CONTAMINACION ATMOSFERICA

CONTAMINACION ATMOSFERICA ESTUDIO DE LA DISPERSION DE CONTAMINANTES – SIMULACION EXPERIMENTAL SIMULACION EXPERIMENTAL DE LA DISPERSION DE CONTAMINANTES ATMOSFERICOS – CASO DE ESTUDIO Maria E. Caballero, Andrea F. Jorge, Jonathan A. Paredes y Mitza L. Puza Universidad Nacional Agraria – La Molina, Lima RESUMEN Simulaciones simples, utilizando una representación física a escala de una zona urbana y materiales de fácil adquisición, son realizadas para evaluar la dispersión de contaminantes atmosféricos y el comportamiento de las plumas de las fuentes contaminantes. La condición experimental es delimitada bajo la presencia de intensa inversión térmica, cuenca rodeada de tres montañas y numerosas chimeneas bajo la capa limite. El transporte y dispersión de contaminantes del aire ambiental están influenciados por complejos factores, siendo los principales el viento, la estabilidad y topografía, las plumas producidas son ondulantes y rectas bajo la inversión, asimismo la concentración de contaminantes se concentran entre las estructuras arquitectónicas debido a la topografía. Los resultados muestran que la dispersión de contaminantes depende de la cantidad de turbulencia en la atmósfera cercana; mientras mayor sea la velocidad del viento, menor será la concentración de contaminantes; y la condición de atmosfera estable inhibirá la mezcla vertical de los mismos. Palabras clave: Contaminación del aire, simulación de dispersión, estabilidad, topografía. _________________________ grandes fábricas y el consumo de 1. Introducción inmensas cantidades de carbón y La contaminación del aire a pequeña otros combustibles fósiles ha aumentado escala siempre ha estado entre nosotros. la contaminación en el mundo. En Según un artículo de 1983 de la revista general a medida que el hombre ha Science, el hollín hallado en cuevas avanzado en cuanto a tecnología, la prehistóricas da un indicio claro de la contaminación acumulación aumentado. desde de los contaminantes, entonces la aparición de atmosférica ha El transporte y dispersión de innumerables fuentes contaminantes, contaminantes del aire ambiental están crean influenciados por complejos factores. Los peligrosas y esa situación es la que se cuales son la topografía, condiciones intenta simular en este experimento meteorológicas modificaciones utilizando una maqueta que representa antropogénicas. Factores que podrían parte de una urbe rodeada de tres crear un ambiente amenazante para la montañas, bajo una intensa inversión salud como los sucedidos en los tres térmica episodios contaminantes y de contaminación del aire una más famosos sucedidos en Meuse Valley, ciudad. Bélgica ; Donora, Pensilvania; y Londres, simulación Inglaterra. y dichas con condiciones varias fuentes hacia una zona de la Los resultados permiten de esta describir el tres tragedias comportamiento una condición contaminantes bajo las condiciones meteorológica conocida como inversión indicadas, que posteriormente servirán térmica. Normalmente, el aire caliente de de guía para evaluar los peligros y su la superficie terrestre asciende y el aire repercusión de la parte superior de la atmosfera, mas nuestra. coincidieron Las de con de en las ciudades plumas como la frio, cae. Una inversión ocurre cuando las capas de aire de la atmosfera 2. Análisis de Casos inferior son más frías que las superiores. La circulación natural sufre una interrupción y tanto el aire superficie acumulado como los contaminantes del aire se concentran alrededor de sus fuentes. se presenta bajo condiciones que incluyen factores que incrementan el contaminación combinación peligro por atmosférica. de inversión La térmica, cuencas y valles rodeados de montañas, edificaciones contaminantes atmosféricos sobre Santiago de Chile Rainer Schmitz realizo un estudio de la Actualmente, la mayoría de ciudades principales Modelamiento de la dispersión de de las urbes, e dispersión de contaminantes sobre Santiago de Chile por medio del modelo matemático CADM que simula el proceso y por medio de los resultados se hace un estudio comparativo y evolutivo de la contaminación en periodos diurnos y estacionales. Schmitz indica que la dispersión de contaminantes primarios y secundarios es fuertemente influenciada por la complejidad de la