Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales Ministerio del Medio Ambiente SINA...

Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales • Ministerio del Medio Ambiente • SINA

República de Colombia

SIMULACIÓN DE LA DISPERSIÓN DE MATERIAL PARTICULADO POR CHIMENEAS

INDUSTRIALES EN BOGOTÁ

HENRY OSWALDO BENAVIDES BALLESTEROSIngeniero Químico

Subdirección de MeteorologíaINSTITUTO DE HIDROLOGIA, METEOROLOGÍA Y ESTUDIOS

AMBIENTALES

IDEAM



1. INTRODUCCION Y GENERALIDADES

2. RED DE CALIDAD DEL AIRE DEL DAMA

3. DESCRIPCION DEL MODELO ISCST3

4. DESCRIPCION DEL CLIMA DE BOGOTÁ

5. ESTIMACIÓN DE EMISIONES

6. APLICACIÓN DEL MODELO ISCST3

7. CONCLUSIONES

CONTENIDO




1.1. OBJETIVO GENERAL Generar una metodología para simular la dispersión de material particulado (MP10) emitido por chimeneas industriales en la Ciudad de Bogotá mediante la aplicación de un modelo de dispersión de emisiones.

1.2. JUSTIFICACIÓN

- De los registros obtenidos en la Red deCalidad del Aire, el DAMA ha determinadoque los contaminantes que presentan mayorproblemática, en su orden, son: el materialparticulado (como MP10), el ozono y el NO2.

-Varios estudios indican que el contaminante que causa mayor daño Estación Merck. Datos del 01/09/1999 al 01/07/2001

a la salud humana son las partículas Finas en suspensión con un diámetro menor a 10 micrones (MP10)

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

01/0

9/19

99

01/1

0/19

99

01/1

1/19

99

01/1

2/19

99

01/0

1/20

00

01/0

2/20

00

01/0

3/20

00

01/0

4/20

00

01/0

5/20

00

01/0

6/20

00

01/0

7/20

00

01/0

8/20

00

01/0

9/20

00

01/1

0/20

00

01/1

1/20

00

01/1

2/20

00

01/0

1/20

01

01/0

2/20

01

01/0

3/20

01

01/0

4/20

01

01/0

5/20

01

01/0

6/20

01

01/0

7/20

01

mic

rog

ram

os

/m3

Valor Norma según Resolucón 1208/2003 del DAMA para la concentración promedio en 24

horas para MP10 ( 180 g/m3)

1208/03: 180g/m3




- Un aumento de 10 g/m3 en la concentración de MP10 produce un aumento de por lo

menos el 8% en el número de consultas por enfermedades respiratorias en niños menores de 14 años (Universidad Javeriana y el DAMA).

- Problemas de visibilidad, olores y suciedad.

- El MP10 está asociado al incremento del riesgo de muerte por problemas cardiorrespiratorios.

- Las partículas están relacionadas con el incremento de las reacciones químicas en la atmósfera; aumento de la nubosidad y posibilidad de precipitación.

- Es deseable además de conocer la calidad del aire en “puntos estratégicos”, poder tener una idea sobre la calidad del aire en gran parte del área urbana

-Se escogió la ciudad de Bogotá para realizar el presente trabajo porque cuenta con información meteorológica y de calidad del aire adecuada para validar la metodología y porque en esta se concentra el 15,2% de la población del país.



2.1. LOCALIZACIÓN DE ESTACIONES

•14 estaciones automáticas que miden:

Concentración de contaminantes

Parámetros meteorológicos


Universidad El Bosque

Min. Medio Ambiente

Hospital Olaya

Sony

Universidad Nacional

Carrefour

Escuela de Ingeniería

Central de Mezclas

Universidad Sto. Tomas

Universidad Corpas

CADE

Cazucá

Merck

Fontibón

El Dorado (IDEAM)

Estación



2.2. SENSORES DE MEDICIÓN


No.1

Univ. El Bosque

No.2 MMA

No.3 Sony music

No.4 Hospital Olaya

No.5 Universid Nacional

No.6 Carrefour

No.7 Cazucá

No.8 Escuela Ingenier.

No.9 Central mezclas

No.10 U. Sto. Tomás

No.11 Corpas

No.12 CADE energía

No.13 Merck

No.14 Hilandería Fontibón

1 MP10 PST

MP10 MP10 PST

MP10 MP10 MP10 MP2.5

MP10 PST

MP10 MP10 MP10

MP10 MP10 PST

MP10 MP10

2 wsx wsx 3 03 03 03 03 03 wsy wsy O3 03 03 4 CO CO CO CO wsz wsz CO CO CO 5 SO2 SO2 SO2 SO2 SO2 SO2 SO2 SO2 SO2 SO2 SO2 SO2 6 NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO NO 7 NO2 NO2 NO2 NO2 NO2 NO2 NO2 NO2 NO2 NO2 NO2 NO2 NO2 NO2 8 NOX NOX NOX NOX NOX NOX NOX NOX NOX NOX NOX NOX 9 CH4 CH4 CH4 CH4 10 NMCH NMCH NMCH NMCH 11 VV VV VV VV VV VV VV VV VV VV VV VV VV VV 12 TEMP TD20 TD20 TEMP TEMP TEMP 13 TD8 TD8 14 TD2 TD2 15 HUM HUM 16 PRES PRES 17 PRECIP PRECIP PRECIP PRECIP PRECIP PRECIP PRECIP PRECIP PRECIP PRECIP PRECIP PRECIP PRECI

P PRECIP

18 DV DV DV DV DV DV DV DV DV DV DV DV DV DV 19 AZ AZ 20 BEN BEN EL EL 21 TO TO RADS RADS 22 FOR FOR

X IDRD XX



2.3. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MATERIAL PARTICULADO


Sector de la ciudad Estaciones DAMA Microgramos/m3

Noroccidente Corpas 50,2 Norte Escuela de Ingeniería* 34,0 Nororiente Universidad El Bosque 31,9 Oriente Univ. Santo Tomas 33,5 Oriente Min.Medio ambiente 47,3 Sur oriente Hospital Olaya 56,5 Sur Central de Mezclas* 39,6 Sur occidente Sony 76,4 Sur occidente Cazuca 76,3 Occidente Fontibón* 95,9 Centro Merck 102,5 Centro Carrefour* 53,4 Centro Universidad Nacional* 47,8 Centro CADE 56,0


Min. Medio Ambiente

Hospital Olaya

Sony


Carrefour


Central de Mezclas


Universidad

Corpas

CADE

Cazucá

Merck

Fontibón

90000 100000

Variabilidad espacial

Análisis de Información comprendida entre agosto de 1997 y julio de 2001.




