelos

estocásticos basados en el tipo gaussiano son los más usados en el

modelamiento para el control regulatorio de los contaminantes del aire, porque

su fundamento teórico de la estadística de la dispersión del contaminante en la

atmósfera es concordante con la teoría de turbulencia atmosférica observada de

los fenómenos de movimiento de flujo de aire en una determinada dirección y

sentido; y también porque la escala meteorológica del problema de

contaminación de las ciudades es la microescala /HENRY, 1999 y KIELY,

1999). Además de su versatilidad y relativa facilidad de aplicación (WARK,

1992 y USEPA, 2000).

2.4.4 Modelo de dispersión gaussiano

El modelo de dispersión gaussiano es un modelo estocástico de

contaminación del aire, está basado en la ecuación de función de distribución

de probabilidad normal o gaussiana de la concentración del contaminante en la

dirección vientos abajo de la fuente de emisión (eje de dispersión ubicado en

la dirección X) (BLACKADAR, 1998). La concentración vientos debajo de la



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fuente de emisión tiene dos componentes especiales, y por lo tanto dos

funciones de distribución probabilística gaussiana: la primera es vertical a la

dirección del viento (eje Z de dispersión) y la segunda es transversal a la misma

(eje Y de dispersión). Ver Figura N°05

Figura N°05. Representación espacial de la dispersión atmosférica

No se considera el componente espacial en el eje X porque en dicho eje

predomina el fenómeno de dispersión sobre la difusión. (BEYCHOK, 1994).

Considerando en el eje Z de dispersión dicha ecuación es:

𝑛𝑟

𝑁= 𝑃(𝑍) =

1

(2𝜋)1/2𝜎𝑍𝑒𝑥𝑝 [− (

𝑍𝑟 − 𝑍𝑚

𝜎𝑍)

2

] … (1)

Donde:

𝑛𝑟

𝑁= 𝑃(𝑍) = Probabilidad de ocurrencia de la dispersión en el punto receptor

Zr

𝑛𝑟 = Dispersión a la altura del punto receptor Zr en el eje Z de dispersión



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N = Emisión total de la fuente de emisión contenida en la sección transversal

(disco) de la pluma ubicada a la altura del punto Zr.

𝑍𝑟 = Ubicación en el eje Z de dispersión (vientos abajo de la fuente de emisión)

del punto receptor donde se requiere calcular la dispersión.

𝑍𝑚 = Ubicación en el eje Z de dispersión (vientos abajo de la fuente de emisión)

del punto receptor donde se requiere calcular la dispersión.

𝜎𝑍 = Desviación estándar de la dispersión en el eje Z de dispersión.

𝜋 = Constante adimensional (3.1416)

La respectiva función de densidad de probabilidad de la ecuación

anterior es:

𝑛𝑟 = 𝐹(𝑍) =𝑁

(2𝜋)1/2𝜎𝑍𝑒𝑥𝑝 [− (

𝑍𝑟−𝑍𝑚

𝜎𝑍)

2

] … (2)

La función anterior puede ser aplicada para cuantificar las

concentraciones de un contaminante emitido por una chimenea en una

determinada dirección vientos abajo de la misma porque los procesos de

dispersión atmosférica también son aleatorios (CHOVIN y ROUSSEL, 1970).

La ecuación anterior asume que no hay barreras verticales para la difusión hacia

arriba ni hacia abajo, pero en realidad, en algún momento la pluma contactará

con la superficie (nivel del suelo). Para evitar dicha distorsión se asume que el

contaminante de la pluma es reflejado por la superficie (supuesto de

conservación de masa), agregándole otra ecuación similar pero en sentido

opuesto a la fuente de emisión, ver Figura N°06.



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Figura N°06. Reflexión de la pluma contaminante en el suelo

De esta forma, la ecuación de función de distribución de probabilidad

normal o gaussiana de la concentración del contaminante en la dirección

vientos abajo de la fuente de emisión incluyendo el efecto de reflexión del

terreno es:

𝑛𝑟 =𝑁

(2𝜋)1/2𝜎𝑍𝑒𝑥𝑝 [− (

𝑍𝑟 − 𝑍𝑚

𝜎𝑍)

2

] +𝑁

(2𝜋)1/2𝜎𝑍𝑒𝑥𝑝 [− (

𝑍𝑟 − 𝑍𝑚∗

𝜎𝑍)

2

] … (3)

Donde:

𝑍𝑚∗ = Ubicación en el eje Z de dispersión (vientos abajo de la fuente de emisión)

donde ocurre la dispersión media (la línea central de la pluma en el eje

Z). Pero en dirección opuesta al nivel de referencia (distancia negativa).

Tomando en cuenta las siguientes sustituciones:

N = Q/u



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Q = emisión de la chimenea

u = velocidad horizontal del viento

𝑍𝑟 − 𝑍𝑚 = 𝐻𝑟 − 𝐻𝑒

𝑍𝑟 − 𝑍𝑚∗ = 𝐻𝑟 − (−𝐻𝑒) = 𝐻𝑟 + 𝐻𝑒

Donde:

𝐻𝑒 = altura de la línea central de la pluma con referencia al nivel del suelo,

también conocida como altura efectiva de la pluma (la altura de la línea

central de una pluma es su altura efectiva).

𝐻𝑟= altura del punto receptor a partir del nivel del suelo con referencia al nivel

del suelo.

Se obtiene la siguiente ecuación:

𝑛𝑟 =𝑁

𝑢(2𝜋)1/2𝜎𝑍{𝑒𝑥𝑝 [− (

𝐻𝑟 − 𝐻𝑒

𝜎𝑍)

2

] + 𝑒𝑥𝑝 [− (𝐻𝑟 + 𝐻𝑒

𝜎𝑍)

2

]} … (4)

Finalmente, considerando también la dispersión en el eje Y, cuya

ecuación es análoga a la del eje Z, pero sin considerar la reflexión de la

superficie porque no existe barrera en el eje Y, tenemos la siguiente ecuación:

𝑛𝑟 =𝑁

𝑢(2𝜋)𝜎𝑦𝜎𝑍𝑒𝑥𝑝 [−

1

2(

𝑦 − 𝑦𝑚

𝜎𝑦)

2

] {𝑒𝑥𝑝 [−1

2(

𝑍𝑟 − 𝐻𝑒

𝜎𝑍)

2

] + 𝑒𝑥𝑝 [−1

2(

𝑍𝑟 + 𝐻𝑒

𝜎𝑍)

2

]} … (5)

Donde:

y = distancia desde el receptor a la línea central de la pluma en la dirección

transversal a ella (dirección Y)



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ym = cero partículas, para la ubicación de la dispersión media de la línea central de

la pluma en la dirección transversal (dirección Y).

Realizando las sustituciones de simbología conforme a los términos usados

comúnmente en la literatura se obtiene la conocida ecuación de dispersión

gaussiana para una fuente puntual continua de emisión de contaminantes:

𝐶 =𝑄

𝑢(2𝜋)𝜎𝑦𝜎𝑍𝑒𝑥𝑝 [−

1

2(

𝑌

𝜎𝑦)

2

] {𝑒𝑥𝑝 [−1

2(

𝑍𝑟 − 𝐻𝑒

𝜎𝑍)

2

] + 𝑒𝑥𝑝 [−1

2(

𝑍𝑟 + 𝐻𝑒

𝜎𝑍)

2

]} … (6)

Donde:

C = concentración de la emisión proveniente de la fuente de emisión en cualquier

punto receptor (nivel inmisión) en unidades de g/m3, si el receptor está ubicado a:

“x metros” vientos abajo, “y metros” en la dirección transversal desde la línea

central o eje de dispersión, y “z metros” por encima del nivel del suelo o nivel de

referencia de la superficie.

Q = tasa de emisión en la fuente, en g/s

U = velocidad horizontal del viento a la altura de emisión, en m/s

He = altura por encima del suelo a lo largo del eje central de dispersión, en m

𝜎𝑍 = desviación estándar vertical de la distribución de la emisión, en m

𝜎𝑦 = desviación estándar horizontal de la distribución de la emisión, en m

Por lo tanto, la forma de la ecuación de cuantificación de la concentración

de un contaminante atmosférico mediante la teoría gaussiana junta la función de

distribución normal o de Gauss con la intensidad de emisión de un contaminante

(Q), y la velocidad promedio del viento (u) (BEYCHOK, 1994).



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En lo que respecta al tiempo de modelación, los resultados del modelo

gaussiano son estacionarios, es decir, los resultados representan las variables de

entrada consideradas en un determinado tiempo (tiempo de modelación), no es un

modelo dinámico; para serlo tendría que disponerse de datos promedio de entrada

continuos de la fuente de emisión y de la atmósfera del periodo de tiempo real o

actual de modelación (BEYCHOK, 1994 y SCHNELLE, 1999).

2.4.5 Tipos de plumas contaminantes

Pluma cónica (coning plume)

Acontece cuando la pluma es dispersada por el viento en atmósfera

neutral (gradiente de temperatura de la atmósfera similar al gradiente

adiabático seco), condición característica de la meteorología de la tarde.

Pluma ondulada

La ocurrencia de este tipo de pluma se da durante condiciones de

atmósfera inestable (gradiente de temperatura de la atmósfera súper

adiabática). Ver Figura N°05. Estas condiciones se caracterizan por un alto

grado de turbulencia vertical, la cual causa que la pluma se ondule en el

plano vertical. El eje central de dispersión promedio de una pluma

ondulada podría parecerse a la línea central promedio de dispersión de la

típica pluma cónica, pero con ciertas restricciones; no toma en cuenta las

concentraciones del contaminante en zonas donde la pluma se rompe por

las ondulaciones. (BEYCHOK, 1994). Las condiciones de tiempo

atmosférico típicas para la ocurrencia de la pluma ondulada son: días

cálidos con cielos claros y poco viento.



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La conocida ecuación de dispersión gaussiana para una fuente

puntual continua de emisión de contaminantes fue derivada para este tipo

de pluma. (BEYCHOK, 1994). Las condiciones de tiempo atmosférico

típicas para la ocurrencia de la pluma cónica son: días nublados y con

viento apreciable o noches con viento fuerte (clase de estabilidad Pasquil

D).

Pluma abanicada

El desarrollo de una pluma abanicada se observa cuando la pluma

está atrapada dentro de una capa de inversión térmica, ya sea dentro de una

capa de inversión superficial (desde la superficie hasta la parte superior de

la pluma) o dentro de una capa de inversión intermedia por encima de la

superficie (desde una determinada altura hasta la parte superior de la

pluma). Ver Figura N°05. Las condiciones atmosféricas muy estables

dentro de la capa de inversión inhiben la turbulencia vertical, ocasionando

poca expansión vertical de la pluma. Sin embargo, la pluma se abanica en

el plano transversal (eje Y) porque az es muy pequeño en relación a ay.

(BEYCHOK, 1994).

