gestión de la calidad del aire

NOTAS DE CLASE

Beto Díaz

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C. A. DÍAZ W. GONZÁLEZ

Beto Díaz

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Quito, 15 de agosto de 2012

INDICE

Introducción

1. Conceptos básicos1.1 La contaminación del aire 21.2 La atmósfera 71.3 Escalas de la contaminación atmosférica 121.4 Naturaleza del aire 43

2. Los contaminantes del aire y sus efectos2.1 Los contaminantes del aire _ 522.2 Nociones básicas de toxicología ambiental 552.3 Efectos de la contaminación del aire sobre la salud humana 632.4 Norma ecuatoriana de calidad del aire ambiente 71

3. Las fuentes de emisión de contaminantes3.1 Clasificación general de las fuentes de emisión 733.2 Las fuentes fijas 793.3 Las fuentes móviles 843.4 Combustibles y emisiones 963.5 Inventarios de emisiones 105

Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 2 0 0 3 I

Ín d ic e

4. Comportamiento de los contaminantes en la atmósfera 1114.1 Meteorología y contaminación atmosférica 1114.2 Modelo de dispersión Gaussiana 1424.3 Química básica del ozono . 1534.4 Los modelos de predicción de la calidad del aire 156

5. La medición de los contaminantes 1595.1 Importancia del monitoreo atmosférico 1595.2 Definición de los objetivos del monitoreo 1605.3 Definición del número y los sitios de muestreo 1645.4 Diseño del programa de muestreo 1705.5 Selección de la técnica de medición 1725.6 Redes de monitoreo 1795.7 Aseguramiento y control de calidad 181

6. Gestión integral de la calidad del aire 1856.1 Los planes de manejo de la calidad del aire 1856.2 El mejoramiento del aire en Quito 191

7. Bibliografía 199Anexos

A. Protocolo de KyotoB. Protocolo de MóntrealC. Norma Ecuatoriana de Calidad del Áire AmbienteD. Norma de emisiones al aire desde fuentes fijas de combustiónE. Límites y métodos de medición de emisiones de vehículos a gasolinaF. Límites y métodos de medición de emisiones de vehículos a dieselG. Plan de Manejo de la Calidad del Aire de Quito 2005 - 2010H. Medición de parámetros meteorológicosI. índice Quiteño de Calidad del Aire

En este primer capítulo se presenta una visión general de la problemática de la calidad del aire, topando los aspectos que serán desarrollados con mayor profundidad en las secciones siguientes del texto.

Se inicia señalando algunos conceptos básicos de la contam inación el aire y su origen y luego se introduce el tema de la atmósfera, las capas atmosféricas y su importancia ambiental. Más adelante se plantea la discusión sobre ¡as escalas de la contaminación atmosférica, con énfasis en el problema del calentamiento global del planeta y la destrucción del ozono estratosférico. Finalmente, con interés práctico se presenta una discusión sobre el manejo de las unidades de medida de la concentración de contaminantes y se revisa la teoría que permite estudiar al aire y sus componentes como gases ideales.

Como se ha dicho, todos los temas tratados están orientados a brindar al lector una primera aproximación a la gestión de la calidad del aire, de manera que se familiarice con la terminología utilizada y ios principales aspectos que se discuten en la actualidad. Dada la naturaleza de esta visión general, el esfuerzo se ha centrado en sistematizar la información proveniente de diferentes fuentes, muchas de ellas consultadas a través del Internet, en un esquema ordenado para los fines posteriores.

Ca r l o s P á e z P é r e z ®. 2 0 0 8

C a p ít u l o 1. C o n c e p t o s b á s ic o s

1.1 La c o n t a m i n a c i ó n d e l a ir e

En términos generales, la contam inación atmosférica puede definirse como el cam bio no deseado en las características físicas (color o temperatura, por ejemplo), químicas (concentración de elementos o sustancias químicas) o biológicas (presencia de microorganismos) de la atmósfera, que causa o puede potencialmente causar daño sobre la salud y el bienestar de los seres humanos y otros seres vivos y/o que afecta el funcionamiento de los ecosistemas.

*

Dentro del marco conceptual señalado y acotado, el problema de la contam inación del aire puede entenderse con la ayuda del diagrama presentado en la Figura 1.1. En este esquema se reconocen tres elementos principales: (a) el emisor que genera los contaminantes, de acuerdo a las especificidades de cada tipo de fuente; (b) la atmósfera que recibe esos contaminantes y donde ocurren los distintos fenómenos que definen el destino y abundancia de esas sustancias; y, (c) el receptor, entendido como los seres humanos o los ecosistemas, que sufren las consecuencias de la contaminación.

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Figura 1.1 Visión esquem ática de l prob lem a de la con tam inac ión de l aire

En el transcurso de este texto se analizará con detalle cada uno de los elementos mencionados y los procesos que ocurren dentro de ellos.

1 .1 .1 LO S O R ÍG EN ES D E LA C O N TA M IN A C IÓ N A TM O S FÉ R IC A

La contaminación del aire, particularmente en los grandes conglomerados urbanos, no es un problema nuevo y existen algunas referencias de que tan temprano como en las Roma y Grecia antiguas se presentaron algunos episodios que podrían ser ca talogados como de emergencia ambiental, debido a las grandes cantidades de gases y partículas emanadas desde las fundiciones de metales como el plomo, el cobre y el zinc, así como por la quema de madera como fuente de energía. Igualmente, han sido relativamente bien documentadas las prohibiciones y restricciones a las actividades de las herrerías y las ladrilleras en Londres durante la Edad Media y de hecho en 1306 el rey Eduardo I emitió un edicto real en este sentido,

2 G e s t ió n d e l a Ca l id a d d e l A i r e

C a p it u l o 1. C o n c e p t o s b á s ic o s

que bien podría ser distinguido como la primera regulación sobre calidad del aire(Masters, 1991; Warky Warner, 1992; Moeller, 2005).

Sin embargo es en la época moderna, cuando estas situaciones se vuelven mucho más visibles e incluso dramáticas, resultando en intervenciones públicas más duraderas y sistemáticas para proteger la calidad del aire. Es particularmente ilustrativo, en este sentido el episodio denominado Great London Smog [smog es una palabra inglesa que proviene de la mezcla de smoke o humo y fog o neblina) en diciembre de 1952, que provocó alrededor de 4 000 muertes directas y posiblemente muchas más por razones crónicas, principalmente de ancianos y personas previamente enfermas, a causa del incremento de las concentraciones de humo y dióxido de azufre en el aire, provenientes del empleo del carbón para calentar los hogares, que se acumularon ante una situación meteorológica desfavorable (Moeller, 2005).

Posteriores eventos similares, aunque de menor magnitud, en la propia Londres y en otras ciudades europeas y norteamericanas, e incluso algunos más recientes como el accidente en Bophal (India) en diciembre de 1984, en el que un derrame de iso- cianato de metilo desde una planta de la transnacional Union Carbide, provocó más de 20 000 muertes y muchos más afectados, han marcado la historia de la contaminación del aire y de los esfuerzos que se han hecho para controlarla, buscando precautelar la salud humana y la calidad de vida.

A io largo de la historia moderna, ¡os distintos modelos de desarrollo adoptados se han caracterizado básicamente por el uso intensivo de la energía de fuentes no renovables y la sobreexplotación de los recursos naturales, que han provocado, quizás con mayor claridad que en otros problemas ambientales, la contaminación atmosférica como una de las consecuencias inevitables y no deseadas del progreso de la humanidad. Así, conforme lo anotan Wark y Warner (1992), en nuestros días, la contaminación del aire es causada por "la manera como se construyen nuestras ciudades” y por "los métodos como se producen nuestras mercancías, las transportamos junto con nosotros y generamos la energía para calentar e iluminar los lugares donde vivimos, nos divertimos y trabajamos". La composición fotográfica mostrada en la Figura 1.2 ¡lustra claramente este concepto, referido a una de las ciudades más pobladas del mundo, Beijing, viviendo el curso de un frenético crecimiento económico.

Ciertamente, también existen procesos naturales que contaminan el aire, tales como las erupciones volcánicas, la descomposición de la materia orgánica, las tormentas de polvo y los incendios forestales que, si bien producen contaminantes en cantidades mayores a las generadas por las actividades del hombre, su frecuencia generalmente episódica, su distribución y su dispersión hacen que esta contribución al problema general sea porcentualmente pequeña en una perspectiva de mediano y largo plazo.

Considerando los factores antropogénicos, la razón principal de que exista contaminación del aire, por su grado cuantitativo de responsabilidad, es la quema de

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combustibles fósiles, tanto en el ámbito industrial como principalmente en el transporte; aunque también son significativos los aportes de otros procesos industriales y extractivos, que emiten gases o partículas contaminantes.

Figura 1.2 Estas dos tomas del mismo sitio de la ciudad de Beijing (República Popular China), muestran los efectos visibles de la contaminación atmosférica. La de la izquierda corresponde a un día soleado y claro y la de la derecha a uno con alta contaminación (Fotografía: Bobak Ha'Eri)

Cuando se queman combustibles fósiles o hidrocarburos derivados del petróleo, que son los de uso más común, los productos teóricos primarios son el vapor de agua y el dióxido de carbono; sin embargo, debido a las impurezas presentes en el combustible, la mala calibración de los equipos, la inadecuada mezcla de aire o las temperaturas de combustión demasiado bajas o altas, también se generan productos secundarios como el monóxido de carbono, los óxidos de azufre y nitrógeno, partículas pequeñas e hidrocarburos no quemados, que son en definitiva las sustancias que mayores consecuencias negativas tienen sobre la salud humana y el medio ambiente físico, y por tanto, son consideradas como los contaminantes principales del aire.

Otra característica del problema, derivada del desarrollo desigual del planeta, es que como regla general puede establecerse que mientras más rico es un país, de acuerdo con su ingreso nacional bruto per cápita, mayor es su consumo de energía (uso anual de energía) y su contribución al problema de la contam inación del aire, según lo muestra la Tabla 1.1, que toma como indicador de esta última característica a la emisión anual per cápita de dióxido de carbono.

Como se ha mencionado, en los países desarrollados del norte, los problemas de contam inación del aire no son nuevos y aparecieron incluso desde antes mismo de la revolución industrial; sin embargo, es a partir del siglo pasado cuando los problemas se han agudizado y han empezado a ser reconocidos com o una amenaza

GESTIÓN DE LA CALIDAD DEL A IR E


contra la salud humana a nivel mundial, al punto que en la actualidad en los principales centros urbanos y metrópolis, especialmente en aquellos donde los controles han sido escasos o las condiciones topográficas y meteorológicas lo agravan, las enfermedades y los cánceres que afectan al sistema broncorespiratorio y que se originan en la contam inación atmosférica, constituyen una de las principales preocupaciones en el cam po de la salud pública, representando ingentes recursos económicos las medidas de control, mitigación y monitoreo.

Tabla 1.1. Relación entre el Producto N acional Bruto, el consumo com erc ia l de energía y la emisión anual de dióxido de carbono, el principal gas de e fec to invernadero, para países se leccionados (World Bank, 2006)

Ingreso Nacional Uso anual País Bruto /capitel de energía / cápita

(USD, 2005) {kg eq. en petróleo, 2003)

Emisión anual de CO2 / capita

(To n, 2002)

Haití 450 270 0.2

india 730 520 1.2

Bolivia 1 010 504 1.2

Paraguay 1 040 679 0.7

China 1 740 1 094 2.7

Colombia 2 290 642 1.3

Ecuador 2 620 708 2.0

Perú 2 650 442 1.0

Brasil 3 550 1 065 1.8

Uruguay 4 360 738 1.2

Rusia 4 460 4 424 9.9

Argentina 4 470 1 575 3.5

Venezuela 4 820 2 112 4.3

Chile 5 870 1 647 3.6

Promedio mundial 7 011 1 734 3.9

México 7 310 1 564 3.8

España 25 250 3 240 7.4

Francia 34 600 4 519 6.2

Japón 38 950 4 053 9.4

Estados Unidos 43 560 7 843 20.2

Suiza 55 320 3 689 5.6

La evolución de las acciones y políticas de control del problema ha seguido la misma tendencia que con el resto de recursos naturales; es decir, desde un primer

Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 2008 5


momento quemeimportista para quienes contam inaban, donde les era más barato eliminar los desechos directamente a la atmósfera, sin ningún control previo, a la situación actual donde existe un convencim iento de que el aire es un bien común que sin pertenecer a nadie en particular, es de todos por su dimensión social y su función biológica, por lo que su cuidado concierne no solo a los contaminadores, sino también a quienes podrían sufrir las consecuencias y, por tanto, pueden exigir, mayores controles y regulaciones (MDMQ, 1996; Wark y Warner, 1992).

Finalmente para cerrar esta primera aproximación, en lo que se refiere a las principales fuentes de emisión, con fines de comparación entre las contribuciones de cada una, se muestra la Tabla 1.2 con datos correspondientes a los Estados Unidos, tres ciudades latinoamericanas, México, Santiago y Quito, que en los dos primeros casos son reconocidas por sus elevados niveles de contam inación ambiental, y una región española, Catalunya. Detalles respecto a estas cifras, los métodos de cálculo y los tipos específicos de fuentes se revisarán más adelante en el texto; sin embargo, lo que se ha querido mostrar en esta tabla es la significativa contribución de los vehículos.

Tabla 1.2 Emisiones de contaminantes comunes del aire para zonas seleccionadas

Fuente MPO) $02 NOx HC CO

Estados Unidos, en millones de toneladas para 1998 (EPA, 2000)

Vehículos 6.6 1.4 13.0 7.7 70.7Otras fuentes 28.1 18.3 11.5 10.2 18.8

Catalunya, en miles de toneladas para el 2000 (Parra, 2005)


Zona Metropolitana Valle de México, en miles de toneladas para 1998 (SEMARNAT, 2002)Vehículos 7.1 4.7 165.8 187.8 1 733.7Otras fuentes 12.8 17.8 40.7 287.2 35.2

Santiago de Chile, en miles de toneladas para el 2000 (CONAMÁ, 2004)


Quito, en miles de toneladas (CORPAIRE, 2005)

Vehículos 1.5 3.2 17.0 13.2 91.9Otras fuentes 3.4 2.8 4.7 27.6 2.6Notas: (1) MP se refiere a material particulado, el caso de Catalunya, las emisiones se refieren a partí

culas totales en suspensión (PTS) y en los casos de Estados Unidos, México, Santiago y Quito a material particulado menor a 10 mieras (PMio).

6 G e s t ió n d e l a C a l id a d d e l A ir e


1.2 La a t m ó s f e r a

Las ciencias ambientales conciben actualmente a la Tierra como un sistema dinámico, movido por la energía solar y compuesto por cuatro subsistemas interrelacio- nados entre sí, que posibilitan la vida sobre el planeta. Esos subsistemas son la a tmósfera, la hidrosfera, la geósfera y la biosfera. El objeto principal de estudio de este curso será la atmósfera, por lo que se empezará precisando algunas de sus características.

En términos amplios, la atmósfera comprende la delgada envoltura gaseosa que rodea el planeta. El límite entre la atmósfera y el espacio exterior, que constituye la parte prácticamente vacía del universo, a no ser por una muy baja densidad de partículas de plasma, radiación y energía, no está claramente definido y lo que existe más bien es un adelgazamiento paulatino de la atmósfera hasta que desaparece.

4 3 2 ^ 0

Miles de millones de años atrás

Figura 1.3 Evolución de la com posición de lo atmósfera terrestre [Jacobson, 2002)

La atmósfera que se conoce hoy en día no es la misma del pasado y algunas teorías científicas (Jacobson, 2002) señalan que al menos han existido dos atmósferas previas cuya naturaleza difiere significativamente de la actual, que incluso continua evolucionando, en gran medida debido a ¡a creciente influencia de la vida y las actividades humanas sobre ella. La atmósfera primigenia estuvo constituida principalmente de helio e hidrógeno y formó parte del proceso original de formación del sistema solar y el planeta en particular, cuando su corteza todavía se estaba moldeando. Hace más de cuatro mil millones de años, después de la pérdida del hidrógeno y el helio y otros gases que contenían hidrógeno, debido a la radiación

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solar y cuando la superficie terrestre ya se había enfriado, pero mantenía una actividad volcánica muy intensa, la segunda atmósfera estuvo influida grandemente por las continuas erupciones y constituida de dióxido de carbono, dióxido de azufre y vapor de agua, con algo de nitrógeno, pero prácticam ente nada de oxígeno.

Más adelante en el proceso evolutivo del sistema terrestre y conforme apareció vida en el planeta, la actividad fotosintética de las primeras bacterias y luego de las plantas condujo a la oxigenación de la atmósfera, primero a una tasa muy lenta, pero luego acelerada, en perjuicio del dióxido de carbono, que se vio fortalecida por la fotodisociación del vapor de agua; previamente, con el desarrollo de la respiración aeróbica vino la evolución de los organismos que intervienen en la den s ificación de los óxidos de nitrógeno provenientes de la descomposición de los com ponentes de los organismos vivos, conformando hace más de dos mil millones de años, los procesos fundamentales que explican la forma básica actual de la atmósfera con supremacía de nitrógeno y oxígeno, cuyos niveles presentes datan de hace unos 400 millones de años (Jacobson, 2002; Seinfeld y Pandis, 1998).

Tabla 1.3 Composición de la atmósfera, con los constituyentes listados con una indicación de su distribución y variación vertical (Zabransky, 2002)

Constituyente Concentraciónpromedio Distribución vertical

N2 0.7808 Homogénea

O2 0.2095 Homogénea

H2O < 0.030 Decrece rápidamente en troposfera y crece en estratósfera

Ar 0.0093 Homogénea

CO2 345 ppmv i2) Homogénea

O3 I1) 10 ppmv i2» Crece rápidamente en la estratósfera. Altamente variable

CH4 1.6 ppmv (2) Homogénea en troposfera y decrece en atmósfera media

N2O 350 ppmmv í3> Homogénea en troposfera y decrece en atmósfera media

CO 70 ppmmv (3) Decrece en la troposfera e incrementa en la estratósfera• NOMI 0.1 ppmmv (3) Crece verticalmente

CFC-11 y CFC-12 0.1 ppmmv (3) Homogénea en troposfera y decrece en atmósfera mediaCIO ni 0.1 ppmmv (3) Incrementa verticalmente

Notas: (1) Estas concentraciones se refieren a la estratósfera, todas las demás a la troposfera(2) ppmv: partes por millón en volumen(3) ppmmv: partes por mil millones en volumen

La composición presente de la atmósfera no es homogénea y varía significativamente con la altitud, al igual que otras dos propiedades claves, la presión y la temperatura. En términos generales, la atmósfera consiste de una mezcla de gases, mayormente nitrógeno molecular (78% en volumen) y oxígeno (21% en volumen).

8 G e s t ió n d b l a Ca l id a d d e l A ir e


Vapor de agua, argón, dióxido de carbono, ozono, metano y otros constituyentes menores representan ei restante 1% de la atmósfera (ver Tabla 1.3). Debido a que esos constituyentes menores o trazas aparecen en concentraciones muy pequeñas, que además son altamente variables, son consideradas de manera independiente de los constituyentes principales, que son referidos simplemente como "aire seco".

1.2.1 La s c a p a s a t m o s f é r ic a s

La atmósfera no se comporta homogéneamente en relación a la altura, variando en cuanto a temperatura, densidad, composición auímica y movimiento. Por ejemplo, en lo que se refiere a la presión, su valor más alto corresponde a la superficie terrestre, decreciendo rápidamente conforme se asciende. Mientras que, la variación de la temperatura sigue un comportamiento no regular, conforme lo ¡lustra la Figura 1.4.

Figura 1.4 Variación de ia tem peratura con ia a ltitud respecto a la superficie terrestre (ad ap ta do de h ttp ://w w w .srh .noaa.gov/srh /je ts tream /atm os/atm pro file .h tm )

Los momentos de cambios abruptos de temperatura son los que permiten distinguir diferentes regiones atmosféricas; así, comenzando por la superficie de la Tierra, las

Ca r l o s Pá e z Pé r e z ®, 2008 9

http://www.srh.noaa.gov/srh/jetstream/atmos/atmprofile.htm


regiones son llamadas troposfera, estratósfera, mesósfera y termósfera y sus límites son tropopausa, estratopausa y mesopausa, respectivamente. Sus características se anotan a continuación (Trenberth, 2002):

- Como se ha indicado, la capa inferior de la atmósfera recibe el nombre de troposfera. Es la zona en que los fenómenos de tiempo y la turbulencia atmosférica son más marcados y contiene el 75% de la masa molecular o gaseosa total de la atmósfera y prácticam ente todo el aire. En general, la temperatura desciende con la altura a través de toda la capa a unos 6.5 °C/km en promedio, y toda la zona suele estar coronada en la mayoría de lugares por una inversión de temperatura (es decir, una capa de aire relativamente cálido situada sobre otra de aire más frío) y en otros por un estrato isotermo con la altura. Por lo tanto, la troposfera es, en gran parte, un sistema cerrado, ya que la inversión actúa como una tapa que limita los intercambios térmicos. Este límite superior o tropopausa no tiene una altura constante ni en el espacio ni en el tiempo; por ejemplo, tiene una elevación de unos 16 km sobre la línea ecuatorial y de solo unos 8 a 9 km en los polos.

- La segunda de las grandes capas atmosféricas es la estratósfera, que se extiende desde la tropopausa hasta unos 50 km. Aunque la estratósfera contiene la mayor parte del ozono atmosférico (su densidad máxima se ubica a unos 22 km, ver Figura 1.5), las temperaturas máximas asociadas a la absorción de la radiación ultravioleta del sol por el ozono no se alcanzan hasta que se llega a los niveles superiores de mayor exposición, que constituyen la estratopausa, en la que pueden registrarse temperaturas superiores a los 0 °C.

Figura 1.5 Distribución vertical del ozono y variación de la temperatura en la atmósfera terrestre (http://www.met. utah.edu/perry/METEO_3100_Handout 1 .pdfj

lO GESTIÓN DE LA CALIDAD DEL A IRE

http://www.met


- Por encima de ia estratopausa, las temperaturas medias descienden hasta alcanzar un mínimo de unos -90 °C alrededor de los 80 km. Esta capa se conoce comúnmente con el nombre de mesósfera, aunque es preciso hacer constar que la terminología que se emplea para la atmósfera superior no tiene todavía aceptación universal; de hecho, algunos autores designan con el nombre de mesósfera la capa situada entre los 20 y los 80 km. Por encima de los 80 km, las temperaturas empiezan a ascender nuevamente con la altura y esta inversión se designa con el nombre de mesopausa. La estratósfera y la mesósfera son denominadas la atmósfera media.

- Más allá de la mesopausa, las densidades atmosféricas son extremadamente bajas. Aunque existe todavía una tenue atmósfera, por encima de los 250 km, capaz de ofrecer resistencia a los vehículos espaciales. Esta zona se denomina termósfera y en ella las temperaturas aumentan con la altura debido a la absorción de radiación ultravioleta por el oxígeno atómico que es muy abundante, especialmente en la zona superior. Por encima de los 100 km, la atmósfera se ve afectada progresivamente por rayos X y radiación ultravioleta procedentes del sol, que causan ionización o carga eléctrica al arrancar electrones de los átomos de oxígeno y moléculas de nitrógeno, por lo que está zona suele denominarse ionosfera (entre los 100 y los 300 km) y es de gran importancia para ia transmisión de ondas electromagnéticas (radio, televisión, etc.).

- Sobre la termósfera se extiende la exósfera, cuya base se sitúa alrededor de los 500 o 750 km. Esta zona se caracteriza por la ausencia casi total de gases y por un comportamiento físico-químico diferente al de las otras capas mencionadas.

1.2.2 La im p o r t a n c ia a m b ie n t a l d e l a a t m ó s f e r a

Desde el punto de vista del sistema ambiental de la Tierra, la atmósfera (particularmente la troposfera y la estratósfera) es importante por dos razones fundamentales, la primera es que proporciona el aire que la mayoría de los seres vivos necesitan para cumplir con sus actividades fisiológicas y la segunda, que es un elemento fundamental para la regulación del clima en el ecosistema.

En cuanto al aire, tanto el oxígeno, necesario para el proceso de respiración de los animales, cuanto el dióxido de carbono, requerido para el proceso fotosintético de ¡as plantas, permiten no solo el desarrollo y la reproducción individual de esos seres, sino que además permiten el cumplimiento de ios ciclos biogeoquímicos de los nutrientes, que es uno de los mecanismos básicos para el funcionamiento de los ecosistemas.

En lo que tiene que ver con el clima, la presencia de la atmósfera y de los procesos que en ella ocurren, permite tanto la propagación del calor en todo el ecosistema terrestre cuanto la distribución de la humedad, en un proceso interrelacionado con

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los océanos y otras masa de agua (hidrosfera), la criósfera, la tierra (litosfera), la biosfera y las actividades antropogénicas.

Aunque estos temas serán tratados con más detalle en los capítulos posteriores del texto, en este punto conviene clarificar dos conceptos que son utilizados comúnmente como sinónimos, pero que científicamente tienen significados diferentes, el tiempo y el clima. El tiempo (en inglés weather) expresa los grandes cambios en la atmósfera que ocurren de hora a hora o de día a día, que se describen en función de la temperatura, presión atmosférica, humedad, nubosidad, precipitación o vientos y que se manifiestan como grandes tormentas o cielos claros. Por su parte el clima (clim ate) constituye el estado prevalente del tiempo sobre períodos de varias décadas y una cierta región geográfica, que incluye no solo el tiempo promedio, sino también su variación.

A la luz de estos criterios que resaltan la importancia de la atmósfera, vale la pena reflexionar que el aire que esta sobre un país puede fácilmente moverse a otro, incluso en un continente diferente, en el mismo día. Por ello, la atmósfera parecería que no pertenece a nadie y cualquier nación puede usarla para sus propios fines, por ejemplo descargar en ella los contaminantes, lo que conlleva al abuso, en un fenómeno calificado por el biólogo estadounidense Garret Hardin com o tragedy of the commons, en la cual el interés de un individuo o de un país individual pueden estar en conflicto con el interés colectivo propiamente dicho, debido a la indefinición de los derechos de propiedad y las responsabilidades individuales sobre terceros (Coloma, 2002).

1.3 Es c a l a s d e l a c o n t a m i n a c i ó n a t m o s f é r i c a

Dada la amplitud del concepto de contaminación atmosférica, es importante hacer precisiones que ayuden a dimensionar el problema que se pretende abordar.

Esa precisión tiene que ver con su alcance físíco o escala, donde habrá que considerar tres posibles escenarios: (1) cuando los efectos se circunscriben al ambiente interior de la facilidad que genera o donde se concentran los contaminantes; (2) •cuando el área a fectada es el entornó circundante a la facilidad que genera los contaminantes, en un radio de unos pocos kilómetros; y, (3) cuando la generación de contaminantes afecta un área mucho más grande que la anterior, llegando incluso a comprometer af planeta en su totalidad.