Variabilidad horaria

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

180,0

200,0

0-1

1-2

2-3

3-4

4-5

5-6

6-7

7-8

8-9

9-10

10-1

1

11-1

2

12-1

3

13-1

4

14-1

5

15-1

6

16-1

7

17-1

8

18-1

9

19-2

0

20-2

1

21-2

2

22-2

3

23-0

Hora

mic

rog

ram

os/

m3

Sony H. Olaya Cazuca Sto Tomas CADE

Merck El Bosque MMA Fontibón

7-9 a.m. 9-12 p.m.

2.3. ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL MATERIAL PARTICULADO




3.1. GENERALIDADES

Se escogió el modelo ISCST3 por ser uno de los más referenciados y de mayor aplicación: Argentina, Chile, Perú, México, España, entre otros.

La base del modelo es la ecuación de penachoGaussiana en estado estacionario para unafuente continua:

- Modela una amplia variedad de fuentes que pueden estar presentes en un complejo típico de fuentes industriales: fuentes puntuales, de área, línea y de volumen.- Acepta registros de datos meteorológicos horarios. - Estima el valor de la concentración (g/m3) o depositación (g/m2). - Localización de los receptores puede ser en cuadrícula o discreta

y

2

zys

y0.5- exp

u 2

D VK Q =




3.2. COMPONENTES DEL SOFTWARE DEL MODELO

Hay dos tipos básicos de entradas que son necesarios para correr los modelos ISC:- El archivo de entrada de datos - El archivo de datos meteorológicos.

A. Archivo de entrada de datos CO - para especificar las opciones de control generales; SO - para especificar la información de las fuentes; RE - para especificar la información de los receptores; ME - para especificar la información meteorológica; OU - para especificar las opciones de salida.

B. Archivo MeteorológicoPara este caso se uso el formato ASCII por defecto:

1 2001 1 2001 2001 3 12 1 0.0000 3.0 288.1 5 66.5 66.5


República de Colombia4. DESCRIPCION DEL CLIMA

4.1. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL CLIMA

- Clima de montaña tropical, es frío y con tendencia a la sequía hacia el sur y sur occidente del área urbana.

- Presenta vientos de baja intensidad.

- Gran variabilidad espacial y temporal.

- El desplazamiento de la ZCIT ocasiona que en la mayor parte de Colombia se presente, durante el año, un doble máximo y un doble mínimo de precipitaciones y, por supuesto, también de los demás elementos meteorológicos.



4.2. RADIACIÓN GLOBAL

I. Variación estacional

II. Ciclo diurno de la radiaciónglobal incidente

(11-1)

3000,0

3200,0

3400,0

3600,0

3800,0

4000,0

4200,0

4400,0

4600,0

4800,0

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Dorado C Mezclas E. de Ingen.

W/m

2

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

600,0

6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18Hora

Ra

dia

ció

n G

lob

al

W/m

2

Escuela Ingen. Central de Mezclas Eldorado



4.3. TEMPERATURA

I. Promedio mensualde la temperatura

II. Promedio horario de la temperatura

(11/1, 5-6)

10,0

11,0

12,0

13,0

14,0

15,0

16,0

17,0


mes

°C

Merck Fontibón Carrefour Esc.de Ing. C de M Corpas

10,0

10,5

11,0

11,5

12,0

12,5

13,0

13,5

14,0

14,5


mes

°C

Eldorado

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

0-1

1-2

2-3

3-4

4-5

5-6

6-7

7-8

8-9

9-10

10-1

1

11-1

2

12-1

3

13-1

4

14-1

5

15-1

6

16-1

7

17-1

8

18-1

9

19-2

0

20-2

1

21-2

2

22-2

3

23-0

Hora

°C

Eldorado Fontibón



4.3. TEMPERATURA

III.Variabilidad espacial de la temperatura Estación Temperatura °C

Carrefour 15,7 Escuela de Ingeniería 14,8 Merck 14,2 Central de Mezclas 13,7 Fontibón 13,6 Eldorado 13,5 Corpas 11,1


Estación Promedio de Velocidad

(m/s)

Promedio de Dirección (Grados)

Persistencia (%)

Central de mezclas 2,4 157,4 93,1 Hospital Olaya 1,1 188,5 68,1 Min. Medio Ambiente 0,3 140,3 60,1 El Bosque 0,7 139,4 55,1 Escuela Ingeniería 0,6 134,4 77,1 Corpas 0,8 94,5 60,9 Carrefour 1,1 93,3 64,0 Univers. Nacional 0,3 84,8 62,1 Merck 0,8 211,1 39,4 CADE 0,3 157,2 43,9 Sony 0,7 187,5 69,4 Cazucá 1,1 194,0 55,4 Fontibón 1,2 275,8 50,0


4.4. VIENTO

I. Circulación promedio del viento

Eldorado VV = 1,1 m/s


Min. Medio Ambiente

Hospital Olaya

Sony


Carrefour


Central de Mezclas


Universidad Corpas

CADE

Cazucá

Merck

Fontibón

El Dorado (IDEAM)

Engativa

Circulación Predominante de los vientos en Bogotá



II. Variabilidad estacional y horaria de la velocidad y dirección del viento

SONY (Suroriente)