Para el caso de una pluma abanicada dentro de una capa de

inversión superficial la ecuación de dispersión gaussiana para una fuente

puntual continua de emisión de contaminantes se aplica mediante el uso

de valores a apropiados para condiciones de atmósfera estable. Sin

embargo, es probable que las concentraciones a nivel del suelo calculadas

con la ecuación sean exageradas porque el mayor nivel de dispersión de la

capa atmosférica superior al de la inversión no es tomada en cuenta en el



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valor de a seleccionado. Este caso es un ejemplo de dispersión durante

condiciones atmosféricas en las cuales no hay homogeneidad atmosférica

vertical para la dispersión. (BEYCHOK, 1994).

Para el caso de la pluma abanicada situada dentro de una capa de

inversión superior, la dispersión hacia abajo atraviesa dos capas de aire de

diferente estabilidad atmosférica: la primera capa es la capa de inversión

misma, la segunda capa es la capa superficial; la cual podría ser súper

adiabática, neutral o sub adiabática. Este hecho hace difícil seleccionar

valores apropiados de “a” para la ecuación de dispersión gaussiana, la

misma dificultad existe para la capa por encima de la inversión. Conforme

la dispersión se desarrolle a través de capas más turbulentas ubicadas por

encima y por debajo de la capa de inversión, la capa de inversión misma

podría compensar a las otras, pero esta posibilidad es complicada por el

efecto de reflexión del suelo tomada en cuenta en la ecuación de

dispersión. Por lo expuesto, es muy difícil prever si las concentraciones a

nivel del suelo calculadas de una pluma abanicada son sub o sobre

estimadas por el uso de un 0 para condiciones de atmósfera estable (por la

capa de inversión térmica). En cualquier caso, una pluma atrapada dentro

de una capa de inversión muestra muy poca dispersión vertical y por lo

tanto, los efectos de dispersión hacia abajo y hacia arriba a través de las

capas adyacentes turbulentas podrían ser insignificantes. (BEYCHOK,

1994).

Las condiciones de tiempo atmosférico típicas para la ocurrencia

de la pluma abanicada son las mismas para las que ocurra una inversión

térmica: noches con vientos suaves y cielo claro (estabilidad Pasquil F).



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La inversión por encima de la superficie podría formarse por el

rompimiento de la inversión durante el inicio del día al calentarse

progresivamente la superficie; o el rompimiento de la inversión también

podría ser consecuencia de inversiones por subsidencia o inversiones

frontales, las cuales ocurren tanto en el día como en la noche. (BEYCHOK,

1994).

Gradiente adiabático seco: _ _ _ Gradiente vertical de la temp. aire: _____

Figura N°07. Comportamiento de las plumas contaminantes



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Condición de fumigación (fumigating plume)

La ocurrencia de este tipo de pluma se da cuando el penacho está

ubicado dentro de la capa de inversión térmica superficial como en el caso

de una pluma abanicada. Ver Figura N°05. La capa de inversión es rota en

su base inferior mediante el aumento de turbulencia por el calentamiento

progresivo de la superficie en el día, lo cual ocasiona altas concentraciones

del contaminante a nivel de la superficie en cortos periodos de tiempo

(tiempo en el que la pluma choca con la superficie a una distancia

determinada de la fuente de emisión). (BEYCHOK, 1994).

Las condiciones atmosféricas típicas para la formación de una

pluma tipo fumigación son días cálidos con cielos claros y vientos suaves

(estabilidad Pasquil A).

Pluma atrapada (looping plume)

La ocurrencia de este tipo de pluma se da cuando la pluma está por

debajo de una inversión térmica, y en consecuencia la dispersión hacia

arriba está bloqueada por la capa de inversión. Ver Figura N°05. Se han

planteado varios métodos para modelar la dispersión de pluma atrapada,

de las cuales dos son importantes. (BEYCHOK, 1994). El primer método

asume que la ecuación de dispersión gaussiana es aplicable desde la fuente

de emisión hasta una distancia vientos abajo XL, en la cual el tamaño de

la capa de mezcla (la altura de la capa de mezcla es la distancia desde el

nivel del suelo hasta la base inferior de la inversión de altura) es igual a la

altura de la línea central de la pluma más 2.15az:

𝐿 = 𝐻𝑒 + 2.15𝐺𝑧



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Donde:

L = altura de la capa de mezcla

He = altura efectiva de la pluma

Adicionalmente se asume que a más del doble de distancia (2XL)

las concentraciones verticales de la pluma no se dispersan en gran medida

por los patrones de la ecuación de dispersión gaussiana, sino que ocurre

una dispersión uniforme dentro de la altura de la capa de mezcla (L). Es

decir, que a distancias iguales o mayores a 2 XL la dispersión transversal

(eje Y de dispersión) es el único factor que afecta las concentraciones de

la pluma.

El segundo método contabiliza los efectos de las múltiples

reflexiones entre la superficie y la base de la inversión en altura. Este

método es más riguroso que el anterior. (BEYCHOK, 1994).

Las condiciones atmosféricas que propician la formación de una

pluma atrapada es la formación de capas de inversión en altura, las cuales

podrían resultar por el rompimiento de la inversión durante el inicio del

día al calentarse progresivamente la superficie; o el rompimiento de la

inversión también podría ser consecuencia de inversiones por subsidencia

o inversiones frontales, las cuales ocurren tanto en el día como en la noche.

(BEYCHOK, 1994)

Pluma elevada (lofting plume)

Este tipo de pluma se observa cuando esta está por encima de una

capa de inversión térmica y la dispersión hacia abajo es bloqueada por la



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capa de inversión estable. Ver Figura N°05. La pluma podría estar por

encima de una inversión superficial o por encima de una capa de inversión

ubicada a más altura.

Si la dispersión hacia abajo es reflejada hacia arriba por la capa de

inversión (más aún cuando la pluma está siendo absorbida y atrapada

dentro de la inversión), entonces la ecuación gaussiana de dispersión

podría ser aplicada a la pluma elevada mediante la redefinición de las

dimensiones de las coordenadas Z, porque la dispersión hacia la superficie

desde plumas elevadas es esencialmente nula.

Típicamente las condiciones atmosféricas favorables para la

ocurrencia de una pluma elevada son las mismas que para las de una pluma

abanicada, porque ambas requieren la existencia de una capa de inversión

superficial o una capa de inversión en altura.

2.5 Graficación espacial de la contaminación atmosférica

Existen dos maneras de lograr mapas de contaminación del aire, mediante el

uso de la interpolación espacial y a través de modelos de calidad del aire; dentro de

ellos el más usado es el modelo de dispersión de contaminación atmosférica

gaussiano. (HASAN, 2001)

2.5.1 Técnica de la interpolación espacial

La técnica de interpolación espacial, que es usada en software GIS

por ejemplo, no constituye una modelación de la contaminación propiamente

dicha, sino que usa métodos estadísticos u otros para generar, clasificaciones

de puntos y líneas de tendencia en base a un número limitado de información



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observada o monitoreada; para que en base a ello se generen las respectivas

isolíneas y superficies de contaminación (mapas de contaminación)

(HASAN, 2001). Los métodos de interpolación espacial se clasifican en

métodos globales (análisis de superficies de tendencia y otros) y métodos

locales (ventana móvil, kriging, interpolación “spline”, etc.). En los métodos

globales una superficie de contaminación es elaborada sobre la base de todo

el conjunto de datos, mientras que en los métodos locales las superficies de

contaminación son realizados sobre la base de una serie de estimaciones

basadas en conjuntos de datos de puntos cercanos entre sí; cabe mencionar

que uno de los métodos locales de interpolación más usados es el kriging en

sus diversas variantes. Sin embargo, no obstante la gran cantidad de estudios

realizados al respecto, no existe un consenso sobre que método de

interpolación es el óptimo (HASAN, 2001). El desempeño de los métodos

de interpolación depende del carácter de la variación espacial subyacente de

la variable que está siendo interpolada y las características específicas que

influyen en la data, tales como: densidad de muestreo, distribución del

muestreo, etc. Más aún como sabemos, la densidad de distribución de las

redes de monitoreo de contaminantes es casi siempre pobre y pequeña; y la

ubicación de las estaciones de la red es generalmente hacia zonas de

contaminación específicas de acuerdo a los objetivos del monitoreo. En

consecuencia, las redes de monitoreo proveen de un limitado panorama de

los patrones espaciales de contaminación del aire, estimados potenciales muy

parciales de tendencias de contaminación atmosférica y pobres indicadores

de exposición humana a los contaminantes del aire. Incluso en estudios de

propósitos específicos de contaminación del aire el factor limitante es el



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tiempo y el costo de la red de monitoreo, limitando la densidad del mismo;

haciendo la técnica de interpolación espacial inadecuada para describir la

dinámica de la contaminación atmosférica y presentarla mediante mapas

(HASAN, 2001).

2.5.2 Técnica de los modelos de dispersión atmosférica

Como se trató anteriormente, el modelamiento de la calidad del aire

comprende dos tipos básicos: determinísticos y físicos, encontrándose los

modelos de dispersión atmosférica gaussianos dentro de la clasificación de

los modelos matemáticos (SCHNELLE, 1999). El resultado o producto de

los modelos de dispersión son superficies e isolíneas de contaminación

potencial o predicha mediante los algoritmos del modelo para una zona

determinada de estudio. Los algoritmos incluyen ecuaciones sofisticadas de

procesos de dispersión que toman en cuenta diversos factores y variables

tratados en los puntos 2.4.4 y 3.2

Se han realizado recientemente estudios y aplicaciones de modelos

de dispersión atmosférica gaussiano, los cuales son citados por Hasan,

(HASAN, 2001): Honaganahalli (HONAGANAHALLI, 2000) usó un

modelo de dispersión atmosférica para la atmósfera desde campos agrícolas,

con fines de evaluar el impacto en la salud pública, San José (SAN JOSE,

2000) integró un modelo a mesoescala de calidad del aire con uno de

dispersión atmosférica gaussiano para la evaluación del impacto de las

emisiones del tráfico vehicular en Madrid.



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El modelo SCREEN3 fue desarrollado para proveer un método fácil

de usar para obtener una estimación de la concentración de contaminantes.

Estas concentraciones están basadas en el documento "Screening Procedures

for Estimating The Air Quality Impact of Stationary Sources, Revised"

(USEPA 1992).

Los modelos de dispersión atmosférica son ampliamente usados para

calcular concentraciones de contaminantes en la atmósfera y a nivel del suelo

emitido por fuentes puntuales, y para generar mapas de contaminación

atmosférica a partir de dichos cálculos. Los modelos pueden ser adaptados a

cualquier contaminante y otros tipos de fuente de emisión, sin necesidad de

establecer redes de monitoreo. Sin embargo existen algunas limitaciones,

sobre todo en lo que respecta a la disponibilidad de datos necesarios para la

corrida del modelo (datos de emisión detallados, data meteorológica y

topográfica en detalle) (HASAN, 2001).

En el Perú las estaciones meteorológicas de la red nacional del

SENAMHI registran variables meteorológicas útiles para el pronóstico del

tiempo, estudios climáticos y de recursos naturales, y cultivos agrícolas; mas

no para estudios relacionados con la contaminación atmosférica a escala

micro (local). Esta es la principal dificultad en nuestro medio de la aplicación

de los modelos de dispersión gaussiano.

2.5.3 SCREEN3

El modelo SCREEN fue desarrollado para proporcionar un método

fácil de usar para obtener estimaciones de concentración de contaminantes.



