MODELACIÓN DE EMISIONES EN LA AVENIDA DEL RÍOAdolfo J. Fandiño Fontalvo 2013217064 Mileidys A. Salas Emiliani 2013217070 Modelado y simulación de sistemas ambientales, Facultad de Ingeniería, Universidad del Magdalena Santa Marta, D.T.C.H – Colombia 2017 – I INTRODUCCIÓN La contaminación puede ser definida como cualquier modificación no desea del ambiente, el cual ha sido causado por la introducción de agentes químicos, físicos o biológicos en grandes cantidades que llegan a ser nocivos para la salubridad humana alterando también el equilibrio ecológico (1). Para la Constitución de la Organización Mundial de la Salud (OMS), la salud es definida como un estado de completo bienestar físico, mental y social (2), lo cual tiene una relación inversamente proporcional con respecto a la contaminación. Por ello el deterioro de la calidad del aire por la presencia de sustancias contaminantes tiene un efecto negativo en la salud humana y el medio ambiente, una parte de estas emisiones se relacionan directamente al sector de transportes de las cuales mayoritariamente son ocasionadas por vehículos automotores, diversos estudios realizados en diferentes ciudades alrededor del mundo, han demostrado que existe una relación entre el incremento en la concentración de los contaminantes del aire y el aumento de enfermedades respiratorias y cardiovasculares. Cada año cientos de millones personas sufren enfermedades respiratorias asociadas a la contaminación directamente del aire, que se encuentran expuestas a fuentes fijas o móviles de contaminantes atmosféricos (3). La Avenida Del Río se encuentra ubicada en la zona urbana de la ciudad de Santa Marta, esta es una zona concurrida por las actividades diarias de la ciudad que generan una gran cantidad de sustancias que modifican la composición natural del aire. La quema de combustibles fósiles para el transporte y la generación de energía, produce miles de toneladas de contaminantes que diariamente son emitidos a la atmósfera. Los vehículos son la principal fuente de emisión, le siguen en importancia las industrias, los hogares y las emisiones de fuentes naturales. Es por todo esto que es de suma importancia tener un control de las fuentes de los contaminantes que se emiten a la atmósfera a través de normas nacionales e internacionales que definen límites máximos permisibles de ciertos componentes que afectan la calidad del aire, para poder determinar que tanto son las concentraciones de estos contaminantes se utilizan unos modelos de dispersión los cuales permite determinar los resultados o predecir lo que podría ocurrir a un sistema a partir de un conjunto de datos de entrada. Página | 1 Estos funcionan estimando una distribución espacial y temporal de ciertos contaminantes que se encuentran en la atmosfera a través de representaciones matemáticas y así lograr evaluar la calidad del área en una zona determinada. El modelo con el cual se estará trabajando en el presente informe es el ISC el cual es un modelo gaussiano que está desarrollado para diagnosticar la dispersión de contaminantes presentes en la atmósfera, a través de la evaluación de concentraciones emitidas por una variedad de fuentes industriales (Puntuales, móviles, lineales, etc.). Este es un modelo alternativo implementado por la EPA. Página | 2 ÁREA DE ESTUDIO La Ciudad de Santa Marta, Capital del departamento del Magdalena, se encuentra ubicada al norte de Colombia entre las coordenadas 11°14′10″ N y 74°12′06″ W. El Distrito de Santa Marta se encuentra dividida en nueves comunas en zonas urbanas, y cuatro corregimientos: Bonda, Taganga, Gaira y Minca. Cuenta con una extensión total de 2,393.35 Km2, de las cuales 55.10 Km2 son áreas rurales y 2,338.25 Km2 son áreas urbanas. 117.975 hectáreas son de economía campesina (UMATA 2007). El sector rural de Santa Marta se ubica principalmente en la Sierra Nevada de Santa Marta, la cual se caracteriza por poseer variedad de pisos térmicos, con alturas que oscilan entre 0 metros al nivel del mar a 5.600 metros. Limita Por el Norte y el Oeste con el Mar Caribe, al sur los municipios de Ciénaga y Aracataca y por el oriente los departamentos de la Guajira y Cesar. La Avenida del Río es una de las principales arterias viales de la ciudad de Santa Marta, cuenta con 4 carriles y una extensión de 4,7 Kilómetros, tiene sus inicios en la carrera 5 hasta empalmar con la Avenida del Libertador (Carrera 32). Esta es una vía bastante