DISEÑO DE UNA RED DE MONITOREO DE CALIDAD DE...
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO PROGRAMA DE POSTGRADO EN CIENCIAS DEL AMBIENTE DISEÑO DE UNA RED DE MONITOREO DE CALIDAD DE AIRE PARA UN COMPLEJO PETROQUÍMICO Trabajo de Grado presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia para optar al Grado Académico de MAGISTER SCIENTIARUM EN INGENIERIA AMBIENTAL Autor: Eudo José Nava González Tutor: Cézar García Co-tutor: Rina Simancas Maracaibo, julio de 2012
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO
PROGRAMA DE POSTGRADO EN CIENCIAS DEL AMBIENTE
DISEÑO DE UNA RED DE MONITOREO DE CALIDAD DE AIRE PARA UN
COMPLEJO PETROQUÍMICO
Trabajo de Grado presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia
para optar al Grado Académico de
MAGISTER SCIENTIARUM EN INGENIERIA AMBIENTAL
Autor: Eudo José Nava González
Tutor: Cézar García Co-tutor: Rina Simancas
Maracaibo, julio de 2012
Nava González, Eudo José. Diseño de una red de monitoreo de calidad de
aire para un complejo petroquímico (2012). Trabajo de grado.
Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo, Venezuela. 163 p. Tutor: MSc. Cézar García.
RESUMEN
A la luz de las regulaciones ambientales venezolanas, el Complejo Petroquímico Ana María Campos por su ubicación, número y magnitud de las
diferentes operaciones generadoras de poluentes, está obligado a implementar y mantener un sistema confiable vigilancia de calidad del aire.
Tomando como base la información presentada en la literatura combinada con experiencias personales, datos técnicos de los equipos involucrados y el
conocimiento de las condiciones meteorológicas reinantes, en esta investigación se provee una guía para el diseño de la red de monitoreo de
calidad de aire en la zona Nor-Oriental del Lago de Maracaibo y las poblaciones aledañas. La metodología abarcó cinco (5) etapas, a saber: i)
modelación de la meteorología local; ii) estimación de la tasa de emisión de poluentes a través del uso adecuado de factores de emisión; iii) predicción
de las concentraciones atmosféricas de partículas y gases empleando el modelo de dispersión gaussiana de Turner; iv) establecimiento de los
balances de materiales para la localización óptima del número de estaciones locales de muestreo; v) propuesta de los requerimientos técnicos y
administrativos para el funcionamiento de la red. La modelación
meteorológica exhibe distribución significativa durante las 24 horas del día y más estratificada en el período de Mayo a Octubre. En la estimación de las
emisiones las fuentes pertenecientes a planta de generadora de electricidad y producción de olefinas reportaron mayor potencial de emisión, se
seleccionaron cuatro (4) sitios para el monitoreo de calidad de aire tomando en cuenta las zonas donde se estiman mayor concentración de gases y
partículas alcanzando si una selección ajustada y razonable para la localización de dichos sitios. Se requiere el concurso de personal con
experticia y la realización de estudios económicos para la implementación de la red de monitoreo de calidad de aire en las zonas propuestas por este
trabajo.
Palabras clave: emisiones, modelo de dispersión, complejo petroquímico, estaciones de muestreo, concentración de gases y partículas
Nava González, Eudo José. Design of a network of monitoring of air quality for a petrochemical complex (2012). Trabajo de grado.
Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo, Venezuela. 164 p. Tutor: MSc. Cézar García.
ABSTRACT
In the light of the Venezuelan environmental regulations, Ana Maria Campos Petrochemical Complex by its location, number and magnitude of the
different pollutants-generating operations, is required to implement and keep a reliable system monitoring air quality. On the basis of the information
presented in the literature combined with personal experiences, technical
data of the equipment and the knowledge of the prevailing weather conditions, this study provide a guide for the design of the network of
monitoring air quality in the North-Eastern area of the Maracaibo Lake and surrounding communities. The methodology included five (5) phases: i) local
weather modeling, ii) estimate the rate of emission of pollutants through the appropriate use of emission factors; iii) prediction of atmospheric
concentrations of gases and particulate matter using the Turner Gaussian dispersion model; (iv) establishment of material balances for the optimal
location of the number of local stations sampling v) propose administrative and technical requirements for the operation of the network. Meteorological
modeling exhibits significant 24 hours a day and distribution more stratified in the period from May to October. In estimating emissions sources
belonging to electricity generating plant and production of olefins reported higher emission potential, four (4) sites were selected for the monitoring of
air quality taking into account the areas where higher concentrations are
estimated to gases and particles reaching if a selection set and reasonable for the location of such sites. The contest of personnel is needed with
expertise and economic studies for the implementation of the network of monitoring air quality in areas proposed by this study.
Key words: emissions, dispersion model, petrochemical complex, sampling
stations, concentration of gaseous and particulate.
TABLA DE CONTENIDO
Página
RESUMEN………………………………………………………………………………………….…….. 3 ABSTRACT………………………………………………………………………………………………… 4
DEDICATORIA………………………………………………………………………………………….. 5 AGRADECIMIENTO……………………………………………………………………………….…. 6
TABLA DE CONTENIDO……………………………………………………………………………. 7 LISTA DE TABLAS……………………………………………………………………………………. 10
LISTA DE FIGURAS…………………………………………………………………………………… 12 INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………….…………..…. 14
CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS TEORICOS…………….………………………………………....… 16
1.1. Antecedentes de la investigación……………….………………….…… 16 1.2. Bases teóricas………………………………………………………………….…… 21
1.2.1. Meteorología………………….………………………………….……. 21
1.2.1.1. Calidad de aire…………… 42 1.2.1.2. Métodos para la determinación de calidad
de aire………………………………………………….
24 1.2.1.3. Trasporte y dispersión de los contami-
nantes………………………………………………….. 24
1.2.1.4. Parámetros meteorológicos………………...… 25
1.2.2. Área de estudio………………………………………………………. 32
1.2.3. Características climáticas regionales………….……… 34
1.2.4. Normativa Legal……………………………………………………… 37
1.2.5. Monitoreo de la calidad del aire………………………….… 40 1.2.5.1 Instrumentación para mediciones de
Calidad del Aire…………………………………….. 45
1.2.5.2 Muestreadores empleados en Calidad
del Aire en Venezuela……………………….….… 47
1.3. Estimación de Emisiones………………………………………………...… 50
1.3.1. Metodologías básicas de estimación de emisiones… 50 1.3.1.1. Factores de emisión…………………………………. 51
1.4. Modelos de dispersión…………………………….……………………. 54
1.4.1. Distribución Gaussiana o normal…………………..…………. 54 1.4.2. Modelo de dispersión Gaussiana.…………………… 55
1.4.2.1. Emisiones continuas.…………………..……….. 56 1.4.2.2. Conservación de masas …………………….. 56
1 4.2.3. Condiciones de estado estacionario…..…… 57 1.4.2.4. Distribución vertical y transversal de las
concentraciones………..……………………….. 57
1.4.3. Fuentes puntuales al nivel del suelo…………………… 58
1.4.4. Clase de estabilidad de Pasquill …………………………….. 60 1.4.5. Descripción de los modelos de dispersión
Atmosférica………………………………………………………… 62
1.4.5.1. Parámetros de dispersión de Pasquill-
Gifford…………………………………………………… 62
1.4.5.2. Parámetros de dispersión rural y urbano 64 1.4.5.3. Altura efectiva de la chimenea………………… 64
II. DISEÑO DE REDES DE MONITOREO DE CALIDAD DEL AIRE……….. 71
2.1. Procedimiento de diseño básico de una red de monitoreo de calidad del aire……………….………………………..…
71
2.1.1. Fase de diagnostico inicial…………………………….……….. 73 2.1.1.1. Análisis de la información recolectada en
el diagnóstico…………………………………….… 78
2.1.2. Fase de elaboración de diseño final………………………… 79
2.1.2.1. Definición del tipo de RMCA………………… 80 2.1.2.2. Pautas generales para el diseño
detallado de RMCA …………………………..
81
2.1.2.3. Objetivos de la ubicación de estaciones de una RMCA………………………………………..
81
2.1.2.4. Número de estaciones……………………………. 83 2.1.2.5. Selección del número de estaciones de la
RMCA………………………………………………………
85 2.1.2.6. Criterios para establecer la distribución d
los sitios de vigilancia en una RMC…….
89 2.1.2.7. Microlocalización de los sitios……………….. 94
III. METODOLOGÍA………………………………………………………………………………
97
3.1. Revisión bibliográfica.……………………………………….……….. 97 3.2. Modelación meteorológica…………………………..………..……. 97
3.3. Estimación de las tasas de emisiones…..………………..…… 98
3 4. Determinación de concentraciones de gases y material particulado………………..……………………………………………..
108
3.5. Determinación el número, ubicación y distribución de las estaciones de la RMCA…………..…………………………..
109
IV. RESULTADOS, DISCUSIÓN Y REQUERIMIENTOS DE LA RMCA……………………………………………………………………………………………….
4.1. Modelación Meteorológica…………………………………………..
110
110 4.1.1 Velocidad del viento………………………………………………… 110
4.1.2 Dirección del viento……………………………………………… 113 4.2. Estimación de las emisiones………………………………………. 119
4.3 Estimación de la Concentración de Gases y Material Particulado…………………………………………………………………..
128
4.4. Determinación del número de estaciones……………………… 144 4.5. Distribución y ubicación de las estaciones……………………… 145
4.6 Requerimientos técnicos y administrativos………………… 150 4.6.1. Costos de inversión inicial…………………………………… 150
4.6.2. Instalación de las estaciones.……………………………. 150 4.6.3 Análisis………............................................................ 153
4.6.4 Mantenimiento……………………………………………………………….. 153
4.6.5 Aseguramiento de Calidad…………………………………………….. 153
4.6.6 Recurso Humano.…….……………………………………………………… 154 CONCLUSIONES………………………………………………………………………………………. 155
RECOMENDACIONES………………………………………………………………………………… 160 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS…………………………………………………………….. 162
ANEXOS……………………………………………………………………………………………………. 163
LISTA DE TABLAS
Tabla Página 1 Instalaciones de Pequiven…………………………………………………… 33
2 Empresas Mixtas del Complejo Ana María Campo……………… 35 3 Limites de calidad del aire y porcentaje de
excedencias………………………………………………………………………… 38 4 Clasificación de zonas de acuerdo con las concentraciones
de PTS………………………………………………............................... 39 5 Métodos de análisis de los contaminantes del aire.…………… 40
6 Clave para la clase de estabilidad de Pasquill………….. 61
7 Parámetro T de Pasquill Gifford ……………………………………..... 63 8 Parámetros a y b de Pasquill Gifford ……………………………..… 65
9 Parámetros de dispersión rurales y urbanos de Briggs……. 66
10 Factores de corrección de Δh………….………………………………….. 68 11 Coeficientes de corrección de la velocidad del viento………… 69
12 Valores de aire seco para diferentes combustibles…………… 70 13 Tipos de RMCA……………………………………………………………………… 82
14 Promedio Sugerido de Estaciones de Vigilancia en Zonas Urbanas según la densidad de Población según criterio de
la Organización Mundial de la Salud…………………………………… 86 15 Promedio mínimo sugerido de sitios de vigilancia según
criterio de la Agencia de Protección Ambiental………………….. 87 16 Criterio de número de estaciones para concentración de
PM10 sugerido por la Agencia de Protección Ambiental……. 88 17 Determinación del número de estaciones mínimas, según
criterio de CETESB……………………………………..……………………….
91 18 Condiciones del viento horarias y estabilidad atmosférica
en el Complejo Petroquímica Ana María Campos ………………
99
19 Velocidad del viento promedio según la estabilidad y direcciones predominantes ……………………….……………………… 100
20 Fuentes fijas de Planta Eléctrica ………………………………………… 102 21 Fuentes fijas de la planta de Amoníaco en el área de
fertilizantes………………………………………………………………………….. 102 22 Fuentes fijas de área 45 de servicios industriales……………… 102
23 Fuentes fijas de la plantas de Olefinas, MVC-PVC, LGN.II, y PPE……………………………………………………………………………………. 103
24 Fuentes fijas de la Planta de Urea del área de Fertilizantes 104 25 Fuentes fijas de las empresas mixtas………………………………… 105
26 Factores de emisión para combustión con gas natural….… 106 27 Factores de emisión para combustión con Fueloil…………..… 106
28 factores de emisión para combustión en turbinas de gas natural generadoras de electricidad………………………………….. 106
29 Factores de emisión para mechurrios industriales……………. 107
30 Factores de emisión para producción de fertilizantes
agrícolas………….………………………………………………………………… 107 31 Tasas de emisión estimadas la Planta Eléctrica………………… 120
32 Tasas de emisión estimadas del área 45 de CTA………………. 121 33 Tasas de emisión estimadas de la Planta de Amoníaco y
área 90 de CTA…………………………………………………………………… 121 34 Tasas de emisión estimadas de MVC-PVC; LGN II; Y PPE… 122
35 Tasas de emisión de la Planta de Urea…………………………….. 123 36 Tasas de emisión de Olefinas I y Olefinas II…………………..… 123
37 Tasas de emisión de las Empresas Mixtas del CPAMC…….… 124 38 Estimación de emisiones Totales por Planta en toneladas
por Año………………………………………………………………………………… 126 39 Identificación de las fuentes de mayor valor potencial de
emisión………………….…………………………………………………………… 127 40 Determinación del número de estaciones…………………………. 144
41 Puntos de la RMCA del CPAMC……………………………………….…. 148
42 Costos de inversión inicial según tipo de tecnología…………. 150
LISTA DE FIGURAS
Figura Página 1 Rosa de los vientos……………………………….………………………………… 28
2 Cuenca Atmosférica del Estado Zulia ……………………………….… 36 3 Muestreador de partículas totales, tipo alto volumen tipo
High………………………………………………………………………………………...
48 4 Muestreador de 3 gases, tipo three-gas sampler, para
muestreo de NO2, SO2, NH3…………………………………………………….
49 5 Muestreador de bajo volumen, tipo PARTISOL, para
captación de PM10 y PM2.5……………………………………………………………………………….…..
49 6 Estaciones Automáticas de monitoreo de Calidad del Aire…… 49
7 Sistema de coordenadas en la distribución Gaussiana en los ejes Horizontales y verticales………………………………………………
57
8 Ubicación y distribución de las Plantas e instalaciones del CPAMC…………………………………………………………………………………………
101
9 Velocidad del viento horaria año 2009…………………………………….. 110
10 Velocidad del viento horaria año 2010……………………………………… 112 11 Rosa de los vientos año 2009……………………………………………………. 113
12 Rosa de los vientos año 2010…………………………………………………… 114 13 Rosa de los vientos horarias hora 0 a hora 11 año 2009-
2010………………………………………………………………………………………….
115 14 Rosa de los vientos horaria hora 12 a hora 23 año 2009-
2010………………………………………………………………………………………….
116 15 Rosas de de los vientos mensuales años 2009-2010……….…. 117
16 Concentración de SO2 como función de la distancia debajo de la fuente Caldera C3 Planta Eléctrica, combustible Fuel-
Oil………………………………………………………………………………………………
128 17 Concentración de SO2 como función de la distancia debajo de
la fuente, Caldera C14, Planta eléctrica…………………………………….
129 18 Concentración SO2 como función de la distancia debajo de la
fuente, estabilidad C, caldera C3 Planta Eléctrica (gas
natural), Chimenea SK-3A de Amoníaco y Horno H1 de Olefinas II……………………………………………………………………………..…..
130
19 Concentraciones de SO2 en el CPAMC……………………………………… 130 20 Concentración de PTS (PM) en función de la distancia debajo
de la fuente, estabilidad C………………………………………………….……
131 21 Concentración de PTS en función de la distancia debajo de la
fuente, torre Prill 42AT2……………………………………………………………
132 22 Concentración de PTS en el CPAMC…………………………………………… 132
23 Concentración de NO2 en función de la distancia debajo de la fuente, Caldera C3 de la Planta Eléctrica…………………………………
133
24 Concentración de NO2 en función de la distancia debajo de la fuente, Caldera C9 del Área 45………………………………………………
134
25 Concentración de NO2 en función de la distancia debajo de la fuente chimenea SK-3A-B Amoníaco……………………………………..
135
26 Concentración de NO2 en función de la distancia debajo de la
fuente, Horno 1 Olefinas II……………………………………………………….
136
27 Concentración de NO2 en función de la distancia debajo de la fuente, F8801-B Olefinas I……………………………………………………….
137
28 Concentración de NO2 en función de la distancia debajo de la fuente, mechurrio F801 Venoco…………………………………………………
138
29 Concentraciones de NO2 en el CPAMC…………………………………… 138 30 Concentración de Amoníaco en función de la distancia debajo
de la fuente Torre Prill 42AT2……………………………………………………
139 31 Concentraciones de NH3 en el CPAMC……………………………………… 140
32 Zonas de intercepción de concentraciones del CPAMC…………… 140 33 Zonas de mayor impacto del CPAMC………………………………………… 141
34 Poblados Cercanos al CPAMC……………………………………………………. 141 35 Concentraciones máximas en función de la distancia debajo
de la fuente dirección ENE……………………………………………………….
142 36 Concentraciones máximas en función de la distancia debajo
de la fuente dirección NE……………………………………………………………
142
37 Concentraciones máximas en función de la distancia debajo de la fuente dirección SE………………………………………………………….
143
38 Concentraciones máximas en función de la distancia debajo de la fuente dirección SO…………………………………………………………
143
39 Puntos propuestos de la RMCA vientos abajo………………………… 145 40 Puntos propuestos de la RMCA vientos arriba…………………..…. 146
41 Sitios propuestos en el poblado vientos abajo………………..…… 147 42 Puntos propuestos interceptados con las zonas de mayor
impacto……………………………………………………………………………………..
147 43 Puntos de la RMCA dentro del CPAMC………………………………..… 149
44 Ubicación de la Red de Monitoreo dentro del CPAMC………..… 149
INTRODUCCIÓN
En el estado Zulia existen industrias con diferentes actividades
económicas (petroleras, carboníferas, cementeras; plantas termoeléctricas),
así como un complejo petroquímico ubicado en la zona nororiental del Lago
de Maracaibo, el cual debido a las características de sus procesos industriales
y a su ubicación geográfica, pudiera afectar la calidad del aire de las
ciudades vecinas a través de las descarga a la atmósfera de gases y
material particulado producto de esos procesos.
Ante esta situación el personal del complejo tiene la necesidad de
realizar un diseño de una nueva red de monitoreo, ya que por diversas
situaciones en estos momentos no puede contar con un medio más eficaz de
vigilancia y cumplimiento de la normativa ambiental, que genere la revisión
de los procesos en función de la calidad ambiental.
Los sistemas de vigilancia de la calidad del aire pretenden realizar un
control integral del área presumiblemente contaminada o contaminable para
así disponer de una información correcta, desarrollar estrategias y políticas
para minimizar los riesgos que representa la contaminación del aire a la
salud y a los recursos naturales. Una gran parte de los sistemas de
monitoreo se basan en controlar el cumplimiento de los estándares de
calidad del aire.
La ejecución del proyecto contribuirá a un avance significativo en el
inicio de un programa de monitoreo continuo en el complejo petroquímico
iniciándose con la implementación de la red de monitoreo y estableciendo los
controles de calidad pertinentes así como los planes de mantenimiento y
asignación del recurso humano adecuado.
Este proyecto incide en la mejora de la calidad de vida, salud y
salvaguarda de los trabajadores del complejo petroquímico y de los
habitantes de poblaciones cercanas todo esto gracias a la capacidad de
disponer de una herramienta para evaluar y gestionar la calidad del aire por
lo tanto este trabajo tiene el objetivo de:
Diseñar una red de monitoreo de calidad del aire para el diagnostico de
concentración de gases y material particulado en el Complejo Petroquímico
Ana María Campos y las poblaciones cercanas.
Para cumplir este fin se requerirán de los siguientes objetivos
específicos:
1. Establecer la modelación de la meteorología local de transporte y
dispersión de contaminantes en el Complejo Petroquímico Ana María
Campos.
2. Estimar las tasas de emisiones de las fuentes fijas del Complejo
Petroquímico Ana María Campos a través de la elaboración de un
inventario de emisión.
3. Determinar las concentraciones atmosféricas de gases y material
particulado en el Complejo Petroquímico Ana María Campos y
poblaciones cercanas utilizando el programa de simulación de Turner.
4. Establecer a través del balance de materiales la localización óptima de
las estaciones de la red de monitoreo del Complejo Ana María
Campos.
5. Proponer los requerimientos técnicos y administrativos para el
funcionamiento óptimo de la red de monitoreo de calidad de aire.
CAPÍTULO I
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
1.1. Antecedentes de la investigación
El sostenido crecimiento económico que ha tenido el mundo en los
últimos años ha traído consigo un gran incremento en la actividad productiva
e industrial. Esto ha dado lugar a impactos sobre el medio ambiente que, en
la mayor parte de los casos, no han sido dimensionados. El problema
ambiental de la contaminación atmosférica es uno de los más relevantes,
tanto por su magnitud como por la percepción de la comunidad y se
manifiesta especialmente en asentamientos industriales, eso ha hecho que
en algunos países regulen el monitoreo de calidad del aire partiendo de
inventario de emisiones y modelos de dispersión atmosférica, en
asentamientos urbanos y complejos industriales (Garrillo, 2010).
Desde inicios de 1950 se observó en los países de América Latina y el
Caribe una preocupación por la contaminación del aire. Las universidades y
dependencias de los ministerios de salud fueron los organismos que
realizaron las primeras mediciones de contaminación en el aire (Korp, 1999).
En 1965, el Consejo Directivo de la OPS recomendó a su Director el
establecimiento de programas de investigación de la contaminación del agua
y del aire, con el objeto de colaborar con los Gobiernos Miembros en el
desarrollo de políticas adecuadas de control. Al iniciar la OPS su programa
regional, prácticamente ningún país conocía la magnitud real de sus
problemas de contaminación atmosférica. Por medio del Centro
Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS), que
iniciaba sus actividades, la OPS acordó establecer una red de estaciones de
muestreo de la contaminación del aire (Korp, 1999).
La Red Panamericana de Muestreo Normalizado de la Contaminación
del Aire (REDPANAIRE) inició sus operaciones en junio de 1967, con la
recolección de muestras mensuales de polvo sedimentable (PS) y muestras
diarias de partículas totales suspensión (PTS) y de SO2. La REDPANAIRE
comenzó con ocho estaciones y a fines de 1973 tenía un total de 88
estaciones distribuidas en 26 ciudades de 14 países (Korp, 1999).
Hasta diciembre de 1973 se habían recogido más de 350,000 datos
sobre la calidad del aire, los que indicaban que varias ciudades duplicaban y
triplicaban los niveles de referencia recomendados. Algunas ciudades
mostraban además una tendencia al incremento de los niveles de
contaminación (Korp, 1999).
En Venezuela La Dirección General Sectorial de Calidad Ambiental del
Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales Renovables, a través de
la Dirección de Calidad del Aire, opera la Red Nacional de Evaluación de
Calidad del Aire desde 1981. Esta red está Constituida por 11 estaciones
fijas: cuatro en Caracas (El Silencio, El Cementerio, Los Ruices y Bello
Campo); tres en el Estado Anzoátegui (Barcelona, Guanta y Puerto La Cruz);
una en Valencia; dos en San Cristóbal y una en Puerto Ordaz. Así mismo, el
Instituto para el Control y la Conservación de la Cuenca del Lago de
Maracaibo (ICLAM), adscrito al Ministerio del Ambiente, está a cargo de seis
estaciones de muestreo ubicadas en la ciudad de Maracaibo (Korp, 1999).
En 1988 Petróleos de Venezuela PDVSA y el entonces Ministerio del
Ambiente y de los Recursos Naturales Renovables, se inició la primera
etapa de una estrategia para el control de la contaminación del aire por
plomo, que contempló inicialmente la reducción del contenido de tetraetilo
de plomo en las gasolinas (Guajardo y col, 2008).
En el año 1991 se suscribió el Convenio de Cooperación
Interinstitucional entre el entonces Ministerio del Ambiente y de los
Recursos Naturales Renovables y el Centro de Investigación y Desarrollo
de Petróleos de Venezuela “INTEVEP”, S.A, con miras a evaluar la
efectividad de la medida de la reducción del plomo en la gasolina adoptada
por la Industria Petrolera Nacional, así como analizar el comportamiento
de otros contaminantes atmosféricos generados por vehículos automotores
a saber: Dióxido de Nitrógeno, Dióxido de Azufre, Monóxido de Carbono y
Partículas Totales Suspendidas, con el objeto de tomar las medidas de
control necesarias para la preservación del ambiente (Guajardo y col,
2008).
En el año 2003 se suscribe un Convenio Particular entre ambas
Instituciones, el cual se renovó cuatro veces y tuvo vigencia hasta el
pasado mes de mayo del año 2007.Para finalizar con este periodo de
cuatro años, se amplió de la Red de Calidad del Aire a las ciudades de
Maracay y Barquisimeto (Guajardo y col, 2008).