En el primer caso de los mencionados, el estudio del problema cae en el ámbito de lo que se conoce como contam inación interior o intradomiciliaria (indoor pollution en inglés) y es tratada desde el punto de vista de la salud en hogares o de la higiene laboral en establecimientos industriales; mientras que el último recibe un tratamiento global. En términos comunes, cuando se habla de contam inación del aire, el asunto se circunscribe al segundo de los escenarios nombrados y su estudio suele

12 GESTIÓN DE LA CALIDAD DEL A IRE


denominarse contam inación del aire ambiente local, para diferenciarlo del aire interior o de la atmósfera regional o global.

El resto de este texto versará sobre la calidad del aire ambiente, pero como referencia es importante revisar brevemente los temas de la contam inación en interiores y la global, en este último caso, se analizarán dos problemas de particular vigencia, el cambio climático global y la destrucción del ozono estratosférico.

1.3.1 C o n t a m in a c ió n e n in t e r io r e s

En ios últimos años, una creciente cantidad de evidencia científica ha mostrado que el aire dentro de los hogares y otras edificaciones puede estar más contaminado que el existente afuera, incluso en las ciudades más industrializadas (Cortez et al., 1998), aunque el problema cobra especial relevancia en los países más pobres, particularmente en los sectores rurales, debido a la dependencia de los combustibles sólidos como fuente principal de energía para cocinar o calentar los hogares (Bruce et al., 2006); en estos casos las madres a menudo llevan a los recién nacidos o los lactantes sobre sus espaldas mientras cocinan o permanecen cerca del fogón caliente, por lo cual los niños pasan muchas horas respirando aire contam inado durante su primer año de vida, cuando sus vías respiratorias están en desarrollo y sus sistemas inmunitarios inmaduros los hacén especialmente vulnerables (OMS, 2007).

Considerando que aigunas personas, especialmente las más sensibles como los niños o los adultos mayores, permanecen la mayor parte del tiempo dentro de sus casas, los riesgos para la salud asociados a esta problemática pueden ser muy importantes, al punto que algunos estudios han mostrado que los niveles de concentración de los contaminantes gaseosos y particulados del aire en el interior de las viviendas en riesgo puede ser 10 o 20 veces mayor que en el exterior, con los consecuentes riesgos para sus habitantes (Bruce et al., 2000; Bruce et al., 2006), al punto que recientes estimaciones calculan que al menos un millón y medio de muertes al año se deben a la contam inación del aire interior, situando a esta causa como responsable del 2.7% de las muertes a nivel mundial (OMS, 2007).

Si bien en el Ecuador no existen estudios específicos sobre este tema, ni tampoco ninguna legislación o política pública específicas que conduzcan a un manejo adecuado del problema, es importante notar que su magnitud no es muy grande por el hecho de aue más del 86% de los hogares, incluso en los sectores rurales más pobres, utilizan gas licuado de petróleo o electricidad para cocinar (MCDS, 2007), con lo cual los riesgos se reducen significativamente, conforme lo corrobora una reciente publicación de la propia Organización Mundial de la Salud (WHO, 2007), (ver Tabla 1.4) que muestra una situación totalmente diferente del Ecuador frente a los otros países de la Región Andina, y muchísimo mejor que lo que ocurre en el África Subsahariana y el sur del Asia.

Ca r l o s p á e z P é r e z ®. 2008 13


Tabla 1.4 Estimados nacionales del impacto de la contaminación del aire intradomiciliaria sobre la salud de la población fWHO, 2007)

País n i [2] 13] [4] [5] [61 [7]

Bolivia 34 1 140 100 - 1 200 43 300 1.9

Colombia 20 320 1 580 - 1 900 35 200 0.4Ecuador <5 70 40 <10 100 2 700 0.1Perú 33 1 230

8co - 1 500 47 900 0.9

China 80 20 540 342 450 17 720 380 700 3 204 900 1.6India 82 251 560 155 250 340 407 100 10 646 500 3.5Etiopía >95 50 320 6410 - 56 700 1 790 800 4.9Nigeria 67 70 390 8 570 - 79 000 2 591 500 3.8Columnas: [1] Porcentaje de la población que usa combustibles sólidos

[2] Número de muertes por infecciones agudas de las vías respiratorias inferiores en menores de 5 años atribuibles al uso de combustibles sólidos[3] Número de muertes por enfermedades pulmonares obstructivas crónicas en mayores de 30 años atribuibles al uso de combustibles sólidos[4] Número de muertes por cáncer de pulmón atribuibles al uso del carbón[5] Número total de muertes atribuibles al uso de combustibles sólidos[6] Número total de años de vida ajustados por discapacidades (disabilities-adjusted Ufe year) atribuibles al uso de combustibles sólidos[7] Porcentaje de causas de muertes a nivel nacional atribuibles al uso de combustibles sólidos

A más de la ya m encionada utilización de combustibles sólidos, principalmente madera o carbón, y en casos extremos incluso desechos animales o domésticos en estufas, hornos o cocinas, y quizás en el otro extremo del espectro socioeconómico, también son consideradas como fuentes de contam inación del aire en interiores los aislamientos o techos que contienen asbesto, las pinturas y lacas, las alfombras, los muebles de aglomerado, los pesticidas, los productos de limpieza y de aseo personal y algunos sistemas de aire acondicionado o humidificación. Adicionalmente, al problema también contribuyen los fumadores, las fuentes naturales de generación de compuestos radioactivos provenientes del uranio contenido en los suelos o rocas de cimentación de las edificaciones y la propia contam inación del aire ambiente o exterior. Generalmente la acción de estas fuentes se agrava por el hecho de que muchas construcciones no disponen de una ventilación adecuada, con lo cual no circula suficiente aire fresco para diluir las emisiones y acarrear fuera las sustancias nocivas. Las altas temperaturas y los niveles de humedad también pueden aumentar la presencia de algunos contaminantes (Moeller, 2005; EPA, 1995).

Los contaminantes interiores más comunes son los productos de la combustión, como el monóxido de carbono y los óxidos de azufre y nitrógeno, que son similares a los encontrados en el exterior; otros gases inorgánicos provenientes de ciertos productos de limpieza o de tratamiento de superficies; compuestos orgánicos volátiles como formaldehídos, originados en el humo del tabaco y en el uso de pinturas, resinas y solventes; partículas provenientes del desgaste de los materiales; bioaerosoles como hongos, mohos, levaduras, bacterias, virus, endotoxinas y protozoos; e incluso

14 G e s t ió n d e l a Ca l id a d d e l A ir e


sustancias radioactivas como el radón proveniente de subsuelos rocosos (Beren- guer, 2005; Moeller, 2005).

Los problemas a la salud asociados a estas sustancias pueden ir desde ligeras irritaciones de las mucosas por exposiciones de corto plazo, hasta cánceres en casos de exposiciones de muchos años, agravadas con otros elementos vinculados con las condiciones de vida de los sujetos y su sensibilidad específica a determinados agentes tóxicos. En efecto, desde mediados de los años ochenta, los estudios epidemiológicos han estado investigando las repercusiones para la salud que tiene la exposición a la contaminación de! aire de interiores y una reciente publicación de la OMS (2007) entrega las siguientes conclusiones:

- La inhalación de humo en el interior de las viviendas duplica el riesgo de neumonía y otras infecciones agudas de las vías respiratorias inferiores entre los niños menores de 5 años.

- Es tres veces más probable que las mujeres expuestas al humo interior sufran enfermedades pulmonares obstructivas crónicas (EPOC), como bronquitis crónica o enfisema, en comparación con las mujeres que cocinan con electricidad, gas u otros combustibles más limpios.

- El uso del carbón duplica el riesgo de cáncer de pulmón, en particular en las mujeres.

Además, algunos estudios han vinculado la exposición al humo en el interior de las viviendas con asma, cataratas, tuberculosis, resultados adversos del embarazo, en particular el peso bajo al nacer, cardiopatía isquémica, enfermedad pulmonar intersticial y cáncer nasofaríngeo y laríngeo.

En el caso de las viviendas que utilizan combustibles fósiles, las alternativas de manejo del problema se basan en tres posibilidades: (a) cambio de la fuente de contaminación, mejorando las cocinas o fogones, cam biando a combustibles más limpios o reduciendo la necesidad del fuego; (b) mejora de la vivienda, promoviendo una ventilación más adecuada o separando el sitio utilizado como cocina; y, (c) modificación del comportamiento de los usuarios con la introducción de prácticas de cocina o calentamiento más eficientes y mayores cuidados para los niños, evitando su exposición directa a los humos (OMS, 2007; Bruce et al., 2006).

Para otros casos de contaminación intradomiciliaria, como se ha anotado, la ventilación juega un rol fundamental, ya que de ella depende la acumulación de contaminantes a niveles aue pueden resultar un problema serio para la salud o el confort de las personas, cuando la tasa de intercambio de aire es insuficiente. A menos que exista un diseño mecánico especial, especialmente en edificios de oficinas construidos herméticamente para ahorrar energía para calentarlo e enfriarlo, particularmente en países que tienen las cuatro estaciones, todas las construcciones deberían contemplar un mecanismo natural de flujo de aire y sus habitantes debe

Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2008 15


rían incorporar dentro de sus costumbres de limpieza general la periódica ventilación, considerando los factores climáticos externos y también el com portam iento horario o semanal de la contam inación del aire ambiente, a fin de garantizar aire fresco y limpio al interior.

El análisis de los problemas de contaminación del aire en interiores a nivel urbano va cobrando cada vez más importancia y en términos cotidianos han ¡do generando mayor preocupación, expresada en casos referidos como “síndrome de edificios enfermos” , que han merecido tratamientos especializados. Estos tratamientos generalmente involucran un proceso de cuatro fases (Moeller, 2005; Berenguer, 2005; EPA, 2005):

- Inspección visual de las edificaciones para determinar fuentes obvias de generación de contaminantes, asociadas a las prácticas de ocupación y mantenimiento, limitantes o errores de ventilación, áreas críticas y grupos de personas particularmente afectadas. En este punto es importante una caracterización de los contaminantes presentes (concentración, reactividad, estado físico y tamaño de las partículas, de ser el caso), así como la identificación de los procesos que los pueden estar generando.

- Si las soluciones no son evidentes, para confirmar o rechazar algunas de las hipótesis de trabajo que se van planteando, se pasa a medir una serie de parámetros que se utilizan como indicadores de la calidad del aire interior y que ayudan a identificar y evaluar la contribución en el problema de algunas fuentes potenciales presentes. Los parámetros básicos son la temperatura, la humedad relativa, los flujos de aire y la presencia de ciertas sustancias indicadoras como el dióxido y el monóxido de carbono y también el material particulado, aunque este último es más difícil de evaluar. De manera complementaria, si los recursos lo permiten es deseable tener mediciones de exposiciones personales a los contaminantes, lo cual se logra con individuos seleccionados que lleven por períodos de 24 o 48 horas monitores especialmente diseñados para este fin.

- Dependiendo de las hipótesis formulados en las dos primeras fases, el diagnóstico del problema se complementa con una determinación de contaminantes específicos como los identificados arriba. Si bien no hay normas locales para estas mediciones, existen algunas referencias en los manuales de seguridad industrial e higiene laboral, com o los generados por la American Conference of Go- vernmental Industrial Hygienists de los Estados Unidos.

- Con la información producida, el paso final es definir las estrategias de control y de seguimiento de la evolución del problema. Tales estrategias tienen básicamente tres formas: eliminar o minimizar la fuente por medio de barreras físicas o decisiones administrativas como restringir los sitios de fumadores o cam biar de productos de limpieza, lo cual suele ser lo más efectivo y menos costoso; mejorar la ventilación, utilizando sistemas mecánicos o con modificaciones en el diseño arquitectónico; y, utilizar purificadores de aire.

1 6 G e s t ió n d e l a C a l id a d d e l A ir e


Respecto al tema de los purlficadores de aire, existen muchos artefactos que se publicitan en el mercado local, que deben ser evaluados cuidadosamente a fin de determinar si pueden resolver el problema específico que se tiene; por ejemplo, los aparatos suelen ser eficientes para remover partículas, pero muy poco útiles para tratar la presencia de gases. Adicionalmente, el uso de purificadores implica un consumo mayor de energía o puede generar efectos no deseados, por lo aue, antes de tomar una decisión, resulta conveniente revisar las observaciones que al respecto de cada tecnología o equipo tienen agencias internacionales que trabajan en temas de medio ambiente, salud pública o defensa del consumidor.

1.3.2 E l c a m b io c l i m á t i c o g l o b a l

En términos generales, los cambios climáticos a lo largo del tiempo se deben tanto a la variabilidad natural cuanto a las actividades humanas, que en mayor o menor medida resultan en modificaciones en la composición auímica de la atmósfera, en los niveles de radiación solar y en ias propiedades de la superficie del suelo, que en definitiva significan alteraciones identificables, por ejemplo mediante pruebas estadísticas en períodos de tiempo largos, en el balance energético del sistema climático. La Convención Marco sobre el Cambio Climático (CMCC) de las Naciones Unidas, en su Artículo 1, define el cambio climático como "cam bio de clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana que altera la composición de la atmósfera mundiai y que se suma a ia variabilidad natural del clima observada durante períodos de tiempo comparables” (IPCC, 2007). La CMCC diferencia, pues, entre el cambio climático atribuible a las actividades humanas que alteran la composición atmosférica y la variabilidad climática atribuible a causas naturales.

Antes de pasar a analizar los alcances y causas de este cam bio climático, conviene definir el objeto básico de este estudio. El clima es de manera simple el estado promedio del tiempo y se define como una descripción estadística del tiempo atmosférico en términos de los valores medios y de la variabilidad de las magnitudes correspondientes (por ejemplo, temperatura, precipitación o viento) durante períodos que pueden abarcar desde meses hasta millares o millones de años, ia Organización Meteorológica Mundial sugiere una promediación habitual de 30 años. En un sentido más amplio, el clima es el estado del sistema climático en términos tanto clásicos como estadísticos; este sistema climático consta de cinco componentes principales (atmósfera, hidrosfera, criosfera, superficie terrestre y biosfera) y de las interacciones entre ellos, en constante evolución bajo la influencia de su propia dinámica interna y por efecto de forzamientos externos, como las erupciones volcánicas o las variaciones solares, y de forzamientos antropógenos, como el cam bio de composición de la atmósfera o el cambio de uso del suelo (IPCC, 2007).

La Figura 1.6 constituye una representación esquemática del balance de radiación de la Tierra, que es el resultado de múltiples procesos e interacciones; entre ellos, la energía proveniente del sol, el efecto invernadero, el ciclo hidrológico, el efecto de las nubes y el rol de las masas de agua, tierra y hielo. La radiación solar entrante ne-

Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2008 Í7


ta de alrededor de 342 Wrrr2 es reflejada parcialmente por las nubes y la atmósfera o en la superficie, pero un 49% es absorbido por la misma superficie. Parte de ese calor es devuelto a la atmósfera como calor sensible y mayormente como evapo- transpiración, que calienta la atmósfera liberando el calor latente durante la precipitación. El resto de la energía absorbida en la superficie es radiada hacia arriba como radiación térmica infrarroja, la mayor parte de la cual es absorbida por la. atmósfera y reemitida hacía arriba y hacia abajo, produciendo un efecto invernadero, debido a que la radiación perdida en el espacio viene desde nubes altas y partes de la atmósfera que son mucho más frías que la superficie. En definitiva, el proceso descrito provoca que la superficie de la Tierra tenga una temperatura promedio de 14 °C, que la convierte en el lugar agradable y hospitalario que ha sustentado la vida de seres humanos y todas las demás especies.

Según los más recientes reportes publicados por el Panel Intérgubernamental para el Cambio Climático (IPCC, 2007), que es una organización científica creada en 1988 por las Organización Meteorológica Mundial y el Programa de las Naciones Unidas para el Ambiente, existen datos contundentes que muestran que el sistema climático se está calentando más allá de lo que marca la tendencia histórica, al punto que 11 de los últimos 12 años están clasificados entre los 12 años más calurosos desde 1850, cuando inicia el registro sistemático de la temperatura. Además la información referida establece también que hay un incremento en el derretimiento

1 8 G e s t ió n d e l a Ca l id a d d e l A ir e

C a p ít u l o t . C o n c e p t o s b á s ic o s

de las masas de hielo y nieve y una elevación del nivel promedio del mar, a nivel global.

El mismo informe establece que la evidencia científica generada en los últimos años, establece que la mayor parte del incremento en las temperaturas globales promedio desde mediados del sigo pasado se deben muy probablemente al aumento en la concentración de gases de efecto invernadero de origen humano, superando el efecto que provocan las variaciones naturales. Cabe apuntar que el término muy probablemente que se utilizó para formular esta aseveración tiene un sentido específico en las publicaciones del IPCC y quiere decir que existen más del 90% de probabilidades de que sea cierto.

| Términos de FR j Valores de FR tW m‘2) Escala espada! LOSU

Gases de efecto invernadero <

de larga duraciónK KG h 1| 2 S f j ' M Halocarbones

: u s f i . 4$ a i .as]

0*4P8 10,43 & 0,53]0J 4 131 ^ 0.3 /

Mundial

Mundial

Alto

Ozono 0.3-3Continental a mundial Atediar©

Vapor de aqua estratosférico de CH* | | | 0jtt7 |a 02a 0* l2j Mundial Bajo

•Albedo.de superficie Land use 1—S i ! 1 1 K h Carbón negro en la nieve

«CL2 {-0,4 « 0*DI 0.1 % Q£]

Leed a continentalMecfcro - Bajo

Efecto, , ¡ directo Total de j

aerosoles!! albedodev las nube

j l -------j | «&S [-0,9 a -8.1 J Continental A mundial Median© - Bajo1 — ¿ Í | ¡ ; *0.7 p 1,8 a «0,-31 Continental -a mundial Bajo

Estelas de condensación lineal 1 i 0.01 [0,003 a 0.03] Continental Bajo

Irradiación solar i b i i ■0.12 ia 06 a 0*30} Mundial Bajo

Antropogéno > m i í s a n f i s i . 1.6 [8,6 a ZA)neto total i-2 - 1 0 1 2

F o rz a m ie n to ra d ia t ív o (VV n r z)

Figura 1.7 Estimados de los forzamientos radiativos globales prom edio en el 2005 para varios mecanismos de ca lentam ien to y enfriam iento de la superficie terrestre. También se muestra el e fec to antropogénico neto, que no corresponde a una suma a lgeb ra ica de los componentes, sino a una ponde rac ión en función de las incertidumbres en los estimados individuales (IPCC, 2007)

Una medida de la influencia que un factor tiene en alterar el balance entre la energía entrante y saliente en el sistema superficie - atmósfera se denomina forza



miento radiativo y es utilizado com o un indicador de la importancia del factor correspondiente como un potencial mecanismo del cambio climático. Forzamientos positivos tienden a calentar la superficie, mientras que forzamientos negativos tienden a enfriarla. En este marco, la Figura 1.7 presenta los forzamientos radiativos globales promedio para varios mecanismos antropogénicos y naturales de cambio climático, incluyendo un señalamiento de la escala espacial de su actuación y el nivel de entendimiento científico [level of scientific understanding o LOSU) para cada caso.

*

Del análisis de la figura referida se desprende que los factores que más contribuyen al calentam iento de la superficie son los gases de efecto invernadero originados por actividades humanas (dióxido de carbono, metano, óxido nitroso y halocarbonos), el ozono troposférico que es un contaminante local del aire, la irradiación solar natural, la presencia de carbón negro en la nieve y el metano proveniente del vapor de agua estratosférico. Mientras tanto, los mecanismos que contrarrestan este efecto son el efecto de albedo en las nubes que genera la presencia de aerosoles, el efecto directo de estos mismos aerosoles, el cambio en el uso del suelo y la concentración del ozono estratosférico, a fectada también las acciones humanas.

1.3.2.1 L o s GASES DE EFECTO INVERNADERO

Por definición, los gases de efecto invernadero (greenhouse gases o GHG en inglés) son com ponente gaseoso de la atmósfera, natural o antropógeno, que absorbe y emite radiación en determinadas longitudes de onda del espectro de radiación infrarroja térmica emitida por la superficie de la Tierra, por la propia atmósfera y por las nubes, dando lugar al efecto invernadero. El vapor de agua (H2O), el dióxido de carbono (CO2), el óxido nitroso (N2O), el metano ( C H 4 ) y el ozono (O3) son los gases de efecto invernadero primarios de la atmósfera terrestre, pero han sido identificados cierto número de gases de efecto invernadero enteramente antropógenos, como los halocarbonos u otras sustancias que contienen cloro y bromo como el he- xafluoruro de azufre (SFó), los hidrofluorocarbonos (HFC) y los perflorocarbonos (PFC).

Si bien el dióxido de carbono es el más abundante y estudiado de los gases de efecto- invernadero antropogénicos, en una base de molécula por molécula, los otros gases absorben la energía infrarroja de manera más agresiva que el CO2; sin embargo, por su limitada abundancia en la atmósfera, su aporte es bastante menor, pero no por ello, puede dejarse de considerar que el efecto com binado de todos estos otros gases tiende a provocar consecuencias aproximadamente del mismo rango de magnitud que las del dióxido de carbono, por lo que son considerados en el análisis posterior. Para calificar la contribución de cada gas de efecto invernadero al problema, se ha desarrollado el concepto de potencial de calentamiento mundial (PCM), que es un índice basado en sus propiedades radiativas que mide el forzamiento producido por una unidad de masa del gas homogéneamente mezclado en la atmósfera actual, integrado a lo largo de determ inado horizonte temporal, respecto del forzamiento por dióxido de carbono. El PCM representa el efecto com binado de los diferentes períodos de permanencia de esos gases en la

20 G e s t ió n d e l a Ca u d a d d e l A ir e


atmósfera, y su eficacia relativa de absorción de la radiación infrarroja saliente, para un horizonte de análisis de 100 años (IPCC, 2007).

Tabla 1.5 C oncentración de gases invernadero en ¡a atmósfera y su evolución en el tiempo (ad ap ta do de IPCC, 2007a)

Sustancia. : - . ■: :

M w ' < < iÿ . >

Concentración hace 250 años

(ppmm W)

Concentración Tasa anual de al 2005 (ppmm) incremento (%}

Potencial de calentamiento

mundial

Dióxido de carbono 290 000 379 000 0.40 ]

Metano 715 1 774 1.00 21Oxido nitroso 270 319 0.25 310CFC-12 0 0.55 5.00 10 600CFC-11 0 0.26 5.00 4 600Notas: (1 ) ppmm: partes por mil millones

El dióxido de carbono contribuye con alrededor del 53% del forzamiento radiativo provocado por la intervención del hombre. Su rol como gas invernadero ha sido comprobado al analizarse las moléculas de gas contenidas en los glaciares formados hace 18 mil años, cuando la temperatura en promedio era entre 3 y 5 °C menor que ia actual, encontrándose que el CO2 estaba en concentraciones 60% menores que en la actualidad. Mediciones realizadas desde mediados del siglo XX indican que su concentración aumentó de manera exponencial, con promedios en los últimos años de entre 0.8 y 1.9 ppm anuales, situándose en el 2005 en 379 ppm, que representa una cifra 35% más alta que lo que ocurría antes de la Revolución Industrial. Según estimaciones, en el período 2000 - 2005 a nivel global se emitieron algo más de 8 800 millones de toneladas de carbono o 32 300 millones de toneladas de CO2, 82% de las cuales provienen de la quema de combustibles fósiles y el 18% restante de los cambios en ios usos del suelo (IPCC, 2007a); en el 2006 las emisiones globales provenientes del uso de combustibles fósiles aumentaron el 2.6%, lo cual es menor aue el 3.3% experimentado en le 2005 (NEAA, 2007). La Tabla 1.6 muestra los principales países emisores.

El metano corre con alrededor del 15% del incremento anormal de la temperatura. Este gas es producido cuando las bacterias descomponen la materia orgánica muerta en sitios húmedos deficientes en oxígeno (proceso anaeróbico). Estas áreas incluyen los pantanos, los sembríos de arroz, los rellenos sanitarios y los aparatos digestivos de vacas, ovejas y termitas. La producción y el uso de gas natural y la combustión incompleta de material orgánico son también fuentes significativas. El CH4 permanece en la troposfera entre 7 y 10 años y cada molécula atrapa 21 veces más calor que las de dióxido de carbono (Milier, 1994). La concentración de metano en la atmósfera mundial ha pasado de un valor de unas 715 ppmm, en la época preindustrial, a 1 732 ppmm a principios de la década de los noventa, y su valor en el 2005 era de 1 774 ppmm (IPCC, 2007a). El ritmo de crecimiento ha dis



minuido desde principios de la década de los noventa, en concordancia con un casi estancamiento el total de emisiones antropogénicas y naturales; es muy probable que el aumento observado en la concentración de metano se deba a actividades antropogénicas, predominantemente agrícolas y al uso de combustibles fósiles, pero aún no se han determinado adecuadam ente las contribuciones relativas de otros tipos de fuentes (IPCC, 2007a).

Tabla 1.6 Contribución porcentual de países seleccionados a las emisiones mundiales de carbono proveniente de la quema de combustibles fósiles y la fabricación de cemento en el período 2005 - 2007 (CDIAC, 2008)

Países.. . . . í. ,Contribución {%)

2007 2006 2005

China 21.27 20.37 18.96Estados Unidos 18.73 18.93 19.74Rusia 5.11 5.24 5.14India 5.07 4.88 4.79Japón 3.98 4.04 4.20Alemania 2.47 2.63 2.68Canadá 1.71 1.76 1.84Reino Unido 1.71 1.82 1.87Corea del Sur 1.54 1.51 1.55Irán 1.53 1.55 1.54Ecuador 0.10 0.10 0.10

Los CFCs, halocarburos o clorofluorocarbonos se considera que son responsables del 11% de la contribución humana al calentamiento global (IPCC, 2007a). Estos químicos exclusivamente antropogénicos, son también causantes de la depleción de la capa de ozono, conforme se analizará más adelante. Las principales fuentes son: las pérdidas en los sistemas de aire acondicionado y en los refrigeradores, la evaporación de solventes industriales, la producción de espumas plásticas para empaque, los propelentes de los aerosoles y los retardadores de fuego. Los CFCs toman entre 10 y 15 años en alcanzar la estratósfera y generalmente atrapan entre mil y 10 mil veces más calor por molécula que las de CO2 mientras permanecen en la troposfera. Aunque el crecimiento de su concentración en la atmósfera fue el más rápido hasta la década de los 90, a partir de los acuerdos internacionales sobre el ozono estratosférico, ha declinado, aunque por su estabilidad van a seguir acumulándose por largo tiempo.

El óxido nitroso es responsable del 5% del problema. El N2O es liberado al ambiente en la producción de nylon, en la quema de biomasa y de combustibles ricos en nitrógeno (especialmente carbón) y en la descomposición de fertilizantes nitrogenados, desechos orgánicos y aguas subterráneas contaminadas. Su rango de vida en

22 GESTIÓN DE LA CA L1DAD DEL A l RE

C a p it u l o 1. C o n c e p t o s b á s ic o s

la troposfera es de entre 140 a 190 años y atrapa 310 veces más calor por molécula que el CO2 (Miller, 1994). La concentración de óxido nitroso en la atmósfera mundial pasó de un valor en la era preindustrial de unos 270 ppmm a 319 ppmm en el 2005. El ritmo de aumento se ha mantenido aproximadamente constante desde 1980 y más de un tercio de todas las emisiones de óxido nitroso son antropogénicas, principalmente por la agricultura (IPCC, 2007a).