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La mayoría de las técnicas que se usan en el modelo SCREEN se

basan en suposiciones y métodos comunes en otros modelos de dispersión

de USEPA. (USEPA, 2000)

SCREEN usa un modelo de pluma Gaussiana que incorpora factores

relacionados a la fuente y factores meteorológicos para calcular la

concentración de contaminantes de fuentes continuas. Se asume que el

contaminante no experimenta ninguna reacción química, y que ningún otro

proceso de remoción (como deposición húmeda o seca) actúa sobre la pluma

durante su transporte desde la fuente.

El modelo Gaussiano de pluma de fuente de punto se usa en SCREEN

para modelar impactos de pluma desde fuentes de punto, liberaciones por

incineración y liberaciones volumétricas.

El modelo SCREEN usa un algoritmo de integración numérica para

modelar impactos de fuentes de área, Se supone que la fuente de área tiene

forma rectangular y el modelo puede usarse para estimar concentraciones

dentro del área.

Peor caso en condiciones meteorológicas

SCREEN examina un rango de clases de estabilidad y velocidades

del viento para identificar el “peor escenario” de condiciones

meteorológicas, por ejemplo, la combinación de velocidad del viento y

estabilidad que resulta en máximas concentraciones a nivel de piso o a la

altura de un receptor.



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2.6 Evaluación de cumplimiento de ECAs

2.6.1 Normas de calidad del aire

Estándar de Calidad de Aire

Un Estándar de Calidad Ambiental (ECA) (MINAM, 2008) es la

medida que establece el nivel de concentración o del grado de elementos,

sustancias o parámetros físicos, químicos o biológicos, presentes en el aire,

agua o suelo, en su condición de cuerpo receptor, que no representa

significativo para la salud de las personas ni al ambiente. Un ECA es de

observancia obligatoria para el diseño de normas legales, políticas

públicas; y para el diseño y aplicación de instrumentos de gestión

ambiental, así como para el otorgamiento de la certificación ambiental.

(Ley General del Ambiente, 2005).

Índices de calidad de aire

El Índice de Calidad del Aire (AQI, por sus siglas en inglés) es una

herramienta usada por la USEPA y otras agencias para proveerle al público

información oportuna y fácil de comprender sobre la calidad del aire local.

También indica si los niveles de polución son perjudiciales a la salud. El

AQI informa al público si la condición del aire debe preocuparle por su

salud. El AQI se enfoca en los efectos de salud que pueden pasar dentro

unas horas o días después de respirar el aire. (USEPA, 2014)



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III. METODOLOGÍA DE TRABAJO

3.1 Materiales

3.1.1 Descripción del área de estudio

El área de estudio del presente trabajo de tesis es la empresa Cartavio

S.A.A. la cual está ubicada en la margen izquierda del río Chicama, en el

distrito de Santiago de Cao, provincia de Ascope, departamento de La Libertad,

aproximadamente a 33 km al norte de la ciudad de Trujillo.El acceso a esta

empresa agroindustrial, se puede realizar desde la ciudad de Trujillo mediante

la carretera Panamericana Norte. El área en estudio tiene una población de 13

789 habitantes (INEI, 2007), ocupando un área bruta de 10.1413 Has. Las

coordenadas UTM de ubicación de la empresa Cartavio S.A.A son las

siguientes:

Este : 0696492m

Norte : 9127269m

Altitud : 95 msnm

Zona : 17

Datum : WGS 84



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Figura N°08. Plano de ubicación de la empresa Cartavio S.A.A

3.1.2 Medio geofísico

Fisiografía y topografía

El medio físico o natural; es el principal condicionante en la

distribución de los centros poblados y el principal soporte de las actividades

del hombre. El relieve de la Provincia Ascope, forma parte de la franja

longitudinal de la costa y se extiende entre el Océano Pacífico y los primeros

contrafuertes andinos que alcanzaron una altitud promedio de 1000 m.s.n.m.

La topografía de la ciudad de Cartavio es agreste. Está conformada

por amplias extensiones de cultivo de caña de azúcar, limitada por cerros.

El rango de altitudes de toda el área de estudio fluctúa entre los 50 msnm

(Cartavio, sector Techo Propio) y 90 msnm (carretera Panamericana-

Cartavio).



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Clima

Cartavio tiene una temperatura media anual de 20.5 ºC

aproximadamente, con una humedad relativa del 80%; el clima es cálido,

con escasas lluvias en cualquier época del año, su cercanía al mar

acondiciona para que en el invierno existan neblinas. (PAMA CARTAVIO,

2009)

3.1.3 Información ambiental y cartográfica de la zona de estudio

Información meteorológica de monitores ambientales

Viento

Se utilizó información de la dirección del viento obtenida de los

monitores ambientales realizados en el 2013, 2014 y 2015. Ver anexo 3.

Temperatura del aire

Se utilizó información de la temperatura del aire obtenida de los

monitores ambientales realizados en el 2013, 2014 y 2015. Ver anexo 3.

Información de las emisiones de los calderos 17 y 20

Se utilizó información de los monitoreos ambientales realizados en el

2013, 2014 y 2015, los cuales se resumen en el anexo 3.



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3.1.4 Programas, protocolos, guías y equipos

Programa de modelación de la dispersión gaussiana de fuentes

puntuales.

Se empleó el software de dispersión atmosférica SCREEN3

aprobado y empleado por la USEPA.

Programa de procesamiento y visualización de información

meteorológica de viento

Se empleó el software de procesamiento y visualización de

información WRPLOT versión 7.0.0 con la cual se graficó y tabuló las

respectivas rosas de viento para cada monitoreo.

Programa de graficación de mapas y planos AutoCAD y de

procesamiento y visualización gráfica rápida de superficies y de

topografía de terreno SURFER.

Se empleó el programa AutoCAD en versión 2014 para procesar y

validar la información de levantamiento topográfico de la localidad de

Cartavio verificando la información de planos y mapas oficiales e

imágenes satelitales. Dicha información se transformó en formatos

adecuados y reconocibles para el programa SURFER versión 10 para

graficar las isolíneas de concentración de los contaminantes utilizando la

información de salida del modelo SCREEN3.

Programa de procesamiento de información y cálculos Excel

Se empleó el software Excel para confeccionar algunos formatos

de entrada del modelo de dispersión atmosférica gaussiana SCREEN3, así

como para procesar la información de salida del mismo.



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Guía para modelos de calidad de aire de la Agencia de Protección

Ambiental de Estados Unidos (USEPA)

Se revisó literatura de los diversos modelos gaussianos de calidad

del aire de la Guía para modelos de calidad del aire de la USEPA (USEPA,

2000), con el fin de seleccionar el modelo de dispersión atmosférica

adecuado para la zona de estudio y al alcance de la tesis.

Computadora compatible portátil

Se empleó una laptop convencional Core i5 con una adecuada

capacidad de almacenamiento de disco duro (500GB) para las salidas del

modelo y los gráficos de dispersión respectivos.

3.2 Metodología

3.2.1 Identificación de los factores de dispersión atmosférica

Los factores meteorológicos relevantes para la dispersión atmosférica

gaussiana se analizaron utilizando herramientas meteorológicas

convencionales de análisis de variables meteorológicas, rosas de viento.

(NSWEPA, 2001). Las características topográficas se obtuvieron capturando

información en campo mediante imagen satelital (Google Earth Pro) y a través

de planos oficiales de la zona de estudio, y los datos de la fuente de emisión se

obtuvieron directamente mediante los monitoreos ambientales de la empresa

Cartavio S.A.A. A continuación se describe la metodología seguida para

determinar los factores meteorológicos, y en la sección 3.2.2. Ítem a se

describen las características topográficas y la fuente de emisión.



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a. Determinación de rosas de viento de superficie

Esto se realizó mediante la tabulación estadística de la distribución

de frecuencias absolutas y relativas de las categorías de velocidad y

dirección del viento registrados de forma horaria por la estación

meteorológica automática ubicada en puntos cercanos a las chimeneas de

los calderos 17 y 20 de la empresa Cartavio S.A.A.

En la tabulación se consideraron 16 direcciones de viento en grados

sexagesimales (°), Tabla Nº2, y categorías de velocidad de viento (m/s);

también se consideró la ocurrencia de calmas.

Tabla Nº2. Direcciones de la rosa de vientos

Sector Nomenclatura Sectores (º) [Li - Ls]

1 N (Norte) [348.75º - 11.25º]

2 NNE (Nor-Nor-Este) [11.25º - 33.75º]

3 NE (Nor-Este) [33.75º - 56.25º]

4 ENE (Este-Nor-Este) [56.25º - 78.75º]

5 E (Este) [78.75º - 101.25º]

6 ESE (Este-Sur-Este) [101.25º - 123.75º]

7 SE (Sur-Este) [123.75º - 146.25º]

8 SSE (Sur-Sur-Este) [146.25º - 168.75º]

9 S (Sur) [168.75º - 191.25º]

10 SSO (Sur-Sur-Oeste) [191.25º - 213.75º]

11 SO (Sur-Oeste) [213.25º - 236.25º]

12 OSO (Oeste-Sur-Oeste) [236.25º - 258.75º]

13 O (Oeste) [258.75º - 281.25º]

14 ONO (Oeste-Nor-Oeste) [281.25º - 303.75º]

15 NO (Nor-Oeste) [303.75º - 326.25º]

16 NNO (Nor-Nor-Oeste) [326.25º 348.75º]

Fuente: VILCA, 2011



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El punto inicial para empezar las direcciones es el norte magnético (0º),

avanzando en sentido horario, y la dirección registrada es la dirección de donde

viene el viento. Ver Tabla N° 8. La rosa de vientos muestra las 16 direcciones

con las respectivas ocurrencias de velocidad en cada una de las categorías de

velocidad establecidas, expresadas en % con respecto al total de datos válidos,

incluyendo las calmas.

Para realizar todo ello se utilizó un programa especial de procesamiento

de información de viento y estabilidad atmosférica denominado WRPLOT

versión 7.0.0; confeccionándose los respectivos formatos de los archivos de

entrada o “input file”. Los resultados obtenidos fueron rosas de vientos de 16

direcciones, cada rosa con su respectivo vector resultante.

1º Monitoreo Ambiental

Figura N°09. Rosa de viento del 1° monitoreo. (Dirección predominante SSW)



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Figura N°10. Rosa de viento del 2° monitoreo (Dirección predominante NNW)


Figura N°11. Rosa de viento del 3° monitoreo (Dirección predominante NNW)



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Figura N°12. Rosa de viento del 4° monitoreo (Dirección predominante SW)


Figura N°13. Rosa de viento del 5° monitoreo (Dirección predominante SW)



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Figura N°14. Rosa de viento del 6° monitoreo (Dirección predominante SSW)

3.2.2 Determinación de la dispersión atmosférica para los contaminantes

Para determinar la dispersión atmosférica en la zona de estudio

mediante la modelación gaussiana, se utilizó el modelo de dispersión

atmosférica gaussiano denominado SCREEN3, el cual puede realizar todos los

cálculos de corto plazo para una sola fuente del documento de procedimientos

de filtrado (Screening Procedures for Estimating the Air Quality Impact of

Stationary Sources, Revised), incluyendo la estimación de concentraciones del

máximo nivel de piso y la distancia a éste, incorporando los efectos del flujo

de caída por edificios en las concentraciones máximas para las regiones

cercanas y lejanas de la estela, estimando las concentraciones en la zona de

recirculación de cavidad, estimando las concentraciones debido al rompimiento



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de inversión y fumigación de litoral, y determinando el ascenso de la pluma

para liberaciones por incinerado. El modelo puede incorporar los efectos de

terreno elevado sencillo en concentraciones máximas, y puede calcular las

concentraciones promedio de 24 horas ocasionadas por la impactación de la

pluma en terreno complejo usando el procedimiento de filtrado de 24 horas del

modelo VALLEY (USEPA, 2000).