El monitoreo de la calidad del aire ambiente se ha interpretado como el
muestreo y análisis de aire mediante el uso de analizadores automáticos
continuos o manuales. En un sentido más amplio se puede definir el
monitoreo como un muestreo sistemático y planeado para determinar la
calidad del aire utilizando los medios apropiados en frecuencia de recolección
e intervalos de reporte para cumplir con los objetivos planteados a escala
internacional y nacional se han realizado múltiples estudios utilizando
diferentes metodologías para el diseño de redes de monitoreo de calidad del
aire, entre los que se citan:
En 1976 la Organización Mundial de la salud estableció unos
requerimientos para el diseño de redes de monitoreos urbanas e industriales,
las cuales fueron definidas en las características del sitio tales como
meteorología, inventarios de emisiones y número de habitantes por área
(OMS, 1976).
La Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) estableció
como recomendaciones la instalación de un equipo de monitoreo continuo
para SO2 para una población de 100000 habitantes y de tres equipos de
monitoreo manual para NO2 para la misma población (EPA, 1977).
Ludwig and E. Shelar (1977), realizo un estudio para la ubicación de
estaciones de monitoreo para gases contaminantes de origen fotoquímico,
tomando en cuenta las reacciones de éstos así como la influencia de la
meteorología en la dispersión y transporte de poluentes y así poder ubicar
las estaciones de monitoreo de calidad de aire (EPA, 1977).
Noll y col (1977), utilizaron un método cuantitativo para determinar el
número total y la ubicación de estaciones de monitoreo de calidad del aire
basado en modelos de dispersión atmosférica, datos meteorológicos y
elementos de la probabilidad y de la estadística. Noll y Mitsutomi (1983)
presentaron una metodología de selección de lugares de muestreo de calidad
de aire, ordenando esos sitios de acuerdo con la capacidad de cada uno de
ellos para evaluar el dosaje originado por la exposición de contaminantes del
aire cerca de las fuentes de emisión. Langstaff y otros (1987) desarrollaron
un método objetivo destinado a diseñar redes óptimas de calidad del aire y
aplicaron esta metodología al diseño de una red de monitoreo destinada a
evaluar la exposición horaria al benceno en aire en la región sudeste del valle
del Río Ohio (EE.UU.). Wu y Zydek (1992) utilizaron un método para
diagramar una red de monitoreo de calidad del aire basado en la
maximización de la información procedente de sitios no monitoreados. Haas
(1992) presentó una metodología de diseño de una red de monitoreo
mediante la cual se optimiza la combinación de la minimización de errores de
predicción, la minimización de costos, la estimación de la varianza y el
aumento de la probabilidad de detección de violaciones de las normas de
calidad del aire. Oehlert (1996), presentó una guía destinada a la
optimización de la magnitud de una red de monitoreo de calidad del aire
basada en consideraciones estadísticas. Esta metodología proporciona
resultados cuali-cuantitativos de la información perdida resultante de la no
operatividad de diferentes muestreadores de una red de monitoreo.
Mazzeo y Venegas (2005), utiliza una metodología desarrollada para
diseñar la red de monitoreo de calidad de aire aplicando modelos de
dispersión atmosférica y un método de análisis objetivo de situaciones de
monitoreo simuladas.
En la Ciudad de San Luis de Potosí en México, Velásquez (2008),
diseñó una red de monitoreo basándose en el inventario de de emisiones de
SO2 donde a través de los modelos de de dispersión atmosférica se ubicaron
los sitios mas adecuados de monitoreo.
En Venezuela se han encontrado pocos estudios publicados para
diseño de redes de monitoreos, sin embargo se hace notar en la Ciudad de
Valencia la implementación de una red de monitoreo con estaciones ubicadas
en los 4 puntos cardinales y obteniendo así los respectivos resultados
atmosféricos y de concentración de gases (Escalona, 1996).
En el estado Zulia el Instituto para el Control y la Conservación de la
Cuenca Hidrográfica del lago de Maracaibo (ICLAM) ha venido realizando
varios estudios en Maracaibo y San Francisco, con el fin de realizar un
inventario de las emisiones generadas por industrias localizadas en dichos
municipios, partiendo del método AP.42 de la Agencia de Protección
Ambiental de Estados Unidos (EPA).Dentro de fuentes estudiadas pueden
mencionarse de una manera especial la planta de cemento y la planta de
Química (ICLAM, 2010).
1.2. Bases teóricas
1.2.1. Meteorología
1.2.1.1 Calidad de aire
La calidad del aire depende de las emisiones y de las condiciones
atmosféricas. Las emisiones dependen del consumo de combustibles, calidad
y tipo de combustibles y de las tecnologías de control de emisiones. El
consumo de combustibles depende de: las tecnologías de vehículos
automotores, tecnologías industriales, de servicios y volúmenes de
producción, de la estructura urbana, estructura del transporte urbano y
distancia recorrida por vehículos (Ortiz 1997).
La exigencia de un aire limpio y puro proviene, en principio, del público
en general ante su creciente preocupación por los problemas de
contaminación atmosférica originados como consecuencia de la evolución de
la tecnología moderna y la previsión de que las cada vez mayores emisiones
de contaminantes a la atmósfera alteren el equilibrio natural existente entre
los distintos ecosistemas, afecten la salud de los humanos y a los bienes
materiales o incluso, provoquen cambios catastróficos en el clima terrestre.
La atmósfera terrestre es finita y su capacidad de autodepuración,
aunque todavía no es muy conocida, también parece tener sus límites. La
emisión a la atmósfera de sustancias contaminantes en cantidades crecientes
como consecuencia de la expansión demográfica mundial y el progreso de la
industria, han provocado ya concentraciones de estas sustancias a nivel del
suelo que han ido acompañadas de aumentos espectaculares de la
mortalidad y morbilidad, existiendo pruebas abundantes de que, en general,
las concentraciones elevadas de contaminantes en el aire atentan contra la
salud de los seres humanos.
En la mayoría de los países industrializados se han establecido valores
máximos de concentración admisible, para los contaminantes atmosféricos
más característicos. Estos valores se han fijado a partir de estudios teóricos
y prácticos de los efectos que sobre la salud tiene la contaminación al nivel
actual y los que puede alcanzar en el futuro. Los efectos se basan
principalmente en el examen de factores epidemiológicos.
Para la definición de criterios y pautas de salubridad del aire, se
pueden utilizar varios procedimientos. Las técnicas experimentales se basan
en el ensayo con animales o en el empleo de muestras de voluntarios en
atmósferas controladas. Son muy útiles para el estudio de los efectos
fisiológicos, bioquímicos y sobre el comportamiento, producidos por
supuestos contaminantes. Los estudios epidemiológicos permiten investigar
los efectos producidos por las fluctuaciones de la contaminación atmosférica
sobre la totalidad de la población, o sobre grupos seleccionados y definidos.
Determinar los efectos de la contaminación del aire es sumamente
complejo, ya que la asociación entre un contaminante y una enfermedad o
una defunción puede ser más accidental que causal. Las relaciones
existentes entre las enfermedades humanas por la exposición a niveles bajos
de contaminación durante un periodo largo de tiempo no se conocen en la
actualidad con exactitud.
En la evaluación de riesgos asociados a la contaminación y para la
fijación de normas de calidad del aire, lo ideal sería disponer de una serie
completa de curvas dosis-respuesta para los distintos contaminantes
atmosféricos, para los diferentes efectos y para los distintos tipos de
población expuesta. De momento no se dispone de esta información, para
todos los contaminantes atmosféricos y aún es más difícil que llegue a
reunirse para las combinaciones de sustancias que más frecuentemente se
encuentran en el aire.
Para tratar de evitar las lagunas e imprecisiones con que se conocen
las relaciones dosis-respuesta y dado que, generalmente, está aceptado que
ciertas concentraciones de contaminantes atmosféricos provocan efectos
nocivos sobre la salud humana, se suele recurrir a la utilización de un
coeficiente de seguridad cuando se fijan las normas sobre la calidad del aire.
La magnitud del coeficiente de seguridad adoptado depende de muy
diversas consideraciones; puede tratarse de consideraciones políticas en las
que se tenga en cuenta, sobre todo, los análisis «coste-beneficio», o de la
significación estadística y de la exactitud de los datos, o del grado de
protección que se quiere dar a la población.
En la mayoría de los países, las normas de calidad del aire tienen como
objetivo inmediato el evitar enfermedades y fallecimientos en aquellos
subgrupos de la población más sensibles. Hay que tener en cuenta que el
objetivo a largo plazo ha de ser de protección contra todo posible efecto
sobre la salud del hombre, incluidas las alteraciones genéticas y somáticas.
Generalmente, la calidad del aire se evalúa por medio de los
denominados niveles de inmisión, que vienen definidos como la
concentración media de un contaminante presente en el aire durante un
periodo de tiempo determinado. La unidad en que se expresan normalmente
estos niveles son microgramos de contaminante por metro cúbico de aire,
medidos durante un periodo de tiempo determinado.
1.2.1.2. Métodos para determinación de la calidad de aire
Uno de los métodos para determinar la calidad del aire es realizar un
inventario de emisiones, en el cual se establezcan una base de datos sobre
las diferentes fuentes de emisiones clasificadas de acuerdo al tipo de
actividad y a sus emisiones, estas últimas se estiman por medio de factores
de emisiones y modelos de dispersión. Sin embargo, el método más
confiable para evaluar la calidad del aire es medirla a través de un monitoreo
atmosférico, preferiblemente a través de una red de monitoreo. Se entiende
por monitoreo atmosférico (Martínez y Romieu 1997).
Todas las metodologías diseñadas para muestrear, analizar y procesar
en forma continua las concentraciones de sustancias o de contaminantes
presentes en el aire en un lugar establecido y durante un tiempo
determinado.
La determinación de los parámetros meteorológicos es fundamental en
todo estudio de calidad de aire, ya que parámetros tales como: la velocidad
y dirección del viento, la humedad, la temperatura, la precipitación, la altura
de mezclado, la estabilidad atmosférica, y en el caso de algunos agentes
contaminantes la radiación solar, tienen un rol en el aumento o disminución
de la contaminación atmosférica.
Un periodo de tan sólo tres días de escasa mezcla atmosférica puede
llevar a concentraciones elevadas de productos peligrosos en áreas de alta
contaminación y, en casos extremos, producir enfermedades e incluso la
muerte.
1.2.1.3. Transporte y dispersión de contaminantes en el aire ambiental
El transporte y dispersión de contaminantes del aire ambiental están
influenciados por complejos factores. Las variaciones globales y regionales
del clima y las condiciones topográficas locales afectan el transporte y
dispersión de los contaminantes.
En una escala mundial, las variaciones del clima influyen sobre el
movimiento de los contaminantes. Por ejemplo, la dirección predominante de
los vientos en Centroamérica y norte de Sudamérica es de este a oeste y en
Norteamérica y sur de Sudamérica es de oeste a este. En un nivel más local,
los principales factores del transporte y dispersión son el viento y la
estabilidad.
La dispersión de contaminantes de una fuente depende de la cantidad
de turbulencia en la atmósfera cercana. La turbulencia puede ser creada por
el movimiento horizontal y vertical de la atmósfera. El movimiento horizontal
es lo que comúnmente se llama viento.
1.2.3.4. Parámetros meteorológicos
a) El viento
El viento es la circulación del aire de un lugar a otro, con más o menos
fuerza. Su principal efecto es el de mezclar distintas capas o bolsas de aire.
Es el elemento básico en la circulación general de la atmósfera. Su
denominación depende de la dirección de donde provienen. Así, un “viento
del norte” es aquel que sopla de norte a sur y un “viento del oeste” es aquel
que sopla de oeste a este. Cuando los vientos soplan con mayor frecuencia
desde una dirección que desde otra, esta recibe el nombre de viento
prevaleciente.
En lo que se refiere a la dispersión, el viento juega un rol fundamental,
el viento que interesa es el que afecta a las capas de aire próximas al suelo.
La zona del suelo se considera aquella que comprende desde 0 a 1000m de
espesor en altura. De día los vientos próximos al suelo son más fuerte que
de noche a causa de la convección térmica (masa de aire caliente que se
encuentra a una altura aproximada de 400 m). Esto hace que el viento en
altura tienda a descender favorecido por la radiación solar. El viento tiende a
equilibrar núcleos de bajas y altas presiones, fluyendo de los segundos hacia
los primeros, realizándose el movimiento al ascender el aire en las zonas de
baja presión y descender en los anticiclones.
El viento, al transportar los contaminantes, produce su dispersión
horizontal y determina la zona que va a estar expuesta a los mismos. Por lo
general, una mayor velocidad del viento reducirá las concentraciones de
contaminantes al nivel del suelo, ya que se producirá una mayor dilución y
mezcla.
No obstante, pueden producirse circulaciones cerradas de viento, como
en el caso de las brisas del mar y las de valle y montaña, en las que los
contaminantes lanzados a la atmósfera se incorporan a la circulación del
viento con lo que se produce una acumulación progresiva de contaminantes,
que da lugar a un aumento de la concentración de los mismos en las zonas
barridas por este tipo de vientos. Efectos similares se producen cuando los
vientos fuertes inciden perpendicularmente a las crestas montañosas, a un
valle o sobre los edificios altos; en estas condiciones, los efectos
aerodinámicos de estos obstáculos pueden tener consecuencias negativas
para la dispersión de contaminantes, acumulándolos en determinadas zonas.
Las bajas velocidades de viento producen la resuspensión de las
partículas de menor diámetro, mientras que al incrementar la velocidad se
emiten las partículas de mayor diámetro (Marticorena 1997).
La zona estudiada tiene las siguientes características geográficas es:
zona costera y a la vez núcleo urbano, esta situación puede originar el
siguiente comportamiento:
1) Zona costera: se originan brisas desplazando los contaminantes
hacia el interior (día) y al lago (noche).
2) Núcleo urbano: frenan la velocidad del viento y se originan
turbulencias. Por otro lado el efecto llamado “isla de calor” (aumenta el aire
caliente en el centro de la ciudad y el aire frío en la periferia), favorece la
aparición de brisas urbanas que dificultan la dispersión y producen la “cúpula
de contaminantes” sobre la ciudad.
La dirección del viento es importante para determinar el lugar hacia
donde serán arrastrados los contaminantes. Así por ejemplo, un viento norte
podría transportar los contaminantes hacia el sur.
La velocidad del viento influye en la dispersión de los contaminantes,
siendo la dispersión directamente proporcional a la velocidad. La rosa de
viento es un diagrama en el cual se presenta la distribución de la dirección
del viento, en una ubicación dada a lo largo de un período considerable de
tiempo. Es un gráfico pictórico que presenta las direcciones y velocidades
prevalecientes del viento, siendo la dirección del viento la dirección a la cual
esté soplando.
Las rosas de viento varían de un lugar a otro y son en realidad una
especie de huella meteorológica.
Figura 1. Rosa de los vientos (INE)
b) La humedad relativa
La humedad relativa (HR), como parámetro meteorológico, sirve como
indicador de la cantidad de vapor de agua que está presente en un lugar
específico, para un tiempo determinado y para un cierto nivel de la
troposfera. Depende, en parte, de la temperatura, ya que el aire caliente
contiene más humedad que el frío. La humedad relativa se expresa en forma
de tanto por ciento (%) de agua en el aire.
Este parámetro depende directamente de la circulación del viento, es
decir, de la estructura de los sistemas meteorológicos y de la interacción
horizontal y vertical que guarden entre sí. A saber: si la configuración de los
sistemas meteorológicos hace que en superficie el viento fluya de una masa
acuosa; por ejemplo, un gran lago, algún golfo, el océano, etc. entonces
habrá arrastre de humedad hacia la zona continental correspondiente.
Al igual que para otros parámetros meteorológicos, el transporte de
humedad se ve afectada por características inherentes al espacio en estudio
y por la época del año, es decir, depende en mayor o menor medida de cada
uno de los ciclos estacionales que se presentan a lo largo de los 365 días del
año.
Meteorológicamente hablando, y en el contexto de la humedad, el
interés esta puesto no solamente en la humedad en superficie, si no también
en la cantidad de humedad que pueda estar presente a distintos niveles de la
troposfera, incluida la de superficie, por supuesto. Esto es importante porque
la presencia de humedad en superficie no es indicadora de humedad en
niveles superiores de la troposfera. Es más, con frecuencia se puede registrar
alta humedad en superficie, pero no sucede nada en términos de
precipitación pluvial. Lo contrario también es frecuente, puede no
registrarse mucha humedad en superficie y sí presentarse grandes
cantidades de precipitación, muy probablemente en alguna capa atmosférica
sí había suficiente cantidad de humedad como para que se desarrollaran
mecanismos meteorológicos con suficiente intensidad como para provocar la
precipitación pluvial.
La humedad juega un papel negativo en la evolución de los
contaminantes ya que favorece la acumulación de humos y polvos. Por otra
parte el vapor de agua puede reaccionar con ciertos aniones aumentando la
agresividad de los mismos, por ejemplo el trióxido de azufre en presencia de
vapor de agua se transforma en ácido sulfúrico, lo mismo ocurre con los
cloruros y los fluoruros para dar ácido clorhídrico y fluorhídrico
respectivamente.
Estudios realizados confirman que cuando la humedad relativa excede
aproximadamente al 70%, muchos tipos de partículas presentan un cambio
de fase y se convierten en gotas de niebla, lo cual disminuye la visibilidad.
Estas condiciones climatológicas favorecen la presencia y permanencia de
niveles de concentración significativos de PTS en la atmósfera.
c) La precipitación
La lluvia es un fenómeno atmosférico que se inicia con la condensación
del vapor de agua contenido en las nubes.
Según la definición oficial de la Organización Meteorológica Mundial, la
lluvia es la precipitación de partículas líquidas de agua de diámetro mayor de
0.5 mm o de gotas menores, pero muy dispersas. Se mide en milímetro al
año, menos de 200 son insuficientes, entre 200 y 500 son escasas, entre 500
y 1000 son suficientes, entre 1000 y 2000 son abundantes y más de 2000
son excesivas.
La lluvia depende de tres factores: la presión, la temperatura y
especialmente, la radiación solar.
La radiación solar contribuye a la formación de ozono y contaminantes
secundarios en el aire. La humedad y la precipitación también pueden
favorecer la aparición de contaminantes secundarios peligrosos, tales como
las sustancias responsables de la lluvia ácida. La precipitación puede tener
un efecto beneficioso porque lava las partículas contaminantes del aire y
ayuda a minimizar las partículas provenientes de actividades como la
construcción y algunos procesos industriales (EPA, 1981).
En las últimas décadas, se ha producido un fenómeno que causa lluvias
con mayor frecuencia cuando la radiación solar es menor, es decir, por la
noche.
Asimismo en los últimos años el régimen anual de lluvia de nuestra
región, ha presentado un desfase con respecto al patrón de comportamiento
establecido estadísticamente en los últimos 30 años, ocurriendo lluvia en
meses característicos de sequía y viceversa.
Es definitivo que para la caracterización climatológica de un lugar, se
haga necesario contar con los valores precipitación, que no es más que la
consecuencia de la humedad presente a los distintos niveles de la troposfera,
incluidos los de superficie.
d) La temperatura
El principal factor que determina el grado de difusión vertical de
contaminantes es la variación vertical de temperaturas en la atmósfera.
Podemos determinar la capacidad de difusión vertical de contaminantes
comparando la variación vertical de temperaturas de un estrato de aire
atmosférico con el gradiente vertical adiabático del aire, que corresponde a
una variación de -1° C por cada 100 metros de altura. De esta forma se
obtienen tres clases diferentes de estabilidad atmosférica en el estrato,
según que la variación de la temperatura con la altura sea mayor, igual o
inferior que la correspondiente al gradiente vertical adiabático.
El clima es el resultado de numerosos factores que actúan
conjuntamente. Los accidentes geográficos, como montañas y mares,
influyen decisivamente en sus características.
Para determinar estas características podemos considerar como
esenciales un reducido grupo de elementos: la temperatura, la humedad y la
presión del aire. Sus combinaciones definen tanto el tiempo meteorológico de
un momento concreto como el clima de una zona de la Tierra.
La temperatura atmosférica es el indicador de la cantidad de energía
calorífica acumulada en el aire. Aunque existen otras escalas para otros usos,
la temperatura del aire se suele medir en grados centígrados (ºC).
La temperatura depende de diversos factores, por ejemplo, la
inclinación de los rayos solares. También depende del tipo de sustratos (la
roca absorbe energía, el hielo la refleja), la dirección y fuerza del viento, la
latitud, la altura sobre el nivel del mar, la proximidad de masas de agua.
1.2.2. Área de Estudio
El Complejo Petroquímico Ana maría Campos (CPAMC) está ubicado en
la costa oriental del Lago de Maracaibo del estado Zulia, este Complejo tiene
una capacidad instalada de 3,5 MMTMA de Olefinas, resinas plásticas, vinilos
y fertilizantes nitrogenados. Su construcción en 1976 aumentó
significativamente la expansión de las actividades petroquímicas venezolanas
e impulsó el aprovechamiento del gas natural como fuente básica de insumos
para estas operaciones.
En el Complejo a partir del Gas natural y la Sal, se desarrollan tres
líneas de productos de naturaleza eminentemente estratégica para la región
y el país, cuyos usos y aplicaciones están asociados con la vida diaria de la
población.
Clorosoda:
Insumos para la purificación del agua y múltiples usos industriales
Cloro
Soda Caústica
Hipoclorito de Sodio
Ácido Clorhídrico
Fertilizantes:
Desarrollo agrícola Soberanía Agroalimentaria
Urea y Amoníaco
Plásticos:
Polietilenos
Polipropileno
Policloruro de Vinilo
Poliestireno
Óxido de Etileno (Producto fuera del complejo)
Etilenglicol
Las instalaciones de Pequiven y sus Empresas Mixtas que operan en
Complejo Petroquímico Ana María Campos están señaladas en la Tabla 1 y
Tabla 2.
Tabla 1. Instalaciones de Pequiven
Instalaciones de Pequiven Productos Capacidad
LGN I
Etano 169 TMTPA
Propano 163 TMTPA
LGN II
Etano 264 TMTPA
Propano 214 TMTPA
Olefinas I Etileno 250 TMTPA
Olefinas II Etileno 386 TMTPA
Planta Purificadora de Etano (PPE) Etano 270 TMTPA
Amoníaco Amoníaco 300 TMTPA
Urea Urea 360 TMTPA
Cloro Soda Cloro 130 TMTPA
EDC-MVC II MVC 130 TMTPA
Policloruro de Vinilo II (PVC) PVC 120 TMTPA
RAS Reutilización de Aguas Servidas 1300lts/seg
Produsal Sal Industrial 800 TMTPA
Efluentes
Orgánicos 14000-21000MCD
Inorganicos 28463-42695MCD
Fuente: Pequiven
1.2.3. Características climáticas regionales.
La Cuenca del Lago de Maracaibo es una amplia fosa de hundimiento,
ocupada en la actualidad por el Lago de Maracaibo y extensas planicies
aluviales; se encuentra delimitada por un marco montañoso en forma de
herradura abierta hacia el norte, que abarca por el sur y el sureste la
cordillera de los Andes, por el Oeste y el Noroeste la Sierra de Perijá, y por el
Este La Serranía de Coro.
La disposición del relieve de la hoya hidrográfica del Lago, constituye
una barrera natural al desplazamiento de los vientos alisios, los cuales soplan
en dirección norte-noreste (NNE) y predominan sobre la mayor parte del
país. Esto origina lo que se ha denominado circulación ciclónica, las masas se
desplazan en sentido contrario a las agujas del reloj dentro del perímetro de
la cuenca. La circulación regional del aire determina variaciones marcadas en
las rosas de vientos de diferentes sitios de la cuenca. Tal es lo observado en
las estaciones Maracaibo y Mene Grande de la fuerza aérea. Asimismo
contribuye al contraste climático existente en la parte norte de la cuenca, la
cual tiene un clima seco y caliente y la más extensa porción sur, con un
clima húmedo y caliente.
En las áreas costeras del Lago, el sistema de vientos está constituido
por dos tipos de vientos (a) los vientos alisios provenientes del NNE, que
generalmente soplan desde noviembre hasta abril y, (b) los vientos locales
que resultan del calentamiento desigual de las masa de tierra y agua durante
el día. Como la tierra absorbe mayor radiación se calienta más rápido, la
capa de aire adyacente a ella se calienta y al hacerlo asciende. Esto provoca
una corriente más fresca, adyacente a la masa de agua, hacia el área de
baja presión dejada por el aire caliente que ha ascendido. En la noche el
proceso es a la inversa. Entre noviembre y abril, los vientos locales soplan
con los alisios, a veces añadiéndose a su fuerza, en otras restándole o
hasta anulándola. Entre mayo y octubre los vientos locales son los que
determinan el régimen eólico (Figura 2).
Tabla 2. Empresas Mixtas del Complejo Ana María Campos.
