Cuando en la práctica real se lleva a cabo la medición de emisiones atmosféricas, el conocer la fuente de contaminación te puede indicar los tipos de emisiones y por tanto de contaminantes que estarán presentes en ella, asimismo los que podrían formarse una vez que hayan sido arrojados al exterior.
En relación a lo anterior, solo se abordará lo referente a las emisiones por fuentes fijas, sobre todo aquellas que provienen de industrias, porque son fuente importante de contaminantes tóxicos. Los contaminantes que emergen de las fuentes fijas se pueden agrupar en familias:
· Compuestos inorgánicos del carbono.
· Compuestos derivados del azufre.
· Hidrocarburos.
· Compuestos de nitrógeno.
· Oxidantes fotoquímicos.
· Metales.
· Partículas.
Las altas concentraciones de los contaminantes tóxicos pueden ejercer grandes problemas a la población, por lo cual es necesario su monitoreo y control. Para ver las consecuencias de la contaminación observa la siguiente tabla:
Tabla 1. Contaminantes atmosféricos y sus efectos a la salud.
| Contaminante | Efecto |
| NO2 | · Es un contaminante primario y uno de los precursores del ozono. · En exposiciones prolongadas causa bronquitis en niños asmáticos y disminuye el desarrollo de la función pulmonar según estudios realizados en ciudades europeas y norteamericanas. |
| O3 | · Es un contaminante secundario. · Puede causar problemas respiratorios, depresión del sistema inmunológico, efectos sistémicos en tejidos blandos como el hígado, agrava enfermedades respiratorias para las personas que las tienen, por ejemplo: asmáticos. También aumenta la mortandad en personas con cardiopatías y en personas sanas causa decrementos de la capacidad respiratoria. |
| COV | · Es un precursor de ozono y generalmente son oxidantes. · Algunos COV pueden causar cáncer, problemas respiratorios, cardiovasculares, gastrointestinales y hematológicos. |
| CO | · Es un contaminante primario. · Disminuye la capacidad de la sangre para transportar oxígeno, interfiere en la liberación de oxígeno en los tejidos afectando el funcionamiento de neuronas, células del corazón y de otros músculos. En personas sanas la exposición crónica provoca un aumento del número de glóbulos rojos, del volumen sanguíneo y del tamaño del corazón. |
| SO2 | · Puede afectar al sistema respiratorio y las funciones pulmonares. Causa irritación ocular, agrava las enfermedades respiratorias para las personas que las tienen, por ejemplo: asmáticos y personas con bronquitis crónica. |
| PM | · Penetran en las vías respiratorias e interfieren en su funcionamiento ocasionando problemas respiratorios como bronquitis y muerte prematura principalmente en niños y personas de la tercera edad. También es causa de enfermedades cardiovasculares, así como de cáncer de pulmón. |
En la tabla se presentan las consecuencias a la salud por inhalación de los contaminantes, salvo los COV, los demás son considerados contaminantes criterio.
De acuerdo con lo anterior, es necesario que antes de instalarse una empresa, está pueda realizar una simulación de las emisiones que emitirá.
A continuación, se presenta una tabla que muestra las emisiones de contaminantes atmosféricos de fuentes fijas por sector en 2005.
Tabla 2. Emisiones de contaminantes atmosféricos de fuentes fijas por sector, 2005.
| Contaminante | |||||||||
| SO2 | CO (% vol.) | NOx | COV | PM10 | PM2.5 | NH3 | |||
| Sector | No. de empresas | ||||||||
| Industria del petróleo y petroquímica | 232 | 1,124,341.17 | 401,767.56 | 117,884.35 | 81,629.89 | 19,486.63 | 15,189.82 | 1,488.02 | |
| Industria química (incluye plásticos) | 1,062 | 44,560.41 | 5,310.73 | 10,711.24 | 102,204.78 | 4,754.78 | 3,425.61 | 1,161.42 | |
| Producción de pinturas y esmaltes | 114 | 17.65 | 846.12 | 4,988.27 | 5,769.38 | 1,246.83 | 887.35 | 82.28 | |
| Industria metalúrgica y siderúrgica | 588 | 91,270.54 | 19,533.35 | 17,074.79 | 5,925.32 | 29,813.66 | 18,404.30 | 1,194.64 | |
| Industria automotriz | 247 | 883.39 | 576.63 | 1,569.37 | 16,508.82 | 5,207.92 | 3,829.57 | 47.07 | |
| Industria de la celulosa y el papel | 171 | 27,056.99 | 1,214.18 | 3,401.62 | 3,793.60 | 2,082.03 | 1,752.42 | 85.51 | |
| Industria de cemento y cal | 206 | 53,794.90 | 11,316.14 | 22,686.18 | 2,178.08 | 26,903.21 | 20,653.51 | 2,967.47 | |
| Industria de asbesto | 23 | 14.97 | 19.71 | 66.03 | 306.49 | 117.92 | 89.53 | 2.09 | |
| Industria de vidrio | 95 | 8,478.14 | 3,728.13 | 8,621.07 | 463.49 | 3,702.85 | 3,590.90 | 80.94 | |
| Generación de energía eléctrica | 103 | 1,403,020.45 | 48,444.01 | 357,400.56 | 8,667.22 | 68,035.03 | 50,568.11 | 21,075.16 | |
| Residuos peligrosos | 79 | 21.79 | 8.51 | 58.18 | 243.27 | 29.85 | 27.74 | 0.79 | |
| Industria de alimentos y bebidas | 876 | 70,491.22 | 553,174.93 | 50,017.10 | 36,391.01 | 106,247.58 | 100,364.71 | 15,389.96 | |
| Industria textil | 312 | 341.90 | 369.95 | 892.94 | 367.15 | 525.72 | 469.88 | 22.14 | |