topografía en de viento que son pendiente arriba y la cuenca de Santiago, de ese modo los abajo. episodios de smog son caracterizados incrementa con el desarrollo de los por vientos los factores que el ambiente La dispersión cuesta arriba, horizontal turbulencia determina. Asimismo, es determinado que térmica y con el desarrollo de una capa las condiciones del complejo terreno de limite diurna desestabilizada, de ese la modo vecindad de Santiago hacen las concentraciones necesario un estudio tridimensional para tienden comprender las implicancias de los durante el día. procesos. a disminuir de CO dramáticamente La dispersión vertical en los Andes es Las simulaciones cubren un dominio de menos pronunciado y la capa limite 144x144km, el territorio es confinado por inestable no se extiende tanto como se la presencia de los Andes en la zona desarrolla en la cuenca. Así que debido este de Santiago con una altitud al desarrollo de la capa límite, los aproximada de 4800msnm y hacia el contaminantes son transportados hacia oeste por una cordillera costera de arriba por la turbulencia y advectados 1600msnm. Santiago es afectada por el hacia los Andes. Es posible ver que las anticiclón del pacifico sur que determina concentraciones las desde Santiago hacia el valle Mapocho zonas de inversión térmica, debido la topográficas que son causantes de como una capital urbanizada e industrialmente activa. Schmitz utiliza el modelo meteorológico MM5 para evaluar las características atmosféricas de la zona y encuentra que las transportadas adicionalmente su desarrollo económico sostienen a son características efectos divergentes y convergentes en la circulación, los primeros tienden a dispersar los contaminantes y los segundos hacen lo opuesto. el forzante principal para la circulación Schmitz concluye que los contaminantes en la cuenca es gobernada por las producidos características topográficas. cuenca de Santiago son transportados La cuenca caracterizada en el estudio es evaluada meteorológicamente y se encuentra que la presencia montañosa no hace más que gobernar los patrones durante verano en la hacia el noreste, Valle Mapocho y luego ventilados por los vientos cuesta arriba los Andes. Mientras que es observado el control de la turbulencia sobre la dispersión vertical. Además, debido a la topografía extrema del dominio del El modelo conceptual propuesto por modelo los movimientos convergentes y Defant por los años 50 explica la divergentes generados por la presencia dinámica de los vientos anabáticos y de Los Andes y de las edificaciones catabáticos y se representan mediante deberían ser tomados en cuenta con la siguiente figura (ver Figura 01). mayor detalle. Lo ilustrado por la Figura 1, Patrones de flujo de aire superficial y conceptualiza el estado de la atmosfera su relación con el transporte de y la circulación de esta durante la contaminantes en el valle de México madrugada y hacia el inicio de la mañana, caracterizada por una fuerte Jáuregui y Luyando, por otro lado, evaluaron la contaminantes dispersión basados de en el comportamiento del aire sobre el valle inversión térmica, la figura sugiere la acumulación de contaminantes dentro de la cuenca Mexicana y dispersión meramente horizontal. de México. Ellos indican que debido a 3. Métodos Experimentales la multiplicidad de cuestas que tienen las montañas del valle se originan vientos a micro y meso escala que varían 3.1. Materiales radiación recibida por la cuesta de sus Los experimentos montañas. mediante el uso de una maqueta de 2x2 A“escala“de“todo“el“valle,“el“régimen“de“ metros que representa parte del distrito espacial y temporalmente acorde con la vientos será contribución el de resultado cada de cañada la o depresión que desciende hacia la planicie . fueron realizados de San Isidro, Lima a una escala de 1/500. Del mismo modo, otros materiales se fácil acceso fueron usados para la representación de montañas, plástico transparente para el techo de la Figura 1. Esquema del flujo de aire nocturno, inversión térmica y vientos regionales en la Cuenca de México. inversión térmica, tubos y picos de 3.2. Métodos botella para las fuentes ubicadas unas al ras de las edificaciones pequeñas de 5cm aproximadamente y a la altura de las edificaciones altas a 30cm aproximadamente. Las plumas fueron generadas mediante el uso de la quema de palo santo (Ver Figura 02). Fueron necesarios medios visuales como cámaras de video para el recojo de los resultados y placas para el recojo de las muestras del contenido de PM, cuyos resultados fueron evaluados en laboratorio. Figura 2. Representación del área física evaluada, en marrón se muestran las montañas, el plástico la capa de inversión y los tubos negros las fuentes. 