El periodo de tiempo considerado para realizar la dispersión

atmosférica fue toda la información disponible para el año 2013, 2014 y 2015,

años de estudio elegidos para el presente trabajo de tesis.

Las etapas del proceso seguidas para el modelamiento de la dispersión

atmosférica gaussiana fueron:

- Las etapas de implementación de la base de datos (preparación de

archivos de datos de entrada). Se implementó los datos de las variables

atmosféricas, de la fuente de emisión y del perfil del terreno.

- Etapa de procesamiento de la base de datos

- Etapa de post procesamiento (archivos de datos de salida).

Etapa de implementación de la base de datos

En esta etapa se preparó información de entrada para el modelo

SCREEN3 de los siguientes ítems:

Fuente de emisión

Las fuentes de emisión son las chimeneas de los calderos 17 y 20

de la empresa CARTAVIO. Ver Tabla N°03.



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Tabla N°3. Información de las fuentes de emisión

DESCRIPCIÓN CALDERA Nº 17 CALDERA Nº 20

Coordenadas WGS 84

de la fuente

9127195N, 696495E,

66 msnm

9127244N, 696535E,

69 msnm

Nombre del Fabricante Combustion

Engineering CALDEMA

Año de construcción 1954 2002

Capacidad 50000 Kg/h 135000 Kg/h

Presión máxima de

trabajo 42 Kg/cm2 42 Kg/cm2

Potencia en HP 4100 10800

Superficie de

calentamiento 1500 m2 4000 m2

Tipo de Combustible Bagazo Bagazo

Combustible que

consume por hora 28000 Kg/h 49906 Kg/h

Tipo calorífico en

BTU/libra 3332 BTU/lb 3332 BTU/lb

Calor generado en

BTU/hora 151 140 000 BTU/h 363 560 400 BTU/h

Grosor de chapa en la

carcaza 37.5 mm 37.5mm

Número, grosor y

diámetro de tubos

780 tubos ASTM

A178 Gr A de 0.165”

espesor y 2” diam

ext.

1655 tubos SA 178

Gr A de 3.4mm

espesor y 63.5 mm

diam ext.

200 tubos ASTM

A178 Gr A de 0.165”

espesor y 3” diam.

Ext.

396 tubos SA 178 Gr

A de 4.25mm espesor

y 76.2 mm diam ext.

Dimensiones del

recipiente

8000mm x 9000mm x

13500mm

18000mm x 8832mm

x 18430mm

Altura de la chimenea 30 m 30 m

Diámetro interno de la

chimenea 3 m 3 m

Fuente: Cartavio S.A.A.



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Información meteorológico de la zona de estudio

La información de las variables meteorológicas requeridas para

obtener la dispersión atmosférica de la zona de estudio fue de los años

2013, 2014 y 2015. Se trabajó con la información meteorológica obtenida

en los Monitoreos Ambientales de la empresa Cartavio S.A.A.

Las variables meteorológicas dirección del viento y temperatura

ambiental proceden de la información meteorológica de superficie

(instrumental instalado en la zona de monitoreo).

Tabla N°4. Información adicional de las fuentes de emisión

Fuente de

emisión

Variable

meteorológica

Monitoreo

1 2 3 4 5 6

Caldero 17

Temperatura

ambiente (°C) 18.03 25.60 29.00 19.33 19.40 28.70

Dirección del viento

predominante SSW NNW NNW SW SW ESE

Caldero 20

Temperatura

ambiente (°C) 24.33 26.90 31.70 24.00 22.60 31.40

Dirección del viento

predominante SSW NNW NNW SW SW ESE

Fuente: Cartavio S.A.A.

Selección de escala de contaminación atmosférica

Tabla Nº5. Escalas de la contaminación atmosférica

ESCALA DIMENSIÓN EJEMPLO

Local Cerca de 5 km Contaminación de vehículos

automotores, pequeñas industrias, etc.

Urbana De 5 a 50 km

Emisiones de grandes industrias,

formación de contaminantes secundarios

(formación ozono).

Regional De 50 a 500 km Lluvia ácida

Continental De 500 hasta varios

miles de km

Es parecida a la regional. Efecto que

produce la contaminación de un país

sobre otro.

Global Por todo el mundo Emisiones de clorofluorocarbonos o de

material radioactivo.

Fuente: (Boubel, Stern, Turner y Fox, 1994)



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Se consideró una escala local tomando una distancia máxima de

5Km como área de influencia para el modelamiento debido a que el

núcleo urbano de la ciudad de Cartavio se extiende de la siguiente

manera: por el norte el sector El Ingenio (400m) y Santa Rosa (1400m),

por el noroeste el sector Señor de los Milagros (1200m), por el suroeste

Santa Elena (1100m), al oeste Techo Propio (1200m) y Cartavio Antiguo

(1100m), al Sur se encuentra el Sector Portada de Chiquitoy (700m) y

por el este Leoncio Prado (716m) teniendo como referencia un máximo

de 1.4 km de distancia a la fuente de emisión. Ver anexo 1.

Determinación de las características topográficas

Fue confeccionada en el programa AutoCAD 2014 mediante la

captura de coordenadas en 3 dimensiones (X, Y, Z) con equipos GPS y

la consulta de planos de la empresa Cartavio S.A.A. La información

almacenada en AutoCAD fue llevada al programa SURFER para obtener

la grilla de 25 x 33 cuadriculas de la zona de estudio. Cada cuadrícula de

175 m x 134 m. Ver Cuadro N° 18.

Asimismo, se determinó el perfil del suelo en favor de la dirección

del viento predominante mediante imágenes satelitales obtenidas en

Google Earth Pro, de donde se obtuvo la altura del terreno con respecto

a una distancia determinada de la fuente de emisión. Ver anexo 2.

Tabla 6. Elevación del terreno respecto a distancias discretas

Distancia de la fuente representativa a la

población (Sector El Ingenio)

Elevación

msnm

133 57

266 61

399 61

Fuente: Propia



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Tabla7. Elevación del terreno respecto a distancias automáticas

Distancia de la

fuente

representativa

Elevación

msnm

0 58

50 58

150 58

250 60

350 61

450 60

550 60

650 61

750 62

850 63

950 64

1050 65

1150 66

1250 66

1350 66

1450 67

1550 68

1650 70

1750 69

1850 70

1950 71

2050 71

2150 72

2250 72

2350 72

2450 73

2550 74

2650 75

2750 76

2850 76

2950 76

3250 77

3750 81

4250 85

4750 89

5000 90

Fuente: Propia



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Etapa de procesamiento de los datos de entrada

Un aspecto fundamental en el proceso de modelamiento de la

dispersión gaussiana es el tratamiento del terreno donde se ubicarán los

receptores, para los cuales el modelo calculará las concentraciones del CO,

NOX, SO2 y PM10 respectivos. El modelo considera tres tipos de terreno:

terreno simple, terreno complejo y terreno simple y complejo. Ver Figura

N°16. De acuerdo a cada uno de los tipos de terreno, el modelo empleará los

algoritmos correspondientes para la realización de la dispersión atmosférica.

Figura N°15. Esquema de las clases de terreno en la modelación de la dispersión

atmosférica gaussiana, según SCREEN3

Terreno simplees definido como aquella superficie que se encuentra

por debajo de la altura de la fuente de emisión o de descarga del

contaminante. El terreno simple presenta 2 variantes, terreno simple plano

y terreno simple elevado. Ver Figura Nº16.El terreno simple plano es aquel

donde la altura asumida no va a pasar la altura de la chimenea. La altura del

terreno será considerada 0.0 m.El terreno simple elevado es aquel donde el

terreno excede la altura de la base de la chimenea, pero no la altura superior

de la chimenea.Por consiguiente los receptores o puntos de modelación que

se encuentren en dicha superficie se considerarán como de receptores de



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terreno simple, y el modelo usará los algoritmos de dispersión para terreno

simple.

Figura N°16. Esquema de las clases de terreno simple en la modelación

de la dispersión atmosférica gaussiana, según SCREEN3

Terreno complejo se refiere a aquella superficie que está al mismo

nivel de la altura efectiva de emisión (altura de elevación de la pluma) o que

se encuentra por encima de ella. En este caso los receptores o puntos de

modelación se denominan como receptores de terreno complejo, por

consiguiente el modelo utilizará los algoritmos de dispersión para terreno

complejo.

Terreno simple y complejose refiere a que la superficie de la zona

de estudio presente los 2 tipos de terrenos antes mencionados, terreno simple

y terreno complejo. En este caso particular, el modelo usará para los cálculos

de dispersión ambos algoritmos; el de dispersión para terreno simple y el de

dispersión para terreno complejo, y seleccionará de entre ambos aquel

resultado de concentración del contaminante que sea más alto.

Para determinar la condición urbana o rural de la zona de estudio

existen múltiples criterios (rugosidad de la superficie, uso de la tierra,

densidad de la población, etc.) para el presente trabajo de tesis se adoptó el



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procedimiento basado en el uso de la tierra (USEPA, 2001). SCREEN

permite la selección de coeficientes de dispersión urbana o rural. La

determinación de la aplicabilidad de la dispersión urbana o rural se basa en

el uso de la tierra o densidad de población. Para la determinación del uso de

la tierra se siguen los siguientes pasos:

Usando el criterio de uso de tierra

1. Se circunscribe un círculo de 3 km de radio, Ao, con centro en la fuente

usando el esquema meteorológico de determinación de tipo de uso de la

tierra.

2. Se verifica si los tipos de uso de la tierra I1, I2, C1, R2 y R3,

corresponden al 50 por ciento o más de Ao, si cumple sería uso urbano,

de lo contrario rural.

Usando el criterio de densidad de población

Se calcula el promedio de densidad de población, "p", por kilómetro

cuadrado con Ao como se definió anteriormente.

Si "p" es mayor que 750 personas/km², sería densidad urbana, de lo

contrario rural.

De los dos métodos, el del uso de la tierra se considera más

definitivo. Esta referencia proviene de la Sección 8.2.8 de la "Guía sobre

modelos de calidad del aire" (Corregida) y el Suplemento A (USEPA, 1987)

(LAKES ENVIRONMENTAL, 2007).



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Etapa de post procesamiento

Los resultados del procesamiento del modelo SCREEN3 fueron de

los siguientes tipos:

Salidas para representar mediante mapas de dispersión de los

contaminantes en el área de estudio (CO, NOX, SO2, PM10).