1.3.2.2 L a s c o n s e c u e n c ia s d e l c a m b io c l im á t ic o

Varios modelos han sido empleados para cuantificar las consecuencias del cambio climático, y aunque incompletos y discutibles debido a la complejidad de las variables que intervienen en el cálculo, de lo que existe evidencia casi cierta es de que la temperatura está aumentando a un ritmo mucho más rápido en las últimas décadas, tal como lo nuestra la Figura 1.8, que establece la desviación en la temperatura anual, con respecto al promedio de largo plazo, para los 140 años anteriores.

14.86 "C

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1880 1870 1880 ÍB90 1900 1910 1920 1,930 1940 1950 1950 1970 1980 1990 2000

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Figura 1.8 Cambios en la tem peratura g loba l entre 1880 y 2000, según datos del Centro N acional de Datos Climáticos de los EEUU, 2001 (EPA, 2005)

La falta de acuerdo sobre las predicciones obedece a la dificultad de establecer con precisión aspectos socioeconómicos como los futuros niveles de población, las tasas de crecimiento económico, los cambios en el tipo de combustible empleado y otros que son difíciles de establecer. Además, de variables biofísicas como la posibilidad de enfriamiento de la atmósfera por la presencia de aerosoles (una forma de contaminación que en este caso tiene un im pacto positivo) o la magnitud de la acción de bosques y mares como sumideros del CO2. En todo caso, existe una casi seguridad de que los gases invernadero provocan el calentamiento del planeta y de que su recuperación a niveles normales requerirá de muchos siglos.



Regresando a los datos producidos por los modelos, con las precauciones señaladas, según las últimas estimaciones el IPCC (2007), puede observarse que para las próximas dos décadas la temperatura sobre el planeta se incrementará en promedio en 0.2 °C por decenio para toda una serie de escenarios de emisiones y aunque se hubieran mantenido constantes las concentraciones de todos los gases de efecto invernadero y aerosoles en los niveles de 2000, cabría esperar un calentam iento, de aproximadamente 0.1 °C por decenio. A partir de ese punto, las proyecciones de temperatura dependen cada vez más de los escenarios de emisión, pero esta variación estaría entre los 1.8 °C (intervalo probable entre 1.1 y 2.9 °C) para el escenario más optimista y los 4 °C ( 2.4 a 6.4 °C) para el más pesimista, conforme se ¡lustra en la Figura 1.9.

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1900 2000 2100Año

Figura 1.9 Proyección de las temperaturas de la superficie terrestre para distintos escenarios de emisiones. Las líneas continuas representan promedios mundiales y las barras de la derecha indican la estimación óptima (línea continua dentro de cada barra) y el intervalo probable (IPCC, 2007)

Para comprender mejor estas estimaciones, vale anotar que los escenarios de emisión que han servido de base para la simulación constituyen una representación plausible de la evolución futura de las emisiones de sustancias consideradas como

: B Intervalo posí-IEEE (80 %)

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24 G e s t ió n d e c a l id a d d e l A i r e


radiativamente activas, basada en un conjunto coherente de supuestos sobre las fuerzas que las determinan, por ejemplo, el desarrollo demográfico y socioeconómico y la evolución tecnológica y las principales relaciones entre ellos (IPCC, 2007). Los escenarios de concentraciones, obtenidos en base a estos escenarios de emisión, se introducen en un modelo climático para obtener las proyecciones mostradas.

Las evidencias del calentamiento del sistema climático no solo tienen aue ver con los aumentos observados del promedio mundial de la temperatura del aire, sino también la de los océanos y en otras manifestaciones como el deshielo generalizado de nieves y hielos y el aumento del promedio mundial del nivel del mar; de hecho con respecto a esto último el IPCC (2007) ha establecido que en promedio el nivel de ios océanos mundiales ha aumentado desde 1961 a un promedio de 1.8 mm/año y desde 1993 a 3.1 mm/año, debido al efecto de la dilatación térmica y del deshielo de los glaciares, los casquetes de hielo y los mantos de hielo polares. Las estimaciones realizadas predicen que este aumento para el año 2100 se ubicará entre los 28 (18 a 38) y los 42 (26 a 59) cm.

Observaciones efectuadas en todos los continentes y en la mayoría de los océanos evidencian que numerosos sistemas naturales están siendo afectados por cambios del clima regional, las temperaturas en las zonas tropicales podrían cambiar poco, pero por contraste, en las zonas templadas y cerca de los polos, esos cambios serían muy notorios, lo que posiblemente reduciría las corrientes de circulación de aire y las corrientes marinas, afectando a la distribución de las lluvias. Los veranos más cálidos y secos en el Hemisferio Norte, que han provocado incluso el incremento de las muertes por los efectos del calor en Europa, la inusitada fuerza y recurrencia del Fenómeno del Niño en el Pacífico Sur y la mayor frecuencia de los huracanes, han sido observados como los primeros resultados de ese cambio.

En el caso específico de América Latina, los principales impactos proyectados se resumen en lo siguiente:

- Hasta mediados del siglo, los aumentos de temperatura y las correspondientes disminuciones de la humedad del suelo originarían una sustitución gradual de los bosques tropicales por las sabanas en el este de la Amazonia. La vegetación semiárida iría siendo sustituida por vegetación de tierras áridas.

- Podrían experimentarse pérdidas de diversidad biológica importantes con la extinción de especies en muchas áreas tropicales.

- La productividad de aigunos cultivos importantes disminuiría, y con ella ¡a productividad pecuaria, con consecuencias adversas para la seguridad alimentaria. En las zonas templadas mejoraría el rendimiento de los cultivos de haba de soja. En conjunto, aumentaría el número de personas amenazadas por el hambre.



- Los cambios en las pautas de precipitación y la desaparición de los glaciares afectarían notablemente a la disponibilidad de agua para consumo humano, agrícola e hidroeléctrico.

Posiblemente uno de los sectores más influenciados por el cam bio climático será el agrícola, ya que el nuevo régimen de lluvias y de temperaturas podría obligar a cambios en los patrones de cultivo y en las prácticas de siembra, laboreo, cosecha y post-cosecha. Además, un ambiente con niveles más altos de dióxido de carbono, favorecería un mayor crecimiento de las plantas, lo cual aunque en principio podría parecer positivo, debe verse con cuidado ya que la maleza tiende a responder más efectivamente que los cultivos, por lo que las tierras actualmente productivas tendrían una com petencia mayor de hierbas y adicionalmente los nutrientes de los suelos se agotarían más rápidamente. En general, este cambio podría beneficiar a algunos cultivos pero la producción se reduciría en grandes áreas, especialmente en aquellas marginales con menor posibilidad de tecnificarse o cam biar los cultivos. En regiones vírgenes o reservas ecológicas, los cambios podrían ser también dramáticos ya que diferentes especies podrían terminar siendo dominantes y otras declinar o morir.

La Tabla 1.7 sintetiza algunos de los impactos derivados del calentam iento global por sectores y considerando los distintos fenómenos que podrían presentarse.

Tabla 1.7 Ejemplos de posibles impactos del cambio climático por efecto de la alteración de los fenómenos atmosféricos y climáticos extremos, basados en proyecciones hasta mediados o finales del siglo XXI. Estas proyecciones no contemplan variaciones de la capacidad adaptativa. Las estimaciones de verosimilitud de la columna 2 corresponden a los fenómenos indicados en la columna 1 (IPCC, 2007)

Probabilidad de Ejemplos de impactos de gran magnitud proyectados por sectoreslas tendencias fu* v V * * v r ~ "turas de las pro- Agricultura, silvicultura yecciones para el siglo XXI basadas en escenarios IEEE

Recursos hídricos Salud humana industria, asentamientos y sociedad

fenómenos y dirección de ia tendencia

En la mayoría de las áreas terrestres, días y noches más cá lidos y menos frecuentemente fríos, días y noches más cálidos y más frecuentemente muy cálidos

Prácticamente seguro

Cosechas mejores en entornos más fríos; peores, en entornos más cálidos; plagas de insectos más frecuentes

Efectos sobre los recursos hídricos . que dependen del deshielo; efectos sobre algunos suministros hídricos

Disminución de la mortaliddd humana por una menor exposición al frío

Disminución de la dem anda de energía para ca le facción; aumento de la dem anda de refrigeración: disminución de la calidad del aire en las ciudades; menores dificultades para el transporte a causa de la nieve o del hielo; efectos sobre el turismo de invierno

26 G e s t ió n d e l a C a l id a d d e l A i r e


cíón de la tendencia

i ■

Probabilidad de las tendencias futuras de las proyecciones para el siglo XXI basadas en escenarios IEEE

Ejemplos de impactos de gran magnitud proyectados por sectores .... .. .

Agricultura silviculturay ecosistemas Recl)tsos hídricos S a . u d _ " ¡" a d

Períodos cálidos/olas de calor. Aumento de la frecuencia en la mayoría de las extensi o- nes terrestres

Muy probable Empobrecimiento de las cosechas en regiones más cálidas, por estrés térmico; mayor peligro de incendios incontrolados

Aumento de la demanda de agua; problemas de calidad del agua (por ejemplo, proliferación de algas)

Mayor riesgo de mortalidad por causas térmicas, especialmente entre los ancianos, los enfermos crónicos, los niños pequeños y las personas socialmente aisladas

Empeoramiento de la calidad de vida de las poblaciones • de áreas cáiidas que carecen de viviendas apropiadas; impactos sobre los ancianos, los niños pequeños y los pobres

Episodios de precipitación intensa. Aumento de la frecuencia en la mayoría de las regiones

M uy probable Daños a los cultivos; erosión de los suelos, incapacidad para cultivar las tierras por anegamiento de ios suelos

Efectos adversos sobre la calidad del agua superficial y subterránea; contaminación de los suministros hídricos; posiblemente, menor escasez de agua

Mayor riesgo de defunciones, lesiones e infecciones, y de enfermed a- des respiratorias y de la piel

Alteración de los asentamientos, del comercio, del transporte y de las sociedades por efecto de ias crecidas: presiones sobre las infraestructuras urbanas y rüraies; pérdida de bienes

Área afectada por el aumento de las sequías

Probable Degradación de la tierra; menor rendimiento, deterioro e incluso malogramiento de los cultivos; mayores pérdidas de cabezas de ganado; aumento del riesgo de incendios incontrolados

Mayores extensiones afectadas por estrés hídrico

Mayor riesgo de escasez de alimentos y de agua; mayor riesgo de malnutrición; mayor riesgo de enfermedades transmitidas por el agua y por los alimentos

Escasez de agua para los asentamientos, las industrias y las sociedades; menor potencial de generación hidroeléctrica; posibles migraciones de la población

Aumento de la intensidad de los ciclones tropicales

Probable Daños a los cultivos; descuajamiento de árboles; daños a los arrecifes de coral

Cortes de corriente eléctrica causantes de alteraciones del suministro hídrico público

Mayor riesgo de defunciones, lesiones, y enfermedades transmitidas por el agua y por ios alimentos; trastornos de estrés postraumàtico

Alteraciones por e fecto de las crecidas y vientos fuertes; denegación de cobertura de riesgos por las aseguradoras privadas en áreas vulnerables, posibles migraciones de la población, pérdida de bienes

Mayor incidencia de subidas extremas del nivel del mar (con excepción de los tsunamis)

Probable Salinización del agua de irrigación, de los estuarios y de los sistemas de agua dulce

Menor disponibilidad de agua dulce por efecto de la intrusión de agua salada

Mayor riesgo de defunciones y de lesiones por aho- gamiento debido a las crecidas; efectos sobre la salud relacionados con las migraciones

Costo de la protección costera comparado con el del desplazamiento geográfico de los usos de la tierra; posible desplazamiento de poblaciones e infraestructuras; véanse también los efectos sobre los ciclones tropicales supra

1.3.2.3 La s a l t e r n a t iv a s p a r a e n f r e n t a r e l c a l e n t a m ie n t o g l o b a l

Las sociedades deben responder al cambio climático reduciendo las emisiones de GEI (mitigación), especialmente en aquellos países considerados como grandes responsables y adaptándose a los impactos para minimizar la magnitud del daño y

C a r lo s P á ez P é r e z ®. ZOOS 27


la vulnerabilidad. En este sentido, no deben perderse de vista dos consideraciones básicas de gran importancia. Por un lado reconocer que la capac idad adaptativa es dinámica, y en ella influye la base productiva de la sociedad, en particular, los bienes de capital naturales y artificiales, las redes y prestaciones sociales, el capital humano y las instituciones, la gobernanza, los ingresos nacionales, la salud, la tecnología y en general las políticas de desarrollo. Por otro, no hay que perder de vista que la vulnerabilidad no es una cosa aislada, sino que puede acentuarse por efecto de otros factores como fenómenos climáticos peligrosos, pobreza, acceso desigual a los recursos, inseguridad alimentaria, tendencias de la globalización económica, conflictos, o incidencia de enfermedades tales como el VIH/SIDA. Por tanto la sustentabilidad del desarrollo global es un reto con especial vigencia en este tema.

La magnitud de este problema originó que durante la Cumbre de la Tierra de 1992, se suscribiera la Convención Marco de las Naciones Unidas para el Cambio Climático (CMCC) que busca articular esfuerzos para las tareas de mitigación y adap ta ción. Posteriormente, en 1997, se acordó impulsar el Protocolo de Kyoto, donde los países desarrollados y de economías en transición (identificados en el Anexo B del Protocolo) se obligan a reducir sus emisiones conjuntas de gases invernadero en un promedio del 5.2% al 2012 en base a un compromiso cuantificado de limitación o reducción de las emisiones para cada país, como un porcentaje con respecto al año base, sin poner restricciones similares para los países en vías en desarrollo como el Ecuador y más bien promoviendo la cooperación internacional bajo un esquema denominado mecanismos de producción limpia (MDL), así como estableciendo un mercado de emisiones de carbono que posibilita el flujo de recursos de los países ricos a los países pobres que, sin tener obligación, adoptan medidas de mitigación.

El Protocolo de Kyoto entró en vigor el 16 de febrero de 2005 una vez que se alcanzó el requisito de su ratificación por parte de países del Anexo B cuyas emisiones acumuladas llegan al 55%, a octubre del 2008 esta cifra llega al 63.7%. Los últimos países en hacerlo fueron Rusia en el 2004 y Australia en el 2007, quedando como un gran pendiente la ratificación por parte de los Estados Unidos, que como se ha mencionado anteriormente, es responsable de casi la quinta parte de las emisiones globales. El texto completo del-Protocolo de Kyoto puede revisarse en el Anexo A.

Pese a estos acuerdos internacionales, existen muchas críticas respecto a la eficiencia de las medidas y más aún, a la equidad en el tratamiento del tema entre los países más desarrollados, responsables históricos de la acumulación de los GEI y los países pobres, en vías de desarrollo o simplemente víctimas de las consecuencias. Por ejemplo, una publicación de la organización internacional Oxfam (2007) señala que “el cam bio climático está obligando a las comunidades de los países pobres a adaptarse a un im pacto sin precedentes. Los países ricos, máximos responsables del problema, deben dejar de hacer daño reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero y empezar a ayudar proporcionando fondos para la adaptación al cambio. En los países en desarrollo, Oxfam calcula que dicha adaptación representará como mínimo un coste de 50 000 millones de dólares anuales,

28 G e s t ió n d e l a C a u d a d d e l A ir e


esta cifra puede aumentar de forma significativa si las emisiones globales no se reducen rápidamente. Según el nuevo índice de Rnanciación para la Adaptación de Oxfam, el 95 por ciento de estos fondos deberán aportarlos EE UU, la Unión Europea, Japón, Canadá y Australia, sin desviarlos del compromiso del 0.7 por ciento de ayuda al desarrollo acordado por Naciones Unidas. Los países ricos están planificando la adopción de medidas de adaptación multimillonarios para .sus propias necesidades y, hasta la fecha, sólo han destinado 48 millones de dólares a fondos internacionales para la adaptación de los países menos avanzados, unas ayudas que además han sido desviadas del porcentaje asignado a la ayuda al desarrollo: esto revela, evidentemente, un desequilibrio inaceptable en la respuesta global ante el cambio climático".

Desde una perspectiva más técnica la Tabla 1.8 presenta algunos ejemplos de medidas de adaptación planificada por sectores de la economía. En términos generales, las comunidades deben adquirir mayor protagonismo en la protección contra el cambio climático dado que la adaptación es un proceso inherentemente local; de allí la frase “pensar globalmente y actuar localmente", que se ha constituido en referencia para los nuevos retos de la adaptabilidad; en este sentido se recomienda adicionalmente integrar los planes locales en agendas regionales y nacionales, fortalecer las capacidades de manejo de riesgos del Estado y la sociedad civil, mejorar la calidad y ampliar la difusión de la información sobre los potenciales impactos, promover el uso de tecnologías adecuadas que sean resistentes a los cambios, ampliar la cobertura de ios programas de protección social en las zonas más vulnerables y proteger los ecosistemas y las infraestructuras existentes para que sean resistentes a los impactos del cam bio climático (Oxfam, 2007).

Tabla 1.8 Ejemplo de a d a p ta c ió n p lan ificada por sectores (IPCC, 2007)

Sector

4 / - ;

Opción/estrategía de adaptación

f 1 v' ■» ^ fc. * "í~ ' > * * f i Jí 4 *’ * ^

v f*"' ~ * T < A : t ~ >■

Marco de políticas básico Umftadonesy oportunidades más jImportantes con respecto a la aplicación (fuente normal « limita* i clones; cursiva« oportunidades) j

Agua Extensión de la recogida de agua de lluvia; técnicas de a lm acenamiento y conservación de agua; reutilización del agua; desalación; eficiencia en el uso del agua y de la irrigación.

Políticas hídricas nacionales y gestión integrada de los recursos hídricos; gestión de fenómenos p e ligrosos relacionados con el agua.

Recursos financieros y humanos, y obstáculos físicos; gestión integrada de recursos hídricos; sinergias con otros sectores.

Agricultura Ajuste de las fechas de plantación y de ¡as variedades de cultivo; reubicación de cultivos; mejora de la gestión de ¡a tierra (por ejemplo, control de la erosión, o protección de los suelos mediante plantación de árboles).

Políticas de l+D; reforma institucional; tenencia y reforma de la tie rra; formación; creación de capa cidad; aseguramiento de cultivos; incentivos financieros (por ejemplo, subvenciones o créditos fiscales).

Limitaciones tecnológicas y financieras; acceso a nueves variedades; mercados; prolongación de la estación de cultivo en latitudes s u- periores; ingresos por productos nuevos"

Ca r l o s p á e z P é r e z ®, 2008 29


Sector Opción/estrategia de adaptación Marco de políticas básico limitaciones y oportunidades más Importantes con respecto a la aplicación (fuente normal - limitaciones; cursiva = oportunidades)

infraestructura para Reubicación; muros de conten- asentamientos (inclui- ción costera y defensas frente a das las zonas costeras) las mareas de tempestad; refor

zamiento de dunas; adquisición de tierra y creación de marismas/humedales para amortiguar el aumento de nivel del mar y las inundaciones; protección de los obstáculos naturales existentes.

Normas y reglamentaciones que integren en el diseño consider a- ciones relativas al cambio climático; políticas de uso de la tierra; ordenanzas de edificación; seguros.

Obstáculos financieros y tecnológicos; disponibilidad de espacio para la reubicación; políticas y gestión integradas; sinergias con metas de desarrollo sostenible.

Salud humana Planes de acción calor-salud; servicios médicos de emergencia; mejora de la vigilancia y control de las enfermedades sensibles al clima; agua salubre y mejora de los saneamientos.

Políticas de salud pública que tengan presentes los riesgos climáticos; reforzamiento de los servicios de salud; cooperación regional e internacional.

Límites de la tolerancia humana (grupos vulnerables); limitaciones de los conocimientos; capacidad financiera; mejora de los servicios de salud; mejora de la ca lidad de vida.

Turismo Diversificación de ias atracciones y fuentes de ingresos turísticos; desplazamiento de ias pendientes de esquí a parajes de mayor altitud y a glaciares; fabricación de nieve artificial.

Planificación integrada (por ejemplo, de la capacidad máxima, o mediante vinculación con otros sectores); incentivos financieros (por ejemplo, subvenciones y créditos fiscales).

Atractivo/comercialización de nuevas atracciones; desafíos financieros y logísticos; im pacto potencialmente negativo sobre otros sectores (por ejemplo, la fabricación de nieve artificial puede intensificar la utilización de energía); ingresos procedentes de "nuevas" atracciones; participación de un grupo más amplio de partes interesadas.

Transporte Nuevos trazados/reubicación; normas de diseño y planificación de carreteras, ferrocarriles y otras infraestructuras para hacer frente al calentam iento y ai drenado de suelos.

Integración del cambio climático en las políticas nacionales de transporte; inversión en l+D en s i- tuaciones especiales (por ejemplo, en regiones de permafrost).

Obstáculos financieros y tecnológicos; disponibilidad de rutas menos vulnerables; mejora de las tec nologías e integración con sectores clave (por ejemplo, energía!.

Energía Reforzamiento de la estructura de transmisión y distribución aérea; cableado subterráneo para servicios públicos básicos; eñciencia energética; utilización de fuentes renovables; menor dependencia de fuentes de energía únicas.

Políticas energéticas nacionales, reglamentaciones e incentivos fiscales y financieros para alentar la utilización de fuentes alternativas; incorporación del cam bio climático en las normas de diseño.

Acceso a alternativas viables; obstáculos financieros y tecnológicos; aceptac ión de nuevas tecnolog í- as; estimulación de nuevas tecnologías; utilización de recursos loca les.

En la misma dirección, la Tabla 1.9 presenta ejemplos de alternativas tecnológicas y políticas para medidas de mitigación en diferentes sectores, que pueden servir para que cada país diseñe su propia estrategia para reducir el dióxido de carbono, más aún si tiene la obligación de hacerlo de acuerdo al Protocolo de Kyoto, y logre un desarrollo sostenible, además de encontrar vías para reducir la pobreza que resulten más exitosas que los modelos de desarrollo pasados y presentes.

De hecho, uno de los beneficios del proceso, generalmente difícil, de adaptación es que algunas medidas tendrán efectos positivos independientemente de lo que ocurra con el cam bio climático. La restauración de la cubierta arbórea, los humedales y los pastizales para evitar la erosión y reducir los daños provocados por las tormentas e inundaciones ayudarán a la población aun cuando las tormentas continúen siendo normales y ofrecerán también un refugio para la fauna y flora silvestres, además de conseguir beneficios desde el punto de vista de la estética y el esparcimiento. De la misma manera, el establecimiento de planes de evacuación y



sistemas de respuesta médica para ias tormentas e inundaciones graves pueden salvar vidas, si llegaran a producirse esas catástrofes. Incluso en el caso de amenazas mucho más específicas, se requiere una clase política audaz y una población estoica para adelantarse a los problemas, aun cuando en casi todos los casos esta acción sea mejor que limitarse a reaccionar desesperadamente cuando llegue la crisis.

Tabla 1.9 Ejemplos escogidos de las principales tecnologías, políticas y m edidas de mitigación sectoriales; lim itaciones y oportunidades (IPCC, 2007)m Tecnologías y prácticas de mitiga

ción clave comercfalmente disponibles, las tecnologías y prácticas de mitigación clave que se comercializarían antes de 2030 se indican en cursiva.

Políticas/medidas e instrumentos probadamente efectivos para el medio ambiente

$ ' Ü ¡ f ¡ ¡ j ¡ ¡ ¡ ¡ j : . : ; | . ¡ j

Limitaciones y oportunidades clave (fuente normal ~ limitaciones; cursiva - oportunidades)

m 1 m>> ■<-, 1

Suministro de energía Mejora de la eficiencia dei suministro y de la distribución; reemplazo de carbón por gas; energía nuclear; calor y energía eléctrica r e- novables (energía hidroeléctrica, eólica, solar, geotérmica y bio- energía); utilización com binada de calor y de energía eléctrica; primeras aplicaciones de ca p ta ción y almacenamiento de dióxido de carbono (CAD) (por ejemplo, almacenamiento de CO2 detraído del gas natural); CAD para instalaciones de generación elé c- tríca a partir de gas, biomasas y carbono; energía nuclear avanzada; energía renovable avanzada, incluidas las energías de las mareas y de las olas, la concentración de la energía solar y la energía fotovoltaica solar.

Reducción de subvenciones a combustibles de origen fósil; impuestos 0 gravámenes sobre el carbono para los combustibles de origen fósil.

La resistencia opuesta por intereses creados puede dificultar su aplicación.

Tarifa de alimentación para las tecnologías de energía renovable; obligaciones de energía renov a- ble; subvenciones al productor.

Puede ser apropiado para crear mercados de tecnología de bajo nivel de emisiones.

Transporte Vehículos con mayor eficiencia de combustible; vehículos híbridos; vehículos diesel más limpios; biocombustibles; sustitución del trans

Economización de combustible obligatoria; mezcia de biocombus- tible y normas de CO2 para el transporte diario.

La cobertura parcial de las flotas de vehículos puede limitar 1 a e ficacia.

porte por carretera por el ferroc a- rril y el transporte público; transporte nc motorizado (en bicicleta, caminando); planificación del uso de la tierra y del transporte; bio-

Impuestos sobre la compra, registro, utilización y combustible de los vehículos; fijación de precios de carreteras y aparcamientos.

La eficacia puede disminuir con el aumento de los ingresos.

combustible de segunda generación; aeronaves de mayor eficie n- c/'a; vehículos eléctricos y vehíc u- los híbridos avanzados con baterías más potentes y fiables.

Influencia sobre las necesidades de movilidad mediante reglamentaciones del uso de la tierra y p la nificación de infraestructuras; inversión en instalaciones de transporte público atrayentes y en m o daüdades de transporte no-motorizado.

Particularmente apropiado paro países que están estableciendo sus sistemas de transporte. *

Ca r l o s P á e z P é r e z <S>, 2008 31


Sector Tecnologías y prácticas de mitigación clave comercialmente disponibles. Las tecnologías y prácticas de mitigación clave que se comercializarían antes de 2030 se indican en cursiva

Políticas, medidas e instrumentos Limitaciones y oportunidades cia- probadamente efectivos para el ve (fuente normal * limitaciones; medio ambiente cursiva » oportunidades)

i ' / ' - v •’ ' . : : : S :/ . '* ' :- . . . . . ......... : . . .... .. ....

Edificios Iluminación eficiente y con luz n a- tural; electrodomésticos y apara

Normas y etiquetado de aparatos eléctricos

Necesidad de revisión periódica de las normas.

tos de ca le facción y refrigeración más eficientes; mejora de los hornillos de cocina, mejora de aisla

Ordenanzas y certificación de edificios

Atractivo para nuevos edificios. Su cumplimiento puede ser difícil

mientos; diseño solar pasivo y activo para ca lefacción y refrigeración; fluidos de refrigeración alternativos, recuperación y reciclado de gases fluorados; diseño integrado de edificios comerciales, por ejemplo con tecnologías pro vistas de sensores inteligentes de

* Programas de gestión orientada a la demanda

Necesidad de reglamentaciones para que se beneficien ios serv i- cios públicos básicos

Programas de liderazgo del sector público, y en particular compras

Las compras estatales pueden aumentar la dem anda de productos de utilización eficiente de la energía

realimentación y control; energía fotovolta ica solar integrada en edificios

Incentivos a las compañías de se r- vicio energético (CSE).