| Industria de la madera | 82 | 11.96 | 121.29 | 41.59 | 1,449.96 | 253.68 | 226.17 | 3.68 | |
| Hospitales | 55 | 2.89 | 23.69 | 35.89 | 11.38 | 18.21 | 14.13 | 1.09 | |
| Producción de asfalto | 11 | 114.81 | 164.81 | 200.07 | 58.21 | 861.91 | 153.48 | 0.94 | |
| Otras industrias | 753 | 449.86 | 916.79 | 1,479.52 | 7,866.26 | 1,479.98 | 1,122.55 | 34.61 | |
| · Las cantidades están en toneladas | |||||||||
Como sabes, las simulaciones son una herramienta clave para la medición y control de las emisiones atmosféricas. Para realizarlas se utilizan diversos tipos de software que en su mayoría emplean modelos gaussianos para medir la concentración máxima de contaminantes a ras del suelo y la distancia recorrida a partir de su origen, a la cual se le llama dispersión de contaminantes. Muchos softwares que utilizan estos modelos necesitan considerar diversos factores ya sea meteorológicos (como la velocidad del viento, temperatura y estabilidad atmosférica), topográficos y características particulares de la fuente emisora (tasa de emisión, diámetro y altura de la chimenea, temperatura, presión y velocidad de salida de las emisiones) para la realización de los cálculos de concentración de contaminantes y que sean lo más representativos de las condiciones reales de la emisión.
A continuación, se presenta la ecuación para calcular la concentración máxima en un plano x, y, z sin reflexión:
Recuerda que la reflexión se refiere a la resuspensión de los contaminantes en el aire después de salir de su fuente de emisión, dispersarse en el ambiente y tocar el suelo. La ecuación con reflexión es la siguiente:
Donde:
C = concentración en la posición x, y, z, (g/m3)
Q = gasto de contaminante, (g/s)
u = velocidad del viento, (m/s)
π = 3.1416
He = altura de emisión, (m)
σy = coeficiente de dispersión en la dirección y, (m)
σz = coeficiente de dispersión en la dirección z, (m)
He, la altura efectiva de la chimenea se calcula con la suma de la altura de la chimenea (H) más la altura de la emisión (∆H).
De acuerdo con el Manual para la evolución técnica y normativa de la Licencia Ambiental Única, la altura de la emisión y su comportamiento dependerán de la velocidad y temperatura de los gases en la salid de la chimenea. Para su cálculo se utiliza la ecuación de Holland:
Donde:
Vs = velocidad de emisión del gas (m/s)
d = diámetro de la chimenea (m)
us = velocidad del viento (m/s)
P = presión atmosférica (milibares)
Ts = temperatura del gas (ºK)
Ta= temperatura del aire (ºK)
Está segunda fórmula altura efectiva de la chimenea (∆H), es sumamente relevante porque también te indica el comportamiento de la pluma contaminante que como se puede ver se relaciona con factores meteorológicos y las características de la fuente. Adicional al cálculo de ∆H, Turmo y Cuscó, consideran la existencia de factores de corrección para la fórmula de Holland, lo cual se describe a continuación:
Tabla 3. Factor de corrección de fórmula de Holland.
| Estabilidad atmosférica | Factor de corrección ∆H |
| A, B | 1.15 |
| C | 1.1 |
| D | 1 |
| E, F | 0.85 |
En la ecuación para determinar la concentración máxima se necesita conocer los coeficientes de dispersión en la dirección y (σy) y z (σz), estos valores dependen de la estabilidad atmosférica y de la dirección y y z con respecto a la fuente emisora en la dirección del viento (x). la estabilidad atmosférica se representa con la letra A (más inestable) hasta la F (más estable). La clase de estabilidad atmosférica se puede deducir para cada condición meteorológica a partir de la siguiente tabla.
Tabla 4. Condiciones meteorológicas que definen las clases de estabilidad atmosférica.
La tabla que acabamos de ver relaciona las mediciones de velocidad de viento a una altura de 10m respecto el nivel del suelo y la radiación solar para proporcionarnos una estabilidad atmosférica. ¿Qué sucede si la velocidad se mida a menos de 10m?
Para está consideración, Turmo y Cuscó expresan una relación que nos permite conocer la velocidad a una altura menor de 10m respecto el nivel del suelo y es como sigue:
Donde:
Uz = velocidad del viento a la altura de la fuente de emisión menor de 10m
U10 = velocidad del viento a la altura de 10m
z = altura de la fuente emisora (m)
p = coeficiente exponencial de corrección de la velocidad del viento.
Tabla 5. Coeficiente exponencial de corrección de la velocidad del viento.
| Estabilidad | Coeficiente exponencial atmosférico | |
| Urbano | Rural | |
| A | 0.15 | 0.07 |
| B | 0.15 | 0.07 |
| C | 0.20 | 0.10 |
| D | 0.25 | 0.15 |
| E | 0.40 | 0.35 |
| F | 0.60 | 0.55 |
De acuerdo con Wark, el cálculo de los coeficientes de dispersión se puede calcular mediante las siguientes expresiones:
El subíndice b=0.82
La variable X se debe especificar en kilómetros y el resultado de y
se reportan en metros (m).
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