HORA Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic0-1 178,4 179,9 188,9 181,8 183,9 177,7 173,6 174,2 178,0 177,3 247,6 190,01-2 183,0 181,5 195,8 191,7 189,4 175,7 173,0 171,9 175,5 177,3 214,1 176,82-3 183,0 178,1 174,9 189,4 177,9 170,0 172,0 173,1 175,3 167,5 209,5 200,83-4 183,1 176,5 160,7 186,6 171,3 173,2 162,2 171,8 176,9 175,7 236,3 179,54-5 180,4 173,7 165,7 174,2 167,4 176,0 161,2 166,7 164,8 169,5 241,5 155,85-6 171,3 177,0 173,3 178,4 178,6 170,2 164,6 165,9 168,0 171,2 194,0 181,46-7 174,0 169,7 167,3 176,6 177,5 166,5 158,2 161,7 161,4 166,7 197,9 177,77-8 170,1 166,4 165,2 159,9 147,9 165,5 162,8 162,7 159,3 158,0 334,7 140,98-9 123,8 170,2 166,7 173,3 164,3 170,1 162,6 164,5 146,9 164,6 325,0 158,5

9-10 139,0 170,4 170,9 180,7 169,4 171,3 162,8 164,4 158,2 162,3 281,0 181,910-11 179,8 183,4 176,0 183,1 179,2 174,6 164,0 167,1 162,5 172,6 238,2 176,311-12 204,7 204,2 187,7 200,9 182,3 174,8 164,7 168,9 178,6 184,3 251,9 195,112-13 225,2 226,3 202,3 210,3 187,6 174,2 166,0 169,3 184,6 199,1 249,2 219,813-14 244,3 242,8 213,3 224,3 186,5 177,8 166,2 170,4 193,0 210,0 250,5 232,714-15 248,2 250,6 221,0 229,7 198,2 180,1 168,2 174,1 202,8 209,7 253,8 238,915-16 252,3 245,6 235,0 223,0 199,9 182,5 174,8 179,1 203,9 215,7 254,0 244,816-17 250,4 237,4 232,5 225,9 200,0 183,6 179,1 179,1 199,7 207,5 263,7 244,417-18 241,5 230,5 220,6 214,6 193,6 180,7 179,2 182,2 195,8 200,2 259,0 243,018-19 227,9 215,0 206,6 203,7 191,4 181,6 178,1 178,8 186,5 191,6 263,9 231,319-20 202,1 202,1 195,2 182,1 186,4 181,1 176,5 176,3 178,7 182,8 257,2 206,320-21 186,0 187,5 189,3 179,4 184,6 179,3 176,2 172,5 175,0 177,3 221,8 193,521-22 179,8 181,2 185,2 186,1 186,4 180,3 173,3 172,8 172,9 175,8 213,7 187,322-23 177,5 181,7 183,0 192,7 180,0 177,0 172,7 171,8 174,0 175,4 220,9 181,123-0 180,0 183,0 184,9 188,0 176,2 179,6 171,7 174,2 174,1 178,6 216,4 185,0

Entre 0° y 90° Entre 180° y 270°Entre 90° y 180 Entre 270° y 0°

PROMEDIO HORARIO DE LA DIRECCION DEL VIENTO

HORA Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic0-1 0,4 0,3 0,2 0,2 0,3 0,6 0,6 0,6 0,3 0,3 0,1 0,21-2 0,3 0,3 0,2 0,2 0,2 0,4 0,5 0,5 0,2 0,2 0,1 0,12-3 0,2 0,3 0,1 0,1 0,1 0,3 0,4 0,4 0,2 0,1 0,1 0,13-4 0,2 0,3 0,1 0,2 0,1 0,3 0,3 0,3 0,2 0,1 0,0 0,14-5 0,2 0,3 0,1 0,1 0,1 0,3 0,2 0,4 0,2 0,1 0,1 0,15-6 0,2 0,2 0,2 0,1 0,1 0,3 0,3 0,4 0,1 0,2 0,1 0,16-7 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,17-8 0,2 0,3 0,2 0,2 0,2 0,5 0,4 0,5 0,2 0,3 0,0 0,18-9 0,1 0,4 0,2 0,2 0,4 0,8 0,7 0,7 0,2 0,3 0,1 0,19-10 0,2 0,4 0,3 0,4 0,6 1,1 1,0 1,1 0,5 0,5 0,1 0,2

10-11 0,4 0,5 0,5 0,4 0,7 1,5 1,4 1,4 0,7 0,7 0,1 0,411-12 0,5 0,6 0,4 0,5 0,8 1,6 1,6 1,5 1,0 0,8 0,3 0,612-13 0,8 0,8 0,4 0,5 0,8 1,5 1,6 1,5 1,0 0,9 0,6 0,813-14 1,0 0,9 0,5 0,6 0,8 1,5 1,5 1,4 0,9 0,8 0,7 0,914-15 1,1 0,9 0,4 0,5 0,7 1,4 1,4 1,4 0,8 0,8 0,7 0,915-16 1,0 0,9 0,4 0,4 0,7 1,4 1,4 1,3 0,8 0,7 0,7 0,916-17 1,0 0,8 0,4 0,4 0,7 1,5 1,3 1,4 0,9 0,6 0,6 0,817-18 0,7 0,6 0,4 0,3 0,7 1,5 1,4 1,3 0,8 0,6 0,4 0,618-19 0,5 0,5 0,4 0,3 0,6 1,3 1,3 1,2 0,7 0,6 0,3 0,419-20 0,4 0,5 0,5 0,4 0,6 1,2 1,3 1,1 0,7 0,6 0,2 0,420-21 0,5 0,5 0,5 0,3 0,5 1,1 1,1 1,1 0,7 0,6 0,2 0,421-22 0,6 0,5 0,4 0,3 0,5 1,0 1,0 0,9 0,7 0,6 0,2 0,422-23 0,6 0,4 0,4 0,3 0,5 0,9 1,0 0,8 0,6 0,6 0,1 0,323-0 0,5 0,4 0,3 0,3 0,4 0,8 0,8 0,7 0,5 0,5 0,1 0,2