Empresas Mixtas Productos TMTPA Capacidad
Polinter
Polietileno de Alta Densidad
(PEAD) 160
Polietileno de Baja Densidad
(PEBD) 80
Polietileno Lineal de Alta
Densidad (PELAD) 84
Polietileno de Alta Densidad
(PEAD) 16
Propilven
Polipropileno 84
Pralca
Oxido de Etileno 21.6
Monoetilen Glicol 84
Dietilen Glicol 8.4
Indesca Trietilen Glicol 1.3
Fuente: Pequiven
El régimen anual de lluvias presenta dos máximos y dos mínimos,
siguiendo una distribución de doble onda. El máximo ocurre generalmente
entre septiembre-noviembre y el máximo secundario entre mayo-junio. En
cuanto a los mínimos, estos frecuentemente se presentan entre febrero-
marzo y entre julio-agosto. La evaporación es constantemente alta,
registrándose valores promedios anual entre 1300 mm., y 2800 mm. Las
temperaturas ambientales también tienden a ser constantemente altas,
fluctuando los promedios anuales para toda la cuenca entre 26 y 29 °C con
pequeñas variaciones anuales, observándose desde luego temperaturas
menores en las zonas más altas de la cuenca. Las temperaturas medias
mínimas ocurren en enero y las máximas en julio (Guajardo y col, 2008).
Debido a los factores que determinan el transporte y dispersión de los
contaminantes, la contaminación del aire producida en una región puede
tener efectos adversos sobre los lagos y bosques de otra región. Las grandes
ciudades rodeadas de una topografía compleja, como valles o cadenas
montañosas, a menudo experimentan altas concentraciones de
contaminantes del aire. Si bien poco puede hacerse para controlar las
fuerzas naturales que crean estos problemas, existen técnicas que ayudan a
dispersar los contaminantes. La manera más común de dispersar los
contaminantes del aire es a través de una chimenea.
Figura 2. Cuenca Atmosférica del Estado Zulia
1.2.4. Normativa Legal
Las normas son un instrumento muy poderoso no sólo por su
capacidad de regular y controlar los procesos productivos, sino
particularmente por su capacidad de inducir cambios de conducta e
internalizar costos ambientales, lo que las convierte en un mecanismo que
promueve cambios tecnológicos. Estimados recientes de la OMS indican que
más de 100 millones de personas en América Latina y el Caribe están
expuestos a niveles de contaminantes del aire en exteriores que exceden los
valores guía recomendados por la Organización Mundial de la Salud (OMS).
Esto no incluye a millones de personas expuestas a la contaminación del aire
en interiores debido a la quema de biomasa o de otras fuentes.
Existen definidos valores máximos aceptables para la concentración de
distintas sustancias, bajo los cuales no se observan efectos nocivos sobre la
salud humana, estos niveles constituyen las llamadas normas de calidad del
aire que fijan los máximos valores permisibles de concentración de
contaminantes con la finalidad de proteger la salud de la población en
general. En 1995, entran en vigencia las Normas sobre Calidad del Aire y
Control de la Contaminación Atmosférica en Venezuela Decreto N° 638,
donde se establecen límites de calidad de aire para algunos contaminantes
de la atmósfera aceptables para proteger la salud y el ambiente.
De igual forma La Organización Mundial de la Salud (OMS), la Agencia
de Protección Ambiental (EPA), la Comisión de la Comunidad Europea (EC) y
diferentes países han establecido normas sobre calidad del aire.
A los efectos de estas normas en Artículo 3° del referido decreto, se
establecen límites de calidad del aire para contaminantes de la atmósfera
(Tabla 3).
Tabla 3. Limites de calidad del aire y porcentaje de excedencias (Gaceta Oficial de la República Bolivariana de Venezuela Decreto 638, 1995).
Contaminante Límite (ug/m3)
Porcentaje
excedencia en
lapso de
muestreo
Período de medición
(horas)
1. Dióxido de azufre
80 50% 24
200 5% 24
250 2% 24
365 0.5% 24
2. Partículas totales
suspendidas
75 50% 24
150 5% 24
200 2% 24
260 0.5% 24
3. Monóxido de carbono 10.000 50% 8
40.000 0.5% 8
4. Dióxido de nitrógeno 100 50% 24
300 5% 24
5. Oxidantes totales
expresados como ozono 240 0.02% 1
6. Sulfuro de hidrógeno 20 0.5% 24
7. Plomo en partículas
suspendidas
1,5 50% 24
2 5% 24
8. Fluoruro de hidrógeno 10 2% 24
20 0.5% 24
9. Fluoruros 10 2% 24
20 0.5% 24
10. Cloruro de hidrógeno 200 2% 24
11. Cloruros 200 2% 24
El Decreto N° 638 de la norma venezolana, expresa en el artículo 5°
que se establece la siguiente clasificación de zonas de acuerdo con los
rangos de concentraciones de partículas totales suspendidas (PTS),
calculadas en base a promedios anuales (Tabla 4).
Tabla 4. Clasificación de zonas de acuerdo con las concentraciones de PTS
(Gaceta Oficial de la República Bolivariana de Venezuela Decreto 638, 1995).
Las zonas con niveles superiores a 300 µg/m3 serán objeto de la
implantación de medidas extraordinarias de mitigación.
Debido a que la normativa nacional no establece en sus estándares
limites para PM10, estos son comparados con normativas internacionales
como la agencia de protección ambiental EPA, la cual en 1987 sustituyó a las
anteriores partículas totales suspendidas PTS estándar de calidad del aire
con PM10 estándar. La nueva norma se centra en las partículas más
pequeñas que son probablemente las responsables de los efectos adversos
para la salud debido a su capacidad para llegar a las regiones bajas del
tracto respiratorio. El PM10 estándar incluye las partículas con un diámetro
de 10 micrómetros o menos (0,0004 pulgadas o una séptima parte del
grosor de un cabello humano). Según la norma la calidad del aire para las
PM10 es de 50 mg/m 3 (medido como media anual) y 150 mg/m 3 (medidos
como concentración diaria). Las principales preocupaciones para la salud
humana de la exposición a las PM10 son: efectos en la respiración y el
sistema respiratorio, daño del tejido pulmonar, cáncer y muerte prematura.
Ancianos, niños y personas con enfermedad pulmonar crónica, la gripe, o
asma, son especialmente sensibles a los efectos de partículas ácida de PM10
también puede dañar los materiales hechos por el hombre y es una causa
importante de reducción de la visibilidad en muchas partes de EE.UU.
Partículas
(µg/m3)
Zona
< 75 Aire Limpio
75-200 Aire moderadamente contaminado
201-300 Aire altamente contaminado
> 300 Aire muy contaminado
Tabla 5. Métodos de análisis de los contaminantes del aire. (Gaceta Oficial
de la República Bolivariana de Venezuela Decreto 638, 1995).
Contaminante Método de muestreo Período de medición Método analítico
Dióxido de azufre Absorción (manual) 1 hora a 24 horas
continuas Colorimetría (método de
la pararosanilina)
Absorción (manual) 1 hora a 24 horas
continuas Conductimetría (método
manual)
Absorción (manual) 1 hora a 24 horas
continuas Conductimetría (método
automático)
Instrumental (automático) 1 hora a 24 horas
continuas Fotometría de llama
(método automático)
Instrumental (automático) 1 hora a 24 horas
continuas Fluorescencia (método
automático)
Absorción (manual) 24 horas continuas Cromatografía Iónica
Partículas totales
suspendidas Gran volumen 24 horas continuas Gravimetría
Monóxido de
carbono Instrumental (automático) 1 hora u 8 horas continuas Espectrometría de
infrarrojo no dispersivo
(automático)
Instrumental (automático) 1 hora u 8 horas continuas Electroquímico (método
automático)
Dióxido de
nitrógeno Absorción (manual) 24 horas continuas Colorimetría (método
arsenito de sodio)
Instrumental automático 24 horas continuas Quimiluminiscencia
(método automático)
Oxidantes totales Absorción (manual) 1 hora continua Colorimetría (método del
Ioduro de potasio en
medio neutro)
1.2.5. Monitoreo de la calidad del aire
Las tres herramientas principales para evaluar la calidad del aire son:
• Monitoreo de calidad de aire.
• Modelos de dispersión atmosféricas.
• Inventarios o medición de emisiones.
La finalidad última del monitoreo no es simplemente recopilar datos
sino proporcionar la información necesaria para que los científicos, los
encargados de formular políticas y los planificadores tomen decisiones
fundamentadas sobre la gestión y mejoramiento del ambiente (Canelón R.
2007).
El monitoreo cumple un papel principal en este proceso, ya que brinda
la base científica necesaria y segura para el desarrollo de políticas y
estrategias, el establecimiento de objetivos y la medición del cumplimiento
de las metas y medidas coercitiva (Canelón R. 2007).
No obstante, debe reconocerse que el monitoreo tiene limitaciones. En
muchos casos la medición no basta o puede resultar poco práctica para
definir la exposición de la población de una ciudad o país. Ningún programa
de monitoreo, aunque esté bien fundamentado y diseñado, puede aspirar a
cuantificar de manera integral los patrones de contaminación del aire en el
espacio y en el tiempo. Como mucho, el monitoreo proporciona una figura
incompleta, aunque útil, de la calidad actual del ambiente. Por consiguiente,
generalmente se debe aplicar junto con otras técnicas objetivas de
evaluación, que incluyen la elaboración de modelos de simulación, la
medición e inventario de emisiones, la interpolación y el mapeo(Canelón R.
2007).
Del mismo modo, tampoco se puede confiar únicamente en la
elaboración de modelos de simulación. Si bien estos pueden ser una
herramienta poderosa para interpolar, predecir y optimizar las estrategias de
control, su calidad depende de la disponibilidad de datos confiables sobre las
emisiones. Un inventario completo para una determinada ciudad o país
puede requerir emisiones de fuentes puntuales, de área y móviles. En
algunos casos, se deben evaluar los contaminantes transportados al área en
estudio. También es importante que los modelos usados sean apropiados
para las condiciones, las fuentes y la topografía locales, y que sean
compatibles con la base de datos disponible sobre las emisiones y la
meteorología (Canelón R. 2007).
Las tres herramientas de evaluación son interdependientes en alcance
y aplicación. Por lo tanto, el monitoreo, los modelos de simulación y las
evaluaciones de las emisiones deben ser concebidos como componentes
interrelacionados en todo enfoque integral para evaluar la exposición o
determinar el cumplimiento de los criterios de calidad del aire. Por
consiguiente, para obtener una figura completa de la exposición de la
población, se tendrán que complementar los datos de monitoreo del
ambiente con información de reportes sobre la exposición en microambientes
y la exposición individual (Canelón R. 2007).
El primer paso para diseñar o implementar un sistema de monitoreo es
definir sus objetivos generales. Si se establecen objetivos de monitoreo
difusos, demasiado restrictivos o ambiciosos, los programas serán ineficaces
en función de los costos y sus datos serán poco útiles. Estas circunstancias
impedirán el uso óptimo del personal y de los recursos disponibles. Para que
se puedan definir objetivos apropiados en relación con la calidad de los
datos, estos deben ser claros, realistas y alcanzables. Asimismo, esto
permite un programa de aseguramiento de la calidad que esté destinado a
un público específico y que sea eficaz en función de los costos (Canelón R.
2007).
Al planificar un programa de monitoreo, se debe tomar en cuenta la
relación entre los datos recolectados y la información que se va a obtener de
ellos. Esta consideración enfatiza la necesidad de que los usuarios actuales y
potenciales intervengan en la planificación de los estudios, no solo para
garantizar que estos se adecúen a sus necesidades sino también para
justificar la asignación de los recursos. Cabe observar que normalmente las
redes de monitoreo se diseñan invariablemente para una diversidad de
funciones. Esto puede incluir el desarrollo de políticas y estrategias, la
planificación local o nacional, la medición según normas internacionales, la
identificación o cuantificación del riesgo y la concienciación del público. Por
consiguiente, todo estudio o red de monitoreo es diferente y está
determinado por una combinación única de aspectos y objetivos locales y
nacionales (Canelón R. 2007).
Asimismo, otro aspecto clave a tomar en cuenta al momento de
desarrollar un monitoreo es la disponibilidad de recursos, que se debe
abordar desde el inicio del proceso de diseño de una red. Por lo general, en
la práctica este es el principal determinante en el diseño de una red, que
ejercerá una fuerte influencia en la selección del número de sitios de
muestreo, de los contaminantes que se van a monitorear y del instrumental
(Canelón R. 2007).
Para el diseño de una red destinada a evaluar la exposición de la
población y el cumplimiento de las guías de salud, es necesario abordar una
serie de aspectos básicos:
¿Donde está la población?
¿Cuáles son las concentraciones a las que la población está expuesta?
¿Por cuánto tiempo?
¿En qué áreas o microambientes es importante la exposición?
En la práctica, el número y distribución de las estaciones de monitoreo
de calidad del aire que toda red requiere o los muestreadores necesarios en
un estudio también dependen del área de cobertura, de la variabilidad
espacial de los contaminantes que se van a medir y de la finalidad de uso de
los datos (Martínez y Romieu, 1997).
Asimismo, en un diseño de red, el número de sitios dependerá de:
el uso y los objetivos de los datos;
el área de cobertura;
la variabilidad espacial de los contaminantes;
la disponibilidad de recursos, y
los instrumentos utilizados.
Existen varios enfoques para diseñar una red y elegir los sitios de
muestreo. La evaluación de la exposición deberá enfocar con frecuencia
tanto los sitios de monitoreo orientados a la fuente (que muchas veces son
sinónimo del peor de los casos o de ambientes especialmente críticos) como
los sitios donde se miden las concentraciones de fondo, optimizados para
cuantificar la exposición general de la población. Por lo tanto, de acuerdo con
los contaminantes que se eva1úen, es probable que se requieran datos de
una gran variedad de tipos de lugares a fin de obtener un panorama global
de los patrones de exposición del ambiente.
Las consideraciones relativas a la ubicación de puntos de muestreo de
pequeña escala también son importantes para asegurar mediciones
significativas y representativas. Para evaluar las concentraciones de la línea
de base, los sitios de monitoreo se deben separar adecuadamente de las
fuentes locales de contaminantes (por ejemplo, rutas terrestres o pequeños
calderos) o sumideros. Por lo general, también son importantes la
aerodinámica de sondeo y la protección del sitio. Para garantizar un
muestreo representativo, es necesario que el aire fluya libremente alrededor
de la entrada de la toma de muestra.
Así mismo, se debe considerar:
Seguridad pública;
aspecto y estética del lugar (posible carácter intrusivo de la red);
seguridad, vandalismo;
acceso a las instalaciones y mantenimiento;
licencias para la planificación;
fuentes locales o sumideros, y espacio aerodinámico, protección.
1.2.5.1. Instrumentación para mediciones de Calidad del Aire.
Las capacidades de los métodos de monitoreo del aire y los recursos
que inevitablemente implican son factores decisivos para el diseño de la red.
En esta sección se revisan algunos de estos aspectos.
Los métodos de monitoreo del aire se pueden dividir en cuatro tipos
genéricos principales con diferentes costos y niveles de desempeño. Incluyen
muestreadores pasivos, activos, analizadores automáticos y sensores
remotos. A continuación se describen brevemente estas tecnologías.
a) Muestreadores pasivos.
Los muestreadores pasivos ofrecen un método simple y eficaz en
función de los costos para realizar el sondeo de la calidad del aire en una
determinada área. A través de la difusión molecular a un material absorbente
para contaminantes específicos, se recoge una muestra integrada durante un
determinado periodo (que generalmente varía entre una semana y un mes).
Los bajos costos por unidad permiten muestrear en varios puntos del área de
interés, lo cual sirve para identificar los lugares críticos donde hay una alta
concentración de contaminantes, como las vías principales o las fuentes de
emisión, y donde se deben realizar estudios más detallados. Son los más
económicos que se encuentran en el mercado, su costo oscila entre 10 y 70
US$ por muestra (Martínez y Romieu, 1997).
b) Muestreadores activos.
Las muestras de contaminantes se recolectan por medios físicos o
químicos para su posterior análisis en el laboratorio. Por lo general, se
bombea un volumen conocido de aire a través de un colector -como un filtro
o una solución química- durante un determinado periodo y luego se retira
para análisis. Hay una larga historia de mediciones con muestreadores en
muchas partes del mundo, lo que provee datos valiosos de línea de base
para análisis de tendencias y comparaciones. El costo de estos equipos es
superior al de los muestreadores pasivos, oscila entre 1000 y 3000 US$ c/u
(Martínez y Romieu, 1997).
c) Analizadores automáticos.
Los analizadores automáticos pueden proporcionar mediciones de alta
resolución (generalmente en promedios horarios o mejores) en un único
punto para varios contaminantes (SO2 NO2, CO y PTS), así como para otros
contaminantes importantes como los COV. La muestra se analiza en línea y
en tiempo real, generalmente a través de métodos electro-ópticos: absorción
de UV o IR; la fluorescencia y la quimio-luminiscencia son principios comunes
de detección.
Para asegurar la calidad de los datos de los analizadores automáticos,
es necesario contar con procedimientos adecuados para el mantenimiento, la
operación y el aseguramiento y control de calidad. Son costosos
(aproximadamente 10.000 US$ cada analizador) y requieren de
mantenimiento y personal capacitado para su operación (Martínez y Romieu,
1997).
d) Sensores remotos.
Los sensores remotos son instrumentos desarrollados recientemente
que usan técnicas espectroscópicas de larga trayectoria para medir las
concentraciones de varios contaminantes en tiempo real. Los datos se
obtienen mediante la integración entre un detector y una fuente de luz a lo
largo de una ruta determinada. Los sistemas de monitoreo de larga
trayectoria pueden cumplir un papel importante en diferentes situaciones de
monitoreo, principalmente cerca de las fuentes. Son los mas costosos del
mercado(Martínez y Romieu, 1997).
1.2.5.2. Muestreadores empleados en Calidad del Aire en Venezuela.
En Venezuela el monitoreo de calidad del aire se inicia a principios de
los años 80, como consecuencia de que se sospechaba que las
concentraciones de plomo en el aire se encontraban elevadas (por encima de
lo que establecía la OMS), siendo su principal fuente las gasolinas que
contenían como antidetonante tetra etilo de plomo.
Así mismo, como medidas de control establecidas por los parques
industriales más grandes del país (industria petrolera y minera) se inician los
monitoreos de calidad del aire a mediados de la década de los 90 por estas
grandes fuentes emisoras.
Los equipos empleados por los diferentes organismos que cuentan con
redes de monitoreo de calidad del aire en Venezuela, se listan a
continuación, y se observan en las Figuras de la 3 a la 6.
a) Detectores de Alto Volumen para el muestreo de Partículas en el
Aire de tamaños de PM-10 y PTS.
b) Detección de Partículas por bajo flujo, para el muestreo manual o
detección automática de PM-2.5, PM-10 y PTS.
c) Detección de gases con muestreo manual a través de
burbujeadores o recolección de muestras en Bolsas de Tedlar
para su análisis en el Laboratorio
d) Detección de gases por análisis automático, a través de
instrumentos especializados para la detección de los diferentes
gases: SO2, NO, NO2, NOx, CO, H2S, NH3, O3, Total
Hidrocarburos, COV, N2O, entre otros.
e) Cromatografía portátil y fija de gases, en particular de Metanos,
BTEX y VOC.
Figura 3. Muestreador de partículas totales, tipo alto volumen tipo High.
Figura 4. Muestreador de 3 gases, tipo three-gas sampler, para muestreo de
NO2, SO2, NH3
Figura 5. Muestreador de bajo volumen, tipo PARTISOL, para captación de PM10 y PM2.5
Figura 6. Estaciones Automáticas de monitoreo de Calidad del Aire
1.3. Estimación de Emisiones.
Fuente de emisión es toda actividad, proceso u operación, realizada por
los seres humanos, o con su intervención, susceptible de emitir
contaminantes al aire.
Las denominadas fuentes fijas son todas aquellas situadas en un lugar
determinado e inamovible, aún cuando la descarga de contaminantes se
produzca en forma dispersa. Dichas fuentes fijas pueden ser puntuales
(aquella que emite contaminantes al aire por ductos o chimeneas) o
dispersas (cuando los focos de emisión de una fuente fija se dispersan en un
área, por razón del desplazamiento de la acción causante de la emisión,
como en el caso de las quemas abiertas controladas en zonas rurales o las
emisiones fugitivas o dispersas de contaminantes por actividades de
explotación minera a cielo abierto). Las fuentes puntuales incluyen entre
otros a los siguientes sectores industriales: químico petrolero y petroquímico,
de pinturas y tintas, de automóviles, de la celulosa y papel, del hierro y el
acero, del vidrio, de la generación de electricidad, del asbesto, del cemento y
la cal así como del tratamiento de residuos peligrosos. Además de las plantas
localizadas en zonas industriales y las fuentes que afecten el equilibrio
ecológico de una zona o país (ICLAM, 2010).
1.3.1. Metodologías básicas de estimación de emisiones.
A nivel mundial existen diversas entidades que se encargan de
determinar los métodos de medición de emisiones contaminantes en fuentes
fijas, entre los que sobresalen la Agencia de Protección Ambiental de los
Estados Unidos (EPA), el Comité Europeo de Normalización (CEN) y la
Organización Internacional de Estandarización (ISO).
Sin embargo, la mayor parte de los países que cuentan con
reglamentación para fuentes fijas utilizan los siguientes métodos propuestos
por la EPA para determinar las emisiones contaminantes:
• Muestreo en la fuente
• Factores de emisión
• Balance de masa
• Modelos de emisión
1.3.1.1. Factores de emisión.
Un factor de emisión es una relación entre la cantidad de contaminante
emitido a la atmósfera con una unidad de actividad asociada a dicha emisión,
como por ejemplo la cantidad de material procesado o la cantidad de
combustible usado.
En este caso la emisión se obtiene multiplicando el factor de emisión dado
por la cantidad de material o combustible procesado:
E = A x F x (1 - ER/100) (1.1)
Donde:
E = Estimado de emisión para la fuente (a nivel de proceso)
A = Nivel de actividad (por ejemplo material producido)
F = Factor de emisiones controladas (por ejemplo, Kg de contaminantes
emitidos/t de material procesado)
Si el factor de emisión fue desarrollado sin considerar la operación de un
equipo de control, entonces se incorpora el término de efectividad del
sistema de control (1-ER/100); por lo tanto, la ecuación queda así:
Donde:
E = A X F (1.2)
E = Estimado de emisión para la fuente (a nivel de proceso)
A = Nivel de actividad (por ejemplo, material producido)
F = Factor de emisiones no controladas (por ejemplo lb de contaminantes
emitidas/t de material procesado)
ER = Eficiencia general en la reducción de emisiones totales, expresada en
porcentaje, que es igual a la eficiencia del equipo de captura, multiplicada
por la eficiencia del equipo de control.
Si no hay un equipo de control, entonces, ER =0.
La EPA realizó una recopilación de factores de emisión para contaminantes
criterio denominada AP-42.
Información necesaria para evaluar factores de emisión.
a) Identificación de las fuentes de emisión: Es necesario realizar
una descripción de las fuentes de emisión teniendo en cuenta las
variables que afectan la emisión.
b) Nivel de actividad: Es una medida del nivel real del tamaño o
nivel real del establecimiento industrial, que se utiliza para
afectar el factor de emisión para fuentes que no están
controladas. Para fuentes de emisión de procesos industriales,
corresponde a la tasa de producción (por ejemplo: masa de
producto por unidad de tiempo). En fuentes de área que
involucran procesos continuos o por lotes, es la cantidad de
material transferido.
Para otras categorías puede ser el área superficial que se puede alterar
por fuerzas mecánicas o el viento. Si se tiene un sistema de control de
emisión, el factor de emisión debe afectarse por el término adicional que
refleja la fracción de control.
Para la estimación de las emisiones se debe realizar una breve descripción
del factor de emisión utilizado, la fuente, y los requerimientos del mismo
para su utilización.
Los cálculos por factores de emisión se dividen en dos tipos: por
combustión y por proceso.
1) Cálculo de emisiones por combustión
La información para estimar las emisiones por combustión de una industria
en particular consiste en determinar la capacidad del equipo de combustión,
el consumo y tipo de combustible utilizado, sistema de control de emisiones
y horarios de operación.
2) Cálculo de emisiones por proceso
Se debe analizar cada equipo u operación para cada etapa del proceso
e identificar los factores de emisión adecuados por medio de una revisión de
la información proporcionada por la empresa y el tipo de actividad de la
misma También si cuenta con equipos de control, y en este caso tener
información de su grado de eficiencia.
En muchos países se han realizado múltiples estudios para determinar
las tasas de emisión promedio de diferentes procesos que son fuentes de
emisiones. Puesto que con frecuencia no se requiere ni es económicamente
factible hacer un muestreo en cada fuente de emisión, se usan los resultados
de muestreos de «fuentes representativas» para desarrollar factores de
emisión, los cuales se expresan como unidades de masa de contaminante
emitido por unidad de proceso. Entre las unidades de proceso más comunes
se encuentran el consumo de energía, el consumo de materia prima, las
unidades de producción, el calendario de operación, o el número de
dispositivos ó las características de éstos.
1.4 Modelos de dispersión
Un modelo de dispersión atmosférico, constituye una representación de
los procesos de transporte y difusión que se presentan en la atmósfera y por
ello son conocidos como modelos de simulación o de pronostico; es decir,
proporcionan un modelo para pronosticar en qué grado afectarían ciertos
contaminantes atmosféricos emitidos por fuente o grupo de fuentes, a la
calidad de aire a diferentes distancias de la fuente o grupos de fuentes.
Estos modelos pueden ser usados para cumplir objetivos como:
desarrollo de estrategias de control, evaluación de impacto ambiental,
selección del sitio apropiado para ubicar estaciones de muestreo, estudio de
diseño de chimeneas, análisis de la tendencia de calidad del aire y otros.