transitada además que en sus alrededores es una zona principalmente comercial y residencial por lo que la convierte un foco de gran contaminación. Ilustración. Área de estudio, tomado de Google Earth Página | 3 METODOLOGÍA Inicialmente para poder llegar a la modelación de un sistema de dispersión de contaminantes se hizo necesario tomar una imagen desde la vista área en Google Earth, en la que se ubicó cada uno de los puntos en este caso se fueron nombrando como “EMISIÓN 1, 2, 3, 4” cada uno de estos puntos se ubicaron a una distancia de 1km a lo largo de toda la zona de estudio para así determinar los puntos de contaminación. Adicional a eso se ubicaron puntos MÁX y MIN que servirá de apoyo al momento de utilizarlo en el Software SURFER. Ilustración. Tomado de Google Earth Luego de eso se inició el software SURFER el cual es una herramienta que ayuda a la visualización en 3D, contorno y superficie en un paquete modelado que se ejecuta bajo Microsoft Windows, en él introducimos las coordenadas obtenidas en los X, Y MÁX y MIN que se definieron en el Earth, y esto sea nuestra línea base para poder realizar la modelación. Página | 4 Ilustración. Imagen de Google Earth ubicada en Surfer Luego de haber definido nuestra línea base para realizar la modelación se hace necesario utilizar unos archivos aprobados por la Environmental Protection Agency (EPA), los datos arrojados por estos archivos nos permitirán saber las concentraciones de contaminante que se encuentran en las coordenadas anteriormente definidas en Google Earth. ARCHIVOS UTILIZADOS 1. ISC3P Este modelo nos permite tener acceso a la información de los diferentes tipos de contaminantes que se modelaran, este software para poder ejecutarse requiere de unos datos de entradas básicos, el primero de ellos es el de entrada de flujo (INP) el cual contiene las opciones de modelación seleccionadas, además de la ubicación de la fuente y datos de parámetros, ubicaciones de receptores, datos meteorológicos, opciones de información de salida, el segundo archivo es el de los datos meteorológicos (MET). El archivo de entrada de flujo (INP) se encuentra dividido en unas rutas, estas se encuentran identificadas por dos letras como se observa en la imagen. Página | 5 Los datos meteorológicos que se encuentran en el archivo (MET) básicamente se conforman por el código de la estación y también el año en que los datos fueron registrados por la estación. Luego de organizados todos los datos necesarios para poder correr el software se procede a ejecutar el programa mediante cmd.exe, este arrojó los datos en un block de notas de cada contaminante (NOx, SOx, CO), estos archivos (OUT) muestran como resultado el promedio, la primera concentración más alta, la segunda más alta y la tercera más alta, luego se procede a copiar estos datos en Word para organizar la tabla de manera correcta y luego llevar esas tablas a una hoja de cálculo de Excel. Ilustración. Archivo .OUT de SOx Página | 6 SOx PROM 584582 585318 586054 586790 587526 588262 588998 589734 590470 591207 591943 1244216 0,04855 0,04891 0,05303 0,04927 0,06803 0,11098 0,16496 0,2079 0,23318 0,21843 0,2051 1243751 0,06479 0,06154 0,07001 0,06392 0,09543 0,13461 0,2432 0,23496 0,2908 0,25525 0,20497 1243286 0,09637 0,08255 0,08117 0,10635 0,15554 0,1904 0,30905 0,29733 0,35171 0,28829 0,20325 1242822 0,11456 0,12934 0,12275 0,14862 0,28503 0,35211 0,44856 0,41124 0,46747 0,27903 0,19598 1242357 0,11471 0,15178 0,20969 0,28745 0,72241 0,65489 0,75421 0,8261 0,59042 0,24505 0,14275 1241893 0,15082 0,18631 0,27229 0,76353 2,80665 7,28594 1,22735 13,55326 0,453 0,21551 0,15202 1241428 0,14407 0,18681 0,31346 0,77647 1,04426 2,6144 1,14925 0,45283 0,26582 0,15013 0,11811 1240963 0,13965 0,20366 0,29667 0,3968 0,54607 0,6989 0,47366 0,1872 0,13611 0,09386 0,07168 1240499 0,1669 0,21259 0,28158 0,29994 0,29488 0,27204 0,19162 0,14445 0,08667 0,08707 0,05331 1240034 0,17775 0,21304 0,20707 0,20439 0,18874 0,1527 0,12283 0,12778 0,07395 0,06292 0,06389 1239570 0,16566 0,16666 0,15795 0,15842 0,1308 0,09886 0,08358 0,09208 0,08412 0,05027 0,05343 Ilustración. Datos en Excel de Sox X Y Z 584582 1244216 0,04855 584582 1243751 0,06479 584582 1243286 0,09637 584582 1242822 0,11456 584582 1242357 0,11471 584582 1241893 0,15082 584582 1241428 0,14407 584582 1240963 0,13965 584582 1240499 0,1669 584582 1240034 0,17775 584582 1239570 0,16566 585318 1244216 0,04891 Posterior a esto las coordenadas X, Y, Z se organizaron en 585318 1243751 0,06154 diferentes columnas, en donde para X se ubicó la primera 585318 1243286 0,08255 585318 1242822 0,12934 coordenada y se copió la mismas hasta donde llegaban las 585318 1242357 0,15178 coordenadas de Y, en la columna de Z se ubicaron todas las 585318 1241893 0,18631 585318 1241428 0,18681 concentraciones obtenidas en el block de notas. Este proceso 585318 1240963 0,20366 se repitió para cada una de las tablas arrojadas en el block de 585318 1240499 0,21259 585318 1240034 0,21304 notas (.OUT) en cada una de las concentraciones. 