Concentraciones calculadas de los contaminantes en el área de

estudio,

Concentraciones calculadas de los contaminantes CO y NOX por el

modelo a nivel del suelo para un tiempo de modelación de 01 hora.

El modelo calculó para cada distancia el valor de concentración de los

contaminantes, luego se graficaron sus isolíneas.

Concentraciones calculadas del contaminante CO por el modelo a nivel

del suelo para un tiempo de modelación de 08 horas. El modelo calculó

para cada distancia el valor de concentración de los contaminantes,

luego se graficaron sus isolíneas.

Concentraciones calculadas de los contaminantes SO2 y PM10 por el

modelo a nivel del suelo para un tiempo de modelación de 24 horas. El

modelo calculó para cada distancia el valor de concentración de los


Concentraciones calculadas de los contaminantes NOX y PM10 por el

modelo a nivel del suelo para un tiempo de modelación de 01 año. El

modelo calculó para cada distancia el valor de concentración de los




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3.2.3 Ingreso de datos al SCREEN3

a. INPUTS

Se procede a seleccionar los parámetros de acuerdo al estudio a

realizar e ingresar los datos solicitados como se muestra en la Figura Nº17.

Figura N°17. Selección e ingreso de parámetros (inputs) para el estudio

Sources type. Seleccionamos el tipo de fuente a trabajar, para este

estudio se selección POINT que hace referencia a un tipo de fuente

puntual como son las chimeneas de los calderos 17 y 20.

Dispersion coefficient. Seleccionamos el coeficiente de dispersión

(urbano o rural) teniendo en cuenta el criterio de uso de tierra (apartado

b del 3.2.2) Se determinó el coeficiente de dispersión rural. Ver anexo 4.

Flagpole receptor. Referido a la altura del receptor sobre el nivel del

suelo, en nuestro caso se colocó 0m ya que el estudio se realizará a nivel

de suelo.



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Point Source Parameters. Parámetros de la fuente puntual, en este

punto procedemos a ingresar la información solicitada de la fuente, así

como algunos resultados obtenidos de los monitoreos:

- Emission Rate (g/s): se ingresa el flujo másico de la emisión del

contaminante, para nuestro caso al tener dos fuentes puntuales

próximas se genera una fuente representativa a ambas, para la cual se

ingresa el flujo másico de las emisiones del contaminante en estudio

de forma aditiva.

- Stack height (m): altura de la chimenea, en nuestro caso ambas

chimeneas presentan la misma altura igual a 30m, por lo que la

chimenea representativa tendrá la misma altura, constante para todas

las modelaciones.

- Stack Inside Diameter (m): diámetro interno de la chimenea, en

nuestro caso ambas chimeneas presentan igual valor de diámetro

interno equivalente a 3m, por lo que la chimenea representativa tendrá

el mismo diámetro interno, constante para todas las modelaciones.

- Stack Gas Exit Velocity (m/s): velocidad de salida del gas de la

chimenea, el valor varía de acuerdo al monitoreo a modelar.

- Stack Gas Exit Temperature (K): temperatura de salida del gas de la

chimenea, el valor varía de acuerdo al monitoreo a modelar.

- Ambient Air Temperature (default 293K): temperatura del aire

ambiental, el valor varía de acuerdo al monitoreo a modelar.



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b. OPTIONS

Se procede a seleccionar los parámetros de acuerdo al estudio a

realizar e ingresar los datos solicitados como se muestra en la Figura Nº18.

Figura N°18. Selección e ingreso de parámetros (options) para el estudio

Terrain Options. Opciones de terreno, en nuestro estudio se seleccionó

la opción complex +simple terrain, debido a que la distancia elegida

para el estudio implica una escala local equivalente a 5 km, a lo largo

de lo cual se encontró terreno simple elevado y terreno complejo.

Simple Terrain. Terreno simple, en esta opción seleccionamos la

opción elevated terrain debido a que la superficie en estudio presenta

una elevación por debajo de la altura de la chimenea hasta los 4750m.

Choose at least one option (elegir por lo menos una opción)

En nuestro estudio seleccionamos ambas opciones.

- Automated distances: habilita la pestaña de distancias automáticas

para posteriormente completar con datos.



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- Discrete distances: habilita la pestaña de distancias discretas para

posteriormente completar con datos.

Options: en nuestro estudio no se ejerce influencia por este punto no

seleccionamos ninguna opción por lo siguiente:

- Fumigation: hace referencia a la fumigación por rompimiento de

inversión térmica y fumigación de litoral, esto está en relación a la

cercanía de un cuerpo de agua. Para usar esta opción se debe tener

en cuenta que debe ser un lugar rural, tierra adentro con altura de

chimenea mayor o igual a 10m y a una distancia menor a 3km de un

gran cuerpo de agua. En nuestro caso no aplica porque nuestra fuente

de emisión está a más de 3km de distancia a un cuerpo de agua.

- Building Downwash: caída de flujo de edificio, hace referencia al

efecto de cavitación producido por la diferencia de presión cuando

una chimenea está sobre un edificio. Para nuestro caso no aplica

porque las bases de las chimeneas están a nivel de suelo.

Figura N°19. Efecto downwash de la pluma de una chimenea



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En esta parte también encontramos pestañas que deben ser

completadas para la modelación:

Meteorology

Meteorología para la estimación de terreno simple

Figura N°20. Pestaña de meteorología, selección de opciones.

- Full Meteorology (all stability classes and wind speeds). Esta opción

realiza un modelamiento considerando todas las estabilidades

atmosféricas y las velocidades de viento aplicables a dichas

estabilidades. Reportando la mayor concentración de la combinación

e indica la velocidad de viento y estabilidad atmosférica a la que se

obtiene dicha concentración.

- Single Stability Class. Esta opción permite seleccionar una

estabilidad atmosférica específica para el desarrollo del

modelamiento, el software simulará solo con las velocidades

aplicables a esta estabilidad.



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- Single Stability Class and Wind Speed.Esta opción permite

seleccionar una estabilidad atmosférica y velocidad de viento

específicos para desarrollar el modelamiento.

Para el desarrollo de nuestro estudio utilizamos la opción Full

Meteorology para determinar la máxima concentración posible.

Opciones no reguladas: permite elegir o no la aplicación del método

Brode 2.

- Brode 2 Mixing Height? El método Brode 2 de altura de mezclado

permite calcular una altura de mezclado que está basada en el cálculo

de la altura de pluma, la velocidad del viento a la altura del

anemómetro y un factor dependiente de la estabilidad que es

comparado con una altura de mezclado mínima dependiente de la

estabilidad.

- Anemometer Height.Altura del anemómetro, por recomendación se

mide la velocidad del viento a una altura 10m sobre la superficie, la

cual puede variar si contamos con otra altura específica.

En nuestro estudio aplicamos el método Brode 2 porque es un método

conservador que reporta concentraciones más elevadas. Además

empleamos la altura del anemómetro por defecto que es equivalente a

10m según recomendación de World Meteorologycal Organization

(WMO, 2008).

Complex Terrain. Hace referencia a un terreno elevado sobre la altura

de la chimenea. En este punto completamos la información solicitada al



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lado derecho sobre distancias discretas del receptor, donde relaciona la

altura del receptor sobre la base de la chimenea y la distancia a la fuente

de emisión. Para nuestro caso de estudio el terreno complejo se presenta

desde 4750m hasta 5000m de distancia de la fuente con elevación de

terreno de 31m y 32m respectivamente.

Figura N°21. Pestaña de Terreno Complejo, ingreso de datos.

Automated Distances: se ingresan rangos de distancias a la fuente de

emisión considerando la elevación de terreno a la base de la chimenea.

Por ejemplo para nuestro estudio, desde la fuente de emisión hasta los

200m el terreno no presenta elevación, a partir de los 200m a los 600m

el terreno presenta una elevación de 2m medida desde la base de la

chimenea, y así suscesivamente. Ver Figura N°22.

Discrete Distances: son aquellas distancias específicas a la fuente de

emisión, donde se quiere hallar la concentración de contaminante, por

ejemplo al inicio de un poblado. En esta opción se ingresa las distancias



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específicas y la alturas sobre la base de la chimenea correspondientes a

estos puntos. Ver Figura N°23.

Figura N°22. Pestaña de distancias automáticas, ingreso de datos.

Figura N°23. Pestaña de distancias discretas, ingreso de datos.



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Downwash: para nuestro caso esta opción está desactivada.

Figura N°24. Pestaña Downwash

Fumigation: para nuestro caso esta opción está desactivada.

Figura N°25. Pestaña Fumigation



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c. RUN

Pone en marcha la simulación, aparece una ventana que verifica que

no existe error en el ingreso de datos.

Figura N°26. Puesta en marcha de la simulación y verificación del correcto

ingreso de datos.

d. OUTPUT

Entrega un reporte con los resultados de la simulación.

Figura N°27. Reporte con todos los resultados proporcionados el SCREEN3.



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IV. RESULTADOS

4.1 Máximas concentraciones a nivel del suelo

Tabla N°8. Máxima concentración del CO a nivel del suelo

Distancia de la fuente (m)

Concentración Reportada por el SCREEN3 (ug/m3), para CO (1 HR)

Monitoreo 1 Monitoreo 2 Monitoreo 3 Monitoreo 4 Monitoreo 5 Monitoreo 6 Peores Condiciones

1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

100 0.25 28.53 7.98 20.29 0.02 0.00 1655.00

133 3.05 126.60 45.31 230.00 0.41 0.69 5880.00

200 68.07 280.30 120.40 1051.00 57.38 36.29 11340.00

266 568.60 369.40 152.60 1484.00 236.80 106.90 15500.00

300 825.20 382.50 162.10 1510.00 288.80 120.20 15870.00

399 1874.00 491.40 211.80 2025.00 479.80 171.90 20130.00

400 1746.00 461.80 199.00 1898.00 448.80 160.90 18930.00

500 2310.00 480.40 208.70 2028.00 508.90 177.40 19680.00

600 2760.00 490.30 214.80 2104.00 554.90 185.40 20060.00

700 2855.00 486.30 211.80 2096.00 563.10 195.50 19490.00

800 2828.00 469.10 206.20 2056.00 566.60 190.50 19140.00

900 2766.00 455.00 198.30 1986.00 571.50 192.60 18650.00

1000 2752.00 466.90 201.90 1955.00 559.50 187.80 18950.00

1100 2763.00 465.50 202.40 1972.00 543.90 186.00 19020.00

1200 2686.00 444.30 194.40 1894.00 526.20 178.60 18210.00

1300 2602.00 428.40 186.00 1828.00 507.60 172.70 17380.00

1400 2560.00 425.20 184.30 1817.00 498.20 168.20 17070.00

1500 2514.00 419.10 183.60 1805.00 485.30 166.40 17010.00

1600 2494.00 423.00 186.90 1849.00 485.80 172.50 17360.00

1700 2405.00 407.50 178.90 1775.00 476.60 166.40 16650.00

1800 2327.00 393.30 171.30 1704.00 466.20 161.10 15960.00

1900 2272.00 389.00 168.30 1678.00 469.00 160.40 15690.00

2000 2192.00 374.80 162.80 1625.00 456.40 155.00 15050.00

2100 2177.00 369.50 161.50 1611.00 455.80 154.40 14790.00

2200 2103.00 356.00 156.30 1558.00 442.30 149.70 14220.00

2300 2044.00 343.30 151.20 1507.00 429.10 145.10 13680.00

2400 2067.00 338.40 149.50 1490.00 427.80 144.00 13600.00

2500 2083.00 333.70 147.60 1471.00 425.80 143.40 13500.00

2600 2093.00 329.30 145.80 1453.00 423.20 143.30 13390.00

2700 2096.00 325.30 144.00 1436.00 420.10 142.90 13270.00

2800 2050.00 315.00 139.60 1391.00 409.20 139.40 12890.00

2900 2010.00 306.60 135.30 1354.00 398.80 136.00 12530.00

3000 2013.00 304.40 134.00 1344.00 397.40 135.50 12400.00

3500 2311.00 311.50 141.20 1425.00 441.10 147.90 12010.00

4000 2316.00 323.60 149.00 1572.00 457.10 178.80 12310.00

4500 2770.00 291.40 135.10 1452.00 536.10 172.80 11020.00

4750 3167.50 300.00 140.10 1538.75 602.50 191.63 11270.00

5000 3137.50 284.75 133.38 1475.25 591.75 187.05 10682.50



Bibliot

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72

Tabla N°9. Máxima concentración del NOXa nivel del suelo


Concentración Reportada por el SCREEN3 (ug/m3), para NOX (1 HR)