Factor de éxito: acceso a financiación de terceros.

Industria Mayor eficacia de los equipos eléctricos de uso final; recuperación de calor y energía eléctrica; reciclado y sustitución de materiales; control de emisiones de gases distintos del CO2; y toda una serie de tecnologías para procesos específicos; eficiencia energética avanzada; CAD para ¡a fabricación de cem ento , amoniaco y hierro; electrodos inertes para la fa

Suministro de información sobre valores de referencia; normas de funcionamiento; subvenciones; créditos fiscales.

Podría ser apropiado para estim u- lar la incorporación de tecnología. La estabilidad de las políticas nacionales es importante, atendiendo a la com petitividad internacional.

Permisos negociables. Mecanismos de asignación predecibles y señales de precios e s- tables, importantes para las inversiones.

bricación de aluminio. Acuerdos voluntarios. Algunos factores de éxito: claridad de objetivos, un escenario de referencia, participación de terceros en el diseño y revisión y disposiciones de monitoreo explícitas, estrecha cooperación entre gobiernos e industria.

Agricultura Mejora de la gestión de los cultivos y de las tierras de pastoreo para mejorar el almacenamiento de carbono en el suelo; restauración de suelos de turbera cultivados y de tierras degradadas; mejora de las técnicas de cultivo de arroz y de la gestión del ganado y del e s- tiércol para reducir las emisiones de ChU; mejora de las técnicas de aplicación de fertilizantes nitrogenados paró reducir las emisiones de N2O; cultivos de energía espe-. cíficos para sustituir la utilización de combustibles de origen fósil; mejora de la eficiencia energética; mejora del rendimiento de los cultivos..

Incentivos financieros y regíame n- taciones para mejorar la gestión de la tierra; mantenimiento del contenido de carbono de los su e- los; utilización eficiente de fertilizantes y de riegos.

Puede alentar la sinergia con el desarrollo sostenible y con la reducción de la vulnerabilidad al cambio climático, venciendo con ello los obstáculos a la aplicación.



Sector Tecnologías y prácticas de mitiga* Políticas, medidas e instrumentos limitaciones y oportunidades cia-Hón frlave enmererlalmente eftsno«. 7 trabadamente efectivas nara el ve ffuente normal s= llmlfaelnne.«:*

Silvicultura/bosques Forestación; reforestación: gestión de bosques; disminución de la de- forestación: gestión de los productos de madera recolectada; utilización de productos forestales pa ra obtener bioenergía en sustit u- ción de combustibles de origen fósil; mejora de especies arbóreas para incrementar la productividad de biomasa y el secuestro de carbono; mejora de las tecnologías de teledetección para el análisis de la vegetación y del potencial de secuestro de carbono del suelo, y cartografía de los cambios de uso de la tierra.

Incentivos financieros (nacionales e internacionales) para incrementar la extensión de bosques, para reducir la deforestación y para mantener y gestionar los bosques; reglamentación del uso de la tierra, y observancia.

Falta de capita l de inversión y los problemas de tenencia de la ti e- rra. Puede ayudar a aminorar la pobreza.

Desechos Recuperación de CH4 en vertederos; incineración de desechos con recuperación de energía; co m postado de desechos orgánicos; tratamiento controlado de las aguas de desecho; reciclado y reducción al mínimo de desechos; biocubiertas y biofiltros parp optimizar la oxidación del CH4.

Incentivos financieros para mejorar la gestión de desechos y de aguas de desecho.

Puede estimular la difusión de te c- nologías.

Incentivos u obligaciones con respecto a la energía renovable.

Disponibilidad local de combustibles de bajo costo.

Reglamentaciones de gestión de desechos.

Aplicación óptima a nivel nacional con estrategias para su cumplimiento.

1 .3 .3 L a d e s t r u c c i ó n d e l o z o n o e s t r a t o s f é r i c o

Como ha sido mencionado anteriormente, la estratósfera es la capa de la atmósfera que mayor concentración de ozono posee; en ella, las moléculas de ozono están dispersas muy tenuemente (1 molécula de ozono por cada 1 millón de moléculas de aire), de manera que si se las juntara a todas, formarían una muy delgada capa alrededor de la Tierra, de menos de medio centímetro de espesor. El ozono protege la vida sobre la Tierra de la radiación solar ultravioleta

Antes de proseguir con esta discusión, es necesario aclarar la diferencia entre el ozono estratosférico (ozono “ bueno") y el ozono a nivel del suelo o troposférico (ozono “ malo"). En este último caso, este gas es considerado como un contam inante del aire local, debido a que afecta la salud humana y puede dañar severamente los tejidos de plantas y animales, e incluso los materiales, tal como se verá más adelante.

El espesor de esta capa se expresa en Unidades Dobson (UD) y 1 UD equivale a 0.01 mm de O3, si toda la columna de gas se comprimiera a condiciones estándares de presión (1 atm) y temperatura (0 °C). Debido a ia variedad de factores que intervienen en la distribución del ozono en la estratosfera, principalmente la acción de los vientos, su concentración no es constante ni latitudinal, ni estacionalmente; así por ejemplo, en los trópicos los niveles normales varían entre 250 y 300 UD, mientras que en las zonas templadas el rango es mucho más marcado y se han medido valores entre 475 y 500 UD (EPA, 2000).

Ca r l o s P á e z P é r e z ®. 2008 33


\rea cubierta por la columna de ozono

...

do el ozono sobre una a área se comprime a °C y 1 atm de presión,

ndo una lámina de 3 de espesor, que corresponde a 300 UD

Figura 1.10 Representación g rá fica de una Unidad Dobson utilizada para m edir el espesor de la c a p a de ozono

Las concentraciones de ozono en la atmósfera están determinadas por el balance dinámico entre los procesos que originan su formación y ruptura. En la primera parte, la radiación UV rompe con una molécula de O2 en dos átomos de O, mediante la intervención de un catalizador M (sustancia que facilita una reacción química pero que no se consume en ella). Posteriormente esos átomos de O reaccionan con sendas moléculas de O2 para formar el ozono O3, de acuerdo el siguiente sistema de ecuaciones:

rad UV + 02 - > 0 + 0 O + O2 + M —> O3 + M O + O 2 + M —> O 3 + Mrad UV. + 302 -> 203

En la segunda etapa, la de la destrucción natural, la radiación UV rompe la molécula de ozono en un átom o de O y una molécula de O2 . El átomo de O es capaz de reaccionar con otra molécula de O3 para formar dos moléculas de 02, conforme lo muestra la siguiente formulación:

rad UV + O3 - > 0 + 0 2 O 3 + O —> O 2 + O 2

rad UV + 203 -> 302

T< ciei

0forr

mm



El ozono se produce mayoritariamente a nivel de la latitud cero y de ahí se difunde hacia los polos sobre los cuales, en condiciones naturales normales, se encuentran las mayores concentraciones promedio. Adicionalmente, debido a aue la tasa a la cual el ozono es creado depende de la iuz solar, existe un cam bio natural en las concentraciones del ozono entre el verano y el invierno, siendo más marcada esta diferencia en las latitudes medias, donde alcanza niveles de hasta el 25% mayor en la temporada soleada.

Por mucho tiempo se pensó que las reacciones mostradas hasta aquí constituían el ciclo completo; sin embargo, las investigaciones han mostrado que otro proceso juega un importante rol en la destrucción del ozono estratosférico, de acuerdo al siguiente grupo de ecuaciones:

X> + 03 -> xo»+o2O3 + rad UV O + 0 2

O +X O • -> X » + 0 2

rad UV + 203 —> 302%

Este nuevo proceso del ciclo es considerado catalítico debido a que ei catalizador no es consumido durante las reacciones y por tanto puede remover muchas moléculas. Los catalizadores X» y XO* son radicales libres de alta reactividad por tener electrones no apareados {ei punto junto al símbolo significa justamente eso). De manera natural, existen tres sustancias que se involucran en los lugares de X» y XO»: (1) al radical hidroxil (HO) y su derivado el hidroperoxil (HC>2»), que se origina fundamentalmente en el vapor de agua atmosférico; (2) al óxido nítrico (NO) y al dióxido de nitrógeno (NO2), que convencionalmente se escriben sin punto y se originan en emisiones desde los suelos y los océanos; y (3) al cloro (Cl») y al óxido de cloro (CIO*), que también se origina en las emisiones desde los océanos, pero en gran medida como resultados de la utilización de compuestos que contienen cloro y bromo que son de uso en variadas actividades humanas.

En definitiva, la concentración del ozono en la estratósfera representa un balance entre los procesos de formación y destrucción, con una pequeña variación en los valores, resultante de procesos naturales como el ciclo estacional, ¡as erupciones volcánicas y los cambios en la intensidad de la energía solar, así como más recientemente por actividades antrópicas. La importancia de la capa de ozono radica en la capacidad que tiene para absorber gran parte de la radiación ultravioleta proveniente del Sol, evitando su incidencia excesiva sobre la superficie del planeta y los daños 'potenciales asociados. Existe evidencia de que los niveles de ozono globales son menores que en los años 1970s y que esta disminución está provocando un incremento de la incidencia de la radicación ultravioleta sobre la superficie terrestre (ÜNEP, 2006).



1 .3.3.1 LOS EFECTOS DE LA RADIACIÓN ULTRAVIOLETA

Se denomina radiación ultravioleta o radiación UV a la radiación electromagnética cuya longitud de onda está com prendida aproximadamente entre los 400 ?im (4x10-7 m) y los 15 r|im (1.5x10 8 m). Su nombre se deriva del hecho de que su rango empieza desde longitudes de onda más cortas de lo que los humanos identificamos como el color violeta. Entre los 200 y los 400 T)m se ubica la denom inada radiación ultravioleta cercana, que se divide en onda corta (UVC) hasta los 280 Tjm, onda media (UVB) hasta los 320 qm y onda larga (UVA).

*

La determinación de los posibles efectos que la radiación UV tendría sobre los seres vivos y los ecosistemas, constituye en la actualidad uno de los problemas científicos que mayor atención demanda. Tanto a nivel de estudios epidemiológicos, cuanto en los laboratorios, se han llegado a las siguientes conclusiones:

- Efectos sobre la salud humana: en el caso de los seres humanos, las investigaciones han demostrado que el principal efecto sobre la salud que provoca la excesiva exposición es la mayor incidencia del cáncer a la piel. La radiación UVB es absorbida por el DNA contenido en las células y tiende a romper los lazos que mantienen unida la molécula de ácido nucleico. Cuando las proteínas no pueden reparar esa fractura, el material genético dañado conduce a varios tipos de cánceres a la piel, tanto el mortal melanoma, cuanto los menos malignos carcinomas o tumores no melanómicos. Según Graedel y Crutzen (1995): un 1% de reducción en la capa de ozono incrementa la dosis efectiva de radiación UVB al nivel del mar en un 2%, lo que significa un 4% mayor de incidencia de carcinomas de células basales de la piel y un 6% de incremento en la incidencia del carcinoma de células escamosas de la piel. En cambio, una reducción del orden del 10% en el ozono estratosférico, los incrementos en la incidencia aumentan 50 y 90%, respectivamente. Adicionalmente, está com probado que la radiación UV causa el envejecimiento prematuro de la piel. Otros problemas de salud asociados con este fenómeno son las cataratas y otros daños oculares como la fotoqueratitis aguda o ceguera de nieve. Además, existen serios indicios de que el exceso de radiación UVB produce un efecto supresor en el sistema inmunológico, que vuelve al cuerpo más vulnerable a enfermedades infecciosas y menos sensibles a las vacunas e inmunizaciones (OMS, 2003).

- Efectos sobre las plantas: los procesos fisiológicos y el desarrollo de las plantas son afectados por la radiación UVB, incluso con los niveles presentes en la luz solar del día. A pesar de los mecanismos para reducir o reparar estos efectos y a la limitada capacidad para adaptarse a los niveles crecientes de radiación UVB, el crecimiento de las plantas puede ser directamente a fectado por esta radiación. Cambios indirectos causados por la radiación UVB, com o la forma de las plantas, la manera com o se distribuyen los nutrientes dentro de ella, la ocurrencia de las distintas fases del desarrollo y el metabolismo secundario, pueden tener igual, o en algunos casos mayor importancia que los daños mencionados antes. Estos cambios pueden tener significativas implicaciones en los

3 6 GESTIÓN D E LA CALIDAD DEL A IRE


balances competitivos del crecimiento vegetal, en las enfermedades de los cultivos y en los ciclos biogeoquímicos.

- Efectos sobre los ecosistemas marinos: el fitoplancton constituye la base de las cadenas y redes alimentarias acuáticas. La productividad del fitoplancton está limitada a la capa superior de la columna de agua (zona eutròfica), en la cuai existe suficiente luz solar para mantener una productividad neta. La posición de los organismos en la zona eutròfica está influenciada por la acción de los vientos y las olas. Adicionalmente, varios fitoplancton son capaces de ejecutar movimientos activos que fortalecen su productividad y, por lo tanto, su supervivencia. La exposición a ia radiación solar UVB ha mostrado tener efectos sobre la capacidad de orientación y de movilidad del fitoplancton, lo que resulta en niveles más bajos de supervivencia para estos organismos. Varios estudios científicos han demostrado una relación directa entre la reducción de la producción de fitoplancton y los mayores niveles de radiación UVB debidos a la depleción de la capa de ozono; en particular, en la zona polar del sur del planeta, esta reducción alcanza valores de entre 6 y 12%. Por otro lado, también se ha mostrado que la radiación UVB puede causar daño en las etapas tempranas del desarrollo de peces, camarones, cangrejos, anfibios y otros animales. Los efectos más severos son la decreciente capacidad reproductiva y la obstaculización del desarrollo de las larvas. Incluso a los niveles actuales de exposición a la radiación UVB, la disminución en las poblaciones de esas especies pequeñas puede significar una reducción en ias poblaciones de las criaturas que las usan como alimento.

- Efectos sobre los ciclos biogeoquímicos: algunos estudios científicos realizados han demostrado que un incremento en la radiación UVB que llega a la superficie del planeta puede afectar los ciclos biogeoquímicos terrestres y acuáticos, afectando tanto a las fuentes como a los sumideros de gases invernadero y otros gases químicamente importantes como el dióxido de carbono (CO2), mo- nóxido de carbono (CO) y otros, incluyendo el ozono. Estos potenciales cam bios podrían desestabiiizar los mecanismos de generación y destrucción de esos gases en el sistema biosfera - atmósfera.

- Efectos sobre los materiales: ¡os polímeros sintéticos, los biopolímeros producidos naturalmente, así como otros materiales de interés comercial son afectados adversamente por la radiación solar UVB. Actualmente, esos materiales tienen algún tipo de protección contra esa radiación, mediante el uso de aditivos especiales, por lo que, un incremento en los niveles de radiación UVB acelerarán su ruptura, limitando su utilización en ambientes exteriores.

1.3.3.2 La s s u s t a n c ia s q u e d e s t r u y e n e l o z o n o

Varias son las sustancias emitidas por actividades humanas que contribuyen al agotamiento del ozono estratosférico, entre ellas: óxidos de nitrógeno, metano, mo-nóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrocarburos halogenados. De entre es-

Ca r l o s P á e z P é r e z (§>, 2008 37


tas, las que más contribuyen al problema son los últimos de la lista, ya que los otros compuestos tienen efectos de menor cuantía y más localizados.

Figura 1.11 Proceso de destrucción de la c a p a de ozono p o r e fe c to de los CFCs: (1) CFCs son liberados p o r las activ idades humanas, (2) los CFCs suben hasta la estratosfera, (3) la rad iac ión UV libera el cloro de los CFCs, (4) el c loro destruye las m oléculas de ozono, (5) la dep lec ión del ozono im plica mayores niveles de rad iación UVB, (6) mayores niveles de rad iación UV-B causan daños a la salud hum ana y a los ecosistemas.

Los hidrocarburos halogenados, halocarburos o simplemente CFCs son compuestos orgánicos que contienen en su estructura átomos de cloro (Cl), flúor (F) o bromo (Br). De entre estos hay dos grupos: los CFCs que contienen cloro y flúor y los halones que contienen bromo. Estos químicos son producidos exclusivamente por el hombre y son muy estables, no tóxicos y no inflamables, por lo qué han tenido una difusión muy amplia en refrigerantes, aislantes, propelentes y retardantes del fuego. Sin embargo, esas mismas propiedades son las que los hacen dañinos ya que al no ser destruidos por reacciones químicas en la troposfera, ascienden hacia la estratósfera donde reaccionan com o catalizadores con el ozono en una acción 'que es totalmente extraña al ciclo natural del ozono, según lo ilustra la Figura 1.10. Las reacciones químicas más aceptadas actualmente para explicar el efecto de estos compuestos en el ozono son las siguientes:



CFC + rad UV —> C l» + otras sustancias

C l * O j — ^ C IO 0 O2 O3 + rad U V —> O + O2O "i- C IO * — ^ C l* O2

20¡ + rad UV —> 302

Como puede verse, el Cl* y el CIO» actúan como catalizadores, es decir, si bien favorecen la reacción, no son consumidos en el proceso y por lo tanto cada radical es capaz, en teoría, de reaccionar con infinito número de moléculas de ozono, aunque en la práctica lo hace solo con algunos miles.

Obviamente no todos los CFCs, halones y las demás sustancias que destruyen el ozono tienen la misma agresividad contra el ozono, por lo que se ha definido un parámetro llamado potencial de agotam iento del ozono (PAO u ODP en inglés) para evaluar su capacidad de alterar la capa del ozono. Por definición este índice es igual a 1 para el CFC-11 y los restantes valores se los puede calcular empírica o matemáticamente a partir de él, con la siguiente fórmula:

PAO¡ = disminución del ozono por i / disminución del ozono por CFC-11

La Tabla 1.10 presenta valores del PAO para algunos compuestos. Como puede verse, los halones tienen valores muy altos y por ende son extremadamente dañinos, mientras que aquellos compuestos en los cuales el reemplazo por halógenos es solamente parcial (hidroclorofiuorocarbonos, HCFC), presentan valores más bajos. El potencial de destrucción del ozono por el bromo es mayor que el del cloro considerando molécula por molécula, debido a que alrededor del 50% del bromo existente en la atmósfera está en formas reactivas (Br» y BrO»), mientras que solo un pequeño porcentaje del cloro está en la forma reactiva (CIO*).

1.3.3.3 L a s e v id e n c ia s d e l p ro b le m a : e l a g u j e r o s o b r e l a A n t á r t id a

Las primeras preocupaciones sobre la posible depleción de la capa de ozono emergieron a mediados de los 1970s, cuando los científicos llamaron la atención sobre dos eventos antropogénicos que podrían alterar el balance de esa sustancia en la estratósfera: (1) los compuestos de nitrógeno emanados por los escapes de los aviones supersónicos y (2) los halurocarburos.

Luego de una serie de investigaciones de campo, en 1985 se tuvo evidencia de que sobre la Antártida los niveles del ozono estratosférico habían decrecido más allá de lo que indicaban las variaciones estacionales, a tal punto que el cambio pudo ser detectado por las fotografías satelitales. A raíz de esto, se continuaron los estudios para determinar las causas y en 1987 se confirmó con datos medidos des-

CARLOS PÁ E Z PÉREZ ®, 2 0 0 8 39


de el suelo y en la estratósfera que la causa principal de este problema eran efectivamente los CFCs.

Tabla 1.10 Potencial de agotamiento del ozono de compuestos seleccionados, según el Protocolo de Montreal (PNUD, 2003)

Compuesto PAO Compuesto PAO

• CFCs y HCFCs • HalonesCFC-11 1.0 H-1301 12.7CFC-113 0.92 H-2402 6.4CFC-12 0.80 H-1211 5.0HCFC-141 B 0.12 • Otros halogenadosHCFC-22 0.034 CCU 1.03HCFC-123 0.019-0.016 CH3CCb 0.11 -0.13

Este agujero en la capa de ozono existente sobre la Antàrtica, definido por espesores menores a las 220 UD, es tan grande como la superficie de los Estados Unidos y tan profundo com o el Monte Everest, con sus valores más críticos alrededor de septiembre y octubre, cuando empieza la primavera austral (ver evolución del crecimiento del agujero en la Figura 1.12). Durante el invierno en el continente Antàrtico, cuando está frío y oscuro, se forman las nubes estratosféricas polares que tienen la propiedad de servir com o sitio catalítico para una serie de reacciones químicas que convierten las formas pasivas del cloro (nitrato de cloro, CIONO2 o CINO3 o ácido clorhídrico, HCI), también llamadas moléculas reservorio, en moléculas gaseosas de cloro que se vaporizan en la atmósfera local:

C10N02 + HCI -> Cl2 (gas) + HNOs mo)

Posteriormente, cuando el Sol vuelve a aparecer a los finales de septiembre (primavera), la fotodisociación del cloro ocurre y con ello el aparecim iento de los radicales CI» y CIO» que, com o se anotó, son los causantes del agotam iento del ozono:

Cl2 + rad UV -> 2CI•

La destrucción es alimentada por un fenómeno natural conocido como vórtice polar, que es un patrón de circulación del viento, que mantiene por varios meses sobre la Antártida el aire rico en radicales. El agujero disminuye cuando la estratósfera se calienta lo suficiente para dispersar las nubes polares y perturbar los vientos que aíslan a la Antártida del resto del globo y permitir el flujo de aire rico en ozono que re- abastece la capa en esta región.



Figura 1.12 Evolución del área de l agujero de la c a p a de ozono sobre la Antártida duran te los meses agosto a d iciembre, cuando el p roblem a es más grave (NOAA, 2008)

En la actualidad, tanto la Organización Mundial de Meteorología cuanto los centros relacionados de los países desarrollados, monitorean diariamente la situación del agujero sobre la Antártida, de manera de recabar mayor información sobre la compleja química del ozono estratosférico y alertar oportunamente a la población sobre posibles condiciones críticas. Adicionalmente, esa tecnología satelital ha ampliado el área de las investigaciones iniciales al conjunto del planeta y existen evidencias de que si bien el problema presenta características más graves sobre toda la Antártida, se ha extendido a la otra región polar, e incluso a latitudes medias, sin afectar a las zonas tropicales en una banda de 25° a cada lado del Ecuador (NOAA, 2007). Se cree que las implicaciones de esta situación se presentan con mayor gravedad en el hemisferio sur, debido al mayor aislamiento de la Antártida con respecto al Polo Norte, ya que cierto tipo de contaminación atmosférica, los aerosoles y el smog fotoauímico, actúan como filtros contra la radiación UVB.

1.3.3.4 S it u a c ió n a c t u a l y p e r s p e c t iv a s a f u t u r o

Este problema del ozono es paradigm ático para la gestión ambienta!, puesto a 1-'© ha sentado varios precedentes en cuanto a acuerdos internacionales y aplicación de principios de sustentabilidad ambiental. En efecto, coincidiendo con las primeras evidencias científicas sobre la destrucción del ozono estratosférico, en 1981 el Consejo de Administración de las Naciones Unidas estableció un grupo de trabajo para preparar un convenio marco mundial para la protección de la capa de ozo

Ca r l o s p á ez P é r e z ®. 2008 4Í


no. Su objetivo era lograr un tratado general para hacer frente a este problema ambiental.

El primer paso en concreto fue el Convenio de Viena para la Protección de ia Capa de Ozono, acordado finalmente en esa ciudad en 1985, en el que las naciones convinieron en adopta r "medidas apropiadas ... para proteger la salud humana y el medio ambiente contra los efectos adversos resultantes o que puedan resultar de las actividades humanas que modifiquen o puedan modificar la capa de ozono;" pero las medidas no se especifican. No se hace mención a sustancias que podrían dañar la capa de ozono, y los CFC solamente aparecen hacia el final del anexo al tratado, donde se mencionan como productos químicos que se deben vigilar. El principal com etido del Convenio era alentar la investigación, la cooperación entre los países y el intercambio de información. Aún así, tardó cuatro años prepararlo y acordarlo. Veinte naciones lo firmaron en Viena, pero la mayoría no tuvo prisa para ratificarlo. En el Convenio se estipulan futuros protocolos y se determinan procedimientos de enmienda y de solución de controversias.

A pesar de todas sus complicaciones y controversias al parecer infinitas, el Convenio de Viena sentó un importante precedente ya que por primera vez las naciones convinieron en principio hacer frente a un problema ambiental mundial antes de que sus efectos se hiciesen patentes, o incluso se demostrasen científicamente.

A medida que las evidencias sobre la magnitud del problema y sus causas fueron más abundantes y los expertos comenzaron a explorar la adopción de medidas concretas, en septiembre de 1987 se llegó a un acuerdo en este sentido y se firmó el Protocolo de Montreal sobre las Sustancias que Agotan la Capa de Ozono, que ha sufrido varios ajustes y enmiendas en las convenciones de Londres (1990), Copenhague (1992), Viena (1995), Montreal (1997) y Beijing (1999). El Protocolo entró en vigor el 1 de enero de 1989, cuando 29 países y la Unión Europea, que representan aproximadamente el 82% del consumo mundial, lo habían ratificado. A partir de entonces muchos otros países lo han ratificado y a marzo del 2005 solo 6 estados, sin mayor responsabilidad en la emisión de las sustancias agotadoras del ozono, no lo habían reconocido totalmente. El texto actualizado del Protocolo de Montreal se presenta en el Anexo B.

El este acuerdo se establece la "eliminación" de las sustancias que agotan la capa de ozono como su "objetivo final", sobre la base de los requerimientos de avances tecnológicos para sustituirlas y considerando las circunstancias especiales de varios grupos de países, especialmente los países en desarrollo con índices de consumo bajos que no desean que el Protocolo obstaculice su crecimiento económico.

El Protocolo fue solamente un primer paso, conforme se concibió entonces. Pero una vez acordado, los acontecimientos se sucedieron a velocidad sorprendente. Las nuevas pruebas científicas pusieron de manifiesto que sería preciso adoptar controles mucho más estrictos y mayores, y los gobiernos y la industria obraron en mayor medida y más rápidamente de lo que se había creído posible.

42 G e s t ió n d e l a C a u d a d d e l a i r e


Con la finalidad de viabilizar las metas acordadas, intensos esfuerzos realiza la comunidad científica internacional para desarrollar nuevos productos que reemplacen el uso de CFCs en sus variadas aplicaciones. En esta línea, la principal preocupación constituyen las sustancias destructoras del ozono Grupo I; es decir las que tienen un PAO mayor a 0.2, dejando en segunda prioridad a los del Grupo II (PAO < 0.2). En este proceso, se han identificado algunas sustancias como los hidrobromo- fluorocarbonos (HBrFCs), aue se los considera sustitutos interinos de los CFCs ya aue, si bien poseen PAOs bajos, en cambio su contribución al problema invernadero es muy significativa.