585318 1239570 0,16666 586054 1244216 0,05303 586054 1243751 0,07001 586054 1243286 0,08117 586054 1242822 0,12275 586054 1242357 0,20969 586054 1241893 0,27229 586054 1241428 0,31346 586054 1240963 0,29667 586054 1240499 0,28158 586054 1240034 0,20707 586054 1239570 0,15795 Estas tablas se proceden a guardar para luego ser utilizadas en el software SURFER y colocar a modelar las concentraciones en los puntos previamente seleccionados en Google Earth. Página | 7 RESULTADOS Grafica 1. Valores de NOx promedio Grafica 2. NOx primeros más altos Grafica 3. NOx segundos más altos Grafica 4. NOx terceros más altos Página | 8 Grafica 5. Valores de SOx promedio Grafica 6. SOx primeros más altos Grafica 7. SOx segundos más altos Grafica 8. SOx terceros más altos Página | 9 Grafica 9. Valores de CO promedio Grafica 10. CO primeros más altos Grafica 11. CO segundos más altos Grafica 12. CO terceros más altos Página | 10 1. Teniendo en cuenta las gráficas arrojadas al modelar las concentraciones de NOx se aprecia que por toda la avenida del rio se presentan valores que van desde 50 a 1800 µg/m3. Con respecto a las gráficas 2,3 y 4 se puede apreciar que cada una de ellas presenta los valores máximos de concentración en el mismo punto, solo diferenciándose por el valor máximo que son de 1900, 1400 y 1300 µg/m3 respectivamente. Los lugares en los que se da las concentraciones 1°, 2° y 3°era más altas son entre la calle 31c y 32b más exactamente entre los barrios santa fe, Tayrona y san pedro alejandrino, y un segundo lugar de mayor concentración entre la carrera 20 y la carrea 19ª barrios aledaños a la empresa POSTOBON (cerro tres cruces, los naranjos). Las concentraciones para los tres casos se encuentran sobre toda la avenida con concentraciones promedio de 650 µg/m3, y diferencias unas de otras en el radio de alcance con respectos a los valores de concentración. 2. Para el caso del contaminante criterio SOx se aprecia que no se encuentra sobre toda la vía, solo en lugares específicos donde el valor máximo con respecto al promedio se da en el sector de la avenida del rio con avenida del libertador, barrio san pedro alejandrino y santa fe hasta un radio que llega al barrio Tayrona, esta al igual que para NOx, pero con concentraciones muy bajas que no sobrepasan los 13 µg/m3. Se aprecia también otro lugar visible con concentraciones que no sobrepasan los 12 µg/m3 a la altura de la empresa Postobón y sus barrios aledaños (naranjos, cerros tres cruces). Los valores máximos de SOx que se presentaron denominados como 1°eros, 2°dos y 3°eros más altos en el trayecto de la avenida del rio fueron 42.7, 30.80 y 30.40 µg/m3 respectivamente, valores que no sobrepasan los 43 µg/m3. 3. Teniendo en cuenta la gráfica se puede apreciar que las concentraciones de CO se encuentran por todo el tramo de la avenida del rio y barrios aledaños, con valores que fluctúan entre 2000 a 16000 µg/m3, siendo valores extremadamente altos. Los valores máximos con respecto al promedio de CO se encuentran en la avenida del rio a la altura de la bomba y su barrio aledaño San pedro alejandrino con el valor promedio exacto de 17521.18 µg/m3. También se aprecia otro lugar con valor máximo de 8000 µg/m3 entre la carrera 20 y la carrea 19ª barrios aledaños a la empresa POSTOBON (naranjos, cerro tres cruces). Los valores máximos de CO arrojados denominados como 1°eros, 2°dos y 3°eros más altos presentan valores de 61725, 69565 y 59013 µg/m3 respectivamente. Página | 11 Al momento de comparar los valores de las concentraciones de cada uno de los contaminantes criterios evaluados (NOx, SOx y CO) se tuvo en cuenta la norma de Calidad del Aire o Nivel de Inmisión nacional, en el artículo 4° donde se establecen los niveles máximos permisibles a condiciones de referencia para contaminantes criterio. COMPARACIÓN CON LA NORMA (CO) VALORES