1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

100 0.01 1.55 1.01 3.40 0.00 0.00 50.84

133 0.07 6.85 5.74 38.49 0.07 0.08 180.60

200 1.66 15.17 15.24 175.90 9.30 4.30 348.20

266 13.90 20.00 19.32 248.40 38.38 12.67 476.10

300 20.17 20.71 20.52 252.70 46.81 14.26 487.60

399 45.81 26.60 26.81 338.90 77.78 20.39 618.50

400 42.67 25.00 25.19 317.70 72.68 19.08 581.40

500 56.47 26.01 26.41 339.30 82.49 21.04 604.70

600 67.46 26.54 27.19 352.20 89.94 21.99 616.10

700 69.80 26.33 26.82 350.80 91.28 23.19 598.80

800 69.14 25.40 26.11 344.00 91.84 23.24 587.90

900 67.61 24.63 25.10 332.50 92.64 22.84 573.00

1000 67.28 25.27 25.56 327.20 90.70 22.27 582.10

1100 67.54 25.20 24.56 330.10 88.16 22.06 584.40

1200 65.65 24.06 24.61 317.00 85.29 21.18 559.50

1300 63.60 23.19 23.54 305.90 82.29 20.48 533.80

1400 62.59 23.02 23.33 304.20 80.75 19.95 524.40

1500 61.46 22.69 23.24 302.10 78.66 19.73 522.40

1600 60.96 22.90 23.66 309.50 78.75 20.46 533.20

1700 58.79 22.06 22.65 297.10 77.25 19.73 511.30

1800 56.90 21.29 21.69 285.20 75.57 19.11 490.40

1900 55.53 21.06 21.30 280.80 76.02 19.03 482.10

2000 53.59 20.29 20.61 272.00 73.98 18.38 462.50

2100 53.21 20.01 20.45 269.70 73.88 18.32 454.50

2200 51.42 19.27 19.78 260.80 71.69 17.76 436.70

2300 49.96 18.58 19.14 252.20 69.55 17.21 420.20

2400 50.53 18.32 18.92 249.30 69.34 17.08 417.70

2500 50.92 18.06 18.69 246.30 69.03 17.00 414.90

2600 51.15 17.83 18.46 243.30 68.60 17.00 411.40

2700 51.25 17.61 18.23 240.40 68.09 16.95 407.50

2800 50.11 17.05 17.67 232.90 66.34 16.53 395.90

2900 49.14 16.60 17.13 226.60 64.65 16.13 384.90

3000 49.21 16.48 16.96 224.90 64.42 16.07 381.10

3500 56.50 16.87 17.88 238.50 71.50 17.54 368.90

4000 67.84 17.52 18.87 263.10 88.68 21.21 378.10

4500 67.87 15.77 17.10 243.00 86.90 20.49 338.60

4750 77.45 16.24 17.74 257.50 97.68 22.73 346.25

5000 76.68 15.42 16.89 246.93 95.93 22.18 328.25



Bibliot

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73

Tabla N°10. Máxima concentración del PM10a nivel del suelo


Concentración Reportada por el SCREEN3 (ug/m3), para PM10 (1 HR)


1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

100 0.01 0.88 2.03 2.58 0.00 0.00 61.99

133 0.09 3.91 11.50 29.24 0.00 0.08 220.30

200 2.11 8.65 30.56 133.60 0.24 4.06 424.60

266 17.60 11.41 38.73 188.70 0.99 11.97 580.60

300 25.54 11.81 41.13 192.00 1.21 13.46 594.60

399 57.99 15.17 53.75 257.40 2.01 19.25 754.20

400 54.02 14.26 50.50 241.30 1.88 18.02 709.00

500 71.49 14.83 52.95 257.80 2.13 19.87 737.30

600 85.40 15.14 54.51 267.50 2.32 20.76 751.30

700 88.36 15.01 53.76 266.50 2.35 21.90 730.20

800 87.52 14.48 52.33 261.30 2.37 21.95 716.80

900 85.59 14.05 50.32 252.50 2.39 21.57 698.70

1000 85.17 14.41 51.23 248.50 2.34 21.03 709.80

1100 85.50 14.37 51.36 250.70 2.27 20.83 712.70

1200 83.11 13.72 49.33 204.80 2.20 20.00 682.30

1300 80.51 13.23 47.19 232.30 2.12 19.34 650.90

1400 79.23 13.13 46.78 231.10 2.08 18.56 639.50

1500 77.80 12.94 46.59 229.50 2.03 18.63 637.10

1600 77.17 13.06 47.43 235.10 2.03 19.32 650.20

1700 74.43 12.58 45.40 225.70 1.99 18.63 623.50

1800 72.02 12.14 43.47 216.60 1.95 18.04 598.00

1900 70.30 12.01 42.71 213.30 1.96 17.97 587.90

2000 67.84 11.57 41.32 206.60 1.91 17.36 563.90

2100 67.36 11.41 40.99 204.80 1.91 17.29 554.20

2200 65.09 10.99 39.66 198.10 1.85 16.77 532.60

2300 63.24 10.60 38.38 191.60 1.79 16.25 512.40

2400 63.97 10.45 37.93 189.40 1.79 16.12 509.30

2500 64.46 10.30 37.47 187.10 1.78 16.06 505.90

2600 64.75 10.17 37.00 184.80 1.77 16.05 501.70

2700 64.87 10.04 36.55 182.60 1.76 16.01 496.90

2800 63.43 9.72 35.42 176.90 1.71 15.61 482.80

2900 62.21 9.47 34.35 172.10 1.67 15.23 469.30

3000 62.30 9.40 34.00 170.80 1.66 15.17 464.70

3500 71.52 9.62 35.84 181.10 1.84 16.56 449.80

4000 85.88 9.99 37.82 199.90 2.29 20.03 461.10

4500 85.73 9.00 34.28 184.60 2.24 19.35 412.90

4750 98.05 9.26 35.55 195.63 2.52 21.46 422.25

5000 97.05 8.80 33.85 187.55 2.47 20.95 400.25



Bibliot

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74

Tabla N°11. Máxima concentración del SO2a nivel del suelo


Concentración Reportada por el SCREEN3 (ug/m3), para SO2 (1 HR)


1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

100 0.01 2.12 1.38 0.00 0.00 0.00 49.68

133 0.09 9.40 7.86 0.00 0.00 0.10 176.50

200 2.04 20.81 20.88 0.00 0.66 5.18 340.30

266 17.07 27.43 26.47 0.00 2.74 15.27 465.20

300 24.77 28.40 28.11 0.00 3.34 17.17 476.50

399 56.25 36.48 36.73 0.00 5.56 24.56 604.40

400 52.40 34.29 34.51 0.00 5.19 22.99 568.10

500 69.35 35.67 36.19 0.00 5.89 25.35 590.80

600 82.84 36.40 37.25 0.00 6.43 26.49 602.00

700 85.71 36.11 36.74 0.00 6.52 27.93 585.20

800 84.90 34.83 35.76 0.00 6.56 28.00 574.40

900 83.02 33.79 34.39 0.00 6.62 27.52 559.90

1000 82.61 34.67 35.01 0.00 6.48 26.83 568.80

1100 82.94 34.57 35.10 0.00 6.30 26.05 571.10

1200 80.62 32.99 33.71 0.00 6.09 25.51 546.70

1300 78.09 31.81 32.25 0.00 5.88 24.67 521.60

1400 75.66 31.57 31.97 0.00 5.77 24.03 512.50

1500 75.47 31.12 31.84 0.00 5.62 23.77 510.50

1600 72.88 31.41 32.41 0.00 5.63 24.65 521.00

1700 72.20 30.25 31.03 0.00 5.52 23.77 499.70

1800 69.87 29.20 29.71 0.00 5.40 23.01 479.20

1900 68.19 28.89 29.18 0.00 5.43 22.92 471.10

2000 65.81 27.83 28.24 0.00 5.29 22.14 451.90

2100 65.34 27.44 28.01 0.00 5.28 22.06 444.10

2200 63.14 26.43 27.10 0.00 5.12 21.39 426.80

2300 61.34 25.49 26.23 0.00 4.97 20.73 410.60

2400 62.05 25.12 25.92 0.00 4.95 20.57 408.10

2500 62.53 24.78 25.61 0.00 4.93 20.48 405.40

2600 62.81 24.45 25.29 0.00 4.90 20.47 402.00

2700 62.93 24.16 24.98 0.00 4.87 20.42 398.20

2800 61.53 23.39 24.20 0.00 4.74 19.92 386.90

2900 60.34 22.76 23.47 0.00 4.62 19.43 376.10

3000 60.43 22.60 23.23 0.00 4.60 19.36 372.30

3500 69.38 23.13 24.49 0.00 5.11 21.13 360.40

4000 69.54 24.03 25.85 0.00 6.34 25.55 369.50

4500 83.16 21.64 23.42 0.00 6.21 24.68 330.80

4750 95.13 22.27 24.30 0.00 6.98 27.38 338.25

5000 94.15 21.15 23.13 0.00 6.85 26.73 320.75



Bibliot

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75

Con los resultados obtenidos mediante el SCREEN3, basado en el modelo

gaussiano, y reportados en las Tablas Nº 8, 9, 10 y 11, resultados del cálculo de

la máxima concentración del contaminante, CO, NOX, PM10 y SO2, a nivel del

suelo parala fuente emisora, la Chimenea Representativa a las Chimeneas de los

Calderos 17 y 20 de la empresa Cartavio S.A.A., a 1 hora de modelación, se

comprueba que con el modelo gaussiano se pueden obtener resultados

estacionarios, para un determinado tiempo de modelación (BEYCHOK, 1994 y

SCHNELLE, 1999).