PROM 0,5 0,5 0,3 0,3 0,5 1,0 1,0 0,9 0,5 0,5 0,2 0,4Velocidad del viento menor a 1,5 m/sVelocidad del viento entre 1,5 m/s a 3,0 m/sVelocidad del viento mayor a 3,0 m/s

PROMEDIO HORARIO DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO



II. Variabilidad estacional y horaria de la velocidad y dirección del viento

MERCK (Centro)

HORA Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic0-1 265,3 177,5 331,8 276,2 271,4 195,8 65,7 164,5 290,2 252,6 288,4 292,91-2 291,3 186,7 336,0 328,3 309,5 240,3 13,5 107,8 298,5 289,6 287,8 304,62-3 310,0 160,8 322,8 313,7 326,0 318,9 13,3 323,0 304,8 327,1 295,3 291,63-4 315,0 74,8 321,9 309,2 346,8 298,4 16,0 6,0 330,7 329,8 307,0 301,84-5 320,3 151,3 320,2 340,6 348,4 316,3 356,3 359,1 317,2 316,2 322,4 325,55-6 318,6 158,0 331,1 359,9 340,1 0,7 8,0 15,2 326,6 323,8 327,4 327,26-7 311,4 199,4 323,6 9,8 339,1 15,8 19,0 2,3 309,4 2,7 318,7 321,07-8 340,9 187,6 323,6 28,6 332,8 150,2 41,1 161,2 318,7 15,6 347,2 328,18-9 359,6 159,2 214,1 120,4 4,1 165,3 139,1 140,3 235,8 172,8 328,9 336,3

9-10 351,4 155,7 168,2 147,9 148,7 154,0 145,9 153,5 179,1 155,2 314,8 320,510-11 152,8 157,2 171,7 153,2 140,5 153,9 142,0 148,4 153,7 169,4 296,1 46,611-12 155,3 168,8 192,3 151,1 135,5 148,7 143,0 148,1 172,2 189,7 285,4 214,312-13 243,3 198,4 219,1 163,9 151,0 146,2 146,2 150,9 185,2 197,3 271,5 223,413-14 246,8 222,5 227,8 178,2 171,8 150,8 146,5 150,2 196,9 205,3 267,2 229,414-15 257,7 231,8 229,0 190,1 179,7 147,3 148,5 158,1 201,3 206,7 270,0 242,715-16 259,1 211,4 229,4 197,5 180,9 151,6 151,0 166,5 207,7 206,1 272,8 250,316-17 259,4 207,6 223,2 199,2 184,0 156,3 152,6 155,3 206,1 216,3 275,9 257,017-18 264,4 163,6 259,7 196,5 196,7 152,4 148,2 158,7 206,8 218,5 280,3 269,118-19 276,7 176,1 208,0 184,3 171,3 144,5 145,7 152,4 200,0 218,6 291,3 269,519-20 289,8 166,5 176,6 180,5 178,8 151,7 146,9 155,2 221,7 210,3 291,7 272,920-21 294,1 169,8 161,9 176,2 171,1 152,1 131,3 143,7 217,5 203,1 279,7 272,821-22 279,2 171,3 180,2 175,6 198,6 172,0 158,4 154,6 252,9 203,6 271,3 273,222-23 254,4 163,4 155,5 206,3 240,9 188,9 189,3 162,2 247,3 222,9 280,6 279,023-0 258,3 170,6 325,7 233,7 228,4 201,9 183,9 145,7 245,0 234,3 283,3 284,6

Entre 0° y 90° Entre 180° y 270°Entre 90° y 180 Entre 270° y 0°

PROMEDIO HORARIO DE LA DIRECCION DEL VIENTO

HORA Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic0-1 0,6 0,5 0,2 0,3 0,3 0,7 0,1 0,3 0,5 0,5 0,5 0,81-2 0,6 0,2 0,4 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,5 0,4 0,5 0,82-3 0,6 0,1 0,4 0,3 0,4 0,3 0,3 0,1 0,4 0,4 0,6 0,73-4 0,6 0,2 0,5 0,3 0,3 0,4 0,3 0,2 0,4 0,5 0,5 0,54-5 0,7 0,2 0,5 0,3 0,3 0,2 0,3 0,0 0,3 0,3 0,4 0,45-6 0,5 0,4 0,3 0,5 0,3 0,6 0,2 0,2 0,4 0,4 0,4 0,66-7 0,4 0,0 0,3 0,3 0,3 0,2 0,1 0,2 0,3 0,3 0,2 0,57-8 0,5 0,2 0,4 0,4 0,3 0,1 0,3 0,2 0,4 0,2 0,5 0,48-9 0,6 0,8 0,2 0,5 0,3 1,5 0,5 0,6 0,1 0,1 0,7 0,59-10 0,5 1,1 0,6 1,1 0,4 2,6 1,8 2,5 0,5 0,6 0,6 0,3

10-11 0,7 1,2 0,7 1,6 1,3 3,0 2,6 2,9 1,1 1,2 0,5 0,211-12 0,9 1,1 0,8 2,1 1,9 3,3 2,8 3,0 1,7 1,7 1,0 0,312-13 1,4 1,4 1,7 2,3 1,6 3,9 2,8 3,5 1,8 1,7 2,1 1,013-14 2,4 1,3 1,7 2,2 1,7 4,2 2,6 3,3 2,0 1,6 2,6 1,614-15 2,5 1,6 1,6 2,2 1,2 3,9 2,3 3,2 1,9 1,7 2,7 1,715-16 2,6 1,7 1,6 1,7 1,1 3,5 2,1 3,0 1,6 1,3 2,3 1,816-17 2,1 1,2 0,9 1,1 0,9 3,3 2,0 2,3 1,3 1,1 1,9 1,717-18 1,5 0,9 0,7 0,8 0,7 3,0 2,2 2,3 0,9 1,0 1,3 1,618-19 0,8 1,0 0,3 0,7 0,6 2,4 1,7 1,6 0,8 0,6 1,0 1,219-20 0,8 0,9 0,2 0,7 0,5 1,9 1,4 1,4 0,6 0,7 0,9 0,920-21 0,8 0,7 0,3 0,6 0,3 1,8 0,7 0,8 0,2 0,5 0,6 0,821-22 0,6 0,6 0,3 0,6 0,3 1,7 0,7 0,9 0,2 0,5 0,7 0,722-23 0,6 0,5 0,2 0,4 0,2 1,1 0,4 0,6 0,3 0,6 0,7 0,823-0 0,7 0,7 0,2 0,3 0,4 1,0 0,3 0,3 0,4 0,7 0,8 0,8