1.4.1. Distribución Gaussiana o normal
Se han desarrollado muchos modelos para estimar la concentración de
contaminantes gaseosos viento abajo desde una fuente puntual. Aunque
algunos posiblemente se aproximen a la situación real, usualmente un
numero de suposiciones simplificadoras son necesarias en cualquier caso
para obtener una solución matemática manejable. De lo anterior resulta que
todas estas teorías tienden a llegar a la misma función de distribución para la
concentración del contaminante, que es la distribución Gaussiana.
Para entender el significado de este tipo de función de distribución en
el contexto de la contaminación del aire, es relevante decir; que una variable
x esta normalmente distribuida si la función de densidad f(x) satisface la
relación:
2
2
2/12
exp2
1)(
xxf
(1.3)
Donde μ es cualquier número real y σ es cualquier número real con un
valor mayor que cero. La variable σ se conoce como la desviación estándar.
El valor de f(x) es la altura por encima del eje horizontal. El valor μ establece
la situación del valor máximo de f(x) sobre el eje x, y la curva es simétrica
con respecto a la posición de μ. Cuando μ = 0, la curva es simétrica
alrededor del eje x = 0. Estas ecuaciones de dispersión tomaran la forma de
una doble distribución Gaussiana. Una doble distribución Gaussiana en dos
direcciones de coordenadas, como y y z, es decir, el producto de las
distribuciones Gaussianas sencillas en cada una de las direcciones de las
coordenadas, así:
2
z
2
z
2
y
2
y
zy 2
z
2
yexp
2
1)z,y(f
(1.4)
1.4.2 Modelo de dispersión Gaussiana.
Un modelo matemático de dispersión debe tratar de simular el
comportamiento de una pluma emitida desde una fuente a nivel del suelo o a
la altura de la chimenea. Para fuentes puntuales tales como una chimenea,
una apariencia general de la pluma puede ser representado por el esquema
de la Figura 7. Aunque la pluma se origina a una altura hs, se eleva a una
altura adicional h , debido al empuje de los gases calientes saliendo con una
velocidad Vs de la chimenea.
Por lo tanto, y con fines prácticos, la pluma aparece como si se
originara en una fuente puntual a una altura equivalente la de chimenea,
hs + h . Dicho punto de origen queda también algo hacia atrás de la línea de
centro de la posición de la chimenea para X = 0. Un posible modelo de la
situación física mostrado en la Figura 7 es basado en la dispersión de la
masa del contaminante en las direcciones x, y, z, según un elemento fluido
es arrastrado por el viento en la dirección X con una velocidad de viento μ
(Turner, 1994).
1.4.2.1. Emisiones continuas
Las emisiones de contaminantes en masa por unidad de tiempo desde
una fuente puntual ocurre en forma continua y la tasa de estas emisiones no
varía con el tiempo.
1.4.2.2. Conservación de masas
Durante el transporte de contaminantes desde una fuente hacia un
receptor, la masa que es emitida desde la fuente es asumida que permanece
en la atmósfera. Ningún material es removido por reacciones químicas ni por
pérdidas por reacciones en la superficie del suelo, sedimentación
gravitacional, o impactación turbulenta. Se asume que cualquier poluente
liberado es dispersado a la superficie de la tierra por remolinos turbulentos y
esto es de nuevo dispersado desde la superficie de la tierra a otro
subsiguiente remolino turbulento. Esto es conocido como efecto de reflexión.
1.4.2.3. Condiciones de estado estacionario
Las condiciones meteorológicas se asumen que persisten constantes con
el tiempo de transporte (tiempo de viaje) desde la fuente al receptor. Es muy
fácil satisfacer esta suposición estrechamente en receptores bajo condiciones
usuales. Sin embargo, para condiciones de vientos ligeros o receptores a
grandes distancias, esta suposición no puede ser satisfecha.
1.4.2.4. Distribución vertical y transversal de las concentraciones
Se asume que en el tiempo promedio (sobre una hora), el perfil de la
concentración a cualquier distancia en la dirección transversal (perpendicular
a la línea de trasporte) son representadas por una distribución Gaussiana o
Normal y similarmente, el perfil de la concentración en la dirección vertical
(también perpendicular a la línea de transporte de la pluma) es también
representada por una distribución Gaussiana o Normal.
Figura 7. Sistema de coordenadas en la distribución Gaussiana en los ejes
Horizontales y verticales.
1.4.3. Fuentes puntuales al nivel del suelo
La concentración del gas C viento abajo, en el (X, Y, Z) desde una
fuente puntual al nivel del suelo esta dada por la ecuación general:
2
2
2
2
*2exp*
*2exp*
***ZYYZ
XYZ
ZYQC
(1.5)
Donde:
CXYZ = Concentración del contaminante, μg/m3
Q = Tasa de emisión de contaminante, μg/s
µ = Velocidad del viento en el punto de liberación, m/s
σY = Desviación estándar en la distribución de concentración en la
dirección transversal, m, a una distancia X viento debajo de la fuente.
σZ = Desviación estándar en la distribución de la concentración en la
dirección vertical, m, a una distancia X viento debajo de la fuente.
= Constante matemática (pi) = 3.14159
exp = Base del logaritmo natural.
Z = Altura desde el suelo, m.
X = Distancia viento abajo a lo largo de la línea central de la pluma, m.
Y =Distancia transversal desde la línea central de la pluma, m.
Esta ecuación puede simplificarse si sólo es necesitada la concentración
de los poluentes a lo largo de la línea central de la pluma. En este caso,
y = 0, y las ecuaciones la siguiente:
2
2
,0,*2
exp****
ZYZ
ZX
ZQC
(1.6)
La ecuación 3.4 también puede ser simplificada si se quiere la
concentración a lo largo de la línea central y al nivel del suelo desde una
fuente puntual también al nivel del suelo:
YZ
X
QC
***0,0, (1.7)
1.4.4 Fuente puntual a una altura h por encima del suelo con reflexión
La concentración del gas, en el punto (X, Y, Z) desde una emisión
continua a la altura efectiva H = h + Δh, sin reflexión esta dada por la
ecuación siguiente:
2
2
2
2
),,,(*2
)(
*2exp*
****2ZYZY
HZYX
HZYQC
(1.8)
La restricción “sin reflexión” es extremadamente importante. La
ecuación anterior constituye una expresión adecuada para la concentración
en la dirección del viento, hasta llegar a un punto en la dirección y posición
de X donde sea significativa la concentración al nivel del suelo (Z = 0).
Tendría lugar entonces una apreciable “reflexión” del contaminante gaseoso,
al difundirse regresivamente en la atmósfera desde el nivel del suelo. En un
modelo de este tipo, se supone que la superficie terrestre no es sumidero
para un contaminante. La reflexión del suelo puede ser modelada por una
imagen virtual a una distancia –H, por debajo de la superficie de la tierra; en
el área más allá desde la posición donde la pluma toca el suelo, la
concentración aumentará sobre la suministrada normalmente por la fuente.
Esta concentración aumentada se determina matemáticamente
sumando dos ecuaciones como la ecuación 1.9. Sin embargo, una de las
ecuaciones contiene el término (Z + H), en vez del término (Z – H).
Esto da por resultado, que la ecuación de concentración para una
fuente elevada con reflexión tome la forma:
2
2
2
2
2
2
),,,(*2
)(exp*
*2
)(exp*
*2exp*
****2ZZYZY
HZYX
HZHZYQC
(1.9)
Para concentraciones calculadas a nivel del suelo, Z = 0, la ecuación
anterior se simplifica de la siguiente manera:
2
2
2
2
),,(*2
exp**2
exp*****2
ZYZY
HYX
HYQC
(1.10)
Cuando la concentración es calculada a lo largo de la línea central de la
pluma, Y = 0, al nivel del suelo, Z = 0, la ecuación anterior se reduce a:
2
2
),(*2
exp*****2
ZZY
HX
HQC
(1.11)
1.4.4. Clase de estabilidad de Pasquill.
Pasquill (1961), introduce un método de estimación de la estabilidad
atmosférica incorporando consideraciones de turbulencia mecánica velocidad
del viento y térmica (insolación y nubosidad). La mejor forma de éste
método es citada por Turner (1994) y es presentada en la Tabla 6.
Nota:
1. La insolación fuerte corresponde a un mediodía de verano en
Inglaterra; la insolación ligera a similares condiciones pero en invierno.
Tabla 6. Clave para la clase de estabilidad de Pasquill (Turner,
1.994).
Velocidad Del
Viento a
10m, m/s
Insolación Nubosidad (noche)
Fuerte Moderada Ligera Poco Nublado
O >4/8 de
Nubes
3/8
de Nubes
<2 A A – B B --- ---
2 – 3 A - B B C E F
3 – 5 B B – C C D E
5 – 6 C C – D D D D
>6 C D D D D
2. La noche se refiere al periodo comprendido entre una hora antes a la
puesta del sol a una hora después del amanecer.
3. La categoría neutral D debería también ser usada indiferentemente de
la velocidad del viento, para condiciones de nubosidad durante el día o
la noche y para cualquier condición del cielo durante la hora precedente
o siguiente de la noche.
La turbulencia mecánica es considerada por la inclusión de la velocidad
del viento en la superficie (a 10m por encima de la superficie). La generación
positiva de la turbulencia térmica es considerada a través de la insolación
(arribo de las radiaciones solares). La generación negativa de la turbulencia
térmica es considerada a través de la noche cubierta de nubes. A menor
nubosidad en la atmósfera mayor es la cantidad de calor que escapa de la
superficie en forma de radiaciones infrarrojas. Las altas velocidades o
nubosidad total pueden clasificarse como condición neutral o clase de
estabilidad D. Las condiciones inestables son: Fuertemente inestable A,
Moderadamente inestable B; y Ligeramente inestable C. Las condiciones
estables es: Ligeramente estable E; y Moderadamente estable F.
1.4.5. Descripción de los modelos de dispersión atmosférica
1.4.5.1 Parámetros de dispersión de Pasquill-Gifford
Pasquill sugirió que para estimar la dispersión se podría medir las
fluctuaciones verticales y horizontales del viento. Si no son medidas estas
fluctuaciones, otro método es presentado por Pasquill . Esto consistía en
medir la extensión angular de la pluma a dos distancias viento debajo de la
fuente, para diferentes estabilidades, y una presentación gráfica de la altura
de la pluma, también a varias distancias viento abajo para diferentes
estabilidades, estas consideraciones de sirvieron a Pasquill para desarrollar
ecuaciones y gráficas para calcular el valor de estos parámetros. Desde
luego, se asume una distribución Gaussiana en los ejes vertical y horizontal
Las siguientes ecuaciones (1.12) y (1.13) son utilizadas para estimar
los parámetros de dispersión vertical y horizontal de Pasquill-Gifford, son
considerados aplicables a condiciones rurales:
y =
15.2
29569.571000
TTanx
(1.12)
donde:
y = Parámetro de dispersión horizontal.
x = Distancia a favor del viento en Km.
T = Determinada para cada estabilidad como función de x (ver Tabla 7).
z = a xb (1.13)
donde:
z = Parámetro de dispersión vertical.
x = Distancia a favor del viento en Km.
a y b = Determinada para cada estabilidad como función de x (ver Tabla 8)
Tabla 7. Parámetro T de Pasquill Gifford
Estabilidad Ecuación para T
A T=24,167-2.5334*LN(X)
B T=18,333-1;8096*LN(X)
C T=12,5-1,0857*LN(X)
D T=8,3333-0,72382*LN(X)
E T=6,2500-0;54287*LN(X)
F T=4,1667-0,36191*LN(X)
Esta correlación fue basada sobre las siguientes restricciones:
1. La estimación de la concentración usada para estos términos
corresponde a un tiempo de muestreo de 10 min.
2. Las desviaciones verticales y horizontales son validas para una
superficie áspera de 3 cm.
3. Las estimaciones de las concentraciones representan pocos cientos de
metros de atmósfera.
1.4.5.2. Parámetros de dispersión rural y urbano de Briggs.
Briggs, después de muchos estudios experimentales, sugirió que las
ecuaciones dadas en la Tabla 9 están clasificadas para condiciones urbanas y
rurales, según la clase de estabilidad de Pasquill y la distancia viento abajo
(X). Donde X se expresa en metros para un rango de distancias entre 100 y
1000 metros.
1.4.5.3. Altura efectiva de la chimenea.
En cualquier consideración de concentración viento abajo desde una
fuente, es deseable estimar la altura efectiva de la chimenea, H. La altura
efectiva de la chimenea se define como la altura física sobre el piso más la
ascensión de la pluma. Desde el punto de vista del control de la
contaminación atmosférica, la altura efectiva es más importante que la altura
física de la misma. La ascensión de la pluma se debe a efectos de impulsión
y de flotabilidad.
Hay cierto factores que afectan la elevación de pluma, conforme la
pluma se eleva del tope de la chimenea se enfría debido a su aire frío. La
elevación de la pluma esta controlada por tres factores:
Parámetros del proyecto de ingeniería de la chimenea:
Temperatura, diámetros, caudal, velocidad, y se puede incluir la altura
física.
Condiciones ambientales:
Velocidad del viento y estabilidad. También reviste importancia la
dirección del viento, la intensidad de la radiación solar y tipo de nubosidad.
Tabla 8. Parámetros a y b de Pasquill Gifford
Estabilidad Distancia (Km.) a b z(m) A >3,11 .................
....
.................
.....
5000 m A 0,50 a 3,11 453,85 2,1166 ................
..... A 0,40 a 0,50 346,75 1,7283 ................
...... A 0,30 a 0,40 258,89 1,4094 ................
...... A 0,25 a 0,30 217,41 1,2644 ................
..... A 0,20 a 0,25 179,52 1,1262 ................
...... A 0,15 a 0,20 170,22 1,0932 ................
..... A 0,10 a 0,15 158,08 1,0542 ................
.... A <0,1 122,8 0,9447 ................
...... B >35 .................
....
.................
.....
5000 m B 0,40 a 35 109,3 1,0971 ................
........ B 0,20 a 0,40 98,483 0,98332 ................
...... B <0,20 90,673 0,93332 ................
...... C Todo X 61,141 0,91435 ................
........ D >30 44,053 0,51179 ................
...... D 10 a 30 36,053 0,56589 ................
...... D 3 a 10 33,504 0,60486 ................
....... D 1 a 3 32,093 0,64403 ................
...... D 0,3 a 1 32,093 0,8166 ................
........ D <0,3 34,459 0,86974 ................
....... E >0,40 47,168 0,29592 ................
....... E 20 a 40 35,42 0,37615 ................
....... E 10 a 20 26,97 0,46713 ................
........ E 4 a 10 24,703 0,50527 ................
....... E 2 a 4 22,534 0,57154 ................
....... E 1 a 2 21,628 0,63077 ................
....... E 0,3 a 1 21,628 0,7566 ................
........ E 0,1 a 0,3 23,331 0,81956 ................
.. E <0,1 24,96 0,8366 ................
....... F >60 34,219 0,21716 ................
...... F 30 a 60 27,074 0,27436 ................
..... F 15 a 60 22,651 0,32681 ................
...... F 7 a 15 17,836 0,415 ................
....... F 3 a 7 16,187 0,4649 ................
........ F 2 a 3 14,823 0,54503 ................
........ F 1 a 2 13,953 0,63227 ................
...... F 0,7 a 1 13,953 0,68465 ................
.... F 0,2 a 0,7 14,457 0,78407 ................
........ F <0,2 15,209 0.81558 ................
....
Tabla 9. Parámetros de dispersión rurales y urbanos de Briggs
clase de
estabilidad
σy(m)
condiciones rurales
σz(m)
condiciones rurales
pasquill
A 0.22*X*(1+0.0001*X)-0.5 0.20*X
B 0.16*X(1+0.0001*X)-0.5 0.12*X
C 0.11*X*(1+0.0001*X)-0.5 0.08*X*(1+0.0002*X)-0.5
D 0.08*X*(1+0.0001*X)-0.5 0.06*X*(1+0.0015*)-0.5
E 0.06*X*(1+0.0001*X)-0.5 0.03*X*(1+0.0003*X)-1
F 0.04*X 0.016*X*(1+0.0003*X)-1
condiciones urbanas
condiciones urbanas
A-B 0.32*X*(1+0.0004*X)-0.5 0.24*X*(1+.001*X)-0.5
C 0.22*X*(1+0.0004*X)-0.5 0.2*X
D 0.16*X*(1+0.0004*X)-0.5 0.14*X*(1+0.0003*X)-0.5
E-F 0.11*X*(1+0.0004*X)-0.5 0.08*X*(1+0.0015*X)-0.5
Se pueden dar unas conclusiones generales, como por ejemplo:
1.- Cuanta más alta es la temperatura de los gases mayor es la elevación
de pluma.
2.- Cuanto mayor es la fuerza de la fuente mayor es la elevación.
3.- Las velocidades altas del viento reducen la elevación.
Los efectos que causa la impulsión se deben que cuando los gases se
emiten verticalmente desde una chimenea ascienden parcialmente debido a
su impulso.
La ascensión atribuible a los efectos de la impulsión dependen de:
- La tasa de másica de los gases.
- La velocidad de los gases de escape.
- La velocidad del viento.
La diferencia de densidades entre los gases de escape, y la atmósfera los
hace ascender. Esta diferencia de densidades se atribuye a la temperatura de
los gases de escape o a su composición. Conforme la elevación de pluma
continua ascendiendo, se vuelve diluida con la atmósfera y asciende
progresivamente más lento.
Una de las fórmulas más empleadas para el cálculo de esta elevación
es la de Holland (DeNevers, 1995):
Δh = Φchim Uhumo 1.4 Ts-Tamb (1.14)
Uw Ts
Donde:
Δh: la elevación de la pluma por encima de la fuente emisora (m)
Φchim: el diámetro interior del conducto de emisión (m)
Uhumo: velocidad del humo o de salida de gases en la chimenea (m/s)
Uw: la velocidad media del viento (m/s)
Ts: la temperatura del contaminante (K)
Ta: la temperatura ambiente atmosférica (K).
Los valores de Δh obtenidos con esta fórmula deben corregirse
mediante la Tabla 10, multiplicando por un factor, establecido por Pasquill-
Gifford-Turner (Turner, 1970), que es función de las condiciones
meteorológicas, que se describen más adelante.
Tabla 10. Factores de corrección de Δh. Fuente (Turner, 1994)
Categorías de Factor de corrección
estabilidad aplicado a Δh
A-B 1,15
C 1,1
D 1,00
E-F 0,85
La velocidad del viento se mide normalmente a 10 metros de altura.
Esta velocidad, a niveles más bajos de 10 metros, se ve reducida
notablemente debido a los efectos de rozamiento. Para niveles distintos de
este valor, la velocidad del viento debe corregirse según la relación (Arya,
1995):
PZ
U
Uw
1010
(1.15)
Uw: velocidad del viento a la altura de la fuente emisora (m/s),
U10: la velocidad del viento a la altura de 10 m (m/s)
Z: la altura de la fuente emisora (m)
p: coeficiente exponencial.
Los valores de p son función de la estabilidad atmosférica y la
rugosidad del suelo. En la tabla 11 se presentan tales valores.
Tabla 11. Coeficientes de corrección de la velocidad del viento. Fuente
(Turner, 1994)
Estabilidad Coeficiente exponencial atmosférico p
Urbano Rural
A 0.15 0.07
B 0.15 0.07
C 0.2 0.10
D 0.25 0.15
E 0.4 0.35
F 0.6 0.55
Para el cálculo de las velocidades de salida de los gases de chimeneas
estimados mediante la siguiente expresión, que es válida para todo tipo de
Calderas y quemadores (Teho Y Torremblanza ,2003)
CC= V.d2.Π. (273+ T0/298) /( Ae.EA/100+G.Sec) (1.16)
4
V: velocidad de salida de los gases
Tº: Temperatura de salida
D: diámetro interno (d)
C.C: consumo de combustible
EA: Porcentaje de Exceso de Aire
Ae: Aire estequiométrico
G.sec: Gas seco
Los valores de de EA, Ae y G.sec están tabulados y normados cada
tipo de combustible que utiliza caldera y quemadores. De esta manera, los
valores utilizados para este caso y según tipo de combustible son los
siguientes:
Tabla 12. Valores de aire seco para diferentes combustibles
Combustible Ae
(m3N/kg)
G.sec
(m3N/kg)
EA
(%)
Gas Natural 14,12 12,71 5
Gas de Ciudad 3,66 3,62 5
Gas Licuado 13,38 12,22 5
Petróleo No 2 12,20 11,40 20
Petróleo No 5 11,54 10,89 40
Petróleo No 6 11,90 11,16 50
Kerosene 12,29 11,46 20
Leña 4,42 4,41 150
Carbón Bituminoso 8,26 8,02 100
Fuente: SESMA
La velocidad de salida de los gases V (Uhumo):
V= C.C.( Ae.EA/100+G.sec)/((273+T°)/298).Π.d2/4) (1.17)
CAPITULLO II
DISEÑO DE REDES DE MONITOREO DE CALIDAD DEL AIRE
2.1 Procedimiento de diseño básico de una red de monitoreo de calidad del
aire
Se conoce como red de monitoreo de calidad de aire (RMCA) al
conjunto de estaciones de muestreo, generalmente fijas y continuas, que se
establecen para medir los parámetros ambientales necesarios para cumplir
con los objetivos fijados y que cubren toda la extensión de un área
determinada. Compara regularmente, concentraciones locales de parámetros
ambientales con estándares de calidad del aire y las redes establecidas para
vigilancia de alertas ambientales permiten implementar acciones en
situaciones de emergencia (Martínez y Romieu, 1997).
Debido a que las decisiones que se tienen que tomar para el diseño de
una red de monitoreo dependen fundamentalmente de los objetivos de
monitoreo, no existen reglas fijas y sencillas. Sin embargo, en la práctica el
número y distribución de las estaciones de monitoreo de calidad de aire
requeridas en cualquier red, dependen del área a cubrir, de la variabilidad
espacial de los contaminantes que van a ser medidos y del requerimiento de
datos que se necesitará utilizar. Si el factor importante es la identificación o
cuantificación de los daños en la salud asociados con los contaminantes
atmosféricos, el diseño de la red deberá enfocarse a este objetivo y
considerar la necesidad y el uso de estudios epidemiológicos. Por lo que se
requerirán, según sea el objetivo, enfoques específicos en cuanto a los sitios
de muestreo y a los contaminantes que se van a muestrear (Martínez y
Romieu, 1997).
Las redes nacionales sirven para una variedad de funciones y son
frecuentemente el caso de programas de mediciones de múltiples
contaminantes. Por otro lado, también se pueden optimar las redes
usándolas para estudios específicos, como la estimación de la exposición del
ecosistema o la determinación de congruencia con los requerimientos legales
para contaminantes individuales. En general estas mediciones ofrecen
ventajas financieras y logísticas, pero no todas las funciones de las redes, ni
todas las redes se pueden optimar. Actualmente existen dos enfoques en el
diseño de redes, que se usan desde ciudades hasta escalas a nivel nacional.
El primer enfoque utiliza un patrón de localización basado en una cuadrícula
espacial en donde se muestra información detallada en cuanto a la
variabilidad espacial y patrones resultados de la exposición de
contaminantes.
Mientras que el segundo, involucra la ubicación de estaciones de
monitoreo o sitios de muestreo en lugares representativos, seleccionados
cuidadosamente, con base en requerimientos de uso de los datos y patrones
conocidos de emisión y dispersión de los contaminantes en estudio. Este
último enfoque requiere de un número menor de sitios de monitoreo, por lo
que es más barato de aplicar. De cualquier manera, los sitios deberán ser
seleccionados con base en datos confiables o estudios piloto previos para
asegurar que los datos medidos sean significativos.
El diseño de una red de monitoreo está directamente relacionado con la
determinación del número y distribución de los sitios de monitoreo y de su
frecuencia de muestreo, en caso de no usar monitores continuos. Como ya
se indicó, depende fundamentalmente de sus objetivos de monitoreo y de la
variabilidad de los contaminantes.
La labor de diseño de una RMCA debe llevarse a cabo en dos fases, una
inicial de diagnostico y una final de elaboración del diseño propiamente
dicho. A continuación, se describen cada una de estas dos fases.
2.1.1 Fase de diagnostico inicial
En esta primera fase, un grupo técnico interdisciplinario designado por
la corporación o la autoridad ambiental competente debe establecer las
causas de la contaminación del aire en la zona de interés, evaluar su impacto
en la sociedad es decir, realizar un diagnostico de línea base y determinar en
ultimas si la ciudad o región bajo estudio necesita Un programa de vigilancia
y evaluación de la calidad del aire (OMS, 2001).
En este estudio se deberán efectuar las siguientes acciones:
a) Caracterizar la geografía y el clima de la zona de interés, la
industria y el transporte, la población y el desarrollo urbano. En
particular, se deberá incluir una descripción de los siguientes
puntos:
Geografía y clima.
Límites geográficos;
Condiciones topográficas y climáticas;
Estudio micrometeorólógico y/o meteorológico preliminar
Establece los aspectos más relevantes para identificar la dispersión de
contaminantes en la atmosfera en la zona de estudio y en la medida de lo
posible, el comportamiento de la atmosfera superficial y superior. La
resolución temporal y espacial dependerá del área de influencia de la red.