4. Resultados 5. Discusiones finales La simulación efectuada conforme lo estudiado por Schmitz para Santiago de Chile y por Jáuregui y Luvanda en México sugieren generada aquí que la situación obedece a una condición típica de invierno costero, ello hablando estacionalmente; o a un estado previo al amanecer caracterizado por la fuerte inversión térmica y poca turbulencia térmica. Ello se sustenta debido a que dentro de la simulación no fue usada ninguna fuente de calor que radiara sobre las estructuras, asimismo, la capa limite estuvo ubicada sobre los edificios más altos pero bajo el tope de las montañas. Figura 4. Pluma bajo la inversión térmica fuerte en una urbe. Ambas figuras mostradas ya representan el efecto que sucedió en la simulación. Mientras que la dispersión de contaminantes de una fuente depende de la cantidad de turbulencia en la Los resultados de los videos muestran atmósfera cercana, condiciones que la pluma en dispersión es muy atmosféricas estables inhiben la mezcla parecida a la mostrada en la figura 03 vertical y los contaminantes permanecen y genera un efecto dentro de la cuenca en la zona baja y tienden a aparecer parecido a la figura 04. en concentraciones mayores. El comportamiento de la pluma está directamente influenciada por la capa de inversión, de esa forma así como lo indicado por Schmitz las condiciones estables atmosféricas determinaran una pluma recta (Ver figura 05). Figura 3. Capa de inversión en invierno, pluma producida por fuentes domésticas. el La inversión térmica, causada por una comportamiento de la pluma sigue en interrupción del perfil normal de la principio lineal, temperatura de la atmósfera, puede denominado Plume Fanning (Ver Figura retener el ascenso y dispersión de los 06), que no es de peligrosidad alta contaminantes de las capas más bajas debido a que su disipación es posible. de la atmósfera y causar un problema Sin embargo, a medida que transcurre el localizado de contaminación del aire. tiempo la pluma toma el aspecto de un La proximidad de una gran área haz fumigador, este tipo de pluma es metropolitana denominado (Ver montañas tiene un efecto negativo que sobre el transporte y dispersión de predominara una vez iniciadas las contaminantes. Similar al experimento simulaciones debido a la acumulación aquí estudiado Los Ángeles, Denver y de contaminantes, esta situación es la Ciudad de México están ubicados en misma cuencas rodeadas por montañas. Estas Acorde a Figura 07). que lo una observado trayectoria Plume Fumigation Este último se es el presentaría en una mañana típica de cielo invernal. a una cadena de ciudades experimentan alto niveles de contaminación del aire influenciados por la topografía del área circundante. Si bien las causas de sus problemas de contaminación situaciones son complejas, demuestran cómo estas los factores naturales favorecen la mayor concentración de contaminantes. Por otro lado, la simulación contenía compleja topografía, además de las cadenas de montañas, las edificaciones producen lo que es descrito por Schmitz, como la caída de la pluma respecto a la edificación en barlovento (Ver Figura 08). Figura 5. Condición atmosférica estable y comportamiento de las plumas, similares a las encontradas en la simulación. Figura 6. Pluma tipo Fanning, dispersión recta bajo la capa de inversión. Figura 7. Pluma tipo Fumigation debido a inversión intensa. Figura 8. Comportamiento de la pluma al paso sobre edificaciones en la urbe. Referencias 6. Utilidad del trabajo practico Schmiitz, Rainer, 2009. Modelling of air pollution dispersión in Santiago de Chile. Garmisch-Partenkirchen, Germany. Jauregui, Ernesto y Luyando, Elda, 2001. 7. Conclusiones recomendaciones y Patrones de flujo de aire superficial y su relación con el trasnporte de contaminantes en el valle de Mexico. AMS Journal of Atmospheric Science, Mexico.