PROM 1,0 0,8 0,6 0,9 0,7 1,9 1,2 1,4 0,8 0,8 1,0 0,9Velocidad del viento menor a 1,5 m/sVelocidad del viento entre 1,5 m/s a 3,0 m/sVelocidad del viento mayor a 3,0 m/s

PROMEDIO HORARIO DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO



4.5. NUBOSIDAD Y PRECIPITACION

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0


oc

tas

Estaciones DAMA Estaciones IDEAM

Central de Mezclas 702,9 Hospital Olaya 879,5 Sena (carrera 30) 745,8 Min.Medio ambiente 1173,6 Venado de Oro 1087,3

Univ. Santo Tomas 1071,1 IDEAM (antigua sede norte) 1041,4

Univ. el Bosque 1129,4 Escuela de Ingeniería Escuela de Ingeniería 847,6 Corpas 923,8 Instituto Merani 832,5 Engativa 999,7 Jardín Botánico 966,8 fontibón 735,8 ESAP 747,7 Univ Nacional 973,8 Aerop. Eldorado 792,9 Merck 899,9 Univ Nacional 933,9 CADE 916,5 Sony 667,0 INEM de Kennedy 566,7 Cazucá 521,0



4.6. ALTURA DE MEZCLA

La altura en la atmósfera hasta donde los contaminantes alcanzan a ser mezclados y dispersados. Depende de la rugosidad superficial local, de la velocidad del viento, la radiación solar, entre otras.

La estimación de la altura de mezcla se fundamentó en la metodología reportada por Sozzi y Ruiz

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0-1

1-2

2-3

3-4

4-5

5-6

6-7

7-8

8-9

9-10

10-1

1

11-1

2

12-1

3

13-1

4

14-1

5

15-1

6

16-1

7

17-1

8

18-1

9

19-2

0

20-2

1

21-2

2

22-2

3

23-0

pre

cip

ita

ció

n (

mm

)

C de M H. Olaya MMA U Sto. Tomas El Bosque

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0-1

1-2

2-3

3-4

4-5

5-6

6-7

7-8

8-9

9-1

0

10

-11

11

-12

12

-13

13

-14

14

-15

15

-16

16

-17

17

-18

18

-19

19

-20

20

-21

21

-22

22

-23

23

-0

pre

cip

ita

ció

n (

mm

)

U. Nac. Merck CADE Sony

Variables meteorológ medias horarias = Parámetros turbulentos: RN, Ho, U*, T*



RN = K - + K + + I - + I +

Horas diurnas

Flujo de calor sensible: se relaciona a la turbulencia térmica: Ho = 0,3 Rg + A

Velocidad de fricción: es la que caracteriza el nivel de turbulencia mecánica generado por la cortante del viento. Depende de: U, Ho, K, el perfil vertical del viento en la capa superficial

U* = Uo [ 1+α ln﴾1+bQo/Q*) ]

Horas nocturnas CDN U T

U* = ------------------( 1+C0,5 ) T* = ----------- Ho = ρ Cp U* T*

2 K g A

Depende del gradiente potencial de temperatura, de U y K

(1-a) Rg + C1 T6 + C2 N - T4

RN = -------------------------------------------------------------- (39) 1 + C3



Cálculo de la altura de capa de mezcla.

hmec. = 1330 U*

(hconv )t2 = √ (hconv )2

t1 + 2,4Ho(t2 - t1) / ρ Cp γ

En las horas estables (noche) hmix = hmec.

En las horas convectivas (dia) hmix = Valor máximo entre hmec y hconv

0,0

250,0

500,0

750,0

1000,0

1250,0

1500,0

1750,0

2000,0

2250,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

me

tro

s

CADE Eldorado Fontibón Merck Sony Carrefour Cde Mezclas



4.7. Estabilidad atmosférica.

El grado de estabilidad atmosférica se determina a partir de ladiferencia de temperatura entre una porción de airey el aire circundante. Categoría de Pasquill – Gifford

a. EstableA (extremadamente inestable), D (neutra), F (estable)

HORAS DIURNAS

b. Neutro

HORAS NOCTURNAS

c. Inestable

Velocidad Viento (m/s)

Radiación Solar Global (W/m²)

>700 700-540 540-400 400-270 270-140 <140 <2 A A B B C D 2-3 A B B B C D 3-4 B B B C C D 4-5 B B C C D D 5-6 C C C C D D >6 C C D D D D

Velocidad Viento (m/s)

Radiación Neta (W/ m²)

> -20 (-20)-(-40) <-40 <2 D F F 2-3 D E F 3-5 D D E 5-6 D D D >6 D D D



5. ESTIMACION DE EMISIONES

5.1. ANÁLISIS DEL INVENTARIO

Información obtenida del “Inventario de fuentes fijas de emisión de contaminantes a la atmósfera en la ciudad de Bogotá” realizado por el DAMA en el año 2001

- Se realizaron encuestas en 4.490 establecimientos que inventariaron 9.400 equipos. I. Clasificación por tipo de combustibles- Sirve como primer paso en la selección de las fuentes que finalmente van a ser incluidas dentro del modelo, descartando:

- Las que no generan o generan una mínima cantidad de emisiones de MP10 como son: el gas natural, el gas propano, el (GLP) y la energía eléctrica (3.065 equipos).

- El ítem No aplica (4.434). Ejm: inyectoras, mezcladoras, compresores, extractor pint.