Como mínimo se deberá reunir información acerca del comportamiento de
los vientos (dirección y velocidad – rosa de vientos). Otros datos importantes
son temperatura, presión, humedad relativa y radiación solar.
Con estos datos mínimos se deben determinar predominancias en
velocidad y dirección del viento con miras a establecer la dirección
consecuente de los contaminantes y su grado de dispersión en la atmosfera.
Por otra parte es importante el análisis de la pluviometría de la zona con
fines de Determinar o acercarse a las implicaciones de la remoción húmeda
en la zona (lavado atmosférico). La combinación de otros aspectos como
perfiles atmosféricos, nubosidad y datos de superficie como temperatura,
radiación solar y velocidad del viento deben llevar a la estimación de la
estabilidad atmosférica (Tabla 6).
Como parte de este estudio se deben determinar como mínimo los
siguientes aspectos:
Tendencias de vientos anuales durante los últimos anos
(preferiblemente entre 5 y 10 años como mínimo de la serie
multianual)
Rosa de vientos diurna y nocturna
Variaciones mensuales de la rosa de vientos
Determinar si en el área de estudio existen varias condiciones
micrometerologicas de vientos
Tendencias de precipitación durante los últimos anos (preferiblemente
entre 5 y 10 anos)
Identificación de épocas secas y húmedas
Comportamiento de la atmósfera superficial y superior
Número y tipo de industrias
b) Caracterizar las emisiones a la atmósfera de los contaminantes
incluidos en las normas nacionales de calidad del aire, a través de la
recopilación, revisión y síntesis de los inventarios de emisiones y
estudios existentes. En el caso de que estos inventarios y estudios
no estén disponibles o que la información sea incompleta, se deberá
elaborar un inventario de emisiones mediante métodos rápidos y
sencillos de evaluar como encuestas o pequeñas campañas de
vigilancia. En particular, la caracterización de las fuentes de
contaminación debe incluir los siguientes aspectos:
Emisiones provenientes de fuentes fijas.
Estas fuentes se dividen en fuentes puntuales y de área. Las fuentes de
área son de gran magnitud y se les considera en conjunto como las refinerías
y las plantas termoeléctricas. Las fuentes de puntuales son de menor
magnitud y se les considera en forma individual, como las chimeneas de
hornos y calderas.
c) Evaluar la distribución espacial y temporal de las concentraciones de
los contaminantes incluidos en las normas nacionales de calidad del
aire a través de la recopilación, análisis e interpretación de los datos
existentes. En caso de que esta información no esté disponible o sea
incompleta, es recomendable realizar campañas de vigilancia
preliminares. La descripción de la calidad del aire en la zona de
interés deberá incluir los siguientes aspectos:
La distribución espacial y temporal de los contaminantes del aire
durante los episodios de alta contaminación y los escenarios
meteorológicos que se presentan durante ellos.
Los modelos conceptuales del comportamiento de la atmósfera y los
contaminantes durante los episodios de alta contaminación, en la zona
de interés.
La comparación entre los niveles de concentración de los
contaminantes del aire y las normas de calidad ambiental del aire.
Las tendencias temporales de la concentración de contaminantes del
aire si es posible durante un lapso prolongado entre cinco y diez años,
de lo contrario se pueden desarrollar campañas especiales de
vigilancia, con estaciones móviles o monitores pasivos, por periodos
por lo menos de un año.
Los vacíos más evidentes del programa de vigilancia (sí existiese), o
todas las deficiencias identificables mediante una auditoria al mismo (sí
pudiera realizarse o se hubiera realizado una recientemente).Esta
información puede recopilarse y analizarse mucho más fácilmente, si se
ha realizado previamente medición de variables ambientales y
meteorológicas.
d) Evaluar el impacto de la contaminación del aire en la sociedad y, si
es posible, las consecuencias económicas del mismo a través de la
recopilación, análisis e interpretación de la información existente.
Como mínimo, se debe estimar el impacto de la contaminación del aire
en la salud de la población. En el caso de que estos estudios no estén
disponibles o sean incompletos, se deberá estimar el impacto mediante
métodos rápidos de evaluación. En particular, se debe:
Describir el impacto de la contaminación del aire en la salud de la
población; Además de otro tipo de impactos en el bienestar humano
por ejemplo, la visibilidad y los olores ofensivos; y los impactos en el
ambiente asociados con la contaminación del aire por ejemplo, la
disminución en la producción de los campos agrícolas, la corrosión de
materiales y el deterioro del patrimonio cultural. Si es posible,
también se debe describir las consecuencias económicas de estos
impactos. Se debe incluir además un resumen de la cuantificación de
las tasas de mortalidad y morbilidad atribuibles a la exposición de
contaminantes del aire en la población de la zona de interés. Toda
esta información debe estar en lo posible referenciada
geográficamente. Al concluir esta fase, el grupo técnico deberá
identificar los vacíos en la información existente y la capacidad
operativa de las instituciones locales; luego establecerá una propuesta
inicial del modelo conceptual de la calidad del aire que represente los
procesos de transporte, transformación y remoción de los
contaminantes del aire en la ciudad o región de interés, el impacto de
la contaminación del aire en la sociedad y, si es posible, las
consecuencias económicas de este impacto.
Modelación preliminar
Toda la información obtenida de condiciones locales (topografía,
actividades económicas, uso del suelo, ordenamiento urbano, entre
otras), meteorología, emisiones y calidad del aire será usada para el
adecuado diseño de la RMCA. Los resultados de los modelos de
simulación, pueden ser usados para predecir los patrones de depósito
o de dispersión de los contaminantes, así como las reacciones
atmosféricas probables, lo cual nos ayudará en la selección de los
sitios de muestreo. Estos modelos son necesarios cuando se planea la
instalación de alguna industria o cuando es imposible el monitoreo de
algún contaminante en particular, por no contar con el instrumento
adecuado o por ser muy costoso este monitoreo. Cuando se requiera,
se podrá utilizar esta información para realizar una modelación
preliminar que permita llenar vacios dejados y entender la dispersión
de contaminantes en el área de estudio. En el capítulo I se describe
el modelo de Dispersión atmosférica Gaussiano de Turner.
2.1.1.1. Análisis de la información recolectada en el diagnóstico
El diagnostico llevara a un conocimiento integral del área donde se
desea materializar la RMCA obteniendo acercamientos a las respuestas de las
siguientes preguntas con la interpretación e integración de sus resultados:
¿Cuál es el comportamiento meteorológico de la zona? La
interpretación del análisis meteorológico de la zona, es importante para
establecer niveles de contaminación extrapolados (teniendo en cuenta
las variaciones entre época seca y húmeda) así como las áreas mas
afectadas por predominancia y velocidad del viento.
¿Cuáles son las fuentes críticas? A esta pregunta responderán el
inventario de emisiones (IE), las campanas de medición y el modelo de
dispersión, cuando se use. El IE presentara el aporte relativo de las
diferentes fuentes presentes en el área de estudio. El impacto
ocasionado en la calidad del aire puede ser determinado por las
mediciones realizadas en las campanas o por la utilización de los
modelos de dispersión.
¿Cuáles son los contaminantes críticos? Sera respondido con los
elementos anteriores. Las campañas de monitoreo o el modelo de
dispersión permiten conocer los contaminantes que merezcan mayor
atención. Así mismo, el IE proporcionara información sobre los
Contaminantes que se deben monitorear de acuerdo a las fuentes que
se encuentran en el área de estudio.
¿Cómo se distribuyen los contaminantes en el dominio de la RMCA?
Esta respuesta estará dada por el modelo de dispersión y los datos de
monitoreo de calidad del aire.
¿Cuáles son los puntos de mayor y de menor concentración?
Esta pregunta será respondida por el modelo de dispersión y los datos
de monitoreo.
La integración de todos los elementos del diagnostico será la base del
diseño final del RMCA.
2.1.2 Fase de elaboración de diseño final
Una vez llenos los vacíos identificados en la información inicial y en la
capacidad operativa de las instituciones locales y establecida una propuesta
inicial del modelo conceptual de la red, la corporación autónoma regional o la
autoridad ambiental competente podrá convocar un grupo local de trabajo,
conformado por representantes de los diferentes actores involucrados y / o
afectados por la problemática de la calidad del aire en la ciudad o región,
tales como las secretarias de salud, las industrias, las alcaldías, la sociedad
civil, grupos ambientales, etc.
Éste grupo local de trabajo, asesorado por el comité técnico de la
autoridad ambiental y deberá validar la propuesta inicial del modelo
conceptual y modificarla si es necesario, y con base en el resultado elaborar
un plan de coordinación de esfuerzos entre los diferentes actores
involucrados para la implementación del programa de gestión de la calidad
del aire. El plan debe definir entre otros aspectos, las metas del programa, y
con base en las mismas los objetivos de vigilancia de la RMCA.
Después de haber sido establecidos los objetivos de vigilancia, el grupo
técnico debe especificar cual tipo de vigilancia se debe implementar, para
cumplir estos objetivos, y debe realizar el diseño detallado de la RMCA,
siguiendo los lineamientos que a continuación se exponen:
2.1.2.1 Definición del tipo de red de Monitoreo de Calidad de Aire
No existe una reglamentación única para el diseño detallado de una
RMCA, dado que las decisiones sobre el número y ubicación de las estaciones
de vigilancia, están sometidas a los objetivos y a las restricciones de los
diferentes recursos que pueden ser radicalmente diferentes para cada ciudad
ó región. Además una RMCA por lo general no debe estar orientada a un solo
objetivo, por lo tanto algunas estaciones puede no obedecer a dos o más
objetivos a la vez, lo que implica diferencias entre los equipos instalados en
una estación u otra, con las consiguientes diferencias de costos de
implantación y operación.
Un diseño óptimo debe procurar que sea posible contrastar resultados
entre varios sitios, sin duplicar o desperdiciar ni esfuerzos ni capital. La meta
principal de diseño es asegurar la mayor cantidad de información con el
mínimo esfuerzo.
Teniendo en cuenta el conocimiento sobre las condiciones de calidad
del aire en los principales centros urbanos del país, se definen varios tipos
de sistemas de vigilancia de calidad del aire que deberán ser adaptados a las
condiciones especificas de cada región teniendo en cuenta la evaluación
preliminar realizada y la legislación vigente que regula la materia. Los
sistemas de Vigilancia podrán ir evolucionando con el tiempo de acuerdo a
las necesidades y cambio de objetivos del sistema.
Se establecen seis tipos de Sistemas de Vigilancia de la Calidad del
Aire, adaptados a las condiciones de población, territorio, objetivos y
condiciones ambientales del país.
En general, todos los tipos de RMCA tienen como objetivo inherente la
comparación con la Normatividad vigente.
2.1.2.2 Pautas generales para el diseño detallado de RMCA
El diseño involucrará el uso de estrategias de los tipos de RMCA Básico,
Intermedio y Avanzado, dependiendo del tipo de fuentes involucradas y de la
magnitud de la problemática puntual.
2.1.2.3 Objetivos de la ubicación de estaciones de un SVCAI
Las estaciones ubicadas para este tipo de SVCAI deben responder a las
siguientes características:
Estaciones localizadas para determinar las concentraciones más altas
en el dominio del RMCA.
Estaciones localizadas para determinar el impacto en la calidad del aire
de fuentes significativas.
Estaciones adicionales localizadas para determinar concentraciones
generales de fondo.
Tabla 13. Tipos de RMCA.
RMCA Aplicación
RMCA TIPO I: INDICATIVO
Poblaciones de 50.000 a menos de 150.000 habitantes en
donde no existan
problemáticas ambientales identificadas (ausencia de zonas
industriales, mineras, otras fuentes
relevantes)
RMCA TIPO II: BÁSICO
En poblaciones mayores o iguales a 150.000 habitantes y
menores a 500.000 habitantes.
Poblaciones hasta de 300.000 habitantes sin problemas de
calidad del aire podrán basarse en los Criterios del SVCA
Indicativo para diseñar su sistema.
RMCA TIPO III: INTERMEDIO
Poblaciones o zonas metropolitanas cuyo número de
habitantes sea mayor o igual a 500.000 habitantes y menor a
1.500.000 habitantes. Poblaciones integradas al área
metropolitana serán analizadas como un conjunto, para
aquellas otras separadas del centro urbano de mayor tamaño
se Deberá hacer un diseño separado.
RMCA TIPO IV: AVANZADO
Para zonas metropolitanas en donde la población sea mayor a
1.500.000 habitantes. Poblaciones integradas al área
metropolitana serán analizadas como un conjunto, para
aquellas otras separadas del centro urbano de mayor tamaño
se deberá hacer un diseño separado; sin embargo, la
administración del SVCA podrá ser realizada en conjunto.
SEVCA – SISTEMAS ESPECIALES DE
VIGILANCIA DE LA CALIDAD DEL AIRE
En poblaciones de cualquier número de habitantes bajo la
influencia de fuentes de gran magnitud (siderúrgicas,
concentraciones de fuentes puntuales, zonas mineras,
refinerías, zonas petroleras) o grupo de poblaciones
ubicadas con cualquier número de habitantes ubicadas bajo
la influencia de Fuentes de emisión de gran magnitud.
SVCAI – SISTEMAS DE VIGILANCIA DE LA
CALIDAD DEL AIRE INDUSTRIAL
Actividades en complejos industriales, que como
requerimiento de la autoridad ambiental realicen mediciones
de calidad del aire.
Fuente: EPA Code US Federal Register CFR40 Appendix D to Part 58—Network Design Criteria for Ambient Air Quality Monitorin
2.1.2.4. Número de estaciones
Una RMCA es una iniciativa que demanda gran cantidad de
compromisos y costos, por lo tanto la inversión (de capital y de operación),
es el factor que en la práctica, más limita el diseño de la misma. La
disponibilidad de recursos económicos para la implantación de la red y la
sostenibilidad a largo plazo de su operación y mantenimiento, debe ser el
primer aspecto en evaluarse, mucho antes de pensar siquiera en algún
equipo especifico.
Una vez establecida la citada disponibilidad de recursos, es posible
establecer el número de estaciones de vigilancia que las restricciones de
presupuesto permiten. Así las cosas, una red de muestreo óptima implica el
mínimo número de estaciones con localizaciones precisas. Además los datos
de esta red óptima deberían poder ser utilizados para obtener un análisis
preciso de la distribución de la contaminación. Sin embargo, no puede
establecerse una red óptima que sea aplicable universalmente a cualquier
área urbana ó rural y para cualquier objetivo, debido a que la distribución de
contaminantes y los factores meteorológicos, son fenómenos dinámicos que
no sólo varían en el tiempo y en el espacio en un área dada de una misma
zona urbana o de una región, sino que también varían de una región a otra.
Las estaciones serán ubicadas y sus parámetros definidos de acuerdo
con el inventario de emisiones, el modelo de dispersión y meteorología.
En zonas con varias poblaciones involucradas, la ubicación de
estaciones, como mínimo se deberá hacer teniendo en cuenta las siguientes
consideraciones:
1. Una estación de fondo adicional (vientos arriba)
2. Estaciones adicionales ubicadas en las principales concentraciones de
población de la región analizada y que se encuentra bajo la influencia de la
actividad industrial. Esta ubicación será definida a partir de los resultados del
modelo de dispersión.
3. Una estación vientos abajo de las fuentes de emisión objeto de la RMCA.
4. Las estaciones serán ubicadas fuera del lindero de cualquier fuente y de
ser posible de forma triangular; además deberá considerar los sitios de las
emisiones a evaluar.
Se tendrá un número mínimo de dos estaciones fijas de PM10 ubicadas
con los siguientes criterios:
Una estación de fondo. Se ubicara de acuerdo a la rosa de vientos de la
zona, vientos arriba de la actividad industrial analizada.
Una estación vientos abajo de la actividad industrial que permita
evaluar los incrementos debidos a la misma o ubicada en la población
con mayor nivel de impacto en el área de influencia de la actividad
industrial.
De acuerdo con los análisis del inventario de emisiones, campana de
monitoreo (extrapoladas o mediciones existentes) y la modelación,
realizados en el diagnostico, se deberá complementar la RMCA según
sea la necesidad.
Estaciones localizadas para determinar concentraciones típicas de
zonas densamente pobladas bajo influencia importante de la actividad
industrial (determinado con el modelo de dispersión).
Estaciones de ozono (O3)
Se ubicaran vientos abajo de los sitios donde se encuentren las
mayores emisiones de precursores de ozono, a no ser que la región de
estudio colinde vientos arriba con otra área que se caracterice.
Componente de meteorología.
Se instalara una estación meteorológica portátil en el punto de mayor
representatividad (Velocidad y dirección de viento, temperatura, radiación
solar, humedad relativa, pluviometría, presión barométrica).
.
2.1.2.5 Selección del número de estaciones de la RMCA
En la mayoría de los casos la vigilancia en zonas urbanas se realiza en
sitios representativos del área de estudio, tales como: centro de las
ciudades, sectores industriales, zonas comerciales, zonas de gran densidad
de tráfico y zonas residenciales.
En general, el número de estaciones se elige en función de:
La población que habita en el área que se pretende vigilar.
La problemática de contaminación existente en el área a vigilar.
El método de muestreo y los equipos a emplear.
Los recursos económicos, humanos y tecnológicos disponibles
Sin embargo, antes de definir el número y la localización de los sitios
de muestreo, incurriendo en realizar instalaciones costosas y difíciles de
reubicar, sobre todo cuando se pretende instalar una red permanente de
monitoreo de calidad de aire, se recomienda utilizar estaciones temporal con
unidades móviles para llevar a cabo un sondeo de cuáles son las condiciones
del lugar a muestrear principalmente cuando la información con la que se
cuenta no es confiable. Esto se puede lograr con una campaña piloto de
monitoreo atmosférico por lo menos un año antes de definir la ubicación final
de las estaciones. También es importante mencionar la necesidad de contar
con estaciones libres de influencias urbanas, que se consideren “limpias” o
de fondo.
En función de los parámetros antes señalados, se presentan en las
tablas 14 y 15, las guías de la OMS y USEPA, para determinar el número
mínimo de equipos de muestreo por contamínate medido.
La tabla 14, contiene los criterios propuestos por la OMS, para la
determinación del número mínimo de sitios de muestreo para los parámetros
a monitorear.
Teniéndose en cuenta las siguientes modificaciones:
En ciudades con alta densidad industrial deben instalarse más
estaciones para medir PM y SO2
En zonas en donde se utilicen combustibles pesados se deben
incrementar las estaciones de bióxido de azufre.
En zonas con tráfico intenso se duplican las estaciones de monóxido de
carbono, óxidos de nitrógeno y oxidante.
Tabla 14. Promedio Sugerido de Estaciones de Vigilancia en Zonas
Urbanas con respecto a la densidad de población según criterio de la Organización Mundial de la Salud, 1973.
En ciudades con población mayor a 4 millones de habitantes, con
tráfico ligero, se pueden reducir las estaciones de monóxido de
carbono, óxidos de nitrógeno y oxidantes.
En regiones con terreno accidentado, puede ser necesario incrementar
el número de estaciones.
Los criterios que tiene en cuenta la USEPA, para la determinación del
número mínimo de sitios de vigilancia de la calidad del aire, se presentan en
la Tabla 15.
Tabla 15. Promedio mínimo sugerido de sitios de vigilancia según criterio de
la Agencia Estadounidense de Protección Ambiental
CONTAMINANTE
POBLACIÓN(Habitantes)
NUMERO MÍNIMO DE
SENSORES
Menos de 100.000 4
100.000-1.000.000 4+ 0.6 x cada 105 hab.
1.000.000-5.000.000 7.5+ 0.25 x cada105
hab
PARTÍCULAS
SUSPENDIDAS TOTALES
más de 5.000.000 12+ 0.16 x 105 hab.
DIÓXIDO DE
AZUFRE
Menos de 100.000 1
100.000-1.000.000 1+ 0.15 x cada 105 hab.
1.000.000-5.000.000 + 0.05 x cada 105 hab.
MONÓXIDO DE
CARBONO
Menos de 100.000 1
100.000-1.000.000 1+ 0.15 x cada 105 hab.
1.000.000-5.000.000 + 0.05 x cada 105 hab.
DIÓXIDO DE
NITROGENO
Menos de 100.000 3
100.000-1.000.000 4+ 0.6 x cada 105 hab.
1.000.000-5.000.000 10
Tabla 16. Criterio de número de estaciones de monitoreo para
concentración de PM10 sugerido por la Agencia Estadounidense de protección
Ambiental Densidad de
población Alta concentración
( 20%exceso PM10 ) Media
Concentración
(80% de PM10)
Baja concentración (<80%PM10)
>1,000,000 6–10 4–8 2–4
500,000–1,000,000 4-8 2-4 1-2
250000-500000 3-4 1-2 0-1
10000-25000 1-2 0-1 0
También existen criterios que recomiendan un número de estaciones
basándose no sólo en la densidad de población de una zona, sino en la
concentración del contaminante que se va a medir, recomendando un mayor
número de estaciones en aquellas zonas que presentan mayor densidad de
población con altas concentraciones de contaminantes, que excedan los
valores límite. Este es el caso de las reglamentaciones para SO2 y PM10
(fracción de la masa de las partículas cuyo D50 es 10 mm) (CFR40, 1994).
La Compañía de Tecnología de Saneamiento Ambiental de Brasil (CETESB)
recoge en su guía, para definición del número mínimo de estaciones de
vigilancia (ver Tabla 17), la propuesta de la EPA, pero la torna más explícita,
pues define tres (3) regiones hipotéticas donde las concentraciones de los
contaminantes del aire a medir superan, igualan ó son inferiores a las
normas de calidad del aire.
En función de la problemática existente en el área hay otros criterios
para seleccionar el número de estaciones de muestreo como es el caso de los
criterios estadísticos. Sin embargo, hay que hacer hincapié en que todas
estas técnicas estadísticas requieren de un conocimiento de la meteorología,
las emisiones, datos previos sobre calidad del aire de la zona y otros.
Es decir, para diseñar un modelo estadístico representativo se requiere
de un conocimiento profundo del área en estudio, por lo que si no se cuenta
con este conocimiento se recomienda basarse en criterios como el de
densidad de población y estadísticas de actividades económicas, para el inicio
del estudio e ir corrigiendo el número de sitios, con base en la experiencia y
los datos obtenidos (Martínez y Romieu, 1997).
Cualquiera que sea la opción escogida para la determinación del
número de estaciones de muestreo, se debe tener en cuenta que tales
valores corresponden a los números mínimos y que la autoridad ambiental
correspondiente, de acuerdo a sus condiciones de recursos económicos,
humanos y aspectos logísticos será quien determine la cantidad exacta de
sitios de vigilancia y contaminantes a evaluar.
2.1.2.6. Criterios para establecer la distribución de los sitios de vigilancia en
una RMCA.
La distribución de los sitios de vigilancia requeridos en una red
depende del tipo de vigilancia que se quiera realizar, (es decir, de los
objetivos de vigilancia), de la extensión de la ciudad o región que debe
cubrirse, de la variabilidad espacial de los contaminantes a estudiar, etc.
Aunque lo ideal para cualquier red es maximizar el cubrimiento espacial y la
representatividad, en la práctica esto sólo sería posible con abundantes
recursos económicos para implantación y operación, recursos con los cuales
poco se cuenta, por lo tanto una vez se tiene el número de estaciones de
vigilancia se debe realizar una “selección cuidadosa” de las áreas de la
ciudad o región, que contengan los sitios más representativos de los
fenómenos que se quieren medir, para que los datos recolectados sean de
gran utilidad.
Para efectuar esta selección de áreas se debe evaluar la información
recopilada en el estudio de diagnóstico a luz de los objetivos de vigilancia ya
que, antes que todo, las áreas seleccionadas deben contener sitios que
permitan que se cumplan estos objetivos (EPA, 1998).
Según los objetivos a implementar, las áreas se pueden seleccionar así:
Para la verificación del cumplimiento de las normas de calidad del aire,
se deben seleccionar las áreas de mayores concentraciones de
contaminantes o cerca de las fuentes contaminantes más importantes,
seleccionar las áreas de mayor densidad poblacional donde la
exposición de los receptores establecidos como objetivo puede ser
significativa para identificar tanto la línea base como los peores casos
de contaminación, escoger algunas en la periferia donde sea posible
medir la exposición de población y el transporte de contaminantes
junto con todas las variables meteorológicas. Se pueden seleccionar
otras áreas en las que esté proyectado crecimiento urbano, otras
donde sea posible evaluar los efectos de las medidas de control
implementadas. En algunas áreas pueden perseguirse uno o más de los
anteriores requerimientos.
Para la vigilancia de episodios de emergencia deben buscarse áreas
densamente pobladas, donde estén más amenazadas la salud y el
bienestar de la población (áreas cerca de grandes fuentes fijas de
polución, áreas con hospitales, áreas donde existan centros educativos
o sitios de reunión de poblaciones de alto riesgo como niños y
ancianos).
Para un seguimiento de tendencias se deben seleccionar las áreas
urbanas más densamente pobladas, escoger áreas no urbanas de
topografías diferentes como, tierras de cultivo, bosques, montañas y
costas. Estas ubicaciones no se seleccionan específicamente como
blancos de control con “aire limpio”, para las estaciones urbanas, sino
porque ellas, proveen una comparación relativa entre las áreas
urbanas y las áreas no urbanas cercanas.