DE NIVEL MÁXIMO CUMPLIMIENTO DE CONTAMINANTE CONCENTRACIÓN PERMISIBLE LA NORMA (µG/M3) PROMEDIO 17521 10000 - PRIMEROS MÁS 61726 10000 - ALTOS SEGUNDOS MÁS 59566 10000 - ALTOS TERCEROS MÁS 59013 10000 - ALTOS -: No cumple con la norma (Art 4. De la resolución 610 de 2010 “se establecen los niveles máximos permisibles a condiciones de referencia para contaminantes criterio”). +: Si cumple con la norma (Art 4. De la resolución 610 de 2010 “se establecen los niveles máximos permisibles a condiciones de referencia para contaminantes criterio”). COMPARACIÓN CON LA NORMA (NOX) VALORES DE NIVEL MÁXIMO CUMPLIMIENTO CONTAMINANTE CONCENTRACIÓN PERMISIBLE DE LA NORMA (µG/M3) PROMEDIO 605 150 - PRIMEROS MÁS 150 - ALTOS 1908 SEGUNDOS MÁS 1375 150 - ALTOS TERCEROS MÁS 1362 150 - ALTOS -: No cumple con la norma (Art 4. De la resolución 610 de 2010 “se establecen los niveles máximos permisibles a condiciones de referencia para contaminantes criterio”). +: Si cumple con la norma (Art 4. De la resolución 610 de 2010 “se establecen los niveles máximos permisibles a condiciones de referencia para contaminantes criterio”). Página | 12 COMPARACIÓN CON LA NORMA (SOX) VALORES DE NIVEL MÁXIMO CUMPLIMIENTO CONTAMINANTE CONCENTRACIÓN PERMISIBLE DE LA NORMA (µG/M3) PROMEDIO 13,5 250 + PRIMEROS MÁS 250 + ALTOS 42,7 SEGUNDOS MÁS 30,7 250 + ALTOS TERCEROS MÁS 30,4 250 + ALTOS -: No cumple con la norma (Art 4. De la resolución 610 de 2010 “se establecen los niveles máximos permisibles a condiciones de referencia para contaminantes criterio”). +: Si cumple con la norma (Art 4. De la resolución 610 de 2010 “se establecen los niveles máximos permisibles a condiciones de referencia para contaminantes criterio”). Página | 13 CONCLUSIONES La concentración de CO arrojados en los datos de salida nos muestra que el nivel de exposición a este contaminante en determinadas zonas es alto comparado con la norma (Resolución 610 del 2010) la cual determina que para periodos de 8 horas el nivel máximo permisible es de 10.000 µg/m3, las razones por las que esto puede estar sucediendo es que se esté dando por la combustión incompleta de sustancias que contienen carbono, como la gasolina, el diesel, el carbón y la leña. Una de las principales fuentes de contaminación del aire por este gas la constituyen los vehículos con motores de gasolina, esto afecta de manera directa la salubridad humana, ya que este disminuye la cantidad de oxígeno disponible para las células, lo cual dificulta la función celular y traería enfermedades principalmente respiratorias. Las concentraciones de SOx arrojados en los datos de salida presentan que los niveles exposición a los que se encuentra la Av. Del Río y sus alrededores están por debajo de lo máximo permitido por la norma, esta determina como máximo valor permisible para período de 24 horas es de 250 µg/m3, este contaminante llega a la atmósfera gracias a las actividades humanas, sobre todo por la combustión de carbón, petróleo y por la industria metalurgia, y como en este sector es una zona con pocas actividades industriales no se genera emisiones en grandes cantidades, representando algo positivo para la salud de las personas que residen aledañas a esta vía. Las concentraciones de NOx arrojadas en los datos de salida presentan unos niveles de exposición elevados a comparación de máximo permisible que tiene estipulado la resolución 610 del 2010 que dice que lo máximo es 150 µg/m3, las principales fuentes antropogénicas de emisión se producen en los escapes de los vehículos motorizados y en la quema de combustibles fósiles. La inhalación de este contaminante en concentraciones elevadas genera en los seres humanos un edema pulmonar que tendría efectos a lo largo de un tiempo, además de que afecta el sistema inmune y a los pulmones dando lugar a una menor resistencia frente a infecciones y causar cambios irreversibles en el tejido pulmonar. Página | 14 BIBLIOGRAFIA (1) Yassi A, Kjellstrom T, de Kok T, Guidotti. Salud Ambiental Básica (versión al español realizada en el INHEM). México DF. PNUMA. 2002. (2) Romero Placeres M, Más Bermejo P, Lacasaña Navarro M, Téllez Rojo Solís MM, Aguilar Valdés J, Romieu I. Contaminación atmosférica, asma bronquial e infecciones respiratorias agudas en menores de edad de La Habana. Sal Públ Mex. 2004;46:222-3. (3) Ley 41 de Salud Pública (capítulo 3): Higiene y Epidemiología. Sección quinta. Control Sanitario del Ambiente. Página | 15