Reduciendo el número a 1.670 equipos posibles a ser incluidos.

- 1.101 equipos que utilizan combustibles líquidos- 569 que utilizan combustibles sólidos



II. Indicadores de uso y consumo de combustibles por localidad

-Fue necesario homogeneizar las unidades de consumo de combustibles de cada equipo a galones por hora y por año y kilogramos por hora y por año.




Se validó información con:

- Un archivo en Excel, suministrado por el DAMA sobre 665 equipos. -Propuesta metodológica para la obtención de factores de emisión de partículas a partir de mediciones isocinéticas en calderas a base de carbón en Bogotá (Martínez, 1998), se presenta información, de 14 expedientes radicados en el DAMA y los resultados de 332 muestreos isocinéticos realizados en Bogotá por CORPODIB.

5.2. SELECCIÓN DE FUENTES INCLUIDAS EN EL MODELO.

- Criterio de Selección de los equipos con mayores consumos anuales fue: I. Combustible líquidos: mas de 30.000 galones al año (111 equipos)

II. Combustibles sólidos: mas de 20.000 kilogramos por año (91 equipos).

- Los equipos seleccionadas que usan combustibles líquidos utilizan cerca de 23,6 millones de galones al año, (86,5%) y los que utilizan combustibles sólidos, consumen 62,0 millones de kilogramos al año( 98%).




5.3. CARACTERIZACIÓN DE COMBUSTIBLES

Caracterización del carbón mineral (tipo bituminoso muy volatil – ASTM D 388)

Caracterización de los combustibles líquidos




5.4. ANÁLISIS DE FACTORES DE EMISIÓN.


( MP filtrable) (filtrable MP10) (Mpcondensable)

ACPM 0,58kg/1000 litros 0,24 kg/1000 litros (A) 0,12 kg/1000 litros (A) 0,16 kg/1000 litros (D) 0,94-4,03 kg/1000 litrosCrudo 9,27kg/1000 litros 1,2 kg/1000 litros (B) 0,86*(1,12(S)+0,37) kg/1000 litros (A) 0,18 kg/1000 litros (D) 1,49-65,34 kg/1000 litros

Fuel oil 9,27kg/1000 litros 0,84 kg/1000 litros (B) 0,72 kg/1000 litros (A) 0,18 kg/1000 litros (D) 4,02-68,22 kg/1000 litroscarbón 12kg/ton 5*k kg/ton (A) 1,65*k kg/ton (E) 1,3*S kg/ton (B) 0,67-23,09kg/ton

ACPM ND 0,24 kg/1000 litros (A) 0,12 kg/1000 litros (A) 0,16 kg/1000 litros (D)

ACPM 20,1kg/1000litros 2,33kg/ton de resid (B) 0,88-513,5 kg/ton de resid

ACPM 14,39kg/1000 litros 0,95 Kg/ton procesada (E)

ACPM ND 5,5 kg/ton de acero (D) Carbon 2,7kg/ton 10,55 kg/ton de acero (D) 8,76 kg/ton de acero (D)

carbón ND 0,3 kg/ton.(B)Madera 2,26kg/ton

Bebidas ND 0,41 lb/31000 gal de cerveza (E)ASADO (carbón) ND 15 lb/ton de carbón

carbón 8,18kg/ton 1,2 lb/ton (A) 0,76 lb/ton (C) 0,59 lb/ton (D) 3,87-33,61 kg/ton de ladrillo

aserrin 23 lb/ton de madera (D) 23 lb/ton de madera (D) 30 lb/ton de madera (D)ND: Dato No Disponiblek corresponde al porcentaje en peso de la ceniza del combustible y S es el porcentaje en peso del azufre, sin dividirlos por 100 (ej. K = 10,2 para los carbones de Cundinamarca).

Caldera

Planta electrica

Incinerador

Horno fundición aluminio

EquipoFuente

Jica (para todo el rango de partículas)

EPA DAMA (medición directa)

Horno de ahumado

Horno fundición acero

Horno para secar

Horno de calentamiento directo de alimentos

Horno de ladrillo y tubo

Mayores a 0,3 micras Vapor = condensa aerosoles mayor a 1,0 micras



5.5. CÁLCULO DE EMISIONES.

E = FE * A * (1-ER/100) A = Intensidad de la actividad (consumo de combustibles) ER = Eficiencia en la reducción de emisiones (%)





Horas y días de operación del equipo durante la semana

Número de equipos

Consumo de combustibles

Gal/año

Porcentaje de consumo

1. Operación: 24 horas al día, 7 días a la semana

18 2.815.323 26,9%

2. Operación: 16 horas al día, siete días a la semana.

6 472.688 4,5%

3. Operación: 12 horas al día, siete días a la semana.

6 394.224 3,8%


21 2.365.495 22,6%

5. Operación: 16 horas al día, seis días a la semana.

7 252.560 2,4%

6. Operación: 8 a 12 horas al día, seis días a la semana. 14 1.238.603 11,8%


10 1.226.147 11,7%

8. Operación: 16 horas al día, cinco días a la semana.

3 308.736 2,9%

9. Operación: entre 8 y 16 horas al día, cinco días a la semana.

10 675.918 6,5%

10. Operación: 8 horas al día, cinco días a la semana.

8 381.000 3,6%

11. Operación: 5 horas al día, cinco días a la semana. (eventual)

3 144.960 1,4%

12. Operación: una a dos horas en el día (eventual)

5 195.360 1,9%

TOTAL 10.471.014 100

Horas y días de operación del equipo durante la

semana

Número de equipos

Consumo de combustibles

Gal/año

Porcentaje de consumo

1. Operación: 24 horas al día, 7 días a la semana 15 2.418.000 3,9%

2. Operación: entre 8 y 16 horas al día, siete días a la semana.

7 383.320 0,6%

3. Operación: menos de 8 horas al día, siete días a la semana.

4 364.560 0,6%


5. Operación: 8 a 12 horas al día, seis días a la semana. 10 5.447.965 8,8%

6. Operación: menos de 8 horas al día, seis días a la semana.

4 840.480 1,4%


8. Operación: más de 16 horas al día, menos de cinco días a la semana. (eventual)

8 5.675.210 9,2%

9. Operación: entre 8 y 16 horas al día, menos de cinco días a la semana.

7 1.915.202 3,1%

10. Operación: menos de 8 horas al día, menos de cinco días a la semana. (eventual)

19 2.012.486 3,3%

TOTAL 61.865.929 100

5.6. INTENSIDAD DE USO DE LOS EQUIPOS

I. Combustibles líquidos II. Combustibles sólidos



6.1. GENERACIÓN DEL ARCHIVO DE ENTRADA DE DATOS

-La altura de la base de las fuentes es cero.