Tabla 17. Determinación del número de estaciones mínimas según
criterio de la Compañía de tecnología de Saneamiento Ambiental de Brasil, 1987.
Contaminante Condiciones
ambientales
Método de
Muestreo
Población
(habitantes
Número mínimo
de estaciones
PTS
Xa>95 ug/m3 Xm>325 ug/m3
Hi – Vol – 1 cada 6 dias
<105 4
105-106 4+0.6w
106-5x106 7.5+0.2w
>5x106 1.5+0.16w
Xa:60-95 ug/m3 Xm:150-325 ug/m3
Cinta cada 2 días 3
Hi- Vol
Xa< a 60 ug/m3 Xm< a 150 ug/m3
Hi- Vol 1
SO2
Xa>100 ug/m3 Xm>455 ug/m3
Burbujeador 24 horas cada 6
días
<105 3
105-106 2.5+0.5w
106-5x106 6.0+0.15w
>5x106 11+0.05w
Continuo
<105 -
105-5x106 1.0+0.15w
>5x106 6+0.05w
Xa:60-100 ug/m3 Xm: 260-450
ug/m3
Burbujeador - 3
continuo - 1
NO2
Xmh >170 ug/m3 - No es necesario
Xa >100 ug/m3 Burbujeador
<105 3
105-5x106 4+0.6w
>5x106 10
Xa < 100 ug/m3 continuo No es necesario
CO
Xmh>21 mg/m3 Xm8h>14mg/m3
Infrarrojo no dispersivo
Infrarojo no dispersivo
<105 1
105-5x106 1.0+0.05w
>5x106 6.0+0.05w
Xmh < a 21 mg/m3 Xm8< a 14 mg/m3
Infrarrojo no dispersivo
- No es necesario
Xa: Media aritmética anual.
Xm: Concentración máxima (24 horas) ocurrida en un año.
Xmh: Concentración máxima horaria ocurrida en un año.
Xm8: Concentración máxima presentada intervalo de 8 horas, para un periodo de un año.
Para mediciones para investigación deben ubicarse estaciones cerca de
la población de estudio. La información sobre morbilidad y mortalidad
debida a la incidencia de infecciones respiratorias agudas en la ciudad
o región de interés recogida en el estudio de diagnostico, permitirá
escoger con mayor certeza puntos en los cuales existe evidencia
concreta de la exposición de la población más vulnerable a altos niveles
de contaminación. Éste primer criterio debe aplicarse con base en el
estudio de diagnostico, cruzando las estadísticas de población, salud y
desarrollo urbano, las de tráfico vehicular, usos de suelo y las de
consumo de combustibles, con los datos del inventario de emisiones.
Después de obtener el resultado de la aplicación de este primer filtro se
debe tener en cuenta las siguientes consideraciones para depurar más la
selección.
Meteorología y topografía. Las condiciones meteorológicas y
topográficas específicas de la ciudad o región bajo estudio, afectarán el
transporte y la difusión de los contaminantes. Si se trata de grandes
accidentes como valles profundos, o cordilleras, causarán efectos en
áreas grandes. Se debe revisar la información sobre las condiciones
climáticas predominantes y la topografía local, recogida en el estudio
de diagnostico para determinar si el objetivo de medición que se
persigue puede verse afectado en un área específica. Por lo general se
seleccionan áreas donde puedan presentarse estancamientos
atmosféricos, volúmenes de mezcla pequeños, o inversiones, es decir
donde ocurran condiciones que dificulten la dispersión de los
contaminantes, y se evitan áreas que tengan muy buena dispersión,
como en las faldas de las montañas, o cerca de obstrucciones naturales
o de origen antrópico como edificios muy altos, dado que las lecturas
allí obtenidas en ambos casos no son representativas.
Distribución espacial y criterios de variabilidad de los contaminantes.
Deben seleccionarse las áreas de acuerdo a la distribución espacial y la
variabilidad de los contaminantes dentro de ambientes urbanos. Por
ejemplo las concentraciones de contaminantes originados en procesos
de combustión incompleta, como el CO, serán máximas en áreas con
alto tráfico vehicular, especialmente al lado de las vías, mientras que
las concentraciones de O3, aunque tienen mayor uniformidad espacial,
tendrán mínimos cerca de las vías, porque reaccionarán rápidamente
con las moléculas de NO2. Por estas razones casi nunca es adecuado
medir todos los contaminantes criterio en todos los sitios de vigilancia
de la red, se deben escoger entonces puntos para monitorear cada tipo
de contaminante. En general la variabilidad espacial es más
homogénea para los contaminantes secundarios que para los
primarios, por ello los puntos de vigilancia que estén orientados a
medir contaminantes primarios, por ello deben estar cerca de las
fuentes, mientras que los puntos donde se quiera medir contaminantes
secundarios, como NO2 y O3, deben ubicarse a una distancia, vientos
abajo en la dirección predominante de viento, suficiente para que
ocurran las reacciones que los originan, además de suficientemente
alejados, de otras fuentes de contaminantes primarios como para
albergar concentraciones significativas de contaminantes secundarios.
Si están disponibles resultados de la aplicación de modelos de
dispersión, o si pueden aplicarse sin gran esfuerzo, las áreas de interés
pueden ser mucho mas fácilmente identificadas. Sin embargo cabe
recordar que para que estos resultados sean realmente útiles, se
necesita datos confiables de las emisiones y de las variables
meteorológicas junto con un modelo apropiado y validado.
Datos existentes sobre la calidad del aire. La información obtenida en
el estudio de diagnostico, resultado de esfuerzos previos de mediciones
o de campañas especiales realizadas en la zona de interés, debe usarse
para detectar las áreas de mayor interés teniendo mucho cuidado con
la confiabilidad de los datos con los que se cuenta, para cada
contaminante evaluado.
2.1.2.7 Microlocalización de los sitios de vigilancia.
Una vez definidos el número de estaciones de vigilancia, y
seleccionadas las áreas donde se deben instalar y los contaminantes que se
van a vigilar en cada una de ellas, debe evaluarse la microlocalización de
todos los sitios propuestos y realizar las gestiones para lograr la autorización
de uso de los mismos. Esta última labor puede convertirse en algunos casos
en una verdadera dificultad, por lo cual se recomienda seleccionar por lo
menos tres posibles ubicaciones para cada estación para tener alternativas
en caso de que las autorizaciones se demoren o no se consigan. Para evaluar
la microlocalización de un sitio específico dentro de un área debe tenerse en
cuenta:
Las Condiciones de Seguridad. Las condiciones de seguridad de un
lugar en particular deben ser suficientemente valoradas a la hora de
seleccionarlo como sitio de vigilancia. Si el lugar no puede
acondicionarse usando medidas convencionales de seguridad
(iluminación, cercas, etc.), es decir si estas medidas no son suficientes,
debe optarse por otro lugar en las cercanías, que permita cumplir los
objetivos de vigilancia, pero que no comprometa la seguridad de los
equipos, ni de los operadores. Además debe pensarse en la seguridad
del público en general dado que elementos como la torre meteorológica
o los sensores de viento, pueden representar algún riesgo para las
personas en las cercanías de la estación de vigilancia.
Exposición de los toma muestras y sensores. Un adecuada condición de
exposición de los toma muestras y o sensores es fundamental para
poder lograr mediciones representativas y significativas. Los sitios de
vigilancia deberán estar suficientemente separados de fuentes locales
de contaminación, como parqueaderos, vías sin pavimento, o calderas,
o sumideros como vegetación densa. Los toma muestras deberán estar
expuestos para asegurar mediciones representativas, por lo cual deben
evitarse sitios demasiado cubiertos o que presenten estancamientos
locales (por ejemplo un callejón de vientos formado entre edificios
altos). Además los toma muestras y los caminos de medición deben
estar ubicados de tal manera que no se alteren las concentraciones de
contaminantes en la muestra.
En general deben seguirse las siguientes consideraciones:
Para asegurar un flujo lo más libre posible, se deben evitar árboles y
edificios en un área de 10 m. alrededor del sitio de muestreo y no
tomar muestras en las superficies laterales de los edificios.
Para medir los parámetros meteorológicos se recomienda instalar los
instrumentos a una altura mínima de 10 m. sobre el nivel del suelo, y
tomar mediciones a diferentes alturas con el objeto de obtener
gradientes térmicos. Anteriormente se utilizaban torres meteorológicas
de 100m, actualmente se utilizan técnicas de radiosondeo y sensores
remotos.
Se deben evitar también zonas de parqueo, depósitos de químicos o de
combustibles.
No se recomienda emplear generadores eléctricos para las estaciones.
Se debe evitar sitios cercanos a acumulaciones de residuos sólidos o
líquidos.
Los sitios de vigilancia de PST deben estar alejados de carreteras sin
pavimento, campos deportivos o lotes sin vegetación que los cubra
Condiciones de Logística. El lugar debe tener facilidades de acceso
permanente para los operadores, para los materiales consumibles y los
repuestos, para equipos automáticos, debe contar con al menos una
línea telefónica fija o celular para el envío de datos, debe tener
electricidad y disponibilidad de carga para todos los equipos que serán
instalados.
CAPITULO III
METODOLOGÍA
La consecución del objetivo general de esta tesis, Diseño de la Red de
Monitoreo de Calidad de Aire para un Complejo Petroquímico, determinó la
formulación de objetivos específicos a ser desarrollados a lo largo de este
trabajo. Para la consecución de estos objetivos se realizaron los pasos fases
descritos a continuación:
3.1. Revisión bibliográfica
Se realizó una revisión bibliográfica para conocer, interpretar y
comparar diversos criterios propuestos para el diseño de redes de monitoreo
atmosférico. Asimismo se efectuaron visitas programadas y entrevistas con
a especialistas del Instituto para el Control y la Conservación de la cuenca
del Lago de Maracaibo y el Ministerio del Poder Popular del Ambiente para
discutir su experiencia en la planificación de la red de monitoreo.
3.2. Modelación meteorológica
Se obtuvieron los datos meteorológicos horarios y rosas de los vientos de la
zona a partir de la data histórica del 2009 y 2010 recopilada a través del
programa Safer Sistem (Anexo A) aplicado en una estación meteorológica
cercana al complejo petroquímico; ello permitió determinar las velocidad y
dirección del viento promedio horarias por año y por mes a través de la Rosa
de Los Vientos, lo cual permitirá modelar el comportamiento del viento en el
complejo petroquímico para determinar la estabilidad atmosférica como
herramienta en la dispersión de gases y material particulado.
En la Tabla 18 se encuentran los promedios de velocidad del viento horario,
dirección del viento (mayor porcentaje en la rosa de los vientos) y la
determinación de la estabilidad atmosférica; los datos de insolación y
nubosidad provienen de la data histórica reportada por la Fuerza Aérea
Bolivariana de Venezuela para las estaciones meteorológicas de la ciudad de
Cabimas.
La determinación de la estabilidad atmosférica se realizó a través de las
claves para la estabilidad de Pasquill presentada en la Tabla 6 (Turner 1994).
Se promediaron las velocidades horarias promedio promedio y direcciones
predominantes para cada estabilidad de Pasquill resultando 4 valores
principales tal como es expuesto en la Tabla 19.
3.3. Estimación de las tasas de emisiones
Se realizó una revisión bibliográfica exhaustiva con la finalidad de
evaluar criterios disponibles para cálculo de las tasas de emisión tales como
muestreo de la fuente, balance de masa, modelos de emisión y factores de
emisión (Agencia Estadounidense de Protección Ambiental (EPA),
Organización Internacional de Estandarización (ISO) y Comité Europeo de
Normalización).
Fue seleccionado el método de la EPA AP.42 basado en el uso de los factores
de emisión (ecuación1.2) en virtud de la disponibilidad de tiempo y recursos
de la empresa para la realización de este trabajo.
Tabla 18. Condiciones del viento horarias y estabilidad atmosférica en el Complejo Petroquímica Ana María Campos
Fuente: elaboración propia
Tabla 19. Velocidad del viento promedio según la estabilidad y direcciones predominantes
Hora Velocidad del viento
(m/s)
Dirección
del viento (insolación)
Nubosidad
(octavos) Estabilidad
0 3,13 ENE
C
1 2,92 ENE
C
2 2,77 ENE
C
3 2,71 ENE
C
4 2,71 ENE
C
5 2,65 ENE
4 D
6 2,60 ENE-SE-E 1,9 3 C
7 2,51 ENE-SE-E 5,6 5 B
8 2,76 ENE-SE-E 6,8 4 B
9 2,93 ENE-ESE-SE-E 7,4 5 B
10 2,71 NE-SO-SE-ENE 7,6 7 B
11 2,72 SO-NNE-NE 7,7 5 B
12 3,04 SO-NNE-NE 7,6 4 B
13 3,41 SO-NNE-NE 8,8 4 B
14 3,62 SO-NNE-NE 8,6 4 B
15 3,80 SO-NNE-NE 7,8 5 B
16 3,94 SO-NNE-NE 6,2 6 B
17 4,05 NE-NNE-ENE 5,3 6 C
18 3,85 NE-NNE-ENE 1,1 7 C
19 3,60 NE-ENE
8 D
20 3,64 NE-ENE
8 D
21 3,69 NE-ENE
7 D
22 3,63 NE-ENE
6 D
23 3,40 ENE
C
24 3,10 ENE
C
Prom. 3,20
Pred. B-C
ESTABILIDAD DIRECCIÓN VELOCIDAD DEL
VIENTO (m/s)
B SO 2,73
B SE 2,69
C ENE 2,96
D NE 3,44
Fuente: elaboración propia
Al mismo tiempo se realizaron visitas a las plantas e instalaciones del CPAMC
para realizar las encuestas industriales (Anexo B) considerando un año base
(2010) y verificaciones de campo en plantas por observación de la ubicación
de los equipos y estaciones de monitoreo encargados de recopilar los datos
de las fuentes fijas del complejo petroquímico tales como:
Datos de las plantas:
a) Nombre de la planta
b) Productos y promedio de producción
c) Total de combustible que se consume
d) Promedio de consumo anual de combustible
e) Materia prima utilizada
f) Promedio de consumo anual de materia prima
Datos de las fuentes:
a) Tipo de fuente (chimenea, mechurrio, etc.)
b) Descripción de la fuente (nombre, número, etc.)
c) Altura de elevación del suelo.
d) Diámetro de descarga de la fuente.
e) Temperatura de descarga de emisiones
f) Tipo de combustible consumido
g) Promedio de consumo anual de combustible por fuente
Figura 8. Ubicación y distribución de las Plantas e instalaciones del CPAMC Fuente( http/ skyscrapercity.com, 2011)
Se identificaron la actividad que generan emisión en cada fuente fija del
CPAMC las Tablas 20, 21, 22, 23 ,24 y 25 describen las fuentes de cada
planta con su actividad generadora de emisiones. A partir de la información
suministrada por las empresas presentada en el Anexo B.
Tabla 20. Fuentes fijas de Planta Eléctrica
FUENTE ACTIVIDAD
CHIMENEA C3 CALDERA C3 combustión gas natural
PLANTA
ELECTRICA
CHIMENEA C3 CALDERA C3 combustión fuel oil
CHIMENEA C4 CALDERA C4 combustión gas natural
CHIMENEA C11 CALDERA C11 combustión gas natural
CHIMENEA C12 CALDERA C12 combustión gas natural
CHIMENEA C14 CALDERA C14 combustión gas natural
CHIMENEA C14 CALDERA C14 combustión fuel oil
CHIMENEA C15 CALDERA C15 combustión gas natural
CHIMENEA C16 CALDERA C16 combustión gas natural
CHIMENEA C17 CALDERA C17 combustión gas natural
TURBOGENERADOR TG5 generación de electricidad
TURBOGENERADOR TG6 generación de electricidad
TURBOGENERADOR TG10 generación de electricidad
Fuente: elaboración propia
Tabla 21. Fuentes fijas de la planta de Amoníaco en el área de fertilizantes
AMONÍACO
FUENTE ACTIVIDAD
CHIMENEA H5 HORNO H4 combustión gas natural
CHIMENEA SK3A HORNO H1A combustión gas natural
CHIMENEA SK3B HORNO H1B combustión gas natural
CHIMENEA SK102 COMP C1 combustión gas natural
CHIMENEA FB204 CALDERA combustión gas natural
CHIMENEA FB205 CALDERA combustión gas natural
Fuente: elaboración propia
Tabla 22. Fuentes fijas de área 45 de servicios industriales (CTA)
Fuente: elaboración propia
Tabla 23. Fuentes fijas de las Plantas de Olefinas, MVC-PVC, LGN.II, Y PPE
FUENTE ACTIVIDAD
combustión gas natural
ÁREA 45
FUENTE ACTIVIDAD
CHIMENEA C9 CALDERA C9 combustión gas natural
CHIMENEA C10 CALDERA C10 combustión gas natural
CHIMENEA C13 CALDERA C13 combustión gas natural
OLEFINAS I
CHIMENEA CALDERA 103-BB
CHIMENEA CALDERA 103 BA
combustión gas natural
CHIMENEA CALDERA 201-BH
combustión gas natural
CHIMENEA CALDERA 104-B
combustión gas natural
CHIMENEA CALDERA 101-BB
combustión gas natural
MECHURRIO F-8801B
mechurrios industriales
OLEFINAS
II
HORNO 1
combustión gas natural
HORNO 2
combustión gas natural
HORNO 3
combustión gas natural
HORNO 4
combustión gas natural
HORNO 5 combustión gas natural
HORNO 6 combustión gas natural
MECHURRIO F-8801A mechurrios industriales
Tabla 23 (continuación). Fuentes fijas de la plantas de Olefinas, MVC-PVC,
LGN.II, y PPE
PLANTA FUENTE ACTIVIDAD
MVC-PVC
INCINERADOR C704 combustión gas natural
HORNO R-401 combustión gas natural
MECHURRIO R-401 mechurrios industriales
LGN II HORNO H1-C combustión gas natural
MECHURRIO LGN II mechurrios industriales
PPE MECHURRIO PPE mechurrios industriales
Fuente: elaboración propia
Tabla 24. Fuentes fijas de la Planta de Urea del área de Fertilizante
Fuente: elaboración propia
Del documento AP.42 de la EPA, se tomaron los factores de emisión
disponibles que describen los procesos de las plantas del Complejo
Petroquímico Ana María Campos, identificando la actividad y los gases de
emisión, seleccionando los de mayor proporción en las fuentes fijas; la
Tablas 25, 26, 27, 28 Y 29 señalan esos factores de emisión clasificados de
acuerdo con las actividades principales del Complejo Industrial.
PLANTA
FUENTE
ACTIVIDAD
UREA
TORRE PRILL 42AT2
Producción agricola de
fertilizantes l
PLANTA
FUENTE ACTIVIDAD
Tabla 25. Fuentes fijas de las empresas mixtas
Fuente elaboración propia
Tabla 26. Factores de emisión para combustión con gas natural
COMBUSTIÓN CON GAS NATURAL
PROPILVEN MECHURRIO F-2301 mechurrios industriales
POLINTER ALTA
CALDERA H-920A combustión gas natural
MECHURRIO Z-950 mechurrios industriales
POLINTER
LINEAL
VAPORIZADOR AX combustión gas natural
VAPORIZADOR BX combustión gas natural
MECHURRIO Z mechurrios industriales
POLINTER BAJA
HORNO S-502A combustión fuel oil
HORNO S-502C combustión gas natural
HORNO S-502D combustión gas natural
VENOCO
HORNO F-501 combustión gas natural
MECHURRIO F-801 mechurrios industriales
ESTIZULIA
CALDERA 6B-201 combustión gas natural
HORNO H-102 combustión gas natural
HORNO H-101 combustión gas natural
Contaminante Factor de emisión
(kg / 106 m3 de Gas natural quemado)
PM(total) 121,6
SO2 9,6
NOX 2240
CO 134,4
CH4 36,8
COV 88
Tabla 27. Factores de emisión para combustión con Fueloil
COMBUSTIÓN CON FUELOIL
Contaminante Factor de emisión
(kg /m3 de fuel oíl quemado)
PM(total) 0,24
SO2 17
NOX 2,88
CO 0,6
CH4 0,00624
COV 0,024
Tabla 28. Factores de emisión para combustión en turbinas de gas natural generadoras de electricidad.
Tabla 29. Factores de
emisión para mechurrios industriales
COMBUSTIÓN EN TURBINAS DE GAS NATURAL
EN GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD
Contaminante Factor de emisión
(kg / 106 m3 de gas natural)
PM(total) 107,72
SO2 153,408
NOX 3916,8
CO 1240,32
CH4 140,03
COV 179,5
MECHURRIOS INDUSTRIALES
Contaminante Factor de emisión (lb/106 BTU)
C: µg/L para Mechurrios de baja capacidad:0, ligera capacidad : 40, capacidad promedio 177 y
alta capacidad 274
Tabla 30. Factores de emisión para producción de fertilizantes agrícolas
Se calcularon las tasas de emisiones de las fuentes fijas por combustión a
través de la ecuación (1.2) donde la actividad corresponde al combustible
consumido de cada fuente (Anexo B) asumiendo que los equipos de
combustión trabajan a su máxima capacidad. Las estimación de las
emisiones por proceso corresponden a la torre Prill 42AT2 (Urea) donde la
actividad (A) es la producción anual de Urea (Tabla 30), se asume la
eficiencia general en la reducción de emisiones totales expresada en
porcentaje igual a cero, así como las siguientes condiciones:
Para combustión de fuel oíl , %S=1,1
Para mechurrios industriales c= 274 μg/m3
Se elaboró el inventario de emisiones con el nombre de la fuente por planta
y las tasas de emisión calculadas de las fuentes fijas del CPAMC.
PM(total)c 0-274
NOX 0,068
CO 0,37
CH4 0,14
PRODUCCION DE FERTILIZANTES AGRICOLAS
(Urea)
Contaminante Factor de emisión
(kg/106 kg de producción de Urea)
PM(total) 1,9
NH3 0,43
3.4. Determinación de concentraciones de gases y material
particulado
La selección del modelo de dispersión de Turner se realizó a través una
revisión bibliográfica para el cálculo de las concentraciones de gases y
material particulado.
En la estimación de todas las variables; se introdujeron las ecuaciones para
determinar sus valores a través de hojas de cálculos en Excel versión 2007.
Se seleccionaron las fuentes con mayor potencial del inventario de
emisiones por año tomando en cuenta las plantas con aportes mayores a 200
toneladas de emisiones por año.
Se calcularon las velocidades de emisión a través de la ecuación 1.17 y las
alturas de las descargas (altura efectiva) a través de la ecuación de Holland
(1.14) para cada condición meteorológica de la tabla 19, asumiendo la
temperatura ambiente a 29 °C.
Las concentraciones para cada uno de los gases y material particulado se
obtienen con el modelo de dispersión atmosférica para las fuentes fijas con
respecto a la distancia debajo de la fuente (ecuación 1.11) utilizando los
parámetros de dispersión en condiciones urbanas de Briggs (Tabla 9) para
cada la dirección y velocidad del viento en atención a la estabilidad
atmosférica de la zona resaltada en la Tabla 19.
Los resultados gráficos reportan las concentraciones (µg/m3) en función de
distancia x (km) debajo de la fuente para cada condición de la Tabla 19.
Las concentraciones sobre la coordenada de cada fuente (anexo C) se
proyectan en un mapa del complejo petroquímico y las áreas adyacentes
señalando las zonas de mayor y menor concentración.
Para determinar las concentraciones máximas se seleccionaron las fuentes
con mayor tasa de emisión por poluente; en función de la distancia debajo
de la fuente de los centros poblados más cercanos con respecto a las
velocidades del viento prevalecientes.
3.5. Determinación el número, ubicación y distribución de las
estaciones de la RMCA
Se escogieron el número de estaciones a través del criterio de máximas
concentraciones de la Compañía de tecnología de Saneamiento Ambiental de
Brasil presentado en el Capítulo II (tabla 17), así como también la ubicación
y distribución de la estaciones.
Se compararon los costos de los tipos de estaciones y equipos de monitoreo
existentes en el mercado así como el requerimiento de recurso humano para
cada tipo de estación.
CAPÍTULO IV
RESULTADOS, DISCUSIÓN Y REQUERIMIENTOS DE LA RMCA
A lo largo de este capítulo se exponen los resultados del estudio
realizado Diseño de una red de Monitoreo para un Complejo Petroquímico.
4.1. Modelación Meteorológica
Los datos meteorológicos de dirección y velocidad del viento utilizados
corresponden a los datos obtenidos del 2009 y 2010
4.1.1 Velocidad del viento
En la Figura 9 se muestra la variación horaria para el año 2009
pudiéndose distinguir varios cuatro periodos en los cuales la velocidad del
viento exhibe un patrón bastante definido.
VELOCIDAD DEL VIENTO HORARIA 2009
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
0 5 10 15 20
HORA
v(km
/h)
feb
mar
abr
may
jun
jul
ago
sep
oct
nov
dic
Figura 9. Velocidad del viento horaria año 2009
a) Entre las 3:00 y 7:00: Caracterizado por las velocidades del viento más
bajas del día, y prácticamente constantes durante todo el periodo, para
cada mes del año.
b) Entre las 7:00 y 11:00: Leve disminución de la velocidad del viento
desde julio hasta octubre, con un aumento sostenido de febrero a abril
y un comportamiento variable para los meses de Mayo y Junio.
c) Entre las 11:00 y 18:00: Aumento constante de la velocidad del viento
durante todos los meses del año, hasta alcanzar sus valores máximos
entre las 16 y 17 a excepción del mes de mayo que la alcanza en la
hora 15.
d) Entre las 18:00 y 3:00: Disminución constante de la velocidad del
viento, donde se alcanzan los valores más bajos en la hora 3:00.
e) Los meses en que se exhibieron mayores valores de velocidad del
viento fueron Febrero y Marzo (época seca) mientras en septiembre y
octubre (época de lluvia) se registraron los más bajos.