4.2 Perfiles de concentraciónmáxima a nivel del suelo

Los perfiles de máxima concentración a nivel del suelo, fueron elaborados

a partir de los resultados de las concentraciones reportadas por el SCREEN3, a

dicha concentración inicial (1 hora), apartado 4.1, se le multiplicaron los factores

indicados en el documento Screening Procedures for Estimating the Air Quality

Impact of Stationary Sources, Revised (USEPA, 1992). Ver Tabla Nº8.

Tabla Nº12.Factor para obtener la concentración máxima para un tiempo dado

Tiempo promedio Factor

8 horas 0.7 (+/- 0.2)

24 horas 0.4 (+/- 0.2)

Anual 0.08 (+/- 0.02)

Fuente: USEPA, 1992b



Bibliot

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76

4.2.1 Perfil de concentración del contaminante CO

Figura N°28. Perfil de concentración de CO comparado con ECA a 1 hora

Figura N°29. Perfil de concentración de CO comparado con ECA a 8 horas

0

15000

30000

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Co

nce

ntr

ació

n m

áxim

a (u

g/m

3 )


Perfil de concentración CO (1 hora)

ECA M1 M2 M3 M4 M5 M6 PE

0

5000

10000

15000

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Co

nce

ntr

ació

n m

áxim

a (u

g/m

3 )


Perfil de concentración CO (8 horas)




Bibliot

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77

4.2.2 Perfil de concentración del contaminante NOX

Figura N°30. Perfil de concentración de NOX comparado con ECA a 1 hora

Figura N°31. Perfil de concentración de NOx comparado con ECA anual

0

200

400

600

800

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Co

nce

ntr

ació

n m

áxim

a (u

g/m

3)


Perfil de concentración NOx (1 hora)


0

50

100

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Co

nce

ntr

ació

n m

áxim

a (u

g/m

3)


Perfil de concentración NOX (Anual)




Bibliot

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78

4.2.3 Perfil de concentración del contaminante PM10

Figura N°32. Perfil de concentración de PM10 comparado con ECA a 24 horas

Figura N°33. Perfil de concentración de PM10 comparado con ECA anual

0

150

300

450

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Co

nce

ntr

ació

n m

áxim

a (u

g/m

3)


Perfil de concentración PM10 (24 horas)


0

25

50

75

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Co

nce

ntr

ació

n m

áxim

a (u

g/m

3 )


Perfil de concentración PM10 (Anual)




Bibliot

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79

4.2.4 Perfil de concentración del contaminante SO2

Figura N°34. Perfil de concentración de SO2 comparado con ECA a 24 horas

De los Perfiles de máxima concentración del contaminante, CO, NOX, PM10

y SO2, a nivel del suelo para la fuente emisora, la Chimenea Representativa a las

Chimeneas de los Calderos 17 y 20 de la empresa Cartavio S.A.A., al compararlos

con los ECAs, para los diferentes tiempos de modelación, se aprecia que las

situaciones críticas se reportaron para algunos contaminantes, NOX y SO2, en el

1º y 4º Monitoreo y en las Peores Condiciones probables para todos los

contaminantes estudiados, esto verifica que las concentraciones calculadas en los

Perfiles de concentración son proporcionales a las intensidades de las emisiones

de las fuentes (PASQUIL, 1961; PERKINS, 1974; SCHENLLE, 1999 y

SEOANEZ, 2002). Asimismo, se aprecia que los picos de máxima concentración

están entre los 300 y 900 m de distancia de la fuente.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

240

260

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Co

nce

ntr

ació

n m

áxim

a (u

g/m

3 )


Perfil de concentración SO2 (24 horas)




Bibliot

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80

4.3 Mapas de isolíneas de máxima concentración a nivel del suelo

Se graficaron los resultados del 1º y 4º y de las Peores Condiciones, debido

a que en los Perfiles de concentración máxima de los contaminantes, CO, NOX,

PM10 y SO2, a nivel del suelo, el modelamiento reporta resultados que sobrepasan

o podrían sobrepasar, las Peores Condiciones, los ECAs .

Las isolíneas de máxima concentración de los contaminantes, se obtuvo a

partir de los resultados usados en los Perfiles de concentración máxima de los

contaminantes.

4.3.1 Isolíneas de máxima concentración de CO a nivel del suelo

Figura N°35. Isolíneas de máxima concentración de CO a nivel del suelo,

del 1º Monitoreo a 1 hora



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del 1º Monitoreo a 8 horas





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de las Peores Condiciones a 1 hora



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de las Peores Condiciones a 8 horas

4.3.2 Isolíneas de máxima concentración de NOX a nivel del suelo

Figura N°41. Isolíneas de máxima concentración de NOX a nivel del suelo,




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del 1º Monitoreo anual





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de las Peores Condiciones a 1 hora



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de las Peores Condiciones a anual

4.3.3 Isolíneas de máxima concentración de PM10 a nivel del suelo

Figura N°47. Isolíneas de máxima concentración de PM10 a nivel del suelo,




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delas Peores Condiciones anual

4.3.4 Isolíneasde máxima concentración de SO2 a nivel del suelo

Figura N°53. Isolíneas de máxima concentración de SO2 a nivel del suelo,




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Figura N°54. Isolíneas de máxima concentración de SO2 a nivel del suelo,


4.4 Influencia en la Calidad del Aire de los colindantes a la empresa Cartavio

S.A.A.

Tras el análisis de los datos meteorológicos, se determinó que los sectores con

mayor impacto en su calidad del aire debido a las emisiones de las chimeneas de los

calderos de la empresa Cartavio S.A.A., son los sectores ubicados al Norte de la

empresa, dirección de viento SW y SSW, siendo el sector El Ingenio el que sufre el

mayor impacto. Ver Dirección del Viento en el Anexo 3.

Como se detalla en la Tabla Nº6 se modeló para 3 puntos en el sector El Ingenio,

a 133 m de las chimeneas, correspondiente a la parte más proximal al sector; a 266 m,

al centro del sector y 399 m, en la parte más distante del sector. Ver los resultados para

esas distancias en las Tabla Nº8, 9, 10 y 11.



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En los resultados antes expuestos se puede verificar que el sector El Ingenio

puede sufrir deterioro en su Calidad del Aire, especialmente cuando se dan las Peores

Condiciones, haciendo referencia a las peores condiciones meteorológicas posibles

(atmosférica estable y baja altura de mezclado) para la dispersión de contaminantes, a

lo largo del día; y a las peores condiciones de operación de los calderos (taponamiento

de las toberas del lavador de gases, dosificación de aditivos para el lavado de gases y

baja eficiencia de combustión).



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V. DISCUSIONES

Con los resultados obtenidos mediante el SCREEN3, basado en el modelo gaussiano,

y reportados en las Tablas Nº 8, 9, 10 y 11, resultados del cálculo de la máxima

concentración del contaminante, CO, NOX, PM10 y SO2, a nivel del suelo para la

fuente emisora, la Chimenea Representativa a las Chimeneas de los Calderos 17 y 20

de la empresa Cartavio S.A.A., a 1 hora de modelación, se comprueba que con el

modelo gaussiano se pueden obtener resultados estacionarios, para un determinado

tiempo de modelación (BEYCHOK, 1994 y SCHNELLE, 1999).

De los Perfiles de máxima concentración del contaminante, CO, NOX, PM10 y SO2,

a nivel del suelo para la fuente emisora, la Chimenea Representativa a las Chimeneas

de los Calderos 17 y 20 de la empresa Cartavio S.A.A., al compararlos con los ECAs,

para los diferentes tiempos de modelación, se aprecia que las situaciones críticas se

reportaron para algunos contaminantes, NOX y SO2, en el 1º y 4º Monitoreo y en las

Peores Condiciones probables para todos los contaminantes estudiados, esto verifica

que las concentraciones calculadas en los Perfiles de concentración son

proporcionales a las intensidades de las emisiones de las fuentes (PASQUIL, 1961;

PERKINS, 1974; SCHENLLE, 1999 y SEOANEZ, 2002). Asimismo, se aprecia que

los picos de máxima concentración están entre los 300 y 900 m de distancia de la

fuente.

En los Mapas de isolíneas de máxima concentración del contaminante, CO, NOX,

PM10 y SO2, a nivel del suelo para la fuente emisora, la Chimenea Representativa a

las Chimeneas de los Calderos 17 y 20 de la empresa Cartavio S.A.A. se aprecia que

el Sector El Ingenio y los campos al Norte de este reciben la mayor impactación de

los contaminantes emitidos por Cartavio S.A.A. Asimismo, se observa que los 2000

y 3000 m existe una zona con una adecuada dispersión de contaminantes,



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comparativa a los alrededores. Estas zonas de concentración son determinadas por la

conjunción de los diferentes factores meteorológicos y topográficos de la zona, como

puede ser la velocidad promedio del viento (PASQUIL, 1961; PERKINS, 1974;

SCHENLLE, 1999 y SEOANEZ, 2002).

Mediante la conjunción de los diferentes resultados y datos iniciales, datos de los

Monitoreos Ambientales, se verifica la aplicabilidad del modelo de dispersión

gaussiana en la determinación de la influencia de las emisiones de las Chimeneas de

los Calderos 17 y 20 de Cartavio S. A.A. en el deterioro de la Calidad del Aire de los

colindantes de la empresa, sectores y campos agrícolas de la ciudad de Cartavio,

como en los estudios previos de otros investigadores de la modelación atmosférica

(HASAN, 2001; HONAGANAHALLI, 2000 y SAN JOSÉ, 2000).



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VI. CONCLUSIONES

Se determinó que el sector Norte a la empresa Cartavio S.A.A., principalmente el

sector El Ingenio, es el que tiene mayores repercusiones en su Calidad del Aire

debido a los contaminantes CO, NOX, PM10 y SO2, emitidos por las chimeneas de los

calderos 17 y 20 de la empresa Cartavio S.A.A.

Se determinó que las concentraciones máximas a nivel del suelo de los contaminantes

CO, NOX, PM10 y SO2, emitidos por las chimeneas de los calderos 17 y 20 de la

empresa Cartavio S.A.A. suelen ser inferiores a los ECA Aire.

Se observó que a lo largo de los monitoreos han disminuidos las concentraciones

máximas a nivel del suelo de los contaminantes CO, NOX, PM10 y SO2, emitidos por

las chimeneas de los calderos 17 y 20 de la empresa Cartavio S.A.A., cual indica que

la empresa Cartavio S.A.A. viene mejorando su desempeño ambiental.

Se infiere que aún existe un gran potencial de deterioro de la Calidad del Aire de los

sectores al Norte de Cartavio S.A.A., el cual sería producto de la sinergia de las

Peores Condiciones Meteorológicas (atmosférica estable y baja altura de mezclado),

que no faciliten la dispersión de contaminantes atmosféricos; y de las Peores

Condiciones de Operación (taponamiento de las toberas del lavador de gases,

dosificación de aditivos para el lavado de gases y baja eficiencia de combustión), que

propicien un mayor ratio de emisión de contaminantes por parte de las chimeneas de

los calderos 17 y 20 de la empresa Cartavio S.A.A. Asimismo, cabe resaltar que la

concentración de los contaminantes generados en los hogares de los calderos 17 y 20

de la empresa Cartavio S.A.A. está en función de la humedad relativa del bagazo

quemado, relación aire combustible y la composición química del bagazo quemado,

la cual varía según la variedad de caña de azúcar y del suelo en el que ha sido

cultivada la caña de azúcar.