- Localización de fuentes

Sistema de Información de NormaUrbana (S.I.N.U.) del DepartamentoAdministrativo de Planeación Distrital

Resolución de un metro

El observatorio nacional tiene asignadas las coordenadas planasx=100.000 : y=100.000en el POT


Oriente (X+) Occidente

Sistema de coordenadas dentro del modelo

(0,0) Observatorio Nacional Norte ( Y+)

Sur

Pto de referencia para generar cartografía en coordenadas planas

X= 95082, y = 109026




- Altura de la chimenea (15 m. Dec 02/82) A x B

- Diámetro de la chimenea (en rectangulares Dequiv) Dequiv = 2 ------------- A + B

- Velocidad y temperatura de los gases de salida: 332 muestreos isocinéticos y por características similares

Ruta Receptor

- Red de receptores uniforme. XYINC -11000. 9 1500. -8000. 18 1500 - Red de receptores discreta. DISCCART -6654 -5581 DISCCART -868 -777 DISCCART 5228 12678 DISCCART 3950 21200 DISCCART -1500 19000 DISCCART -800 10590 DISCCART -7111 8183 DISCCART -1460 4962 DISCCART -4400 3930 DISCCART -2266 2537 DISCCART -8251 -30



6.2. GENERACIÓN DEL ARCHIVO DE ENTRADA METEOROLOGICO

Debido a que el modelo usa el vector de flujo (dirección hacia donde se mueve el viento) como dato de entrada, para convertir los datos de entrada como dirección del viento (dirección desde donde viene el viento) a vector de flujo se debe rotar 180°.

6.3. APLICACIÓN DEL MODELO ISCST3 EN LA CIUDAD DE BOGOTÁ

-Corridas con diferentes tipos de categorías de estabilidad: una inestable, otra neutra y otra estable para un día de abril y para un día de agosto (jueves 10 de agosto del 2000 y el miércoles 11 de abril del 2001).

- Condiciones neutras: entre las 5 y las 8 de la mañana- Condiciones inestables: las primeras horas de la tarde (de 1 p.m. a 4 p.m.).- Condiciones estables: las primeras horas del día (de 1 a.m a 4 a.m.).

- En cada corrida se utilizarán los tres escenarios de emisión definidos.

- El modelo se ejecuta en cada escenario de emisión el número de estaciones a tener en cuenta.




Selección de estaciones Estudio de auditoria a las estaciones del DAMA (IDEAM- DAMA, 2002)

Velocidad DirecciónCumplimiento con la

normas de instalación 1Altura (m)

Central de Mezclas (5) vecindarioTorre de 6,28 m (no cumple con altura y arboles cerca)

regular (gener. por encima del patrón)

muy buena 90% (vías de acceso cerca) 4,58Buena calidad en radiación y precipitación. Regular temperatura

Hospital Olaya2

Min.Medio ambiente vecindario Torre de 10 m mas edificio 27 m baja(desviados 1,2m/s por debajo del valor patrón)

muy buenaObstáculos cerca (antena, edificios)

25 Buena calidad en precipitación.

Univ. Santo Tomas mediaTorre de 10 m mas edificio 20 m (edificio cerca)

baja(desviados 1,2m/s por debajo del valor patrón)

muy buena Buena (obstáculos cerca) N.E. Buena calidad en precipitación.

Univ. el Bosque vecindarioTorre de 4 m (no cumple con la altura)

baja(desviados 1,9m/s por debajo del valor patrón)

muy buena Buena (obstáculos cerca)5m, mas edificio

23 mBuena calidad en precipitación.

Escuela de Ingeniería (6) vecindario Torre de 10 mbaja(desviados 1,2m/s por debajo del valor patrón)

muy buena 90% (vías de acceso cerca) 4,58Alta desviación en las lecturas de radiación. Buena calidad en temperatura

Corpas vecindario Torre de 10 mmuy baja (gener. por encima del patrón)

muy buena cumple todas las normas 4,7Buena calidad en precipitación. Regular temperatura

Carrefour (1) vecindario

Torre de 10 m. Medidas influenciadas por el almacen se recomienda colocar el sensor 10 m mas arriba

Comparación con patrón buena

muy buena Buena (Cumple la mayoría) 3Buena calidad en precipitación y temperatura

Hilanderías Fontibon (4) vecindarioTorre de 8 m mas edificio 23 m (no cumple con la altura)

regular (desviados 0,7 m/s por encima del valor patrón)

muy buenaBuena (Cumple la mayoría pero es muy alta)

25,9Buena calidad en precipitación. Regular en temp. (aprox. 3,8 °C por encima del patrón)

Univ Nacional2

Merck (3) vecindarioTorre de 10 m mas edificio 25 m (obstáculos cerca)

buena muy buena Buena (obstáculos cerca) 19,9Buena calidad en precipitación. Regular en temp. (aprox. 0,4 °C por debajo del patrón)

CADE (7) vecindarioTorre de 9,5 m mas edificio 21,5 m (edificio cerca)

muy baja(desviados 2,1m/s por debajo del valor patrón)

muy buena (obstáculos cerca)8,42 m mas

edificio 20,42 mBuena calidad en precipitación.

Sony (2) mediaTorre de 10 m mas edificio 12,75 m (obstáculo cerca)

buena muy buenacumple todas las normas excepto que el equipo está sucio

6,5 m mas edificio 9,25 m

Buena calidad en precipitación.