Según la más reciente evaluación científica elaborada en el marco del Protocolo de Montreal (NOAA, 2007), ¡os acuerdos alcanzados parece que se van cumpliendo y la concentración de las sustancias agotadoras del ozono está bajando, tanto en la troposfera cuanto en la estratósfera, con respecto a sus picos alcanzados en la segunda mitad de los 1990s, debido fundamentalmente a la reducción en las emisiones correspondientes. Pese a ello, debido a los tiempos de residencia en la atmósfera de esos gases y la lógica de las reacciones en que participan, el agujero en la Antàrtica continuará por décadas y solo se recuperará a los niveles anteriores a 1980 entre el 2060 y el 2075, mientras que en el polo norte, esa recuperación ocurrirá luego del 2050. Estas predicciones se cumplirían solamente si se sigue respetando los acuerdos alcanzados en el Protocolo de Montreal

Tabla 1.11 Categorías de la exposición a la rad iación ultravioleta y significado en términos de p ro tecc ión (QMS, 20031

Categoría de exposición Significado

Baja < 2 No necesita p ro tecc ión

M oderada 3 - 5 Necesita pro tecciónAlta 6 - 7 Necesita pro tecciónMuy alta 8 —10 Necesita p ro tección extra

Extremadamente alta > 11 Necesita p ro tección extra *

En ia perspectiva de que pese a los avances los peores momentos en cuanto a la radiación UV están por venir, la Organización Mundial de la Salud y otras entidades internacionales han intensificado su cam paña para prevenir los potenciales efectos negativos, recomendando para todos los países la adopción del índice UV (IUV) como una medida sencilla de la intensidad de la radiación UV en la superficie terrestre y un indicador de su capacidad de producir lesiones cutáneas, que sirve como vehículo importante para hacer conciencia en la población y advertir a las personas de la necesidad de adoptar medidas de protección cuando se exponen



a la radiación UV (OMS, 2003). La Tabla 1.11 presenta las características básicas de tal índice UV.

l .4 N a t u r a l e z a d e l a ir e

El aire más que un gas es una mezcla de gases no reactivos, mayormente nitrógeno molecular, oxígeno molecular y argón, más otras sustancias que están en concentraciones bajísimas y que se denominan trazas, incluyendo el material particulado. Muchas de estas trazas son las que se consideran contaminantes del aire, cuando alcanzan ciertos niveles de concentración.

Para poder realizar cálculos concernientes a la contam inación del aire y su control, es necesario, entonces, un conocim iento básico de las propiedades de los gases, vapores y aerosoles. Estos aspectos se revisan en los puntos siguientes, pero previamente, la Tabla 1.12 presenta valores típícos de ciertas propiedades del aire y factores relacionados, útiles para dichos cálculos.

Tabla 1.12 Propiedades de l aire y factores para cálculos re lacionados

H J7>j •] [• [• HMKTl til *í+l HBIIH ,•

Peso molecular M 28.966 En secoVolumen molar 24.053 m3/kgmol StdDensidad P 1.204 kg/m3 En seco

1.292 kg/m3 StdDensidad del líquido Y 0.92 g/cm3 A -147°CNúmero de Avogadro Na 6.023 x 1023 Moléculas por gmolíndice de refracción m 1.00029 Luz de sodioVelocidad del sonido c 331.4 m/s StdViscosidad dinámica M 1.83 x 1CM g/(s.cm) StdViscosidad cinemática 0 15.2 cSt StdConductividad térmica k 5.68 x 10-5 cal/(cm2.s.°C/cm)Calor específico Cp 0.24 cal/(°C.g) Presión constanteNota: Las siglas std significan condiciones estándar de presión y temperatura, que para este caso son 20 °C y 1 atm.

1.4.1 L e y d e l o s g a s e s id e a l e s

El aire y todos sus componentes gaseosos, incluidos los que se encuentran en estado de vapor, que es ligeramente diferente al gaseoso, para las condiciones atmosféricas de presión y temperatura, se consideran gases ideales, en los cuales el producto de la presión y el volumen es proporcional a la temperatura absoluta. Los gases ideales se comportan de acuerdo al modelo teórico establecido por la ley de los gases ideales (ecuación de estado simplificada)..



La ley de los gases ideales se originó en los siglos XVII y XVIII, como fruto del trabajo empírico de investigadores como Boyle, Charles y Avogrado sobre las relaciones de presión, temperatura, volumen y número de moles para los gases (Jacobson, 2002). En el siglo XIX, un modelo mecanicista, bastante simple, basado en la asumción de que las moléculas de los gases actúan como esferas independientes y rígidas.que se colisionan aleatoriamente entre sí, fue desarrollado para justificar la ley de los gases ideales. Un resultado importante de esta teoría cinética es que la energía cinética promedio de las moléculas y su contribución a la presión del gas son independientes de la masa molecular. Por lo tanto, la ley de los gases ideales puede ser aplicada tanto a una mezcia de diferentes moléculas cuanto a especies sencillas.

La ley de los gases ideales es una buena descripción de casi todos los gases dentro de un amplio rango de temperatura y presión. Sin embargo, encuentra sus limitaciones a temperaturas muy bajas o a presiones muy altas. Para casi todas las aplicaciones en la ingeniería ambiental, la ley de los gases ideales es una acertada ecuación del estado de los gases.

La forma más común y familiar de expresar la ley de los gases ideales es:

p V = nRT

p : presión absoluta expresada en pascóles (Pa = N/m2), suma de las presiones atmosférica y manomètrica

V : volumen total expresado en m3n : número total de moles del gas expresada en gramos mol (gmol)R : constante universal de los gasesT : temperatura absoluta expresada en grados kelvin (°K)

Tabla 1.13 Valores de la constante universal de los gases R (Jacobson, 2002)

Valores de R Unidades |

8.314472 o E

—>

0.0820578437 L -atm -K-1 -moM

8.20574587 x. 10* m3 • atm * K*1 • moM

8.314472 cm3 • MPa • K*1 -moM

8.314472 L • kPa • K-1 ■ moH

8.314472 m3 • Pa • K*1 • mol-1

62.3037 L • mmHg • K*1 • mol'1

Ó2.3Ó37 L -Torr • K*1 • mol'1

83.14472 L • mbar ■ K*1 • mol*1

1.987 cal • K-1 • mol-1

Ca r l o s Pá e z Pé r e z <§>, 2.008 45


Valores de R Unidades

6.132439833 Ibf -ft • K-' -g - mol-'

10.7316 ft3 • psi • °R-' • Ib-mol-'

En algunas aplicaciones, es conveniente trabajar con unidades de masa en vez de moles. Entonces, la ecuación quedaría expresada como:

%

rr mRTp V = -------------------Mm: masa de la muestra expresada en gramos (g)M : peso molecular del gas expresado en gramos por gramos mol

(g/gmol)

Finalmente, la densidad de un gas puede ser definida de la siguiente manera:

m

p ‘ v

pM p = ± - — RTp: densidad de un gas expresada en g /m 3

La ley de los gases ideales establece que una cantidad específica de gas ocupa cierto volumen a una temperatura y presión dadas. Si estas dos variables se cam bian, se puede utilizar la misma ley para determinar el nuevo volumen, ya que el producto nR es una constante, antes y después del cam bio de condiciones. Entonces:

P TV = V original 1 nUevonuevo original D Tnuevo original

Una aplicación muy práctica de esta ley es la transformación de unidades en las que se expresa la concentración de contaminantes atmosféricos, ya que no existe homogeneidad en cuanto a condiciones de presión y temperatura y unidades de expresión entre las distintas normas o estándares que sirven de referencia.

Unidades de medida de los gases en la atmósfera

En general la presencia de los gases en la atmósfera, incluyendo los considerados como contaminantes, se expresa en partes por millón en base volumétrica (pprrw) o

46 G e s t ió n d e l a Ca l /d a d d e l A ir e


en microgramos por metro cúbico (|_jg/m3). Es posible realizar transformaciones entre estos dos formatos valiéndose de la ley de los gases ideales y utilizándose la siguiente expresión:

PP^k M l0 ,uglm ( R T / p )

1.4.2 M e z c l a s d e g a s e s n o r e a c t iv o s

En ingeniería ambiental es común encontrar mezclas de gases. El aire, por ejemplo, es una mezcla de docenas de gases: la mayor fracción de aire seco es el 78% de nitrógeno por volumen, el 21% de oxígeno y el 1% restante consiste de argón, dióxido de carbono, neón, helio y otras trazas de gases. En el aire ambiental, el vapor de agua puede comprender un porcentaje significativo de la mezcla, dependiendo de la humedad relativa y de la temperatura ambiente. Los gases de combustión, por su lado, contienen grandes fracciones de dióxido de carbono y de vapor de agua y, dependiendo de las características del combustible y de la eficiencia de la combustión, pueden contener además importantes cantidades de dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono e hidrocarburos.

La ley de los gases ideales puede ser extendida para tratar con tales mezclas. Ya que la teoría cinética y los datos empíricos muestran que la presión de un gas diluido es una función del número total de moléculas del gas por mol de volumen, la ley de los gases puede ser aplicada tomando en consideración todos los gases presentes en la mezcla. Para aplicaciones en química y en ingeniería, la ley de las presiones parciales y la ley de los volúmenes parciales han sido desarrolladas para tratar con mezclas de gases ideales.

Habida cuenta que la ley de los gases ideales relaciona las propiedades de los gases con el total de moles presentes, la composición de una mezcla debería ser expresada en una base molar o, equivalentemente, en una base volumétrica, en lugar de en una base de masa.. Las concentraciones de los contaminantes gaseosos deberían ser expresadas en partes por millón (ppm) en una base molar o volumétrica en lugar de en una base de masa.

Ley de las presiones parciales

La presión parcial de un gas en una mezcla está definida como la presión que ese gas ejercería si estuviese solo, ocupando el volumen total de la mezcla, a la temperatura de la mezcla. La ley de las presiones parciales, que es conocida también como la ley de Dalton, establece que la presión total de una mezcla es igual a la suma de las presiones parciales de sus componentes.



Considerar una mezcla de dos tipos de moléculas, A y B, dada una mezcla de ha moles del gas A y na moles del gas B, en un volumen Vr y una temperatura T, sus presiones parciales pueden ser computadas usando la definición de las presiones parciales y la ley de los gases ideales:

nARTPa = ~ vT

P b =

Ya que el número total de moles del gas en la mezcla es nr = (da + db), la presión total de la mezcla es:

( .nA + nB)RT P t = — ‘ ----= Pa+Pb

' T

Con el mismo razonamiento, la ley de las presiones parciales puede ser fácilmente extendida para cualquier número de componentes de la mezcla:

P t = Y j P¡/= !

Algunos importantes corolarios que se derivan de esta ley son los siguientes. Para mezclas de gases perfectos, la razón de la presión parcial de un constituyente a la presión total, lo que se llama la razón de la presión pardal, es igual a la fracción molar de ese constituyente:

P Y Tlj'

Una mezcla de gases puede ser tratada como una sola especie utilizando el peso molecular equivalente, según la siguiente expresión:

m = £ > , a / ,1=1

De esta manera, la ley de los gases ideales puede ser aplicada utilizando una constante equivalente de los gases de la mezcla, que puede ser definida así:

R = R / M48 G e s t ió n d é l a Ca l id a d d e l A ir e


La cual también puede ser expresada en términos de las masas de los componentes individuales:

Otras propiedades termodinámicas de una mezcla, tales como la entalpia, la energía interna, la entropía o la capacidad calórica, pueden ser computadas en idéntica forma, tanto para cuando se la establece en una base molar, cuanto si se lo hace en una base de masa.

Por otro lado, estos métodos no son apropiados para variables no termodinámicas, tales como las propiedades de los fenómenos de transporte, incluyendo la viscosidad absoluta, la conductividad térmica y la difusividad de masas.

Ley de los volúmenes parciales*

El volumen parcial de un componente de una mezcla es el volumen que sería ocupado por esa especie si existiese a la misma temperatura y a la misma presión total de la mezcla. La ley de los volúmenes parciales o ley de Am agat establece que el volumen do uno mezclo de goses perfectos es iguo! o !o sumo de los volúmenes parciales de sus gases constituyentes:

V r = Í V i1=1

Un resultado de esta ley es que la razón del volumen parcial al volumen total, lo que es llamado fracción volumétrica, es igual a la fracción molar de ese componente:

y. = Í l = .5- = A TVVT nT pT

Con estos antecedentes, puede afirmarse que en una mezcla de gases ideales, la frocción moler, !o frocción volumétrico y lo rozón de ios presiones porcioles de un constituyente particular son numéricamente iguales.

El uso del concepto de volúmenes parciales es frecuentemente conveniente para solucionar problemas que involucran procesos donde existen pérdidas o ganancias de una cantidad significativa de uno de los gases componentes de una mezcla. Un ejemplo de esto es el muestreo de gases con una considerable concentración de vapor de agua, lo cual será discutido en el siguiente punto.

C a r lo s P á ez P é r e z ®, 2008 49


l .4.3 E l v a p o r d e a g u a

El vapor de agua es un altamente variable constituyente de la atmósfera, de los gases de combustión y, en general, de cualquier gas en contacto con agua. Normalmente, puede variar de alrededor de 0 hasta un 4% en el aire ambiental; mientras que a elevadas temperaturas, como en el caso de los gases de combustión, el. contenido de vapor de agua puede ser del 25% o mayor.

Variables del aire húmedo *

La temperatura de bulbo seco es la que ordinariamente se reconoce como la temperatura termodinámica y es medida normalmente con un termómetro.

Pero, en el caso de las mezclas de gases, otras dos temperaturas son necesarias de establecerse: la temperatura de bulbo húmedo y la temperatura de saturación o punto de rocío.

La temperatura de bulbo húmedo se la mide con un termómetro cubierto en su bulbo por una delgada tela em papada en agua pura; además, para obtener lecturas precisas, es necesario que el bulbo húmedo sea aspirado por aire soplando sobre él. Un sicrómetro es un instrumento que tiene los dos termómetros, el de bulbo seco y el de bulbo húmedo. Para mezclas de aire y agua, la temperatura de bulbo húmedo es un cercano indicador de la temperatura de saturación adiabática del gas.

La temperatura de saturación o punto de rocío es la temperatura a la cual ocurre la condensación cuando la mezcla de gas es enfriada a presión constante.

A cualquier presión atmosférica dada, solo dos de esas tres temperaturas son necesarias para definir el estado termodinámico de una mezcla de vapor de agua con un gas en particular. A saturación, la temperatura de bulbo seco, bulbo húmedo y de saturación o punto de rocío son ¡guales.

La presión de vapor del agua, pw, es la presión parda l del agua en la mezcla de aire y agua. Mientras que la presión de vapor a saturación, pw¡, es la presión de vapor del agua cuando esta se encuentra en un estado de equilibrio neutral con una superficie plana de agua pura a la misma temperatura. Este valor es una sensible función de la temperatura-, así, a 0 °C es 0.611 kPa, a 40 °C es 7.38 kPa y a 100 °C es 101.3 kPa.

La humedad absoluta es la densidad del vapor de agua, yow, la cual viene dada por la ley de los gases ideales, usando la presión de vapor del agua com o valor de la presión:

50 GESTIÓN DE LA CALIDAD DEL AIRE


_ PwMw RT

La humedad específica es definida como la masa de vapor de agua contenida en una unidad de masa de aire húmedo (aire seco más vapor de agua):

q = --------—

Pw + Ps

en donde p¡ es ia densidad aei aire seco. Usando ia iey de ¡as presiones parciaies, esto puede ser expresado así:

0-622p w

q p T - 0.378_pw

La razón de humedad o razón de mezcla, w, es la masa del vapor de agua por unidad de masa de aire seco en la mezcla:

n . _ A v _ Q -6 2 2 / 7„

Ps Pt ~ Pw

Tanto la humedad específica cuanto la razón de mezcla de una masa de aire húmedo dada, permanecerán constantes a menos que la presión de vapor sea añadida o removida a o de la mezcla.

La humedad relativa es la razón de la presión de vapor observada a la presión de vapor de saturación, a la misma temperatura. Generalmente, esta relación se expresa en términos de porcentaje, de la siguiente forma:

■ HR = ^ - x 100%Pm

Ca r l o s P á e z P é r e z <§>, 2008 51

LOS CONTAMINANTES DEL AIRE Y SUS EFECTOS

En este capítulo se trata sobre las sustancias que son consideradas contaminantes del aire, atendiendo a su clasificación en términos normativos y a los efectos que generan sobre la salud y otros aspectos del funcionamiento de los ecosistemas y de la vida humana.

Con la finalidad de proporcionar bases adecuadas para comprender la magnitud e importancia de tales efectos, se ha considerado conveniente incluir una sección que contenga nociones básicas de toxicología, la ciencia que estudia los efectos de los tóxicos, y que da fundamento a la evaluación de los impactos nocivos de los distintos contaminantes del aire sobre los seres vivos.

Como colofón de este análisis, se pasa revista a la Norma Ecuatoriana de Calidad del Aire, a fin de contrastar el tratamiento teórico previo con el instrumento específico de gestión con el que se cuenta en el país.

2 . 1 L O S C O N T A M IN A N T E S DEL AIRE

Partiendo de la definición de contaminación atmosférica que se había anotado en el capítulo anterior, existe un muy grande número de sustancias que son cataloga-

Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 2 0 0 8 53

C a p í t u lo 2 . Los c o n ta m in a n te s d e l a i r e y su s e f e c t o s

das como contaminantes del aire, principalmente por su efecto dañino sobre la salud humana, por lo que es conveniente recurrir a algún esquema de clasificación de esas sustancias para poder describirlas de manera más ordenada y facilitar su conocimiento.

Una primera distinción tiene que ver con la forma como ocurren en la atmósfera,- pudiendo ser calificados como contaminantes primarios, cuando son emitidos hacia la atmósfera directamente desde una fuente com o una chimenea industrial, un tubo de escape vehicular o por la suspensión de polvo por efectos del viento, o como contaminantes secundarios, cuando se forman en la atmósfera, como resultado de transformaciones químicas de sustancias denominadas precursoras, que pueden ser contaminantes primarios o componentes naturales de la atmósfera. Otra distinción importante tiene que ver con su estado físico, pudiendo haber contaminantes gaseosos y contaminantes particulados (partículas sólidas o líquidas suspendidas en el aire); sobre este criterio se volverá más adelante con mayor detalle. Un tercer argumento para clasificar a los contaminantes se refiere a la escala espacial de su im pacto, que es una consecuencia de su tiempo de residencia atmosférico, conforme fue discutido en el capítulo anterior, y permite diferenciar entre contaminantes locales, urbanos, regionales o globales.

A partir de la base señalada y considerando los criterios para legislar el control de la contam inación del aire, es común clasificar a sus contaminantes en dos categorías: (1) los comunes, convencionales o de criterio (criterio pollutants) y (2) los peligrosos (hazardous air pollutants - HAPs). Los primeros deben su nombre al hecho de que sobre ellos, existe un criterio (límite máximo) para determinar que su presencia en la atmósfera no es nociva, mientras que para los otros, la evidencia científica existente hasta la fechá no reconoce un valor bajo el cual son inocuos y se supone que su sola presencia constituye un factor de riesgo para la salud de las personas.

Mientras que en el Ecuador no existe en la actualidad ninguna regulación para los contaminantes peligrosos del aire, en los Estados Unidos, por ejemplo, los contam inantes convencionales fueron incorporados en la norma de calidad del aire a partir de 1972 y los peligrosos a partir de 1990. En efecto, la USEPA (Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos) ha publicado una lista que contiene 188 sustancias consideradas com o HAPs. Esta lista incluye compuestos químicos orgánicos, pesticidas, compuestos de varios metales, emisiones de horno de coque, fibras minerales finas y radionucleótidos, como por ejemplo, el benceno, que es un constituyente de la gasolina, el percloroetileno, que se emite en el proceso de lavado en seco, y el cloruro de metileno, que se utiliza como solvente o diluyente de pintura en una variedad de industrias. En la mayoría de los casos, los HAPs son considerados como carcinógenos o potenciales carcinógenos o provocadores de otros problemas de salud graves com o efectos neurológicos, respiratorios, reproductivos, genéticos y defectos de nacimiento.

En cuanto a los contaminantes comunes del aire identificados en la legislación ecuatoriana, a continuación se presentan mayores detalles de cada uno de ellos.



2 .1 .1 E l m a t e r i a l p a r t i c u l a d o o p a r t í c u l a s

El material particulado (MP o PM por partícula fe matter) es una com pleja mezcla de partículas sólidas o líquidas suspendidas en el aire que varían en tamaño y composición. Estudios epidemiológicos recientes han reportado una asociación entre los incrementos a la exposición de corto plazo de PM con incrementos en morbilidad y mortalidad, particularmente entre personas con enfermedades respiratorias o cardiovasculares; por ello, actualmente existe un creciente interés en estudiar más profundamente a este contam inante y regular sus niveles de concentración en el aire ambiente.

Las fuentes de MP son numerosas y entre ellas están procesos aue ocurren naturalmente y actividades humanas que contribuyen por igual ai PM total en aire. El MP originado por los procesos naturales incluye polvo de la superficie de la tierra (material de la corteza), sal marina en áreas costeras y material biológico en la forma de polen, esporas o desechos de plantas y animales. En algunas áreas rurales, los incendios forestales periódicos producen grandes cantidades de MP.

En los ambientes urbanos, las partículas son generadas principalmente como resultado de la combustión de fuentes móviles como carros livianos, buses, camiones y equipo de construcción, pero también de fuentes estacionarias, como los hornos de calentamiento, plantas de generación e instalaciones industriales. Igualmente, puede ser importante ¡a contribución que realizan ias cailes sin pavimentar o ios suelos erosionados, como los frentes de las canteras de materiales de construcción.

Una importante fracción de PM que puede representar fracciones superiores ai 50%, referida como partículas secundarias, se produce por reacciones químicas en la atmósfera; en efecto, óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre y compuestos orgánicos reaccionan con ozono y otras moléculas reactivas (incluyendo radicales libres) para formar nitratos, sulfatos y otras partículas.

Las personas también están expuestas al MP en ambientes interiores, mayormente a causa del humo del cigarrillo, los sistemas de calefacción (especialmente cuando queman leña) y la preparación de alimentos,- pero además por la propia contaminación exterior que puede ingresar fácilmente a los interiores. La exposición en interiores es de especial preocupación porque es ahí donde la gente pasa la mayor parte del tiempo, aunaue mientras está en el exterior generalmente está más activa y, por tanto, su actividad respiratoria es más intensa, por lo que este tipo de exposición suele ser de más preocupación.

T a m a ñ o d e l a s p a r t íc u l a s

El material particulado puede variar grandemente en tamaño, composición y concentración, dependiendo de las fuentes de emisión de partículas y otros factores como la geografía y topografía, las condiciones climáticas y la hora del día.

Ca r l o s Pá e z P é r e z <§'. 2008 55

C a p í t u lo 2. Los c o n ta m in a n te s d e l a i r e y su s e f e c t o s

Como antecedente para la discusión posterior, ia Figura 2.1 muestra una fotografía de una vista microscópica de partículas provenientes del escape de un vehículo que se mueve con diesel; en ella, a más de una ¡dea de su tamaño, puede distinguirse las formas que toman, así como intuirse los procesos de formación o aglomeración de partículas grandes a partir de las más pequeñas.

Figura 2. 1 Fotografía de una vista m icroscópica de partículas de l hum o negro derivado de la quem a de diesel (G idhagen, 2004)

El tamaño de las partículas que se pueden encontrar en el aire ambiente varía en un amplio rango, aproximadamente desde los 0.005 a los 100 pm de diámetro aerodinámico1, en términos más ilustrativos, desde unos pocos átomos hasta el grueso de un cabello humano (ver Figura 2.2).

Los investigadores clasifican a las partículas no solamente por su tamaño, sino tam bién por los modos en que ocurren, estableciendo tres clases específicas para el material encontrado en el aire urbano: modo de nucleación (partículas más pequeñas que 0.1 |jm), modo de acumulación (entre los 0.1 y 1 pm) y modo grueso (más grandes que 1 (Jim).

1 El diámetro aerodinámico es una manera de expresar el diámetro de una partícula (generalmente presente en el aire) utilizando el diámetro de una,esfera perfecta de densidad unitaria con la misma velocidad de asentamiento que la partícula.



Figura 2.2 Representación gráfica de los tamaños de partículas con los que se tiene que ver en los estudios de contaminación atmosférica (www.mfe.govt.ns)

La Figura 2.3 ilustra que las partículas más grandes (partículas gruesas especialmente) forman la más alta proporción de la masa de partículas en el aire; mientras que las más pequeñas, las ultrafinas, dan cuenta de solamente entre e l l y el 8% de esta masa. Sin embargo, las partículas ultrafinas están presentes en un número muy elevado (casi el 99% del total de partículas), por lo que en un volumen fijo, tienen una más grande área superficial total que las partículas grandes.

Figura 2.3 Distribución típ ica de los tres tam años o modos de partículas encontradas en el aire urbano, jun to con una ind icación de cóm o se re lac ionan las diferentes d e nom inaciones de m ateria l pa rticu lado (HEI, 2002)

Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 200 8 57

http://www.mfe.govt.ns


Otras definiciones de estas partículas que se utilizan en los estudios de salud son: partículas ultrafinas o nanopartículas, que son las más pequeñas que 0.1 pm de diámetro aerodinámico (correspondientes en tamaño a las de m odo de nuclea- cián), y partículas finas, más pequeñas que 1 pm en diámetro aerodinámico (contiene todas las partículas del modo de nucleacián y de acumulación). En términos normativos, generalmente se refiere a partículas totales en suspensión (PTS), partículas con diámetros aerodinámicos menores a 10 pm (PMio), partículas con diámetros aerodinámicos menores a 2.5 pm (PM2.5) y, últimamente, se ha empezado a considerar las partículas con diámetros aerodinámicos menores a 1 pm (PMi).

Las partículas ultrafinas no duran mucho en la atmósfera ya que experimentan un movimiento randómico (Browniano) y tienden a formar partículas finas sea por nu- cleación y coagulación (combinación de dos o más pequeñas partículas), condensación (las moléculas de gas se transforman a partículas sólidas) o por reacción de los gases adsorbidos en las gotas de líquido. Sin embargo, siempre están presentes en el aire ambiente a determinado nivel debido a que son constantemente generadas por los procesos de combustión.

Las partículas finas tienen tiempos de residencia atmosféricos más prolongados (días a semanas) y tienden a estar más uniformemente dispersas en un área urbana, debido a su muy baja velocidad de depositación seca. Las transformaciones atmosféricas pueden ocurrir localmente, durante estancamientos atmosféricos o incluso durante los procesos de transporte que pueden ser muy largos.

En contraste, las partículas gruesas son emitidas principalmente por procesos mecánicos que pulverizan el material de una gran variedad de fuentes que no son de combustión. Por su peso, tienden a asentarse rápidamente, por lo que su distribución espacial es menos uniforme.

C o m p o s ic ió n q u ím ic a

En general, la composición de las partículas grandes difiere de la de las más pequeñas. En el primer caso, su composición es principalmente de minerales insolubles provenientes del material de la corteza terrestre, material biológico (polen y bacterias) y sales marinas. En contraste, las partículas finas y ultrafinas están com puestas mayoritariamente por un núcleo carbonáceo que contiene una variedad de metales, partículas secundarias e hidrocarburos. Adicionalmente, la composición del MP varía grandemente y depende de varios otros factores, com o el clima y la topografía local, ya que aún dentro de una misma área la composición del MP puede presentar variaciones año tras año, día a día y en un mismo día, pero fundamentalmente de la fuente.