En la Figura 10, se muestra la variación horaria para el año 2010 aquí se
puede distinguir varios periodos horarios:
a) Entre las 3:00 y 7:00: Caracterizado por las velocidades del viento más
bajas del día, y prácticamente constantes durante todo el periodo, para
cada mes del año
b) Entre las 7:00 y 11:00: Comportamiento variable en diferentes meses
del año, se mantiene la velocidad constante desde junio hasta
noviembre y en los meses de enero a mayo con aumento entre las
8:00 y las 9 :00 y con disminución entre las 10:00 y 11:00
Velocidad del viento horaria año 2010
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0 5 10 15 20
hora
V(k
m/h
)
ene
feb
mar
abr
may
jun
jul
ago
sep
oct
nov
Figura 10. Velocidad del viento horaria año 2010
c) Entre las 11:00 y 17:00: Aumento constante de la velocidad del viento
durante todos los meses del año, hasta alcanzar sus valores máximos
entre las 16 y 17, especialmente de los meses de enero a julio.
d) Entre las 17:00 y 21:00: Velocidad del viento constante, especialmente
en los meses de agosto, septiembre y octubre.
e) Entre las 21:00 y 3:00: Disminución constante de la velocidad del
viento, alcanzando su nivel más bajo en la hora 3:00.
f) En los meses de junio a noviembre hubo menos variación de la
velocidad horaria que en los meses de enero a mayo.
g) Los meses que exhibieron mayores velocidades fueron de enero a abril
y las menores velocidades horarias de agosto a noviembre.
4.1.2 Dirección del viento
En la figura 11 se muestra la distribución de las frecuencias en la
dirección del viento para el año 2009 (rosa de los vientos);se aprecia una
presencia mayoritaria de los vientos provenientes del ENE con 34.96%, le
siguen NE, con 22, 77%, E con 12,37%, NNE 8,28%, ESE 4,99% y SO con
3,44%, esto se debe a la presencia de los vientos Alisios, que son
característicos de la zona norte del país ya que las direcciones relacionadas
con el cuadrante Este (E) tuvieron mayor incidencia
Figura 11. Rosa de los vientos año 2009
En la Figura 12 se distingue una presencia mayoritaria de los vientos
provenientes del ENE con 27,82%, le siguen NE, con 18,60%, E con
11,02%, NNE 9,21%, ESE 6,19%, SO 5,19% y SE con 4,18%, esto se
debe a la presencia de los vientos Alisios, que son característicos de la zona
norte del país ya que las direcciones relacionadas con el cuadrante Este
tuvieron mayor incidencia.
Adicionalmente en la Figura 13 y 14 se muestran la dirección del viento
para varios periodos horarios de la hora 0:00 a la 11:00 (Figura 13) y de la
hora 12:00 a la 23:00 (figura 14) para los años 2009 al 2010; se pueden
distinguir varios periodos horarios:
Figura 12. Rosa de los vientos año 2010
Desde las 9:00 hasta las 16:00: se caracteriza por la aparición de
direcciones con componentes oeste y sur, donde el porcentaje de
frecuencia de estos componentes oeste alcanza su máximo valor en la
hora 12 a la 13 de SO: 18,70%, OSO: 6,57%, Oeste: 5,03% (Figura
16) y en la hora 11 a 12 de SO: 14,80%, OSO: 7,13%, O: 6,34%,
ONO: 5,27%. En este periodo se observan las mayores incidencias del
cuadrante sur para la hora 9.00 a 10:00 ESE: 7,47 %, SE: 6,31 %,
SSE: 5,15 %, S: 5 ,03%, SSO: 5,17%, SO: 7,81%, OSO: 4,20 %.
Figura 13. Rosa de los vientos horarias hora 0 a hora 11 año 2009-2010
Figura 14. Rosa de los vientos horaria hora 12 a hora 23 año 2009-2010
Desde las 16:00 hasta las 9 :00 Este periodo se caracteriza por el
predominio constante de las direcciones del cuadrante ESTE siendo
más notable en la hora 0:00 a 1:00 donde ENE: 49,06%, NE: 12,39%,
ESTE: 15,51%, y en la hora 20:00 a 21:00, donde ENE: 53,98%, NE:
20,78%, E: 7, 64%, la mayor aparición del cuadrante sur es a la hora
7:00 a 8 :00 donde ESE: 11,43%, SE: 8,94%, SSE: 5,87 %, S:
4,14%, SSO: 3,08%.
Figura 15. Rosas de de los vientos mensuales años 2009-2010
En la figura 15 se muestra el comportamiento mensual de la dirección
del viento para los años 2009 al 2010, se pueden distinguir varios
periodos mensuales:
Periodo Mayo a Octubre: Se caracteriza por la aparición de direcciones
en las componentes sur y oeste, los más notables son el mes de Junio,
SO: 3,57%, OSO: 2,84%, SSO: 2, 66%, Oeste: 1,69 %, Sur: 3,28%,
SSE: 3,53%, SE: 4,59%. ESE: 5,45 %, en el mes de septiembre: OSO:
3.98%, SO: 6,31 %, SSE: 4,07%, SE: 6,54%.
Periodo Noviembre a abril: Se caracteriza por tener predominancia
constante con las direcciones del cuadrante Este, en el mes de Marzo
se hace notable este comportamiento donde se tiene: ENE: 56,72%,
NE: 32,93%, NNE: 6,13%.
El comportamiento del viento en la zona de estudio es influenciado los
vientos alisios característicos de la zona norte del país y cuyo predominio fue
constante durante todo el año, los vientos provenientes de direcciones con
componente sur se presentan en los meses de mayo – octubre
correspondiente a las épocas de lluvia originado por el debilitamiento de los
alisios.
El comportamiento del viento en la zona de estudio está influenciado
por la topografía del terreno, el ramal de la cordillera de los andes situado al
sur y sureste del área, y la cordillera de Perijá al oeste del Lago de Maracaibo
los cuales forman una barrera natural de desplazamiento de los vientos
alisios que soplan del ENE; aunado a ello, la existencia de una zona de baja
presión al sur del lago de Maracaibo, origina una circulación de vientos en la
cuenca del lago de Maracaibo, cuyo comportamiento se observa en la Figura
3 y 4 , con una mayor frecuencia en el componente ENE de los vientos.
Para las horas laborales de 11:00 AM a 5:00 pm (Figura 13 y 14) se
observa para algunos periodos del año la aparición de dirección en las
componentes sur y oeste.
Para los meses de mayo a noviembre (Figura 15) se observa para
algunas horas del día la aparición de direcciones del viento en los
componentes sur y oeste.
4.2 Estimación de las Emisiones
Una vez aplicado los factores de emisión a las diferentes actividades
del CPAMC, se obtiene la estimación de las emisiones atmosféricas que estas
pudieran generar; en la Tablas 31, 32, 33, 34, 35 y 36 se muestran las tasas
de emisión de Partículas Totales Suspendidas PTS. (PM), el Dióxido de Azufre
(SO2), Dióxido de Nitrógeno (NOx), Monóxido de Carbono (CO), Metano
(CH4), Compuestos orgánicos Volátiles (COV) y Amoníaco (Tabla 35) de las
14 instalaciones visitadas por cada fuente fija.
En la Tabla 31 se observa que tanto la caldera C3 como en la caldera
C14 utilizan Gas natural y fuel-oil, las diferencias entre las tasas de emisión
entre ambos casos es notable especialmente en la tasa de SO2, donde para
la caldera C3 genera un promedio de 1,23 toneladas al año si se utilizara gas
natural y de 2020,84 toneladas al año si se utilizara Fueloil, la tasa de
emisión de CH4 disminuye de 47,47 hasta 0,74 toneladas al año cuando se
utiliza fuel-oil como combustible, en la planta eléctrica la fuente que genera
mayor potencial de emisiones es la caldera C3 tanto cuando se utiliza Gas
natural o cuando se utiliza fuel-oil como combustible.
Los resultados del Área 45 (Tabla32) exhiben las mismas proporciones
en las tasas de emisión, donde la mayor potencial por poluente es para el
NOx y el menor es para el SO2, debido al uso del gas natural como
combustible en la caldera C9, C10 y C13.
En la planta de Amoníaco y Área 90 (Tabla 33) se reportan en la
Chimenea SK3A-B de los Hornos Reformadores H1-A-B valores de 139,83
toneladas por año de NOX como mayor potencial de emisión, en el resto de
las plantas la mayores tasas de emisión las registran las chimeneas de las
calderas del los hornos 1 al 6 de la plantas Olefinas II, así como el mechurrio
F-8801A y F-8801-B de Olefinas I y II (Tabla 36).
Tabla 31. Tasas de emisión estimadas asociadas a la Planta Eléctrica.
DATOS DE PLANTA
TASAS DE EMISIÓN TON /AÑO
PLANTA
ELECTRICA
FUENTE PM SO2 NOX CO CH4 COV
CHIMENEA C3 CALDERA C3 15,68 1,23 288,97 173,39 47,47 11,35
CHIMENEA C3 CALDERA C3
(FUEL OIL)
28,53 2020,84 342,35 71,32 0,74 2,85
CHIMENEA C4 CALDERA C4 15,68 1,23 288,97 173,39 47,47 11,35
CHIMENEA C11 CALDERA C11 8,45 0,67 155,60 93,36 25,56 6,11
CHIMENEA C12 CALDERA C12 8,45 0,67 155,60 93,36 25,56 6,11
CHIMENEA C14 CALDERA C14 10,48 0,83 193,14 115,89 31,74 7,58
CHIMENEA C14 CALDERA C14
(FUEL OIL)
19,53 1383,47 234,38 48,83 0,51 1,95
CHIMENEA C15 CALDERA C15 10,48 0,83 193,14 115,89 31,74 7,58
CHIMENEA C16 CALDERA C16 10,48 0,83 193,14 115,89 31,74 7,58
CHIMENEA C17 CALDERA C17 10,48 0,83 193,14 115,89 31,74 7,58
TURBOGENERADOR TG5 7,63 10,88 277,75 87,95 9,92 12,72
TURBOGENERADOR TG6 7,63 10,88 277,75 87,95 9,92 12,72
TURBOGENERADOR TG10 10,65 15,17 387,41 122,67 13,85 17,75
Los resultados presentados en la Planta de Urea (Tabla 35) reportan
44,45 toneladas al año de Amoníaco como Poluente, también se observa que
el valor de Material Particulado (PM) es de 196,41 toneladas al año el cual
representa la mayor proporción estimada de este poluente de todas las
fuentes en las plantas e instalaciones del complejo.
Tabla 32. Tasas de emisión estimadas del área 45 de CTA (servicios industriales).
Tabla 33. Tasas de emisión estimadas de la Planta de Amoníaco y del Área 90
DATOS DE PLANTA
TASAS DE EMISIÓN TON /AÑO
AMONÍACO
Y
ÁREA 90
FUENTE PM SO2 NOX CO CH4 COV
CHIMENEA H5 HORNO H4 1,01 0,08 18,52 11,11 3,04 0,73
CHIMENEA SK3A HORNO H1A 7,59 0,60 139,83 83,89 22,97 5,49
CHIMENEA SK3B HORNO H1B 7,59 0,60 139,83 83,89 22,97 5,49
CHIMENEA SK102 COMP C1 6,03 0,48 11,12 66,67 18,25 4,36
CHIMENEA FB204 CALDERA 6,93 0,55 127,80 76,68 20,99 5,02
CHIMENEA FB205 CALDERA 6,93 0,55 127,80 76,68 20,99 5,02
Con relación a las fuentes de las empresas Mixtas, la Tasa de Emisión
de mayor Potencial es el mechurrio F-801 (ver Tabla 37) de la empresa
Venoco y el mechurrio F-2301 de Propilven, el resto de las fuentes presenta
una disminución en las tasas de emisión.
Tabla 34. Tasas de emisión estimadas de MVC-PVC; LGN II; Y PPE
DATOS DE PLANTA
TASAS DE EMISIÓN TON /AÑO
DATOS DE PLANTA
TASAS DE EMISIÓN TON /AÑO
ÁREA 45
FUENTE PM SO2 NOX CO CH4 COV
CHIMENEA C9 CALDERA C9
8,45 0,67 155,60 93,36 25,56 6,11
CHIMENEA C10 CALDERA C10
8,45 0,67 155,60 93,36 25,56 6,11
CHIMENEA C13 CALDERA C13
8,45 0,67 155,60 93,36 25,56 6,11
PLANTA
FUENTE PM SO2 NOX CO CH4 COV
MVC-PVC
INCINERADOR C704 0,03 0,002 0,55 0,33 0,09 0,02
HORNO R-401 1,86 0,15 34,20 20,52 5,61 1,34
MECHURRIO R-401 0,01 - 0,066 0,36 0,14 -
LGN II
HORNO H1-C 0,35 0,02 6,40 3,84 1,05 0,25
MECHURRIO LGN II 0,14 - 0,03 0,15 0,06 -
PPE
MECHURRIO PPE 0,15 - 0,02 0,14 0,055 -
Tabla 35. Tasas de emisión estimadas de la Planta de Urea.
DATOS DE PLANTA
TASAS DE EMISIÓN TON /AÑO
PLANTA
FUENTE PM NH3 NOX CO CH4
UREA
TORRE PRILL 42AT
196,41
44,45 - - -
MECHURRIO FS-1
1,13 - 0,23 1,21 5,61
Tabla 36. Tasas de emisión estimadas de Olefinas I y Olefinas II
DATOS DE PLANTA
TASAS DE EMISIÓN TON/AÑO
PM SO2 NOX CO CH4 COV
OLEFINAS
I
FUENTE
CHIMENEA CALDERA 103-BB
5,32 0,42 98,112 58,87 16,12 3,85
CHIMENEA CALDERA 103 BA 7,10 0,56 130,82 78,49 21,49 5,14
CHIMENEA CALDERA 201-BH 3,55 0,28 65,40 39,24 10,75 2,57
CHIMENEA CALDERA 104-B 0,71 0,06 13,08 7,85 2,15 0,51
CHIMENEA CALDERA 101-BB 3,55 0,28 65,40 39,24 10,75 2,57
MECHURRIO F-8801B 64,21 - 36,14 196,65 74,41 -
OLEFINAS
II
HORNO 1 26,63 2,10 490,56 294,33 80,59 19,27
HORNO 2 26,63 2,10 490,56 294,33 80,59 19,27
HORNO 3 26,63 2,10 490,56 294,33 80,59 19,27
HORNO 4 26,63 2,10 490,56 294,33 80,59 19,27
HORNO 5 26,63 2,10 490,56 294,33 80,59 19,27
HORNO 6 26,63 2,10 490,56 294,33 80,59 19,27
MECHURRIO F-8801A 70,62 - 19,84 108,00 40,86 -
Tabla 37. Tasas de emisión estimadas de las Empresas Mixtas del CPAMC.
DATOS DE PLANTA
TASAS DE EMISIÓN TON /AÑO
PLANTA
FUENTE PM SO2 NOX CO CH4 COV
PROPILVEN
MECHURRIO F-2301 8,84 - 1,73 9,42 3,57 -
POLINTER
ALTA
CALDERA H-920A 0,086 0,01 1,58 0,95 0,26 0,06
MECHURRIO Z-950 0,081 - 0,45 2,50 0,94 -
POLINTER
LINEAL
VAPORIZADOR AX 0,24 0,02 4,35 2,61 0,71 0,17
VAPORIZADOR BX 0,25 0,02 4,67 2,80 0,77 0,18
MECHURRIO Z - - 0,45 2,49 0,94 -
POLINTER
BAJA
HORNO S-502A 0,05 4,02 0,68 0,14 0,0015 0,0057
HORNO S-502C 0,089 0,07 1,63 0,98 0,26 0,064
HORNO S-502D 0,089 0,07 1,63 0,98 0,26 0,064
VENOCO
HORNO F-501
0,012
0,00009
0,02
0,013
0,003
0,0008
MECHURRIO F-801
13,58
-
76,57
416,66
157,65
13,58
ESTIZULIA
CALDERA 6B-201
0,0004
0,000003
0,0007
0,0004
0,00013
0.00003
HORNO H-102
0,00013
0.00001
0,0023
0,014
0,0038
0,00009
HORNO H-101
0,00003
0,000002
0,0006
0,0003
0,00009
0,00002
Los valores totales de las tasas de emisión por planta y por poluente se
pueden observar en la Tabla 37; de las 14 instalaciones visitadas las que
presentaron un aporte de emisiones estimadas mayores a 200 toneladas por
año fueron Planta Eléctrica, Área 45, Amoníaco, Venoco, Olefinas I, Olefinas
II y Urea.
El mayor aporte de emisiones a la atmosfera estimado corresponde a
la Planta Eléctrica con 8631,02 ton/año, seguido de Olefinas II con 5720
ton/año, Amoníaco y Área 90 con 1238,14 ton/año, Olefinas I con 1029,52
ton/año, Área 45 con 869,24 ton/año, Venoco con 727,51 ton/año y Urea
con 219,08 ton/año. En total el CPAMC hace un aporte promedio al año de
19598,83 ton/año, donde el mayor potencial de emisión es de NOx con
7778, 31 ton/año (Tabla 38).
Las fuentes fijas estacionarias de mayor potencial de emisión están
expresadas en la Tabla 39, se agruparon de las plantas que presentan las
más altas tasas de emisiones. Se observan que los valores son mayores
para las Calderas C3 y C14; si éstas consumieran todo el año fuel-oil como
combustible, sin embargo es necesario seleccionarlas ya que representan el
mayor aporte de SO2 en el CPAMC.
De las Fuentes que consumen Gas Natural se destacan el Horno 1
(también del 2 al 6) de Olefinas II con 913,48 ton/año así como el mechurrio
F-801 de Venoco con 681,04 ton/año (Tabla 37).
Las emisiones totales identificadas en la Tabla 39 fueron como valores
de la variable tasa de emisión en la ecuación 1.11 permitiendo establecer las
máximas concentraciones en el CPAMC a través del modelo de dispersión
Gaussiano de Turner (Capítulo I).
Tabla 38. Estimación de emisiones totales por planta en toneladas por año
PLANTA PM SO2 NOX CO CH4 COV NH3 Total
PLANTA ELECTRICA 164,19 3448,36 3181,39 1415,39 307,97 113,31 - 8631,02
ÄREA 45
25,35 2,00 466,8 280,08 76,68 18,33 - 869,24
AMONIACO Y AREA 90
36,09 2,85 664,90 398,94 109,23 26,12 - 1238,14
PROPILVEN
8,85 - 1,73 9,42 3,57 - 23,57
1,89 0,15 34,82 21,21 5,71 1,37 - 65,15
Tabla 39. Identificación de las fuentes con mayor valor potencial de emisión.
PLANTA
FUENTE
POLUENTE (TON/AÑO)
PM
SO2 NOX CO CH4 COV TOTAL
PLANTA
ELECTRICA
CHIMENEA C3 CALDERA C3
15,68 1,23 288,97 173,39 47,47 11,35 364,7
PLANTA
ELECTRICA
CHIMENEA C3 CALDERA C3 (FUEL OIL) 28,53 2020,84 342,35 71,32 0,74 2,85 2466,63
CHIMENEA C14 CALDERA C14 (FUEL OIL) 19,53 1383,47 234,38 48,83 0,51 1,95 1688,67
MVC II-PVC II
POLINTER ALTA
0,17 0,0070 1,64 1,24 0,37 0,062 - 3,48
POLINTER LINEAL
0,48 0,039 9,48 7,91 2,42 0,35 - 20,70
POLINTER BAJA
0,23 4,035 3,95 2,10 0,54 0,13 - 10,99
VENOCO 76,57 0,0001 76,59 416,67 157,66 0,0008 - 727,51
OLEFINAS I
84,45
1,60
372,81
420,35
135,66
14,64
-
1029,52
OLEFINAS II
230,40 12,61 3141,43 2843,70 891,32 115,63 - 5720,30
LGN II
0,48 0,027 0,73 3,86 1,0587 0,25 - 6,42
ESTIZULIA
0,0002 0,00001 0,0036 0,0001 0,0006 0,0001 - 0,0047
UREA
207,36 - 0,22 1,21 0,46 - 9,82 219,08
PPE
0,14 - 0,003 0,02 0,006 - - 0,17
Totales 836,70 3471,68 7778,31 4852,85 1325,75 290,21 9,82 19598,83
PLANTA
ELECTRICA
ÁREA 45
CHIMENEA C9 CALDERA C9 8,45 0,67 155,60 93,36 25,56 6,11 289,75
AMONÍACO Y
ÁREA 90
CHIMENEA SK3A HORNO H1A 7,59 0,60 139,83 83,89 22,97 5,49 260,34
OLEFINAS I
MECHURRIO
F-8801B
64,21 - 36,14 196,65 74,41 - 396,86
OLEFINAS II
HORNO 1 26,63 2,10 490,56 294,33 80,59 19,27 913,48
OLEFINAS II
MECHURRIO
F-8801A
70,62 - 19,84 108,00 40,86 - 239,02
VENOCO
MECHURRIO
F-801
13,58 - 76,57 416,66 157,65 13,58
681,04
UREA
TORRE PRILL 42AT
196,41
- - - 240,46a
a: A este valor se suma los 44,45 ton/año que aporta el gas amoníaco.
4.3 Estimación de la Concentración de Gases y Material Particulado
En la Figura 16 se presenta la concentración de SO2 en las direcciones
preferenciales de los vientos en función de la estabilidad atmosférica para la
caldera C3 de la planta eléctrica, los valores máximos de 1100 µg/m3 se
alcanzan con estabilidad atmosférica C en la dirección ENE a una distancia
de 200 m, para estabilidad atmosférica B en la dirección SO y SE se obtienen
resultados similares con valores máximos 920 µg/m3 a la misma distancia de
las estabilidad C y de 700 µg/m3 cuando la estabilidad atmosférica es D en
dirección NE en una distancia de 550 m, las máximas concentraciones a
mayor distancia se alcanza con la estabilidad atmosférica D y a menores
distancia con estabilidad B y C, las concentraciones de SO2 disminuyen hasta
su dispersión a partir de 4 Km.
Figura 16. Concentración de SO2 como función de la distancia debajo de la fuente caldera C3 Planta Eléctrica, combustible Fuel-Oil.
En la Figura 17 se presenta la concentración de SO2 en las direcciones
preferenciales de los vientos en función de la estabilidad atmosférica para la
caldera C14 de la planta eléctrica, los valores máximos de 1000 µg/m3 se
alcanzan con estabilidad atmosférica C en la dirección ENE a una distancia de
200 m, para estabilidad atmosférica B en la dirección SO y SE se obtienen
resultados similares con valores máximos 730 µg/m3 a la misma distancia de
las estabilidad C y de 640 µg/m3 cuando la estabilidad atmosférica es D en
dirección NE en una distancia de 550 m.
Figura 17. Concentración de SO2 como función de la distancia debajo de la
fuente, Caldera C14, Planta Eléctrica.
En la Figura 18 se observa que cuando las fuentes consumen gas
natural los valores de la concentración no alcanzan 1 µg/m3, los valores
máximos están en el intervalo de distancia de 100 m a 300 m y a la
distancia de 2 km se dispersa completamente.
Figura 18. Concentración SO2 como función de la distancia debajo de la
fuente, estabilidad C, caldera C3 Planta Eléctrica (gas natural), Chimenea
SK-3A de Amoníaco y Horno H1 de Olefinas II.
En la Figura 19 se observa la proyección de las concentraciones de
SO2 en un mapa satelital del CPAMC, las mayores concentraciones se
agrupan en las zonas cercanas a las fuentes de la Planta Eléctrica.
Figura 19. Concentraciones de SO2 en el CPAMC.
En la figura 20 cabe destacar la gran diferencia de concentración de
partículas totales suspendidas entre la torre Prill 42 AT42 y las otras fuentes
seleccionadas, los valores máximos sobrepasan los 120 µg/m3, valor más
cercano lo tiene el mechurrio de Olefinas II, F-8801A con 12 µg/m3 estas
diferencias son por las variantes entre los procesos de producción de
fertilizantes agrícolas y combustión.
Figura 20. Concentración de PTS (PM) en función de la distancia debajo de
la fuente, estabilidad C.
En la Figura 21 se observa que para la torre Prill 42AT2 los valores
máximos son de 125 µg/m3 y los alcanza en la estabilidad C a una distancia
de 200 m y a la misma distancia alcanza valores de 116 µg/m3 para
estabilidad B, las concentraciones máximas de 56 µg/m3 con mayor
distancia se localizan a 600 m con estabilidad atmosférica D.
Figura 21. Concentración de PTS en función de la distancia debajo de la
fuente, torre Prill 42AT2
En la Figura 22 se observa la proyección de las concentraciones de
PTS en el mapa del CPAMC, las mayores concentraciones se agrupan en las
zonas cercanas a las fuentes de Urea, Planta eléctrica y Olefinas I y II.