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VII. RECOMENDACIONES

Se deben llevar a cabo estudios de modelamientos horarios para determinar la

influencia de las emisiones atmosféricas de la empresa Cartavio S.A.A. en la

Calidad del Aire de todos sus colindantes.

Se deben realizar modelamientos con modelos de dispersión más finos, donde se

pueda incluir el índice de decaimiento para el NOX y SO2, para tener datos más

reales del impacto en la Calidad del Aire.

La empresa Cartavio S.A.A. debe realizar y promover estudios de la Calidad de

Aire en sus colindantes a fin de demostrar su compromiso ambiental con el

cuidado y protección del Ambiente.

La empresa Cartavio S.A.A. debe implementar un riguroso programa de

mantenimiento y mejoramiento de todo su sistema de Generación de Energía,

especialmente de sus Calderos y de sus sistemas de lavado de gases, a fin de evitar

descargas puntuales con elevadas concentraciones de contaminantes a fin de no

menguar la Calidad de Aire de sus colindantes y pueda desarrollar sus operaciones

con la licencia social producto del cuidado y protección del Ambiente.



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VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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[2] Asociación Peruana de Productores de Azúcar. Situación de la actividad azucarera

en el Perú. Lima: Asociación Peruana de Productores de Azúcar; 2004.

[3] Blackadar A. Turbulence and Diffusion in the Atmosphere. Editorial Springer -

Verlag. Alemania. 1998.

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Academic Press Inc; 1994.

[5] CENTRUM Centro de Negocios. Cartavio S.A.A. Reporte Financieros Bunkenroad

Latinoamérica (Perú). Lima: CENTRUM; 2010. CARTAVC1; 19.

[6] Chovin P, Roussel A. La polución atmosférica. Ediciones Oikos-tau S.A. Barcelona -

España. 1970.

[7] Dawidowski L, Gómez D, Reich S. Guía metodológica para la evaluación del

impacto ambiental atmosférico. Argentina: Talleres Gráficos de la Imprenta del

Congreso de la Nación; 1997.

[8] DIGESA. Evaluación de la calidad del aire en el distrito de La Oroya - Junín. Perú.

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[9] Ernesto Martínez Ataz y Yolanda Díaz de Mera Morales.Contaminación atmosférica.

Universidad de Castilla-La Mancha. España. 2004.

[10] Honaganahalli S, Seiber N. Measured and predicted airshed concentrations of methyl

bromide in an agricultural valley and applications to exposure assessment.

Atmospheric Environment Vol: 34, Issue: 21, 2000.

[11] Hugot E. Manual para ingenieros azucareros. Chapingo; 1963.

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2008 (30 diapositivas).



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[14] Ley General del Ambiente. Artículo 31°, numeral 31.1

[15] LCIAYAE, Las calderas de los ingenios azucareros y la austeridad económica.

Manso Hernández W. Venezuela; 2013.

[16]MINISTERIO DEL AMBIENTE. Decreto supremo Nº 003-2008-MINAM. Perú.

2008.

[17]Nevers N. Ingeniería del control de la contaminación del aire. Editorial Mc Graw

Hill. México. 1998.

[18]NSWEPA. Approved Methods and Guidance For the Modelling and Assessment of

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[19] PAMA CARTAVIO. SGS del Perú. Agosto 2009.

[20] Pasquil F. The estimation of the dispersion of wind-borne material. Meteorological

Magazine 1961. (90): 33-49.

[21]Perkins H. Air Pollution. Mc Graw Hill, Inc. Tokyo - Japan. 1974.

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by Using a Nested Gaussian-Mesoscale Air Quality Model (GAMA), Environmental

Monitoring and Assessment Volume: 65, Issue: 1/2, November 2000.

[25] Stanley E. Manahan.Introducción a la química ambiental. Traducido por Ivette Mora

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[29] Turner DB. A difussion model for an urban area. Journal of Applied Meteorology

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[30] USEPA. Fact sheet computer modeling: Dispersion models. U.S. Environmental

Protection Agency; 2001a.

[31] USEPA. Guía del usuario del modelo SCREEN3 EPA-454/B-95-004. U.S.

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[32] USEPA. Guideline on air quality models, Appendix W 40CFR Part 512001b. U.S.

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[33] USEPA. Screening Procedures for Estimating the Air Quality Impact of Stationary

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Editorial Limusa; 2002.



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IX. ANEXOS

ANEXO1. Distancias máximas de los sectores de Cartavio a las fuentes de emisión

Figura N°55. Sector El Ingenio

Figura N°56. Sector Santa Rosa



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Figura N°57. Sector Santa Elena

Figura N°58. Sector Cartavio Antiguo



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Figura N°59. Sector Techo Propio

Figura N°60. Sector Señor de los Milagros



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Figura N°61. Sector Portada de Chiquitoy

Figura N°62. Sector Leoncio Prado



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ANEXO 2. Perfil de suelo

Figura N°63. Perfil de suelo del área de estudio



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ANEXO 3. Resultados de monitoreos

Tabla N°13.Resultados de monitoreos para el caldero 17

CALDERO #17 MONITOREO

1 2 3 4 5 6

FECHA 14/08/2013 17/12/2013 17/01/2014 11/07/2014 19/09/2014 23/01/2015

SO2 (mg/Nm3)* 189.30 130.56 68.17 0.00 0.00 83.93

SO2 (ppm) 92.33 32.00 21.00 0.00 0.00 27.00

NOx (mg/Nm3)* 69.30 40.94 46.54 108.33 88.17 49.02

NOx (ppm) 56.47 14.00 20.00 32.33 40.00 22.00

CO (mg/Nm3)* 7665.00 2731.81 382.09 2226.20 1370.00 730.98

CO (ppm) 6694.70 1532.00 270.00 1085.70 1020.00 538.00

Partículas (mg/Nm3)* 94.28 24.24 76.29 97.67 1.83 68.60

Partículas (mg/m3) 75.20 19.33 70.91 91.09 1.48 54.74

Temperatura de gases (°C) 66.00 62.20 65.10 58.47 62.70 64.70

Temperatura ambiente (°C) 18.03 25.60 29.00 19.33 19.40 28.70

Dirección del viento SSW NNW NNW SW SW SSW

Presión barométrica (KPa) 100.35 99.04 99.50 100.39 100.12 99.81

Velocidad del viento (m/s) 11.56 4.70 4.10 6.30 3.10 1.30

Flujo volumétrico

(Nm3/h)* 111240.00 15114.80 60229.40 185922.64 121148.00 57563.30

Velocidad de salida (m/s) 7.30 1.33 1.20 1.34 6.10 5.83

Oxígeno (%) 10.10 13.99 12.19 14.89 11.70 11.80

Dióxido de carbono (%) 10.00 6.58 8.37 3.38 8.79 8.73

Exceso de aire (%) 13.00 194.30 136.30 210.87 123.20 126.10

Eficiencia de combustión

(%) 87.00 87.70 89.20 86.47 88.50 88.50

Fuente: Propia, a partir de datos de los monitoreos ambientales de Cartavio S.A.A.

*Los resultados están corregidos a 11% O2 y expresados en Condiciones Normales (0 ºC y

1013.25 mBar).

La variabilidad de los contaminantes emitidos está en función de la eficiencia de combustión,

de la composición química y humedad relativa del bagazo quemado y de la eficiencia del

sistema de lavado de gases.



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Tabla N°14.Resultados de monitoreos para el caldero 20

Fuente: Propia, a partir de datos de los monitoreos ambientales de Cartavio S.A.A.

*Los resultados están corregidos a 11% O2 y expresados en Condiciones Normales (0 ºC y

1013.25 mBar).

La variabilidad de los contaminantes emitidos está en función de la eficiencia de combustión,

de la composición química y humedad relativa del bagazo quemado y de la eficiencia del

sistema de lavado de gases.

CALDERO #20 MONITOREO

1 2 3 4 5 6

FECHA 14/08/2013 17/12/2013 17/01/2014 11/07/2014 19/09/2014 23/01/2015

SO2 (mg/Nm3)* 82.9 79.86 37.87 0.00 12.92 53.03

SO2 (ppm) 36.67 48.00 21.00 0.00 7.00 28.00

NOx (mg/Nm3)* 77.20 82.29 63.34 202.18 130.94 58.38

NOx (ppm) 72.80 69.00 49.00 94.00 99.00 43.00

CO (mg/Nm3)* 3017.1 637 329.45 183.42 346.77 269.04

CO (ppm) 3010.00 876.00 418.00 146.00 430.00 325.00

Partículas (mg/Nm3)* 223.36 71.13 44.64 73.32 5.49 54.18

Partículas (mg/m3) 297.48 53.23 37.49 63.21 4.00 39.16

Temperatura de gases (°C) 92.90 88.60 114.50 90.37 98.80 92.00

Temperatura ambiente

(°C) 24.33 26.90 31.70 24.00 22.60 31.40

Dirección del viento SSW NNW NNW SW SW SSW

Presión barométrica (KPa) 100.35 99.01 99.77 100.53 100.27 99.83

Velocidad del viento (m/s) 11.56 4.70 4.10 6.30 3.10 1.30

Flujo volumétrico

(Nm3/h)* 171360.00 13740.70 2887.02 183927.12 129865.00 49596.30

Velocidad de salida (m/s) 12.20 1.75 1.95 3.31 7.10 6.07

Oxígeno (%) 8.40 3.81 11.16 11.16 5.50 5.90

Dióxido de carbono (%) 10.00 16.32 5.47 5.47 14.74 14.36

Exceso de aire (%) 13.00 21.60 101.37 101.37 34.90 38.40

Eficiencia de combustión

(%) 87.00 89.30 86.23 86.23 88.60 89.20



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ANEXO 4. Cálculo de densidad población

Para determinar el coeficiente de dispersión (rural o urbana) se optó por emplear el método

de cálculo de la densidad poblacional.

Datos:

Población = 13 789 habitantes

Radio = 3km

ρ = densidad poblacional (ρ > 750hab/km2, entonces dispersión urbana)

𝜌 =𝑃

𝜋𝑅2

𝜌 =13789

𝜋(3)2

𝜌 = 487.686 ℎ𝑎𝑏

𝑘𝑚2

Por tanto, se obtuvo un coeficiente de dispersión rural.



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ANEXO 5. Ecuaciones empleadas para la data a ingresar al SCREEN3.

Conversión de ppm a mg/m3

𝑚𝑔

𝑚3=

𝑝𝑝𝑚 ∗ 𝑀 ∗ 𝑃

𝑅𝑇

Conversión de flujo volumétrico de Nm3/h a m3/s

𝑚3

𝑠=

�̇� ∗ (𝑇𝑔

𝑇𝑜)

𝑃 ∗ 3600

Cálculo de flujo másico

𝑔

𝑠=

[𝑚𝑔/𝑚3 ] ∗ �̇�

1000



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ANEXO 6. Plano Topográfico de campos de Cartavio S.A.A.

Figura N°64. Plano topográfico de campos de Cartavio S.A.A



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