Las partículas que resultan de la quema de combustibles fósiles están compuestas en su mayoría de carbono, tanto en su forma elemental com o en compuestos orgánicos de baja volatilidad (carbono orgánico). El carbono elemental se encuentra como grafito microcristalino formado a partir de la acumulación de radicales li



bres que contienen carbono en estructuras aromáticas poiicíclicas, que cuando son muy pequeñas se emiten como moléculas gaseosas denominadas hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH por su nombre en inglés), pero cuando tienen mayor tamaño son emitidas como partículas de carbono elemental propiamente.

Por su parte, las partículas no carbonáceas provienen de los minerales que están in-. tegrados a los combustibles como impurezas y son arrastrados a la atmóstera por medio de los gases de escape. También los procesos mecánicos que provocan desgaste natural o antrópico de los materiales son una fuente importante de material particulado no carbonáceo, dando paso en estos casos a una importante presencia de minerales.

En el caso de las partículas secundarias; es decir aquellas aue no son emitidas directamente desde una fuente, sino que se forman en la atmósfera como resultados de procesos físicos y reacciones químicas, se presentan en tres formas principales: como sulfatos, que proceden de la oxidación atmosférica del dióxido de azufre que en combinación con el agua forma ácido sulfúrico; como nitratos, que proceden de las emisiones de amonio y de la oxidación y acidificación de los óxidos de nitrógeno; y, como aerosoles orgánicos secundarios (SOA por su nombre en inglés), resultantes de la oxidación de compuestos orgánicos volátiles emitidos por fuentes naturales (biogénicas) o antropogénicas.

Polvo Antropogónico de

Ciudad 11%

Carbono Orgánico 9%

Carbono Elemental

Polvo Naturai de Ciudad

12%

Amonio

Background de Polvo Regional

28%

Figura 2.4 Com posición del m ateria l particu lado grueso P/viio en Santiago de Chile en el invierno de 1999, cuando se tenían concentraciones prom edio en 24 horas de a lrededor de 118 ¡ jg /m 3 (López, 2004)



Como ejemplo, sé presenta la Figura 2.4 que ilustra la composición'del material particulado grueso PMio en Santiago de Chile, una dudad con reconocidos problemas asociados a este contam inante. Puede verse que el origen de las partículas corresponde tanto a fuentes naturales (40%) como antropogénicas (60%). El llegar a este tipo de determinaciones exige un proceso sistemático de colección de muestras y tratamiento analítico con procedimientos experimentales, generalmente complejos y costosos.

*

A manera de resumen, la Tabla 2.1 presenta una síntesís de las diferencias entre partículas finas y gruesas.

Tabla 2.1 C om parac ión entre partículas finas y gruesas presentes en el aire am bien te (WHO, 2000)

| Característica Partículas finas Partículas gruesas

Se forman a partir de: Gases Gotas sólidas grandes

Formadas por: Reacción química; nucleación; condensación; coagulación; evaporación de gotas de neblina y nubes en las cuales los gases se han disuelto y reaccionado

Ruptura mecánica (aplastamiento, molido o abrasión de superficies); evaporación de sprays; suspensión de polvos

Compuestas de: Sulfato; nitrato; amonia; ion hidrógeno; carbono elemental; compuestos orgánicos (HAPs); metales (Pb, Cd, V, Ni, Cu, Zn, Mn, Fe); agua

Polvo resuspendido; cenizas del carbón e hidrocarburos; óxidos metálicos de material de la corteza; carbonato de calcio; sal; sales marinas, polen; esporas de hongos; fragmentos de animales y plantas; desechos del uso de neumáticos

Solubilidad: Altamente solubles, higroscópicas y delicuecentes

Altamente insolubles y no higroscópicas

Fuentes: Combustión de carbón, hidrocarburos, madera; productos de la transformación atmosférica de óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre y compuestos orgánicos; procesos industriales que usan altas temperaturas

Resuspensión del polvo de las vías y zonas industriales; suspensión de suelo descubierto; fuentes biológicas; construcción y demolición; combustión de carbón e hidrocarburos; spray oceánico

Tiempo de vida en. la atmósfera:

Días a semanas Minutos a horas

Distancias de viaje: Cientos a miles de km Hasta 10 km

D is t r ib u c ió n g l o b a l

A nivel mundial el indicador más frecuentemente utilizado para establecer la presencia de material particulado en el aire ambiente es el PMio y la Figura No. 2.5 pre-

60 G e s t ió n d e l a C a u d a d d e l A i r e


senta los promedios anuales de este contam inante para el año 2004 en un conjunto de ciudades alrededor del mundo, conforme información sistematizada por la Organización Mundial de la Salud [WHO, 2005). Los valores mostrados indican que más del 70% de las ciudades evaluadas registran valores más altos que el valor máximo recom endado por la OMS (50 pg n r3) y que las ciudades de Asia y América Latina presentan niveles más altos que los existentes en Europa y Norteamérica.'

Figura 2.5 Promedios anuales 2004 de m ateria l pa rticu lado PMio en c iudades se leccionadas (WHO, 2005)

2.1.2 M o n ó x id o d e c a r b o n o

El monóxido de carbono (CO) es un gas inodoro, incoloro, insaboro y a elevados niveles venenoso, que se origina tanto en procesos naturales, cuanto en actividades antropogénicas, aunque por la diversidad de las primeras resulta muy difícil predecir su aporte a la concentración total de la sustancia y la preocupación se centra en las emisiones derivadas de actividades humanas. Con respecto a los orígenes naturales, el CO siempre ha estado presente en la atmósfera, principalmente como resultado de la actividad volcánica, ya que se encuentra disuelto en las rocas volcó-m r ' n c f i i r \ i iH /'■'i r rv*\ /-< k'* + /- \ + o r r o c + r o ü /-* ^ v-\ + r \ í /-4 /-y A v> I ^ ̂ ̂ ̂ ̂ 1 ^ ^I i U I Vw* 1 I I I U I I I U I O I I t 7 J I I C . !— l ^ U l ) I O I l i v j v j 1 U C I I I U I I U A I U U U C T k J Ü l ! U C?l I I

gases de una erupción varía desde el 0.01 al 2%, dependiendo de cada caso. Otra fuente natural de CO son los incendios forestales.

En general, en las plantas industriales que utilizan grandes hornos o quemadores, el proceso de combustión es bien calibrado y se busca alcanzar la combustión completa, por lo que no emiten mucho CO; pero en cambio, los vehículos suelen funcionar con menores cuidados y son, por tanto, la mayor fuente de emisión del monóxido de carbono; más aún en el caso de ciudades como Quito que, debido a su

Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2008 6 1


altitud, tienen menor contenido de oxígeno en el aire ambiental y la combustión se vuelve más problemática.

Como una aproximación a la tendencia del CO como contam inante de la atmósfera, la ÜSEPA (2002) al respecto de su evolución histórica en los Estados Unidos señala que en el 2001 se registró un valor promedio nacional 62% más bajo que en 1982 y el menor en los pasados 20 años, pese al significativo incremento en el uso del vehículo y de la economía en general, lo cual habla de la importancia que la tecnología ha tenido com o una medida de control, relativamente eficaz, para paliar lo que pudo haber sido un agravamiento vertiginoso del problema.

Figura 2.6 Distribución global de monóxido de carbono en abril y octubre del año 2000, según mediciones de la NASA (http://earthobservatory.nasa.gov/Library)

62 GESTIÓN DE LA CAUDAD DEL A IRE

http://earthobservatory.nasa.gov/Library


El monóxido de carbono es un gas muy estable y tiene un período de vida de entre 2 y 4 meses. Las cantidades de CO que se emiten anualmente son enormes y es el contaminante atmosférico más abundante, con promedios mundiales de entre 50 y 400 ppmm, dependiendo de la época del año, según lo ilustra la Figura 2.5.

Como ya ha sido anotado, el CO tiene un efecto de forzamiento radiativo indirecto ya que contribuye a incrementar la concentración de metano y ozono troposférico a través de reacciones con otros constituyentes de la atmósfera, que de otra manera destruirían a los gases de efecto invernadero.

2.1.3 Ó XID O S DE a z u f r e

Los óxidos de azufre (SOx) son causados por la quema de azufre o cualquier material que contenga azufre, com o es el caso principalmente de los combustibles de uso industrial que son productos poco refinados del petróleo o de los minerales metálicos. A nivel mundial también es importante la contribución de las fuentes naturales, especialmente los volcanes, que dan cuenta de entre el 35 y el 65% de total presente en la atmósfera.

La mayor parte de las emisiones de azufre se liberan en forma de SO2 (dióxido de azufre), que es a su vez oxidado y se transforma en SO3. Bajo la presencia de humedad, se forma ácido sulfúrico el cual está presente como aerosol o partículas sólidas, es decir, el SO2 es un precursor en la formación de materia! particulado secundario o fino. El SO2, es un gas incoloro, no inflamable y no explosivo, y es el considerado precisamente como contam inante del aire.

Además los dos óxidos de azufre más abundantes pueden formar ácidos cuando se hidrolizan con el agua presente en la atmósfera y causar el fenómeno de la lluvia àcida que afecta a la vegetación y a la duración de los materiales de construcción y obras de arte.

2.1 .4 O x id o s d e n it r ó g e n o

Los óxidos de nitrógeno (NOx) se producen en cualquier parte en que se esté quemando un combustible; ya que a las altísimas presiones y temperaturas que ocurren en las cámaras de combustión, el nitrógeno y el oxígeno del aire se combinan para formar oxido nítrico (NO) y dioxido de nitrógeno (NO2), que de entre los seis o siete óxidos de nitrógeno, son los considerados contaminantes del aire. Adicionalmente, los átomos de nitrógeno unidos a las moléculas orgánicas en algunos combustibles pueden contribuir significativamente a las emisiones de NOx durante este mismo proceso de combustión. Al primer fenómeno de formación de óxidos de nitrógeno durante la combustión se le denomina térmico, y al segundo, del combustible.

En términos de emisiones, el óxido nítrico (gas incoloro e insípido) es predominante, pero una vez liberado, rápidamente se transforma en dióxido de nitrógeno debido



a úna reacción química con el ozono. El NO2, un gas rojo-cobrizo y de un fuerte olor, es mucho más dañino para la salud humana que el NO. En general, las fuentes fijas son responsables casi en iguales proporciones que las móviles.

Desde el punto de vista' ambiental los NOx también son importantes porque son precursores de la formación de ozono y de material particulado secundario-y forman, al igual que los óxidos de azufre, la lluvia ácida

2.1.5 O z o n o y o t r o s o x id a n t e s f o t o q u ím ic o s

Los oxidantes fotoquímicos son causados por una compleja red de reacciones químicas que tienen fugar en el ambiente atmosférico (la química del ozono se tratará con un poco más de detalle en el Capítulo 5 de este texto); es decir, no son generados directamente por una fuente, sino formados a partir de precursores, por ello se denominan contaminantes secundarios.

Estas reacciones involucran a los hidrocarburos reactivos o compuestos orgánicos volátiles (COVs) y a los óxidos de nitrógeno y son inicializadas por la absorción de energía ultravioleta de la luz solar. Entre los principales productos de estas reacciones están el ozono (O3), que es un gas muy oxidante y reactivo, el nitrato de pe- roxiacetilo (PAN), nitrato de peroxibencilo (PNB), ácido nítrico y peróxido de hidrógeno, mayormente los dos primeros, cuya presencia explica los efectos perjudiciales del smog fotoquím ico2. También resultan de este proceso fotoquímico aldehidos secundarios, ácidos orgánicos, partículas finas y un conjunto de radicales de vida corta.

La máxima concentración de ozono que se puede alcanzar en un área contam inada depende no solo de las concentraciones absolutas de los precursores (compuestos orgánicos volátiles reactivos y óxidos de nitrógeno), sino también de su relación. A relaciones intermedias, entre 4:1 a 10:1 (COV:NOx), las condiciones son favorables para la formación de apreciables concentraciones de ozono. Dado que los COVs y los NOx son producidos en gran cantidad por los vehículos, los oxidantes fotoquímicos son usualmente más prevalentes en grandes áreas urbanas, con fuerte incidencia de la luz solar y con un tráfico pesado, tal como el caso de Quito Otras fuentes de COVs son los procesos industriales, tales como las industrias químicas, la de acabados metálicos y en genéral todas las que utilizan solventes orgánicos o derivados de petróleo y los almacenan en cantidades considerables. En zonas rurales, la producción de ozono es generalmente limitada por la disponibilidad de óxidos de nitrógeno, aunque no es raro que por acción del viento, las mayores concentraciones se registren en las zonas suburbanas y rurales, alejadas de las áreas de generación de contaminantes.

2 Smog es una palabra inglesa compuesta de dos vocablos: smoke (humo) y fog (neblina). Algunos textos en español utilizan el neologismo neblumo para referirse a esta situación, pero cada vez es más común la utilización del vocablo en inglés.

64 G e s t ió n d e l a C a l id a d d e l Aj r e


En algunos lugares muy alejados de las fuentes de contam inación del aire se han medido concentraciones de fondo de ozono troposférico, causados principalmente por intrusiones estratosféricas y reacciones fotoquímicas de precursores biogénicos o geogénicos, que alcanzan valores de entre 40 y 70 pg rrr3, dependiendo de otros factores como por ejemplo la altitud. El transporte transfronterizo o intercontinental de ozono, asociado a los movimientos de las grandes masas de aire es también un. proceso que cada vez concentra mayor interés, debido a su im pacto que tiene sobre la calidad del aire local. En efecto, para citar solo un ejemplo se puede referir un estudio reciente hecho en los Estados Unidos que señala que si en ese país se redujeran las emisiones de los precursores en un 25% antes del año 2010, el efecto en la concentración de! ozono sería prácticam ente nulo debido a! incremento de esas emisiones en Asia y su efecto sobre Norteamérica, especialmente la región occidental.

Los patrones diarios del ozono varían con la localización, dependiendo del balance de los factores que afectan su formación, transporte y destrucción. Desde niveles muy bajos en las primeras horas de la mañana, van elevándose como resultado de los procesos fotoquímicos, para alanzar los picos en las primeras horas de la tarde. Durante la noche, el ozono es .consumido por el óxido nítrico y otros procesos de remoción asociados al viento y el movimiento vertical de las masas de aire.

2 .2 N o c io n e s b á s ic a s d e t o x ic o l o g ía a m b ie n t a l

Para entender de mejor manera los efectos sobre la salud que provocan los contaminantes, es conveniente revisar algunos conceptos básicos de la ciencia que los estudia, denominada toxicología. El tratamiento de este tema se fundamenta principalmente en el texto “ Curso de Introducción a la Toxicología de la Contaminación del Aire", publicado por la Organización Panamericana de la Salud en el 2002.

De la forma más explícita, la toxicología es el estudio de los agentes químicos (tóxicos o venenos no producidos por la biota o xenobióticos) que causan afectaciones a la salud y la muerte en organismos, incluidos los seres humanos. En términos generales, la toxicidad es la capacidad para producir daño a un organismo vivo, en relación con la cantidad o dosis de sustancia administrada o absorbida, la vía de administración y su distribución en el tiempo (dosis única o repetidas), tipo y severidad del daño, tiempo necesario para producir éste, la naturaleza del organismo afectado y otras condiciones intervinientes. Este estudio involucra la auímica, reconocimiento, identificación, medición, distribución y metabolismo de las sustancias peligrosas a las que están expuestos los organismos. También incluye la predicción de esos potenciales efectos adversos (Stevenson y Wyman, 199 i :255).



2 .2 .1 E l c u e r p o h u m a n o y s u s s is t e m a s

Cuando se habla de la salud humana, resulta pertinente una breve revisión de losdiversos sistemas vitales que lo constituyen, que sirva de referencia para entendercomo los contaminantes del aire afectan a ellos:

■ Sistema osteomuscular: está constituido por todos los músculos (excepto el corazón), los huesos, los dientes y los cartílagos, junto con el tejido conjuntivo asociado (tendones y ligamentos). Proporciona forma y movimiento al cuerpo, protege ciertos órganos y tejidos y ofrece un marco para la producción de glóbulos en la médula de los huesos.

■ Sistema respiratorio: está formado por la región nasal, la faringe y la tráquea, denominadas en conjunto las vías respiratorias superiores, y las vías respiratorias inferiores o pulmones (bronquios, bronquiolos y alvéolos). Su función primordial es transportar e intercambiar gases entre la atmósfera y la sangre, suministrando principalmente oxígeno y expulsando los gases residuales, sobre todo dióxido de carbono.

■ Sistema nervioso y los sentidos: es una compleja red de comunicación entre el sistema nerviosos periférico (neuronas sensoriales y efectoras y ganglios) y el sistema nervioso central (médula espinal y cerebro), que posibilita las diversas ac ciones y reacciones musculares, así como el monitoreo y control de diversos mecanismos y la descarga de sustancias químicas.

■ Sistema digestivo: También conocido como tracto gastrointestinal, está constituido por un conjunto de elementos interconectados (boca y dientes, glándulas salivales, esófago, estómago, hígado, vejiga y conductos de la vesícula biliar, páncreas, intestino delgado e intestino grueso), que cumple la función principal de desintegrar el material ingerido en sustancias básicas que las células del cuerpo puedan absorber y usar.

■ Sistema cardiovascular y la sangre: transporta a través de la sangre los nutrientes hacia las células del cuerpo y los residuos de su metabolismo fuera de ellas y otras sustancias que ayudan en el proceso de coagulación y el com bate a las infecciones y enfermedades. Este proceso de transporte es impulsado por el corazón

■ Sistema reproductor: crean y almacenan células sexuales (gametos), así como disponen los mecanismos para que los gametos masculino y femenino lleguen a un punto en que puedan unirse y generar una nueva vida.

* Sistema endocrino: está compuesto por diversas glándulas que en todo el cuerpo secretan sustancias químicas, llamadas hormonas, que regulan el metabolismo celular y ayudan a mantener las actividades corporales y la constancia del ambiente interno del ser humano

66 G e s t ió n d e l a Ca u d a d d e l A i r e


■ Sistema excretor: se encarga de iibrar ai cuerpo humano de las sustancias no deseadas, muchas de las cuales son consideradas como tóxicos. El riñón es el principal filtro sanguíneo y la orina constituye el principal medio de expulsión de esas sustancias.

■ Sistema inmunológico: es una red de diversos tipos de células esparcidas por todo el cuerpo que cumplen las funciones de eliminación de agentes infecciosos, vigilancia contra formaciones nuevas que puedan surgir y rechazo a los tejidos extraños

2.2.2 LOS CONTAMINANTES DEL AIRE Y EL ORGANISMO HUMANO

Aunque los seres humanos están expuestos a una infinidad de sustancias tóxicas por distintos medios, circunscribiéndose a los contaminantes del aire, se reconocen tres formas o vías principales de exposición: contacto con la piel u ojos (contacto cutáneo), ingesta e inhalación, de las cuales ésta última representa la de mayor interés, por la relación directa entre los pulmones y el torrente sanguíneo que provoca una potencialmente rápida distribución de los tóxicos a cualquier parte del cuerpo. Por exposición se entiende al contacto de una población o un individuo con un agente químico o físico. La magnitud de la exposición se determina midiendo o estimando la cantidad (concentración) del agente que está presente en la superficie de contacto (pulmones, intestino, piel, etc.) durante un período especificado.

La toxicología ha desarrollado un modelo denominado ADME para determinar la dosis efectiva. ADME analiza y sintetiza los procesos que ocurren en las fases de absorción, distribución (incluyendo el almacenamiento), metabolismo y excreción. Este modelo se ilustra en la Figura 2.7 y sus fases se explican brevemente a continuación:

Absorción: se define como el proceso por medio del cual un tóxico atraviesa membranas y capas de células hasta llegar al torrente sanguíneo. El mecanismo de ingreso del tóxico al organismo usa los mismos mecanismos de transporte diseñados para movilizar compuestos de estructura similar. Como se ha dicho, en el caso de los contaminantes del aire, el mecanismo de absorción más importante es la inhalación, aue se realiza por medio del sistema respiratorio, aunque también es significativo el aporte del contacto cutáneo y ocular.

Distribución: es la localización y concentración en los diferentes tejidos, dependiendo de su afinidad al tóxico y del flujo sanguíneo.

Metabolismo: se refiere a la transformación (biotransformación) que experimentan los tóxicos al interior del organismo con el fin de incrementar su afinidad con los medios de excreción y así limitar su efecto nocivo, aunque en ocasiones los biometabolitos resultan más perjudiciales que el propio tóxico (bioactivación).

Ca r l o s P á e z P é r e z 2008 67


Figura 2.7 Modelo ADME que explica lo que ocurre en el cuerpo humano con las sustancias que ingresan a él (OPS, 2002)

Excreción: la concentración de un tóxico distribuido se puede disminuir a través de todas las secreciones corporales que pueden excretar compuestos químicos: Las tres principales vías son la orina, las heces y el aire exhalado. La excreción de xenobióticos utiliza los mismos mecanismos que tiene el organismo para excretar los desechos metabólicos endógenos.

68 GESTIÓN DE LA CALIDAD DEL AIRE

C a p ít u l o 2 . Los c o n t a m in a n t e s d e l a ir e y s u s e f e c t o s

La interacción dinám ica de todos los procesos que constituyen el ADME, determina el tiempo que permanecerá un agente dentro del organismo después de que éste ha sido expuesto a una dosis determinada. Al estudio de la velocidad de cambio de la concentración de las especies tóxicas dentro del organismo se le conoce como toxicocinética. Las tasas de cambio que se presentan en cada fase del ADME se pueden modelar matemáticamente e integrarlas en un modelo aue represente la dinámica global del tóxico dentro del organismo.

2 .2 .3 D e t e r m i n a c i ó n d e l o s e f e c t o s a d v e r s o s o t ó x i c o s

En estricto, para evaluar los efectos de los contaminantes sobre la salud, más importante que la exposición o contacto entre la sustancia y el organismo, es la dosis, que es la cantidad de esa sustancia realmente absorbida por el cuerpo, o más específicamente la dosis éfectiva, que es la fracción de la dosis absorbida que llega a una parte del cuerpo donde puede causar algún efecto3. La relación entre el tipo de respuesta y la dosis suministrada fue analizada desde los tiempos de Paracelsus, quien en 1493 expresó que todos los remedios son venenos y la diferencia entre remedio y veneno es la dosis correcta. La determinación de las dosis se basa en la estimación previa de la exposición, que es la sumatoria de los productos entre la concentración del contam inante en un ambiente determinado y el tiempo que el individuo ha permanecido allí (OMS, 2004).

Cuando los efectos sobre la salud ocurren en el tejido diana donde se produce la absorción se denominan efectos locales; mientras que si aparecen en lugares distintos, se denominan efectos sistémicos, los cuales ocurren por los procesos aue experimentan los tóxicos una vez que han ingresado al cuerpo humano.

Otra situación que debe ser considerada al hablar de los efectos, se refiere a la ac ción que se produce en una situación real de exposición a varios contaminantes de manera simultánea o durante el período de actuación de cada sustancia. En efecto, han sido reconocidas tres relaciones: (a) un efecto aditivo cuando cada sustancia actúa como si no existiera la otra y la consecuencia total es el resultado de la suma de las individuales; (b) la sinergia, cuando el efecto com binado es mayor que la suma de los efectos individuales; y (c) el antagonismo, cuando los efectos se contrarrestan entre si y, consiguientemente, el total es menor que la suma de los individuales.

A más de determinar cuales sustancias deben ser consideradas tóxicas y explicar dónde y cómo afecta al cuerpo humano, uno de los objetivos más importantes de la toxicología es determinar cuantitativamente las dosis o cantidades que deben considerarse como peligrosas, ya que a partir de esta información puede ser controlada la presencia de esas sustancias en el ambiente. Se define como efecto

3 Esta parte del cuerpo se denomina en términos generales tejido diana o blanco y puede ser un órgano íntegro, un tejido, una célula e incluso una parte subcelular.



tóxico o respuesta tóxica, cualquier desviación del funcionamiento normal del organismo que ha sido producida por la exposición a substancias tóxicas.

Esa determinación se basa en el estudio de los efectos de los tóxicos sobre los individuos y las poblaciones. Esos estudios son muy complejos, debido a la heterogeneidad en la respuesta de cada ser humano y deben ser efectuados con sólidas, consideraciones éticas por lo inaceptable que resulta exponer intencionalmente a riesgos a poblaciones o individuos. La magnitud de la respuesta tóxica en un organismo determinado depende de la exposición (dosis, tiempo, ruta y vía de exposición) y de factores relacionados con las características del organismo expuesto, del medio ambiente y de la sustancia misma.

Por ello, tanto los estudios de caso (análisis de individuos o poblaciones que ya han presentado problemas) como los epidemiológicos (análisis de la incidencia, distribución y frecuencia de una enfermedad en una población) presentan evidencia limitada que debe ser constantemente revisada y com plem entada con otros esfuerzos.

Figura 2.8 Ejemplos de curvas dosis - respuesta teóricos para un tóxico cancerígeno (izquierda) y uno no cancerígeno (derecha)

Esos otros esfuerzos, generalmente toman la forma de estudios en animales, con la finalidad general de identificar los efectos causados sobre la salud ante dosis controladas de determinadas sustancias. Debido a su carácter, estos estudios requieren también consideraciones éticas en su ejecución. Los resultados de estos experimentos de laboratorio requieren ser extrapolados a los seres humanos, en condiciones de la vida real, por lo que sus conclusiones tam poco suelen ser directamente aceptadas.

70 GESTIÓN D E LA CALIDAD DEL A IR E


En general, los estudios toxicológicos en animales y otros experimentos controlados procuran establecer diversas dosis críticas de sustancias, en función de las respuestas del organismo (relación dosis - respuesta). De este análisis se desprenden los siguientes conceptos de dosis (García, 2000):

■ Dosis efectiva (DE): dosis de una sustancia que origina un efecto definido en un. sistema dado. La DEso es la dosis que causa el 50 % del efecto máximo.

■ Dosis tóxica: proporción de una sustancia que produce intoxicación sin que llegue a ser letal

■ Dosis letal media (DLso): dosis calculada estadísticamente, de un agente químico o físico, que se espera que mate al 50 % de los organismos de una población bajo un conjunto de condiciones definidas.

■ Dosis letal mínima (DLmin): la menor cantidad de sustancia que introducida en el organismo produce la muerte a algún animal de experimentación bajo un conjunto de condiciones definidas.

■ Dosis máxima tolerable (MTD en inglés): cantidad máxima de una sustancia que introducida en el organismo no mata a los animales de experimentación.

■ Nivel sin efecto (adverso4) observable (NOEL o NOAEL): la mayor concentración o cantidad de una sustancia, hallada experimentalmente o por observación, que no causa alteraciones en la morfología, capacidad funcional, crecimiento, desarrollo o duración de la vida de los organismos diana, distinguibles de los observados en organismos normales (control) de la misma especie y cepa, bajo condiciones idénticas a las de exposición.