Figura 22. Concentración de PTS en el CPAMC
En la Figura 23 se presenta la concentración de NO2 (NOx) en las
direcciones preferenciales de los vientos en función de la estabilidad
atmosférica para la caldera C3 de la planta eléctrica, cabe destacar que a la
hora de realizar gráficos y proyecciones cartográficas , las concentraciones
NOx , CO ,CH4, y COV tendrán las mismas zonas de máximas y mínimas
concentraciones debido a su proporcionalidad en los procesos de combustión,
de esta manera las concentración de NOx se tomará como referencia al
graficar los poluentes restantes ( excepto el amoníaco, los valores máximos
de 160 µg/m3 se alcanzan con estabilidad atmosférica C en la dirección ENE
a una distancia de 200 m, para estabilidad atmosférica B en la dirección SO y
SE se obtienen resultados similares con valores máximos 133 µg/m3 a la
misma distancia de las estabilidad C y de 100 µg/m3 cuando la estabilidad
atmosférica es D en dirección NE en una distancia de 550 m, las máximas
concentraciones a mayor distancia se alcanza con la estabilidad atmosférica
D y a menores distancia con estabilidad B y C, las concentraciones de NO2
disminuyen hasta su dispersión a partir de 5 Km.
Figura 23. Concentración de NO2 en función de la distancia debajo de la
fuente, Caldera C3 de la Planta Eléctrica
En la Figura 24 se observa la concentración de NO2 (NOx) en las
direcciones preferenciales de los vientos en función de la estabilidad
atmosférica para la caldera C9 del Área 45 ,los valores máximos de 180
µg/m3 se alcanzan con estabilidad atmosférica C en la dirección ENE a una
distancia de 200 m, para estabilidad atmosférica B en la dirección SO y SE se
obtienen resultados similares con valores máximos 165 µg/m3 a la misma
distancia de las estabilidad C y de 135 µg/m3 cuando la estabilidad
atmosférica es D en dirección NE en una distancia de 300 m, las máximas
concentraciones a mayor distancia se alcanza con la estabilidad atmosférica
D y a menores distancia con estabilidad B y C, las concentraciones de NO2
disminuyen hasta su dispersión a partir de 3 Km.
Figura 24. Concentración de NO2 en función de la distancia debajo de la fuente, Caldera C9 del Área 45.
En la Figura 25 se muestra la concentración de NO2 (NOx) en las
direcciones preferenciales de los vientos en función de la estabilidad
atmosférica para la chimenea SK-3A de la planta de amoníaco, los valores
máximos de 200 µg/m3 se alcanzan con estabilidad atmosférica C en la
dirección ENE a una distancia de 120 m, para estabilidad atmosférica B en la
dirección SO y SE se obtienen resultados similares con valores máximos 180
µg/m3 a la misma distancia de las estabilidad C y de 107 µg/m3 cuando la
estabilidad atmosférica es D en dirección NE en una distancia de 300 m, las
concentraciones de NO2 disminuyen hasta su dispersión a partir de 3,5 Km.
Figura 25. Concentración de NO2 en función de la distancia debajo de la fuente chimenea SK-3A-B Amoníaco
En la Figura 26 se muestra la concentración de NO2 (NOx) en las
direcciones preferenciales de los vientos en función de la estabilidad
atmosférica para el horno 1 de la planta de Olefinas II, los valores máximos
de 310 µg/m3 se alcanzan con estabilidad atmosférica C en la dirección ENE
a una distancia de 200 m, para estabilidad atmosférica B en la dirección SO y
SE obteniéndose resultados similares con valores máximos 235 µg/m3 a la
misma distancia de las estabilidad C y de 225 µg/m3 cuando la estabilidad
atmosférica es D en dirección NE en una distancia de 600 m, las
concentraciones de NO2 disminuyen hasta su dispersión a partir de 3 Km.
Figura 26. Concentración de NO2 en función de la distancia debajo de la
fuente, Horno 1 Olefinas II.
En la Figura 27 se observa una disminución de los valores máximos de
NO2 (NOx) para el mechurrio f8801 -B de Olefinas I, esto se debe a su tasa
de emisión de NO2 y por la gran altura de esta fuente 102m (anexo 2) los
valores máximos son cercanos a 30 µg/m3 y se alcanzan para estabilidad C
dirección ENE, en este caso se nota una mayor diferencia de concentración
entre las direcciones del viento SO y SE para la estabilidad B, y para la
estabilidad D-NE las máximas concentraciones se alcanzan a partir de 1 km y
disminuyen drásticamente a partir de 3 km.
Figura 27. Concentración de NO2 en función de la distancia debajo de la fuente, F8801-B Olefinas I.
En la Figura 28 se observa una mayor disminución de los valores
máximos de NO2 (NOx) para el mechurrio F801 de Venoco, esto se debe a su
tasa de emisión de NO2 los valores máximos son cercanos a 13 µg/m3 y se
alcanzan para estabilidad C dirección ENE, en este caso no se nota
diferencia de concentración entre las direcciones del viento SO y SE para la
estabilidad B, y para la estabilidad D-NE las máximas concentraciones se
alcanzan a partir de 1 km y disminuyen drásticamente a partir de 2,5 km.
Figura 28. Concentración de NO2 en función de la distancia debajo de la fuente, mechurrio F801 Venoco.
En la Figura 29 se observa se observa la proyección de las
concentraciones de NO2 en el mapa del CPAMC, las mayores concentraciones
están distribuidas en las zonas cercanas a las fuentes de Amoníaco, Planta
eléctrica, área 45 y Olefinas I y II. Las concentraciones de COV, CH4 y CO
señalarían las mismas zonas de mayores concentraciones.
Figura 29. Concentraciones de NO2 en el CPAMC.
En la figura 30 se presenta la concentración de NH3 en las direcciones
preferenciales de los vientos en función de la estabilidad atmosférica para la
Torre Prill 42AT2 de la planta de Urea, los valores máximos de 28 µg/m3 se
alcanzan con estabilidad atmosférica C en la dirección ENE a una distancia
de 200 m, para estabilidad atmosférica B en la dirección SO y SE,
obteniéndose resultados similares con valores máximos 26 µg/m3 a la misma
distancia de las estabilidad C y de 13 µg/m3 cuando la estabilidad
atmosférica es D en dirección NE en una distancia de 500 m, las
concentraciones de NH3 disminuyen hasta su dispersión a partir de 2 Km.
Figura 30. Concentración de Amoníaco en función de la distancia debajo de
la fuente Torre Prill 42AT2
En la proyección de las concentraciones de NH3 en el mapa del
CPAMC, las mayores concentraciones están distribuidas en las zonas
cercanas a las fuentes de Urea, Amoníaco y Planta Eléctrica (Figura 31).
Figura 31. Concentraciones de NH3 en el CPAMC.
En la figura 32 se observan todas las zonas de altas concentraciones
interceptadas con el cruce de todos los poluentes y en la figura 33 se
observan las zonas de mayor impacto teniendo como principales Zonas los
alrededores de Amoníaco, Urea , Planta Eléctrica, Área 45, y Olefinas I y II.
Figura 32. Zonas de intercepción de concentraciones del CPAMC
Figura 33. Zonas de mayor impacto del CPAMC.
En la figura 34 se presenta los Poblados más cercanos al CPAMC donde
se señalan los 4 poblados más cercanos en las principales direcciones del
viento, donde cabe destacar que el poblado 1 está a 8,6 Km en la dirección
NE, el poblado 2 a 9,3 km dirección ENE, el poblado 3 a 4,2 km dirección SE
y el poblado 4 a 4,7 km dirección SO.
Figura 34. Poblados Cercanos al CPAMC
En la figura 35 se observa que para las condiciones máximas de
operación las concentraciones del poblado 1 ( 9,3 km) alcanza los 4 µg/m3
para SO2 , y menos de 1 µg/m3 para del NO2, PM y NH3.
Figura 35. Concentraciones máximas en función de la distancia debajo de la fuente dirección ENE
En la figura 36 se observa que para las condiciones máximas de
operación las concentraciones del poblado 2 ( 8,6 km) alcanza los 6,3 µg/m3
para SO2 ,1,8 µg/m3 para el NO2 y menos de 1 µg/m3 para del, PM y NH3.
Figura 36. Concentraciones máximas en función de la distancia debajo de la fuente dirección NE
En la figura 37 se observa que para las condiciones máximas de
operación las concentraciones del poblado 3 ( 4,2 km) alcanza los 3,5 µg/m3
para SO2 , y menos de 1 µg/m3 para del, PM, NO2 y NH3.
Figura 37. Concentraciones máximas en función de la distancia debajo de la
fuente dirección SE
En la figura 38 se observa que para las condiciones máximas de
operación las concentraciones del poblado 4 ( 4,7 km) alcanza los 3,15
µg/m3 para SO2 , y menos de 1 µg/m3 para del, PM, NO2 y NH3.
Figura 38. Concentraciones máximas en función de la distancia debajo de la
fuente dirección SO
4.4. Determinación del número de estaciones
Para determinar el número de estaciones de la RMCA se tomaron los
criterios de mayores concentraciones de CETESB (tabla 17) y las
recomendaciones mostradas en la sección 2.1.2, la tabla 43 resalta las
concentraciones máximas registradas a través del modelo de dispersión de
Turner y el número mínimo de estaciones, estos requerimientos se aplicarán
para población <105 hab. Determinándose un valor promedio es 2,33 y se
aproxima a 2 el número mínimo de estaciones viento abajo.
Tabla 40. Determinación del número de estaciones
Poluente
Concentración
Máxima
(µ/m3)
Número mínimo de
estaciones vientos abajo
SO2 1100 3
PTS 120 1
NO2 310 3
NH3 26 No Aplica
Promedio 2,33
Según las recomendaciones de la sección 2.1.2.4, se tiene que sumar
una estación de fondo (vientos arriba). Por lo tanto:
N= 2 estaciones + 1 estación de fondo = 3 estaciones.
Según las recomendaciones de la sección 2.1.2.5, se incluye una
estación en la ciudad con mayor densidad de población cercana al área de
influencia del complejo.
4.5 Distribución y ubicación de las estaciones.
Las estaciones se ubicarán en las zonas de mayor impacto de
concentraciones resultantes del modelo de dispersión y en la población con
mayor densidad ubicada vientos abajo, la Figura 35 muestra las poblaciones
más cercanas a CPAMC y la distancia según la dirección del viento, las
regiones de mayor densidad de población son el poblado 1 se encuentra a
8,6 km en dirección NE, el poblado 2 se encuentra a 9,3 km en dirección
ENE.
En la Figura 39 se muestran los sitios propuestos por el personal del
CPAMC según los requerimientos de macrolocalización para la distribución de
las estaciones.
Figura 39. Puntos propuestos de la RMCA vientos abajo
En la Figura 40 Se observan los 4 sitios propuestos por el personal de
seguridad del CPAMC para la ubicación de la estaciones vientos arriba, se
compara la ubicación de los puntos con la Rosa de los vientos, el Punto F
(Embalse de Hidrolago) presenta mayor correspondencia con la dirección
vientos arriba, en la Figura 41 se muestran los sitios propuestos para el
poblado más cercano ubicado vientos abajo.
Figura 40. Puntos propuestos de la RMCA vientos arriba
En la Figura 42 se observan todos los sitios de ubicación de estaciones
propuestos interceptados con las zonas de mayor impacto, el puntos A
(Palmichal 1) y el punto E (Casita de PVC) tienen la mayor correspondencia
con las zonas de mayor impacto de concentraciones.
Figura 41. Sitios propuestos en el poblado vientos abajo.
Figura 42. Puntos propuestos interceptados con las zonas de mayor impacto
Tomando en cuenta todos los requerimientos anteriores se diseña la
red de monitoreo con las siguientes estaciones (Tabla41):
Tabla 41. Puntos de la RMCA del CPAMC
Punto
Descripción
Coordenadas
Características
A
Palmichal 1
10.749246-71.535330
Zona de alto impacto
vientos abajo para
dirección NE, ENE, NNE,E
E
Casita PVC
10.765773, -71.538033
Zona de alto impacto
vientos abajo para
dirección SE y ESE
F
Embalse de
Hidrolago
10.768767, -71.518378
Estación vientos abajo
para dirección SO
1
Muelle
10.669820, -71.588580
Población con alta
densidad vientos abajo
La figura 43 muestra los 3 puntos para la RMCA dentro del CPAMC, se
observa los puntos A, E y F ya seleccionados.
En La figura 44 se observa la Red de Monitoreo de calidad de Aire para
el Complejo Petroquímico Ana María campos con las 4 estaciones
seleccionadas.
Figura 43. Puntos de la RMCA dentro del CPAMC
Figura 44. Ubicación de la Red de Monitoreo dentro del CPAMC
4.6 Requerimientos técnicos y administrativos
Los requerimientos técnicos y administrativos son tomados de diversos
protocolos y manuales de calidad de aire internacionales tales como el de
Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial y del Instituto de
Hidrología, Meteorología y Estudios ambientales de Colombia.
4.6.1. Costos de inversión inicial
En la Tabla 42 se presentan los costos estimados de inversión inicial
según el tipo de tecnología en dólares de Estados Unidos.
Tabla 42. Costos de inversión inicial según tipo de tecnología
Fuente (Información de fabricantes de las tecnologías disponibles)
4.6.2 Instalación de las estaciones.
La instalación de las estaciones comprende costos de terrenos y su
adecuación, la compra e instalación de los equipos de medición, etc. El
terreno del sitio seleccionado, puede ser comprado, arrendado o en algunos
casos usado sin costo alguno. La adecuación del sitio incluye el acceso, la
seguridad y la electricidad. Puede ser posible que se requiera, una nivelación
del terreno y la construcción de una plataforma para colocar la cabina
(shelter) donde se protegerán los equipos, puede necesitarse además una
vía de acceso y definitivamente será necesario tener en cuenta la acometida
eléctrica para alimentar los equipos eléctricos, la línea telefónica para
transmitir los datos, el cercado y la iluminación para prevenir en alguna
medida robos y vandalismo. Después de preparar el sitio se debe transportar
e instalar la cabina o shelter y los equipos, estos últimos se calibran en
condiciones de operación, y deben preparase para la medición rutinaria.
Los gastos en materiales consumibles, servicios, y personal son por lo
general costos en los que se incurrirá solo una vez y se amortizaran en el
tiempo de vida útil de la estación. se establece una vida útil de 5 anos para
las estaciones. Los costos totales de instalación de una estación pueden
llegar a ser muy significativos, sin embargo pueden reducirse si se buscan
sitios de fácil acceso y con buenas condiciones de seguridad, cercanos a
redes eléctricas y telefónicas, y cuyo uso no implique costo alguno para el
RMCA (como predios de universidades, colegios, entes estatales, parques
públicos).
La cerca o malla de seguridad, debe tener de 2 a 3 metros de altura y
debe llevar alambre o cerca eléctrica en el tope. Debe tener una puerta con
sistema de seguridad y ser de dimensiones suficientes para permitir sacar la
cabina sin necesidad de levantarla por encima de la cerca. Deben instalarse
también lámparas de seguridad, que enciendan automáticamente al
atardecer y se apaguen al amanecer, si es necesario.
Los costos totales de adecuación del sitio e instalación de una estación,
incluyendo acceso, electricidad y seguridad podrán variar ampliamente si el
sitio es un área urbana de acceso disponible o si corresponde a un sitio rural,
que requiere de adecuación de acceso y del sitio). No se incluyen los costos
de arriendo o compra de terrenos, ya que dependen de las condiciones
locales al momento de la selección del sitio de medición.
En el monitoreo se incluye la operación y los desplazamientos
necesarios para el servicio periódico en campo a cada estación, sus equipos,
además de los consumibles, repuestos y energía que estos demandan. El
servicio en campo consiste en las operaciones de rutina de mantenimiento
preventivo que pueden ser realizadas por un técnico. Las tareas de
mantenimiento correctivo y preventivo que involucran un mayor
conocimiento técnico se deben considerar en el rubro de mantenimiento. Los
costos de las calibraciones de rutina y chequeos del desempeño de los
equipos se consideraran en el rubro de control y aseguramiento de calidad.
Los costos de monitoreo dependen de las técnicas de medición, del
sistema de medición utilizado y de las distancias que se deben recorrer para
visitar las estaciones. Los diferentes sistemas de medición requieren
diferentes servicios, diferentes medios de muestreo y consumibles. Por
ejemplo, los sistemas automáticos de medición de ozono, dióxido de azufre y
dióxido de nitrógeno, no requieren medios de muestreo, pero necesitan el
cambio periódico de los filtros para funcionar adecuadamente.
Dependiendo de la complejidad del RMCA y de las características de la
localidad específica, los costos que deben tenerse en cuenta adicionales a los
costos de personal son: energía de estaciones, comunicaciones (teléfono e
internet), mantenimiento preventivo de equipos e infraestructura,
combustible del vehículo, gastos de oficina (papelería, tintas), imprevistos,
pesaje de filtros, análisis de soluciones o medios de muestreo (pasivos),
costos de repuestos y consumibles.
4.6.3 Análisis
Los analizadores automáticos no requieren análisis en laboratorio pero
es recomendable para una RMCA automático incluir en este rubro el costo,
de capital y de operación, de un laboratorio de referencia, donde reposan los
equipos utilizados para verificar las mediciones y el desempeño de los demás
equipos del RMCA.
4.6.4 Mantenimiento
Los costos de mantenimiento de los equipos están representados por el
valor de las operaciones rutinarias de mantenimiento preventivo y correctivo
del equipo de medición. Las actividades específicas de mantenimiento
dependen del sistema de medición implementado. El rubro incluye mano de
obra, desplazamiento, equipos, repuestos y consumibles. El mantenimiento
debe ser realizado por un técnico. Después de ser reparado un analizador o
muestreado debe ser recalibrado, estos resultados deben ser incluidos en el
rubro de mantenimiento.
4.6.5 Aseguramiento de Calidad
El aseguramiento de calidad (AC) es un programa diseñado para
alcanzar los objetivos de calidad de datos y certificar que los datos
recopilados por el sistema de medición tienen una calidad conocida. El
control de calidad (CC) es un conjunto de pruebas y procedimientos
rutinarios diseñados para implementar un programa de aseguramiento de
calidad. Un programa de AC implica el planeamiento de actividades, la
implementación de procedimientos y la realización de pruebas para realizar
un apropiado CC de datos y documentos. Este programa es un requerimiento
en toda actividad de medición de calidad del aire.
4.6.6 Recurso Humano.
El personal involucrado en las diferentes actividades que se llevan a
cabo en una RMCA, es en general multidisciplinario. En las diferentes etapas
que implica el diseño de un RMCA, se involucran ingenieros de diversas
ramas, meteorólogos, químicos, operarios electromecánicos, entre otros.
La RMCA debe tener Profesional experimentado responsable por
administrar la totalidad del programa de vigilancia y establecer las políticas
para cumplir las regulaciones relevantes. Esta persona deberá también
revisar el trabajo de los demás operadores de LA RMCA. Coordinará las
actividades con las demás instituciones involucradas en el programa de
vigilancia. Se recomienda que este profesional tenga una especialización,
maestría o doctorado en un campo ambiental.
CONCLUSIONES
Del análisis de los resultados sobre el diseño de la Red de Monitoreo de
de Calidad de Aire para un Complejo Petroquímico se derivan las siguientes
conclusiones:
i) El microclima existente en la región del Complejo Petroquímico es
influenciada por los vientos alisios y por la topografía de la zona,
generando una distribución significativa en las direcciones del
viento sobre períodos de tiempo.
ii) La velocidad del viento tiene variaciones significativa durante las
24 horas del día con mayores valores entre las horas 15 a 20 , y
en los meses de Enero a Marzo con los siguientes rangos:
Tiempo Rango, velocidad
Hora 1-8 7 -12 km/h
Hora 9-14 8-17 km/h
Hora 15-20 17-20 km/h
Hora 21-24 7-18 km/h
Enero –Marzo 17-20 km/h
Abril –Julio 8-18 km/h
Agosto –Diciembre 7-9 km/h
iii) La dirección del viento exhibe una distribución significativa
durante las 24 horas del día y más estratificada , en el período de
Mayo a Octubre , con los siguientes valores característicos para
la zona:
Tiempo Rango, Dirección
Enero-Abril ENE-NE
Mayo-Octubre ENE-NE-SO-SE-ESE
Noviembre-Diciembre ENE-NNE-E
Hora 1-5 ENE
Hora 6-9 ENE-SE-E-ESE
Hora 10-16 SO-NNE-NE-SE
Hora 17-24 NE-ENE
iv) La caracterización y modelación meteorológica fue posible
mediante el uso exhaustivo de la data local y regional disponible
(micro y mesometeorología). Ello permitió optimizar la predicción
de las direcciones más relevantes de la dispersión de los
principales poluentes asociados al complejo petroquímico,
conjuntamente con la estimación del (los) tipos(s) de estabilidad
predominante(s).
v) Los factores de emisión se presentan como un instrumento útil
en los casos en los cuales tanto la información disponible como el
tiempo y los recursos técnicos y económicos son limitados
vi) El Complejo Petroquímico Ana María Campos genera una cantidad
importante de emisiones, así:
Planta Emisiones (ton/año)
Planta Generadora de Electricidad 8631,02
Olefinas II 5720,30
Amoníaco 1238,14
Olefinas I 1029,52
Área 45 (CTA) 869,24
Venoco 727,51
Urea 219,08
MVC II –PVC II 65,15
Propilven 23,57
Polinter Lineal 20,70
Polinter Baja 10,99
LGN II 6,42
Polinter Alta 3,48
PPE 0,17
Estizulia 0,05
vii) El mayor aporte de emisiones a la atmosfera corresponde a la
Planta generadora de electricidad, con los siguientes valores
promedio:
SO2: 3448,36 ton/año
NOx: 3181,39 ton año
CO: 1415,39 ton/año
CH4: 307,97 ton/año
PTS 165,19 ton/año
COV: 113,31 ton/año
viii) El menor aporte de emisiones a la atmósfera corresponde a la
planta de Estireno del Zulia, con los siguientes valores promedio:
SO2: 0,0001 ton/año
NOx: 0,0036 ton año
CO: 0,0001 ton/año
CH4: 0,0006 ton/año
PTS: 0,0002 ton/año
COV: 0,0001 ton/año
ix) La estimación de las tasas de emisiones por intermedio de la
metodología AP 42 de la Enviromental Protection Agency reporta
valores acoplados a las condiciones operacionales de las
diferentes plantas petroquímicas.
x) El modelo de dispersión atmosférica de Turner aplicado a las
plantas generadoras de emisiones en el Complejo petroquímico
Ana María Campos permite la selección de cuatro estaciones
como puntos de muestreo bajo los criterios de La Compañía de
Tecnología de Saneamiento Ambiental de Brasil.
xi) Las estaciones de muestreo seleccionadas en los puntos
cardinales para el monitoreo de las emisiones generadas por el
complejo Petroquímico Ana María Campos, resultarán:
Estación/punto cardinal ubicación geodésica
Palmichal 1 / SO 10.749246- 71.535330
Casita PVC / NO 10.765773, -71.538033
Embalse de Hidrolago/ENE 10.768767, -71.518378
Muelle/ SO 10.669820, -71.588580
xii) Los resultados de la dispersión de las emisiones generadas por
las diferentes plantas del complejo petroquímico por el modelo de
dispersión de Turner , mostrarían:
1) Las mayores concentraciones hacia el área de influencia de las
fuentes,
2) La altura de la fuente ejerce para influencia en la dispersión ,
3) Las condiciones meteorológicas diferenciadas contribuyen a
una buena dispersión de las emisiones.
xiii) Puede concluirse que fue alcanzada una selección ajustada y
razonable de los posibles sitios para el monitoreo de la calidad
del área de influencia del complejo petroquímico.
xiv) Debido a que la red de monitoreo depende de múltiples factores,
solo límites generales con respecto al requerimiento técnico,
administrativo y humano son establecidos en este trabajo; para
una planificación detallada se hace indispensable estudios
económicos y concurso de personal con experticia para
establecer la logística de implementación de la red.
RECOMENDACIONES
Implementar la red de monitoreo con los puntos recomendados en
este trabajo.
Adquirir Sistema de Seguridad eficaz para la Red de Monitoreo de
Calidad de Aire del Complejo Petroquímico Ana María Campos.
Asignar recurso humano capacitado para la administración y operación
de la Red de Monitoreo de Calidad de Aire
Se recomienda asignar un Coordinador con dedicación exclusiva para la
Red de Monitoreo de Calidad de Aire.
Realizar estimación de emisiones por otros métodos y comprobar su
calidad.
Instalar en el Complejo Petroquímico Ana María Campos programas
con software actualizado que apliquen modelos de dispersión
atmosférica para comparar los valores reales de la Red de Monitoreo
de Calidad de Aire con los estimados en el programa.
Mayor disposición y veracidad por parte del personal del Complejo
Petroquímico Ana María Campos a la hora de suministrar datos de las
plantas en las encuestas industriales para futuros estudios e
investigaciones.
Implementar en el Complejo Petroquímico Ana María Campos un
programa definitivo de monitoreo de calidad de aire
Establecer campañas de monitoreo para que el Complejo Petroquímico
Ana María Campos se integre por completo a la Nueva Red Nacional de
Calidad de Aire.
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