Cazuca vecindarioTorre de 9 m mas edificio 21 m (no cumple con altura)

Regular muy buena Buena (Cumple la mayoría)11,25 m mas

edificio 23,25mBuena calidad en precipitación.

1 En este parámetro no se realiza comparación de las mediciones con patrones2 La estación estaba fuera de funcionamiento al momento de realizar la visita de auditoría

Material particulado Calidad al comparar lecturas con patrones en

los otros parámetros

Estación (valor del descriptor i

entre paréntesis)

Escala de monitoreo

Altura del sensor de viento (anemómetro)

Calidad al comparar lecturas con patrones





Estación Número de fuentes asociadas

Carrefour 5

Sony 52

Merck 32

Eldorado (IDEAM) 20

Central de Mezclas 40

Escuela de Ingeniería 2

CADE 51

Para cada corrida se aplicó el modelo en las siete estaciones con las fuentes asociadas a cada estación. Los resultados de cada ejecución se integraron para obtener el valor agregado en cada receptor.

Consideraciones generales para las corridas

- Para el día del mes de agosto y de abril se escogió la información meteorológica de Sony para modelar las fuentes asociadas a Central de Mezclas.(altas VV, altas T, altas A de M). - Los valores de la nubosidad de Eldorado para todas las estaciones. - La temperatura en Sony se tomo como el promedio de Merck y Central de Mezclas y para CADE los valores de Merck.




- Se tomaron los promedios horarios de la radiación de Eldorado para Carrefour, Merck y CADE y los promedios de Central de Mezclas para Sony. Para los dos días: Carrefour los valores de Esc. de Ingeniería y el resto con información de Central de Mezclas.- En la condición neutra se modelan todas las fuentes seleccionadas.- En la condición estable se eliminan 52 fuentes que utilizan combustibles líquidos y 51 equipos que utilizan combustibles sólidos.- En la condición inestable se descartan 8 fuentes que utilizan combustibles líquidos y 27 que utilizan combustibles sólidos.

III grafica de resultados

Los resultados se convierten a cobertura de puntos con el software de ARCINFO que incluyen los atributos del valor de concentración de MP10 en cada punto receptor. A partir de los puntos de esta cobertura se realiza una interpolación en ERDAS-IMAGINE. Finalmente, esta cobertura se superpone sobre el mapa de la cobertura de las localidades y las UPZ (Unidades de Planeación Zonal) de Bogotá.




V. Corrida para los dos días

- Comparación de los valores promedios de concentración modeladas en las tres horas con las tres horas reales (medidas en estación) asumiendo una participación del 67% en la emisión de MP10 por las fuentes fijas (DAMA – Taller U Andes - 2000)

- El método de validación de los resultados de la dispersión tiene todavía un nivel de incertidumbre alto, sirve en cierto grado para justificar la consideración de que el escenario alto es el que mejor representa las posibles condiciones reales de la dispersión de partículas en la ciudad de Bogotá. Se observa que dentro del escenario alto las condiciones estables son las que tienen el RECM (Raíz del Error Cuadrático Medio) más bajo seguido por la inestable y la neutra.

Resultados del cálculo del RECM para las diferentes corridas del modelo ISCST3.

Escenario alto Escenario medio Escenario bajo

Condición estable 28,4 31,7 31,8

Condición neutra 51,5 58,8 60,9

Condición inestable 35,2 39,1 39,3

Condición estable 22,1 25,0 25,2

Condición neutra 50,7 58,4 60,2

Condición inestable 33,2 35,9 36,1

Día del mes de abril

Día del mes de agosto




V. Corrida para los dos días

ABRIL



-

8. CONCLUSIONES

- Se desarrolló una metodología adecuada para la dispersión de MP10 que puede ser implementada para el análisis de la dispersión de otros contaminantes.

- Los resultados en la aplicación del modelo ISCST3 (especialmente en el escenario alto de emisiones) respecto a los promedios de concentración de MP10 son consistentes con las medidas reportadas por la red de calidad del aire.

- El modelo ISCST3 modela en buena forma la dispersión de MP10 emitido por chimeneas industriales en Bogotá.

- El escenario alto, constituido en su mayor parte por factores de emisión de la JICA se utilizó en 135 equipos de los 202 seleccionados.

- Se aprecia, una alta relación entre la ubicación de la zona de confluencia y el área en donde se presentan, las concentraciones mas altas, esto es, en Puente Aranda.

- El modelo ISC3 es sensible a los cambios en la intensidad de la velocidad del viento, a los cambios en la categoría de estabilidad y a las variaciones en la altura de mezcla.

-



8. CONCLUSIONES

- Se definieron indicadores de consumo de combustibles por localidad que ayudan a sustentar los resultados de la modelación.

- En el cálculo de la altura de mezcla se observó que la metodología es muy sensible a la velocidad del viento y a la variación de la altura del anemómetro.

- Se pudo establecer que en la ciudad se presenta una alta variabilidad estacional y horaria en la velocidad y dirección del viento.



-

9. RECOMENDACIONES

- Se sugiere suministrar Información más específica y descriptiva sobre la intensidad de uso de los equipos en el día, la semana y el mes. Este aspecto es fundamental para saber que equipos se involucran en el modelo a cualquier hora del día y la semana.

- Incluir en las corridas del modelo más fuentes y otras que no fueron escogidas y que pueden estar generando considerables cantidades de material particulado como los extractores, molinos y silos.

-En el momento de hacer el rediseño de la red de calidad del aire, se recomienda mejorar la densidad de estaciones al sur de la ciudad, en zonas como Usme y Rafael Uribe, con el objetivo de tener una mejor información meteorológica para la modelación de contaminantes, así como información de calidad del aire en zonas que, pueden estar presentando niveles altos de concentración de contaminantes.

Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales Ministerio del Medio Ambiente SINA...

Documents

Transcript of Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales Ministerio del Medio Ambiente SINA...