■ Mínimo nivel con efecto (adverso) observable (LOEL o LOAEL): es la menor concentración o cantidad de una sustancia, hallada experimentalmente o por observación, que causa un efecto crítico.

En el caso de las sustancias no carcinogénicas, se ha establecido un nivel denominado valor umbral o dosis de referencia (DdR) que es el nivel de tolerancia o de exposición diaria que no produce un riesgo apreciable de daño en poblaciones humanas, incluyendo las subpoblaciones sensibles, generalmente calculado como un valor intermedio entre el NOAEL y el LOAEL, afectado por factores de incertidumbre y modificadores.

En cambio, para ¡os carcinogénicos no se ha podido establecer este valor umbral ya que no se considera apropiado el concepto de tolerancia y se asume que incluso en niveles moleculares de dosificación representan un riesgo finito para la salud humana.

4 Un efecto adverso se define como cualquier efecto que produzca incapacidad funcional, lesiones patológicas, o ambas anomalías, que puedan afectar el desempeño del organismo o que contribuyan a la reducción en la habilidad para responder a un reto adicional (García, 2000).

Ca r l o s p á e z P é r e z ®. 200 8 71


2 .2 .4 E l u s o d e l a in f o r m a c ió n

La principal utilidad que tienen los estudios toxicológicos y epidemiológicos es guiar la formulación de las normas de calidad del aire, con la finalidad de precautelar la salud humana y reducir el riesgo de afectaciones por efectos de los contaminantes presentes en el aire.

La Organización Mundial de la Salud permanentemente sistematiza los resultados de las investigaciones realizadas a nivel mundial y evalúa su aplicabilidad en distintos medios, diferentes a su origen, para generar las denominadas guias de calidad del aire, que constituyen el fundamento para que los distintos países puedan adoptar sus propias normas de calidad, considerando los "niveles prevalentes de exposición y las condiciones ambientales, sociales, económicas y culturales de cada nación o región" (WHO, 2006).

Para los contaminantes comunes, que son tóxicos no carcinogénicos, la referencia fundamental es el valor del umbral o ía dosis de referencia. En cam bio para el caso de los carcinogénicos se utiliza el criterio del peso de la evidencia en la clasificación de carcinogenicidad; por ejemplo la establecida por la Agencia Internacional de Investigación del Cáncer (IARC), que establece las siguientes categorías:

■ Categoría 1: carcinogénico para los seres humanos, con evidencia epidemiológica suficiente.

■ Categoría 2A: probablemente carcinogénico para los seres humanos, generalmente con evidencia limitada sobre seres humanos.

• Categoría 2B: probablemente carcinogénico, pero, por lo general, sin evidencia sobre seres humanos.

■ Categoría 3: evidencia suficiente de carcinogenicidad, obtenida de animales de laboratorio.

2.2.5 T ip o s d e c o n t a m in a n t e s

Desde el punto de vista de los efectos sobre la salud humana, la toxicología ha clasificado a los contaminantes en los siguientes grupos, que por cierto no son exclu- yentes y ocurre frecuentemente que una misma sustancia puede ser considerada en varias de las categorías:

■ Mutágenos: son las sustancias que causan mutaciones o alteraciones del material genético (ADN) que puede conducir a una serie de efectos, desde el funcionamiento celular deficiente hasta la muerte celular o incluso del propio organismo. Entre los mutágenos más comunes presentes en el aire están el DDT, la dioxina, las sales de plomo, el benceno y el cloruro de vinilo.


C a p ít u l o 2. Los c o n t a m in a n t e s d e l a ir e y s u s e f e c t o s

Carcinógenos: son las sustancias químicas aue inducen al cáncer, que es el crecimiento anormal e incontrolado de células, denominado también neoplasia o tumor. Ejemplos comunes de estas sustancias son el asbesto, que afecta a los pulmones y el mesotelio; el benceno a la médula ósea; el berilio a los pulmones; el cromo a las vías respiratorias, o, el cloruro de vinilo al hígado.

Teratógenos: son sustancias que dañan directamente al feto en dosis que no afectan a la madre; esos daños pueden ser a órganos y tejidos, al funcionamiento metabòlico o químico o a las funciones cerebrales. Generalmente estas sustancias son más peligrosos en los períodos críticos del desarrollo del feto, entre la tercera y la duodécima semanas; aunque algunas pueden ejercer sus efectos durante los primeros años de vida, como es el caso del plomo. Otros teratógenos son la dioxina, el mercurio orgánico, el arseniato de sodio y el humo del cigarrillo.

Neurotóxicos: son evidentemente aquellas sustancias aue afectan a los componentes del sistema nervioso. En este grupo caen sustancias com o el plomo, los insecticidas organofosforados (malatión y palatión), la acrilam ida ,el DDT y algunas formas de mercurio^

Hepatotóxicos: son sustancias que afectan el hígado y pueden causar acumulación de grasa, ictericia (exceso de bilirubina), necrosis, cirrosis (acumulación de tejido hepático dañado) y cáncer. Las sustancias que han sido identificadas en este grupo son el tetracloruro de carbono, el berilio, el cloroformo, el triclo- roetileno y el cloruro de vinilo.

Tóxicos pulmonares: afectan al pulmón causando irritación y constricción de las vías respiratorias, la necrosis, el edema (retención excesiva de líquido), la fibrosis (cambio en la tipología o composición celular) y el cáncer. El asbesto, el arsénico y la radiación son las causas más comunes de cáncer al pulmón. También entran en esta categoría los productos de la combustión, el humo de! tabaco y las partículas, especialmente las más pequeñas.

Agentes que causan disfunciones reproductoras: estas disfunciones pueden ser la reducción de la fecundidad, la reducción de las oportunidades de sobrevivencia del embrión o feto y los efectos teratogénicos. En el caso femenino se han observado estos efectos asociados a algunos hidrocarburos aromáticos po- licíclicos; mientras que en ei caso masculino se ha establecido un e fecto reductor en la generación de espermatozoides en el dibromocloropropano.

Agentes tóxicos que causan efectos agudos o crónicos: se refieren a ¡as sustancias que no caen en ninguna de ¡as otras categorías referidas. Algunos agentes son intensamente tóxicos y provocan una respuesta solo después de una exposición de corto plazo (efectos agudos); mientras que otros requieren de una exposición a largo plazo o en forma repetida para tener un efecto (efecto crónico).



2 .3 E f e c t o s d e l o s c o n t a m in a n t e s d e l a ir e

SOBRE LA SALUD

La Organización Mundial de la Salud (OMS), ha sintetizado los efectos que la contaminación del aire causa en la salud humana, sobre la base de los últimos avances en la investigación y el tratamiento estadístico de los datos. Las principales evidencias se sintetizan en la Tabla 2.2.

Tabla 2.2 Efectos de la contaminación del aire sobre la salud (QMS, 1997)

| Afecciones Efectos Principales agentes

Vías inferiores del sistema respiratorio

• Cambios agudos y crónicos en las funciones pulmonares

• Incidencia y prevalencia incrementadas de síntomas respiratorios

■ Sensibilización de vías respiratoria s a los alergénicos en ambientes cerrados

• Infecciones respiratorias (rinitis, sinusitis, neumonía, alveolitis, enfermedad de legionarios)

• Productos de la combustión: NOx, SO2, CO

• Humo del tabaco• Partículas suspendidas totales• Formaldehído• Organismos infecciosos

Sistema inmunológi- co

• Asma alérgica■ Rinoconjuntivitis alérgica• Alveolitis extrema alérgica• Hipersensibilidad a la neumonía• Daño permanente en los pulmones de

individuos sensibles• Insuficiencia pulmonar

• Polvo doméstico, cucarachas, insectos, mohos, mascotas

• Alergénicos ambientales• Alta humedad

Piel y tejidos mucosos (ojos, nariz, garganta)

• Sensación de irritación primaria: garganta seca, lagrimeo, ardor en los ojos

• Irritación secundaria: edema e inflamación, cambios en la piel y las mucosas

• Formaldehído• Otros aldehidos (acetaldehído, acrolina)• Compuestos orgánicos volátiles (COVs)• Humo del tabaco

Sentidos • Percepción ambiental• Percepciones corporales• Efectos multisensoriales

• COVs• Formaldehído• Humo del tabaco

Sistema nervioso central

• Daños tóxicos de células nerviosas• Daño hipóxico / anóxico de células ner

viosas

• COVs (acetona, benceno, tolueno, formaldehído)

• Monóxido de carbono• Pesticidas• Plomo

Sistema cardiovas? cular

• Reducción de la oxigenación• Incremento de la incidencia y prevale n-

• Monóxido de carbono• Humo del tabaco

cia de enfermedades cardiovasculares (ECV)

• Incremento en la mortalidad debido a ECV

• Infartos del miocardio



Cáncer • Cáncer de pulmón• Leucemia ■ Otros ¿?

ArsénicoFibras de asbesto Cromo y otros metales BencenoPAN (oxidante fotoquímico) TCE (trlcloroetileno)Humo del tabaco RadónSinergismos ¿?

2.3 .1 L o s e f e c t o s d e l a s p a r t í c u l a s

A continuación se profundiza el análisis respecto a ios efectos del material particulado; el tema de los impactos sobre la salud humana se deja para más adelante; previamente se revisarán los efectos de las partículas sobre otros receptores.

Los principales efectos de las partículas sobre el medio físico son la reducción de la luz solar directa y de la visibilidad, junto con un aumento de la nubosidad y la frecuencia de las nieblas; incremento de la suciedad en edificios y otros materiales; y, posible reducción de la temperatura terrestre (a largo plazo).

En cuanto a la visibilidad, Wark y Warner (1992), recogen la siguiente definición: "es la mayor distancia en una dirección dada, en la que soio es posible ver e identificar con la vista solamente (sin ayuda) (a) durante el día, un objeto oscuro prominente contra el cielo del horizonte y (b) durante la noche, una fuente conocida de luz, moderadamente intensa y de preferencia no enfocada". De aquí se desprende que la visibilidad depende de la capacidad del ojo para distinguir el contraste entre el objeto y el fondo y de la transmisión de la luz a través de la atmósfera; y aquí es que las partículas en concentraciones grandes pueden decrecer esa visibilidad por la absorción y la dispersión que generan.

En general, la dispersión de la luz debido a las partículas es una función de su tamaño, siendo las mayores dispersoras aquellas que tienen aproximadamente un diámetro del mismo tamaño que la de la longitud de onda de la luz visible; es decir, entre 0.1 y 1 |jm, y que adicionalmente estén en concentraciones mayores a 100 pg rrr3 (Goopery Alley, 1990: Wark y Warner, 1992).

En otro ámbito, la depositación de partículas, especialmente de aquellas con diámetros mayores a 10 pm, que tienen velocidades considerablemente mayores que las del viento, en el orden de los 20 cm min-’ (Masters, 1991), pueden reducir el aspecto estético de edificios y monumentos y pueden además intensificar los efectos químicos de otros contaminantes, como la corrosión causada por los gases ácidos.

Finalmente, sobre el posible efecto en la temperatura de la corteza terrestre, algunos estudios señalan que debido a la absorción y reflexión de la radiación solar, causada


C a p i t u lo 2. Los c o n ta m in a n te s d e l a i r e y su s e f e c t o s

por las partículas en la atmósfera, la tendencia es a la baja debido a que menos energía llega a la superficie. Esta teoría estaría en contradicción con el calentamiento de la Tierra debido al efecto invernadero provocado por ciertos gases, por lo que un incremento en la contaminación del aire por partículas podría tener una conclusión diversa a la hasta ahora manejada (García y Martínez, 1978; Wark y Warner, 1992).

Figura 2.9 El sistema respiratorio humano (a] el sistema como un todo y un corte seccional de un tubo bronquial mostrando los cilios; (b) detalles del sistema respiratorio inferior y sus terminaciones alveolares. (Masters, 1991).

Poco es lo que se conoce de los efectos de las partículas en general sobre la vegetación. No obstante, se ha observado que varias sustancias específicas causan daños de diversa índole. En general, algunos compuestos tóxicos provocan dificultades en el crecimiento vegetal, además, los animales que consumen esas plantas son víctimas de envenenamientos. Por ejemplo, se ha documentado que las partículas que contienen fluoruros parecen causar daño a las plantas y a los animales que ingieren vege-

76 GESTIÓN DE LA CAUDAD DEL A/RE


tación contaminada con ese elemento, ya sea por haberlo absorbido en sus tejidos o por retenerlo en la superficie, provocando una enfermedad conocida como fluorosis.

En cuanto a los efectos sobre la salud humana, las partículas, solas o en combinación con otros contaminantes representan un peligro muy grave. Para entender de mejor manera los mecanismos de defensa ante estos riesgos, conviene hacer referencia a, la Figura 2.9. El sistema respiratorio superior consiste de la cavidad nasal y la tráquea, mientras que el sistema respiratorio inferior corresponde a ios tubos bronquiales y a los pulmones. Cada bronquio se divide en ramales cada vez más pequeños, que terminan con un gran número de finos sacos de aire llamados alvéolos.

Figura 2.10 Fracción de las partículas depositadas en los tres tractos del sistema respiratorio como una función del diámetro, donde es notorio que las partículas más finas tienen mayor capacidad para penetrar más profundamente (http://www.met.

utah.edu/perryj

Ca r l o s p á e z P é r e z <S>, 2008 77

http://www.met

C a p í t u lo 2. Los c o n ta m in a n te s o e l a i r e y su s e f e c t o s

Estos contaminantes entran principalmente al cuerpo humano por la vía respiratoria y la capacidad del sistema respiratorio para defenderse de este agente depende fundamentalmente del tamaño de las partículas. Investigaciones recientes difundidas por la OMS y sistematizadas en la Figura 2.10 sugieren que los efectos más notorios están asociados a la fracción fina del PMio y no con la fracción gruesa (PMio-zs) (OMS, 2004:48), por lo que incluso empieza a ser un tema de investigación el efecto sobre la, salud de las partículas ultrafinas.

Las partículas grandes que entran al sistema respiratorio pueden ser atrapadas por los vellos y las mucosidades de la nariz. Una vez capturados, pueden ser expulsadas por el estornudo o la secreción. Además, las partículas más pequeñas aue pueden alcanzar los ductos traqueobronquiales pueden ser retenidas por la mucosidad y regresar a la garganta por medio del movimiento de los delgadísimos pelos, llamados cilios, y finalmente ser removidas del organismo al ser tragadas o escupidas. En general, estos dos mecanismos son eficientes para desalojar partículas mayores a 10 ym. Sin embargo, partículas más pequeñas pueden frecuentemente escaparse de las trampas naturales y llegar finalmente a los pulmones donde, dependiendo de su tamaño, pueden o no ser depositadas ahí. Algunas, las más pequeñas, son tan livianas que salen de los pulmones siguiendo las corrientes de aire; pero en cambio otras finalmente se sedimentan en los pulmones, preferentemente aquellas de tamaño entre 2 y 4 pm.

Tabla 2.3 Efectos observados de las partículas [Wark y Warner, 1992)

. . . ■ . ̂Concentración

( f ig m 3)Tiempo de medición Efectos

60-180 Media geométrica anual, con SO2 y humedad

Aceleración en la corrosión de láminas de acero y zinc

150 Humedad relativa menor del 70% Visibilidad reducida a 8 km100- 150 Luz solar directa reducida a un tercio

80-100 Con niveles de sulfatación de 30 mg/cm2/mes

Puede ocurrir un aumento en la tasa de mortalidad de personas mayores a 50 años

100- 130 Con SC>2 > 120 jjg/m 3Es posible que los niños experimenten un aumento en la incidencia de enfermedades respiratorias

200 Promedio de 24 h y SO2 > 250 jig/m 3La morbilidad de los obreros industriales puede ser causa de un aumento de ausentismo

300 Máximo de 24 h y SO2 > 630 fig/m3En los pacientes con bronquitis crónica puede que se presente empeoramiento agudo de los síntomas

750 Promedio de 24 h y $ 0 2 >715 jig/m 3Puede ocurrir un número excesivo de muertes y un considerable aumento de enfermedades



Esta depositación de partículas en los pulmones puede causar afectaciones directas al sistema respiratorio y pueden además contribuir a agravar la incidencia de los efectos negativos de otros contaminantes. Los efectos tóxicos de las partículas pueden manifestarse de las siguientes maneras (Wark y Warner, 1992): (a) la partícula puede ser intrínsecamente tóxica debido a sus características inherentes químicas y/o físicas; (b) la partícula puede interferir con uno o más de los mecanismos que despejan usualmente el aparato respiratorio; y (c) la partícula puede actuar como un conductor a una sustancia tóxica absorbida.

El nivel de la investigación a este respecto, ha sido incapaz de establecer una relación directa entre la exposición a varias concentraciones de partículas y los efectos sobre la salud del hombre, en parte porque usualmente existen otros contaminantes también presentes. Sin embargo, de estudios de salud pública realizados en los Estados Unidos se ha inferido que en la presencia de altas concentraciones de óxido de azufre, ha habido una relación directamente proporcional entre la concentración de partículas y las visitas al hospital por bronquitis, asma, enfisema, neumonía y enfermedades cardíacas (Cooper y Alley, 1990; Masters, 1991). Adicionalmente, existe una considerable constatación de que gran parte de las partículas existentes en la atmósfera son de naturaleza carcinogénica, especialmente cuando están asociadas al consumo del tabaco (Wark y Warner, 1992).

Según la OMS (2006), puesto que no se han identiicado umbrales y dado que hay una variabilidad interespecíica sustancial en la exposición y en la respuesta a una exposición determinada, es poco probable que una norma o un valor guía ofrezca una protección completa a todas las personas frente a todos los posibles efectos adversos del material particulado en la salud. El proceso de fijación de normas debe orientarse más bien a alcanzar las concentraciones más bajas posibles teniendo en cuenta las limitaciones, la capacidad y las prioridades en materia de salud pública en el ámbito local. La evaluación cuantitativa del riesgo ofrece un procedimiento para comparar situaciones hipotéticas alternativas de control y estimar el riesgo residual asociado con un valor guía.

Además, la evidencia recogida establece también que la composición química del material particulado es importante desde la perspectiva de los efectos en la salud; en efecto, estudios sobre tormentas de polvo indican que tales partículas son menos peligrosas que las provenientes de los procesos de combustión. Los investigadores han formulado la hipótesis sobre la probabilidad de que algunos componentes del MP ambiental son más tóxicos que otros para la salud humana. En este sentido, la Tabla 2.4 lista algunas de esas sustancias que han sido asociadas con respuestas biológicas observadas en una variedad de estudios y sistemas experimentales.

2 .3 .2 LOS EFECTOS DEL MONÓXIDO DE CARBONO

La preocupación con el CO radica en la habilidad que tiene para combinarse con la hemoglobina de la sangre (240 veces más afín que el oxígeno) y generar la carboxihemoglobina (COHb) que es un serio limitante a los procesos fisiológicos de

Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 200 8 79

C a p i t u lo 2 . Los c o n ta m in a n te s d e l a i r e y sus e f e c t o s

transporte y provisión de oxígeno a los órganos internos, lo cual provoca desde desórdenes sicomotores menores hasta la muerte, especialmente en sujetos con problemas cardíacos. Las investigaciones han mostrado que los efectos de este contam inante son más importantes en exposiciones a corto y muy corto plazo.

Tabla 2.4 C om ponentes quím icos de l MP y sus e fectos bio lógicos (HEI, 2002)%

Componente Subcomponentes principales Efectos biológicos descritos

Metales Hierro, vanadio, níquel, cobre, platino y otros

Pueden disparar inflamación, pueden da ñar el ADN y alterar la permeabilidad de las células induciendo la producción de especies reactivas al oxígeno (particularmente radicales libres de hidroxilo) en los tejidos

Compuestos orgánicos Varios son adsorbidos en las partículas; algunas especies volátiles y semivolátiles forman partículas ellas mismas

Algunos pueden causar mutaciones y algunos pueden causar cáncer; otros pueden actuar como irritantes y pueden inducir reacciones alérgicas

De origen biológico Virus, bacterias y sus endotoxinas (lipopolisacáridos), desechos de plantas y animales (tales como fragmentos de polen) y esporas de hongos

El polen de las plantas puede disparar respuestas alérgicas en las vías respiratorias de individuos sensibles; los virus y bacterias pueden provocar respuestas del sistema inmunológico en las vías respiratorias

Iones Sulfatosa (usualmente como sulfato de amonio), nitratos5

(usualmente nitratos de amonio 0 sodio) y acidez (H+)

El ácido sulfúrico a relativamente altas concentraciones puede limitar la limpieza mucociliar e incrementar la resistencia en las vías respiratorias en personas con asma; la acidez puede cambiar la solubilidad (y disponibilidad) de los metales y otros compuestos adsorbidos en las partículas

Gases reactivos Ozono, peróxidos, aldehidos Pueden adsorberse en las partículas y ser transportados hacia las vías respiratorias bajas, causando heridas

Núcleo de partículas Material carbonáceo El carbón induce irritación de los pulmones, proliferación de células epiteliales y fibrosis, después de exposiciones de largo plazo

Notas: a Formados por la neutralización de vapores de ácido sulfúrico. El cual es generado por la oxidación del dióxido de azufre emitido por la quema de combustibles que contienen azufre (diesel, gasolina, carbón, búnker) b Formados a partir de los vapores de ácido nítrico que se generan en la atmósfera a partir de la reacción de óxidos de nitrógeno

2.3.3 Los EFECTOS DEL DIÓXIDO DE NITRÓGENO

En efecto el NO2 es un fuerte oxidante que ha sido cata logado com o responsable de causar disminución en las funciones pulmonares, especialmente en sujetos con enfermedades respiratorias previas. Estas afectaciones han sido determinadas más


C a p í tu lo 2. Los c o n ta m in a n te s d e l a i r e y su s e f e c t o s

contundentemente en exposiciones a corto plazo, pero los estudios presentan indicios de que también deben ser controladas las exposiciones a largo plazo.

En efecto, según la OMS (2006), en varios estudios experimentales de toxicología humana de corta duración se han notificado efectos agudos en la salud tras la exposición a concentraciones de más de 500 pg rrr3 de NO2 durante una hora. Aunque el nivel más bajo de exposición al NO2 que ha mostrado un efecto directo en la función pulmonar de los asmáticos en más de un laboratorio es de 560 pg n r3, los estudios realizados sobre la capac idad de respuesta bronquial en los asmáticos parecen indicar aue aumenta con niveles superiores a 200 pg rrr3.

En cuanto a las exposiciones prolongadas, la propia OMS (2006) señala que todavía no se cuenta con una base sólida que permita establecer criterios cuantitativos de calidad; sin embargo, se han obtenido pruebas que hacen aumentar la preocupación por los efectos en la salud asociados con mezclas de contam inación del aire de espacios abiertos que contienen NO2, comprobándose que los síntomas de- bronquitis de los niños asmáticos aumentan en asociación con la concentración anual de NO2 y que el menor aumento de la función pulmonar en los niños está vinculado también a esta problemática; incluso han sido documentados efectos en los síntomas respiratorios de los lactantes con concentraciones anuales de NO2 por debajo de 40 pg rrr3.

2.3.4 LOS EFECTOS DEL DIÓXIDO DE AZUFRE

El SO2 es higroscópico, es decir, cuando está en la atmósfera reacciona con la humedad y forma aerosoles de ácido sulfúrico y sulfuroso que luego forman parte de la llamada lluvia ácida. La intensidad de formación de aerosoles y el período de permanencia de ellos en la atmósfera depende de las condiciones meteorológicas reinantes y de la cantidad de impurezas catalíticas (sustancias que aceleran los procesos) presentes en el aire. Pero en general, el tiempo medio de permanencia en la atmósfera asciende a unos 3 a 5 días, de modo que puede ser transportado hasta grandes distancias.

Se han descrito los siguientes efectos del dióxido de azufre en el organismo humano;

- Opacamiento de la córnea (queratitis)- Dificultad para respirar

Inflamación de las vías respiratorias- Irritación ocular por formación de ácido sulfuroso sobre las mucosas húmedas- Alteraciones psíquicas- Edema pulmonar- Paro cardíaco- Colapso circulatorio



Tabla 2.5 Efectos del SO2 sobre la salud humana

* i '* * * ¿ ,J 'V * " s. 4 "Efecto observado . ■ t

400 - 900 Posible incremento de los trastornos respiratorios (tos, irritación de la garganta y silbidos en el pecho) en personas con asma.

500- 1700 Incremento de los trastornos respiratorios en personas con asma y posible agravamiento de las personas con enfermedades pulmonares y cardíacas.

1700-2300 Incremento significativo de los trastornos respiratorios en personas con asma y agravamiento de las personas con enfermedades pulmonares y cardíacas.

2300 - 2900 Trastornos respiratorios severos en personas con asma y riesgo serio de agravamiento de las personas con enfermedades pulmonares y cardíacas.

> 2900 Cambios en la función pulmonar y trastornos respiratorios en individuos s anos.

El dióxido de azufre (SO2) también se ha asociado a problemas de asma y bronquitis crónica, aumentando la morbilidad y mortalidad en personas mayores y niños.

El azufre es un veneno altam ente nocivo para la salud de las personas, aunque podemos ser más resistentes que otras criaturas que cohabitan con nosotros en esta región. Por ejemplo, el nivel de 0.3 ¡jg n r3 de aire es un valor que implica potencial riesgo para la salud humana, pero para los árboles, un valor de 0.2 |jg m-3 ya es muy grave. Por lo mismo, tanto los óxidos de azufre (SOx) com o el ácido sulfúrico ( H 2 S O 4 )

están relacionados con el daño y la destrucción de la vegetación, deterioro de los suelos, materiales de construcción y cursos de agua.

Las exposiciones a los óxidos de azufre han sido asociadas con reducción en la fundón pulmonar e incremento en las enfermedades respiratorias e irritación de las mucosas; por ello su categorización como un contam inante del aire. Estudios toxi- cológicos han establecido que los óxidos de azufre son malos tanto en exposiciones a corto plazo, com o también en períodos largos.

Las evidencias científicas más recientes (OMS, 2006) demuestran que los asmáticos pueden experimentar cambios en la función pulmonar y los síntomas respiratorios tras periodos de exposición al SO2 de apenas 10 minutos. Además, en el caso de exposiciones prolongadas, puesto que había poco fundam ento para separar la contribución de los distintos contaminantes a los efectos observados en la salud, los valores guía para el SO2 estaban vinculados antes de 1987 a los valores correspondientes para el material particulado; sin embargo en los nuevos estudios, con niveles de SO2 de apenas 5 pg n r3 durante 24 horas se detectaron incrementos en las tasas de mortalidad diaria en ciudades canadienses y con 18 pg nrr3 en ciudades estadounidenses; por ello, en las recomendaciones de calidad del aire, este criterio (promedio de 24 horas) es el que se ha vuelto más exigente en comparación a los otros contaminantes.

82 GESTIÓN DE LA CALIDAD DEL A IR E

C a p ít u l o 2 . Los c o n t a m in a n t e s d e l a ir e y s u s e f e c t o s

2.3.S LOS EFECTOS DEL OZONO

La toxicidad del ozono se produce en exposiciones cortas ante concentraciones considerables, a fectando la función pulmonar y las vías respiratorias. Los principales efectos asociados a la exposición a ozono en concentraciones normalmente encontradas en medios urbanos son los siguientes:

Irritación del sistema respiratorio, causando tos, irritación de la garganta y una sensación molesta en el pecho.

Reducción de la función pulmonar, que hace más difícil respirar profunda y vigorosamente. La respiración se puede volver más agitada y con ello, se restringe la capacidad de hacer ejercicio físico.

Agravamiento del asma, al punto de requerirse atención médica. Esto ocurre en parte porque el ozono vuelve a la gente más sensible a los alergénicos.

Incremento de la susceptibilidad a las infecciones respiratorias.

Inflamación y daño del recubrimiento pulmonar, que si se vuelve repetitivo puede lastimar defin itivam ente'a los pulmones y con ello provocar una pérdida permanente de la función pulmonar, con el consiguiente efecto sobre la calidad de vida del individuo.

2 .4 N o r m a E c u a t o r ia n a d e C a l id a d d e l A ir e A m b ie n t e

Haciendo una revisión histórica del aspecto normativo, puede decirse que la gestión ambiental inició en el país en 1976 con la aprobación de la Ley de Prevención y Control de la Contaminación Ambiental y debieron pasar 15 años para que el Ecuador cuente con una norma de calidad del aire, aprobada mediante reglamento a la ley referida en julio de 1991. Este instrumento fue modificado junto con otras normas de calidad ambiental, con la promulgación del Texto Unificado de la Legislación Ambiental Secundaria o TULAS (Registro Oficial No. 3516 del 31 de marzo del 2003), en donde el Anexo IV del Libro VI establece la Norma de Calidad del Aire Ambiente (el texto completo de la Norma se presenta en el Anexo C).

La Norma Ecuatoriana de Calidad del Aire Ambiente se basa en las guías de la OMS publicadas en el año 2000 y el lector es referido nuevamente Anexo C de este texto para que, a la luz de los argumentos discutidos en este capítulo, evalúe su contenido, más aún ahora cuando el organismo internacional ha publicado un nuevo conjunto de criterios de calidad para material particulado, dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno y ozono, que son significativamente más exigentes que los existentes anteriormente, particularmente para el caso de los dos primeros.

Esta Norma identifica los límites máximos permitidos de concentración de ios contaminantes regulados, así como los métodos de medición y algunos criterios para la



gestión, incluyendo acciones genéricas para episodios críticos de contam inación atmosférica. Esos límites en comparación con las guías de calidad del aire recomendadas por la Organización Mundial de la Salud, se presentan en la Tabla 2.6.

Tabla 2.6 Límites máximos perm itidos en la Norm a Ecuatoriana de C a lidad del Aire Am b iente y guías de la Organización M undia l de la Salud (OMS, 2006)

Contaminante Unidad Norma Ecu Guías OMS Tiempo promedio

PartículasSedimentables mg cm-2 1 nd 1 Acumulado en 30 días.

Material Particulado pg m-3 50 20 Aritmético anual.(PMio) Mg nn-3 150 50 Aritmético de 24 horas.

Material Particulado pg m*3 15 10 Aritmético anual.(PM2.5) pg m-3 65 25 Aritmético de 24 horas.

pg m-3 80 nd 1 Aritmético anual.Dióxido de Azufre ÍSO2)

pg m-3 350 20 Aritmético de 24 horas.

pg rn-3 nd 1 500 Aritmético de 10 minutos

mg rrr3 10 10 Aritmético de 8 horas.

Monóxido de Carbo mg rrr3 40 30 Aritmético horaria.no (CO) mg rrr3 nd 1 60 Aritmético de 30 minutos.

mg m-3 nd 1 100 Aritmético de 10 minutos.

Ozono pg m*3 120 100 Aritmético de 8 horas.(O3) pg rn-3 160 nd 1 Aritmético horaria.

pg m-3 100 40 Aritmético anual.Dióxido de Nitrógeno (NO2) pg rn-3 150 nd 1 Aritmético de 24 horas.

pg rn-3 nd 1 200 Aritmético horario.Notas: 1. nd: no disponible, no existe un im ite establecido para el tiempo promedio indicado.


LAS FUENTES DE EMISIONEn este capítulo se discuten los procesos que son considerados como generadores de gases y partículas contaminantes del aire o de precursores para la formación de ellos. En primer lugar se trata sobre los criterios de clasificación y caracterización de los distintos tipos de fuentes, para luego entrar en detalle a analizar las fuentes fijas y las fuentes móviles, tanto explicando su funcionamiento, cuanto presentando las principales opciones de prevención y control de la contam inación existentes. Dos temas que merecen especial atención en este punto son la discusión sobre la calidad de los combustibles de uso vehicular, que es un aspecto muy importante a la hora de manejar las emisiones y la explicación sobre el sistema de revisión técnica vehicular que se maneja en Quito.

Complementariamente, al final se aborda la construcción de los inventarios de emisiones que son herramientas muy importantes para la gestión de la calidad del aire a nivel urbano.

3.1 C l a s if ic a c ió n g e n e r a l d e l a s f u e n t e s d e e m is ió n

Se define como fuentes de emisión a aauellas que liberan o pueden liberar contaminantes gaseosos o particulados al aire. En esta conceptualización caben tanto fuentes naturales (volcanes, incendios forestales no provocados, vegetación natu-

Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 2 0 0 8 8 5

C a p ít u l o 3 . L a s f u e n t e s d e e m is ió n

ral, actividad m icrobiológica en aguas y suelos o la brisa marina), cuanto fuentes antropogénicas o de origen humano.

Las fuentes naturales suelen dividirse entre biogénicas, relacionadas con alguna actividad biótica, principalmente la actividad fisiológica de las plantas y los árboles, que es una fuente significativa de compuestos orgánicos volátiles y geogénica vinculada a los elementos abióticos de los ecosistemas, particularmente el polvo generado por los suelos descubiertos de cobertura vegetal o los gases y material particulado emanados por las erupciones volcánicas.

Figura 3.1 Fotografía de la erupción del volcán Guagua Pichincha el 7 de octubre de 1999, tomada desde la ciudad de Quito, donde es evidente la columna de gases y partículas que alcanzó unos pocos kilómetros de altura. Afortunadamente los vientos en ese día empujaron la pluma hacia el lado opuesto, evitando que la "lluvia de ceniza" afecte más intensamente a la ciudad.

Las erupciones volcánicas, com o la que muestra la Figura 3.1, correspondiente a la del Guagua Pichincha, vecino a la ciudad de Quito, el 7 de octubre de 1999, aun


C a p ít u l o 3 . La s f u e n t e s d e e m is ió n

que episódicas, pueden generar un im pacto significativo sobre la calidad del aire, tal como se evidencia en la Figura 3.2, que presenta los promedios anuales de material particulado PMio registrados en la misma ciudad de Quito, donde los registros más altos, correspondientes a los años 1999 y sobretodo 2002, corresponden a la ocurrencia de estos fenómenos naturales.

125

100

1998 1999 2000 2001 2002 2003

Figura 3.2 Promedios anuales de PMio medidos en la estación Belisario de la c iudad de Quito por la D irección M etropolitana de Medio Ambiente. Los años en los que el registro supera el límite anual perm itido en la Norma de C alidad del Aire co inciden con la erupción del vo lcán G uagua Pichincha en 1999 y la más fuerte del volcán El Reventador en el 2002.

Más ilustrativo aún es el efecto sobre la atmósfera global causado por la erupción del volcán Pinatubo (Isla Luzón, Filipinas) en junio de 1991, según lo establece el artículo The Atmospheric Im pact of the 1991 Mount Pinatubo Eruption (Self et ai., 1996), cuyo resumen se reproduce integralmente a continuación:

“La erupción de 1991 del Pinatubo produjo alrededor de cinco kilómetros cúbicos de magna dacítico y puede ser la segunda más grande erupción volcánica del siglo. Las columnas de la erupción alcanzaron una altura de 40 kilómetros y colocaron una nube paraguas gigantesca en la media y baja estratosfera que inyectó alrededor de 17 megatoneladas de SO2, algo ligeramente menor que el doble de la cantidad derivada de la erupción de El Chichón, México, en 1982. El SO2 formó aerosoles sulfatados que produjeron la mayor perturbación en la capa estratosférica de aerosoles desde la erupción del Krakatau en 1883. La nube de partículas se dispersó rápidamente alrededor de la Tierra en cerca de tres semanas y logró una cobertura global aproximada

CARLOS PÁEZ PÉREZ <&>, 200 8 87


mente en un año luego de la erupción. En los finales de 1992 se midieron picos de profundidades ópticas locales de hasta 0.4 y en los dos años siguientes se registraron valores globales promedio de entre 0.1 y 0.15. La gran nube de aerosoles causó un decrecimiento dramático en la cantidad de radiación neta que llegó a la superficie terrestre, produciendo un forzamiento climático que fue dos veces más grande que el provocado por El Chichón. Los efectos sobre el clima fueron un observado enfriamiento de Id superficie en el Hemisferio Norte de entre 0.5 y 0.6 °C, equivalente a una reducción en la radiación neta en todo el hemisferio de.4 watios por metro cuadrado y un enfriamiento quizás tan grande como de -0.4 °C sobre grandes regiones del planeta en 1992-93. Los modelos climatológicos parece que pudieron predecir ese enfriamiento con un grado razonable de precisión. El forzamiento climático del Pinatubo fue más fuerte que el efecto opuesto provocado por el fenómeno de El Niño o las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero en el período 1991-93. Como resultado de la presencia de las partículas,. las concentraciones de ozono en las latitudes medias alcanzaron sus niveles más bajos registrados durante 1992-93, el ‘agujero de ozono' en el Hemisferio Sur creció a tamaños sin precedentes en 1992 y las tasas de depleción del ozono fueron registradas como más rápidas que cualquiera de los registros anteriores. El Impacto atmosférico de la erupción del Pinatubo ha sido profundo y ha encendido un vivido interés sobre el rol que los aerosoles de origen volcánico juegan en el cambio climático. Este evento ha mostrado que una poderosa erupción que inyecta entre 15 y 20 megatoneladas de SO2 en la estratosfera puede producir suficientes aerosoles como para cancelar las actuales tendencias en el calentamiento global y para impactar severamente en el balance de ozono." '

Considerando la significación de las fuentes naturales, es importante su consideración a la hora de evaluar el conjunto de factores que afectan la calidad del aire, aunque es evidente que es muy poco lo que se puede hacer para controlar o prevenir las emisiones, que es el principal objetivo de un programa de manejo ambiental del recurso.

Con respecto a esto último, el interés se concentra generalmente en las fuentes de emisión de origen humano, y sobre ellas se profundizará el análisis más adelante en este mismo capítulo, partiendo de que el primer criterio de clasificación de estas fuentes se refiere a su movilidad, definiéndose fuentes fijas (estáticas o estacionarias), básicamente de carácter industrial o doméstico, y fuentes móviles o vehiculares. Previamente se plantean algunas generalidades sobre la caracterización de las fuentes y sus emisiones.

3 .1 .1 C a r a c t e r i z a c i ó n d e l a s f u e n t e s d e e m i s i ó n

Aunqufe no existen normas de emisión específicas para todos los tipos de fuentes, dentro de un análisis ambiental es importante identificarlas y caracterizarlas, con la finalidad de definir más apropiadam ente los criterios y mecanismos para su control. En este contexto, la caracterización de las fuentes implica determinar los siguientes elementos:

- Localización exacta de la fuente: en el caso de fuentes puntuales con un punto■ de referencia es suficiente, pero para otros tipos, el nivel de detalle de esa refe-



renda dependerá de la escala de presentación de la información; es decir, en escalas grandes, posiblemente sea importante explicitar cuatro puntos para definir un tanque de almacenamiento de combustibles, mientras que en escalas pequeñas, un solo punto sea suficiente. La utilización de coordenadas UTM es una buena ayuda en este punto, por la posibilidad de incluir la información en bases de datos y/o sistemas de información geográfica. En el caso de vías de circulación, referidas como fuentes lineales, su ubicación en el contexto de la red vial y sus dimensiones, son parámetros a resaltar.

Descripción del proceso generador de emisiones: para fuentes puntuales, evidentemente ese proceso será la combustión, pero es importante señalar ciertas características técnicas del equipo de combustión; por ejemplo su modelo, su potencia, el año de fabricación y algunas particularidades adicionales. Para fuentes no puntuales, en cambio, es muy importante precisar la actividad productiva aue genera las emisiones; por ejemplo, si es por evaporaciones desde tanques o si resultan del tratamiento o acabado de ciertos materiales. En estos últimos casos, identificar exactamente la sustancia o elemento que se emite es un requisito básico.

*

Combustible utilizado: para equipos de combustión o vehículos, debe destacarse el tipo de combustible utilizado y, de ser posible, incluir las propiedades físicas y químicas de dicha sustancia. La importancia de este parámetro se expresa con mayor detalle más adelante en este mismo capítulo.

Condiciones de operación: para fuentes fijas o móviles, debe explicarse las condiciones bajo las que operan los equipos que generan las emisiones. Por ejemplo, las horas de funcionamiento u otro parámetro similar (kilómetros recorridos al día);1a existencia de controles en el proceso, tanto a nivel del rendimiento de los equipos, cuanto de las emisiones propiamente; los programas de mantenimiento preventivo que se ejecutan (frecuencias, características, principales problema, etc.); y, los niveles de consumo de combustible por hora de funcionamiento o por potencia generada.

Las características del entorno: en términos generales si se tratan de áreas residenciales urbanas, predios rurales, o zonas industriales. Particular atención debe darse a la presencia de zonas de alta sensibilidad en los alrededores, especialmente infraestructura urbana como hospitales, escuelas o instalaciones de los sistemas de abastecimiento de agua, pero también bosques o zonas ecológicamente protegidas. En estos casos debe señalarse la ubicación de estas áreas (distancia y dirección con respecto a la fuente).

Las condiciones meteorológicas preponderantes: básicamente una caracterización de los vientos (dirección y velocidad) y los niveles de precipitación y de insolación. Esta tarea es muy com plicada por lo escueta que suele ser la información de base, habida cuenta de la poca densidad de estaciones meteorológicas y climatológicas existentes en el país.



3 . 1 . 2 C a r a c t e r i z a c i ó n d e l a s e m i s i o n e s

La caracterización de las emisiones implica un proceso de medición y monitoreo, com plementado con estimaciones en aquellos casos en los que el registro directo de los valores no es posible por limitaciones tecnológicas o por la naturaleza de los procesos generadores. En términos prácticos, para el caso de las fuentes fijas puntuales (chimeneas), esta caracterización se la realiza in situ con la utilización de equipos portátiles, mientras que los vehículos generalmente deben trasladarse a un centro de emisiones específicamente diseñado para tal efecto.

Los métodos, procedimientos y equipos utilizados en esta tarea están normalizados, al igual que los límites máximos de emisión permitidos, que son fijados en normas específicas que toman en cuenta varios factores como la altitud de la ciudad, la ca lidad de los combustibles y la tecnología del equipo.

En cualquier caso, es conveniente resaltar algunos aspectos vinculados a este tema que deben tenerse presentes desde el punto de vista del manejo del problema:

- Facilidades de muestreo: lamentablemente por la edad de las instalaciones industriales en el medio, no todas disponen de las facilidades adecuadas para ejecutar las mediciones, tales como accesibilidad al sitio (chimenea), condiciones de seguridad en los puertos de muestreo o suministro de energía eléctrica para la operación de los equipos de medición. Nuevas instalaciones deberían considerar estos aspectos en el diseño e instalación de los equipos y las chimeneas.

- Frecuencia del muestreo: aunque los costos de las mediciones han tendido a estabilizarse en valores manejables, en algunos casos resultan un pretexto para el incumplimiento de las frecuencias establecidas en las leyes y reglamentos pertinentes, que por otro lado son más bien laxos. En otros países, las fuentes fijas

. más importantes, tales com o las chimeneas de las plantas de generación eléctrica o las chimeneas de grandes procesos industriales (cementeras, refinerías,’ etc.) son exigidas a un monitoreo continuo, para garantizar los niveles de emisión dentro de las normas.

- Los análisis requeridos: si bien la norma nacional establece los métodos de medición, en el medio no existen los equipos disponibles para ejecutarlos apropiadamente, por lo que en muchas ocasiones deben recurrirse a métodos alternativos, no necesariamente equivalentes a los normalizados. Una de las causas para esta situación son los elevados costos de los equipos de monitoreo.

- La calidad de las mediciones: en general, en el Ecuador no existe ningún sistema que asegure la calidad de los monitoreos ambientales, por lo que los resul-



fados no siempre son confiables. Aunque las leyes y reglamentos hablan de laboratorios certificados, hasta el momento este es un tema todavía en vías de consolidarse y se encuentra en marcha un proceso de certificación de laboratorios ambientales en el marco del Sistema Nacional de Calidad.

- El tratamiento estadístico de la información: no existe en el Ecuador una política respecto al manejo de la información reportada de los monítoreos y su tratamiento no ha sido consensuado entre los actores involucrados en el problema.

- Reportes: la legislación nacional no establece requerimientos en cuanto al reporte de ¡a información medida o monitoreada, por lo que hay que recurrir a los reglamentos sectoriales u ordenanzas municipales para encontrar las especificaciones del caso.

- Medidas: evidentemente asociado al tema de que no existe homogeneidad en cuanto a las unidades de medición y las condiciones estándar para las emisiones entre los instrumentos normativos existentes y vigentes, las mediciones tam bién adolecen de este problema. El manejo de unidades y fórmulas de conversión de unidades es un asunto que todavía no está resuelto.

3 .2 L a s f u e n t e s f ij a s

Las fuentes fijas suelen a su vez clasificarse de acuerdo a las características físicas de la emisión en las siguientes: puntuales, que son básicamente las chimeneas de los equipos de combustión grandes: superficiales, tales como los depósitos de combustibles y otros compuestos volátiles o los rellenos sanitarios; y, dispersas, en el caso de canteras, incendios, procesos de tratamiento de materiales, uso doméstico de solventes o combustibles y así por el estilo.

En algunas circunstancias y por consideraciones de orden práctico vinculadas a la magnitud de la emisión, algunas fuentes puntuales no ameritan una consideración individualizada y son más bien agrupadas superficialmente y tratadas como tales.

3 .2 .1 M a n e j o d e e m is io n e s d e f u e n t e s f ij a s

En términos generales, para el caso de fuentes fijas existen dos opciones generalmente complementarias para manejar adecuadam ente sus emisiones, el cambio en los procesos que las generan (prevención de la contaminación) o el uso de dispositivos de control de emisiones.

Las medidas de prevención de la contam inación orientadas a la utilización de tecnologías y procesos más limpios, están actualmente consideradas como la primera alternativa a seguir, debido a que generalmente son efectivas desde el punto de vista de los costos y, por tanto, atractivas para los responsables de la operación de las fuentes, pero también porque representan mayores ganancias ambientales ya



que no generan subproductos indeseables que también deben ser considerados contaminantes.

La adopción de un programa de prevención de la contam inación debe basarse en una decisión de los más altos niveles de la gerencia por implementar un esfuerzo sistemático, incorporado integralmente en el esquema de gestión de toda la empresa. Todo programa de prevención comienza con una auditoría cuyo objetivo es recolectar información que permita construir una línea base que identifique y caracterice los problemas de contam inación del aire, no cumplimiento de las normas, que deben ser resueltos. A partir de este diagnóstico se deben evaluar las alternativas de manejo, recurriendo a información técnica especializada, incluyendo la revisión de experiencias exitosas dentro de industrias del mismo tipo (benchmarking) o estándares internacionales, a fin de generar un conjunto de recomendaciones para implementar acciones correctivas y desarrollar un plan de implementación, susceptible de ser monitoreado y evaluado de manera regular (Cheremisinoff, 2002).

Las recomendaciones para minimizar la contam inación requieren variados niveles de esfuerzo, tiem po y recursos económicos para su implementación y pueden ser categorizadas en dos amplios grupos. El primero, que incluye más bien medidas obvias referidas al mejoramiento de las técnicas de gestión, procedimientos de operación o incluso aspectos administrativos como la gestión de inventarios; por ello, mismo su aplicación puede ser fácil y rápida y a costos relativamente bajos. El segundo, por su parte, se refiere a medidas de reducción a ser desarrolladas en el mediano y largo plazo, con inversiones más altas que consideran incluso el mejoramiento tecnológico de los procesos, el cam bio de los principales insumos, particularmente el uso de combustibles más limpios, o la incorporación de prácticas de operación y mantenimiento más sofisticadas (Cheremisinoff, 2002).

Las medidas generales de prevención de la contam inación no se tratarán en detalle en este texto ya que eso es tema de otros cursos de gestión e ingeniería ambiental. Más bien, seguidamente se plantea una discusión sobre los dispositivos de control utilizados para varios tipos de contaminantes y circunstancias, así como las medidas preventivas específicas más comúnmente utilizadas, a partir de una amplia revisión bibliográfica (EPA, 1992; De Nevers, 2000; Cheremisinoff, 2002; Wark, Warner y Davis, 1998; Cooper y Alley, 2002; Wang, Pereira y Hung, 2004);

Control de material particulado en chimeneas. La emisión de partículas primarlas es quizás la principal preocupación en el control ambiental de fuentes fijas de combustión. Los medios de remoción se basan en el atrapam iento de partículas aprovechando sus características físicas (tamaño y peso) o eléctricas, en tres procesos principales que son im pacto inercial, intercepción y difusión. En términos generales, los colectores mecánicos son menos costosos que los otros pero solo moderadamente eficientes y sirven mejor para partículas grandes, por lo que se usan com o procesos previos o acondicionadores de equipos co lectores más sofisticados que, en cambio, son más eficientes y versátiles, pero mucho más costosos.



Los equipos más comunes se listan a continuación en orden de eficiencia (especialmente considerando las partículas más pequeñas) y costos:

• Cámaras de sedimentación gravitacional, son los sistemas más simples y se basan en la ampliación del ducto de escape para bajar la velocidad de la corriente de gas y permitir que las partículas se asienten. Estos dispositivos generalmente se utilizan para retener partículas mayores a 100 micrómetros, asociadas más bien al polvo antes que a los procesos de combustión. En estos últimos casos, los registros de eficiencia son muy bajos.

• Separadores ciclónicos o ciclones, son equipos con forma de cono que remueven el contam inante utilizando la fuerza centrífuga que separa el mate-

■ rial particulado de la comente de gas. Este material es recogido en la parte inferior en una tolva, desde la que debe ser dispuesto adecuadamente. Los niveles de eficiencia de estos equipos están en el orden del 80% para las partículas pequeñas (menos de 10 micrómetros), por lo que su uso se considera como previo para sistemas más sofisticados que requieren corrientes de gas medianamente libres de las partículas más grandes.

%

■ Lavadores o wet scrubbers, son dispositivos que remueven partículas y también algunos gases como COVs, gases ácidos o metales, por medio de su difusión o absorción en una corriente atomizada de agua pura o con algún químico disuelto como la cal, el hidróxido de sodio o el carbonato de sodio (lavadores húmedos) o en una nube de polvo de alguna sustancia reactiva, generalmente un álcali como la cal (lavadores secos). Los métodos más comunes de lavadores húmedos son las torres de bandejas, las torres empaquetadas, los venturi o las torres de spray. Un problema que suele complicar la aplicabilidad de los scrubbers es la necesidad de una disposición adecuada del residuo (lodo o polvo), que se considera un desecho peligroso. Estos sistemas tienen eficiencias de entre 80 y 90% para partículas mayores a 1 micròmetro.

• Filtros de tela, que son dispositivos compuestos de uno o más compartimentos aislados que contienen filas de bolsas o tubos de tela, que retienen las partículas y posibilitan el paso de la corriente de aire-limpio hacia la atmósfera. El material co lectado en las bolsas o tubos debe ser limpiado y luego dispuesto apropiadamente. Estos dispositivos tienen eficiencias muy altas (más del 99%) para partículas entre uno y varios cientos de micrómetros de tamaño.

• Precipitadotes electrostáticos (ESP por sus siglas en inglés), son equipos de control que usan un cam po electrostático para cargar el material particulado contenido en una corriente de gas, que luego migra hacia una superficie de colección aterrizada (conectada a tierra). Las partículas se despegan de la superficie mediante un instrumento mecánico que las golpea (precipitadores secos) o un baño con agua (precipitadores húmedos) y las hace caer a un embudo, desde el cual se las recoge para su posterior disposición. Estos



dispositivos tienen eficiencias del 99% o más para partículas entre 0.01 y 70 mlcrómetros de tamaño.

• Filtros cerámicos para material particulado, consistentes en matrices de materiales porosos que generan caminos laberínticos para el material particulado. Son capaces de retener más del 99% de partículas ultrafinas en tamaños inferiores a 1 micrámetro, típicas de procesos de combustión en cámara cerrada con exceso de aire (motores de combustión interna de encendido por compresión). El material atrapado se "quem a" en un proceso de postcombustión conocido com o regeneración, el mismo que es desarrollado por alguna metodología física, química o una com binación de ambas. Son especialmente útiles en aplicaciones con importantes volúmenes de gases emitidos de procesos de combustión en motores, especialmente diesel.

La incorporación de cualquiera de estos dispositivos debe considerar además la necesidad de las conexiones de los ductos, los controles y el equipamiento neumático auxiliar; además, dependiendo de los flujos de aire en las chimeneas y los niveles requeridos de eficiencia, estos dispositivos pueden generar significativas pérdidas de presión que exigen la provisión extra de energía a través de sopladores, lo cual incrementa de manera importante los costos operativos.

Cuando se trata de seleccionar estos dispositivos, desde la perspectiva ambiental, es necesario realizar un análisis preliminar de los requerimientos de remoción en función del tamaño del material particulado, para luego Integrarlo con un análisis técnico del proceso de combustión siendo controlado y una evaluación económ ica que considere los costos de inversión inicial y los costos de operación anual, que suelen ser tan o más importantes que los primeros.

Control de compuestos orgánicos volátiles. Los COVs de fuentes fijas provienen mayoritariamente de los procesos de utilización de solventes y del alm acenamiento de sustancias volátiles, incluyendo combustibles. Desde el lado de la prevención, las técnicas recomendadas incluyen;

• Sustitución de solventes muy volátiles por otros menos volátiles; por el ejemplo, el paso de pinturas en base a aceites a pinturas en base de agua.

• Modificaciones de los procesos o en los insumos, com o es el caso de utilizar motores eléctricos en lugar de motores de combustibles para ciertos procesos industriales.

• Control de pérdidas en tanques de almacenamiento y estaciones de servicio, tales como techos flotantes, sistemas de recuperación de gases (en la carga de los depósitos desde el banquero y también en el llenado de los autos en las bombas) y sellos herméticos.

Cuando la corriente de gas que contiene COVs puede ser capturada por medio de campanas y conducida por un ducto, su emisión puede ser controlada como una fuente puntual, mientras que si la emisión es dispersa, el tratamiento es distinto. En algunos casos, dado que los vapores recuperados son ricos en las

G e s t ió n d e l a Ca l id a d d e l A i r e


sustancias volátiles una opción factible es la recuperación de tales sustancias para su reuso en los procesos.

Cuando es posible conducir los COVs por ductos, las alternativas de dispositivos de control o destrucción de tales emisiones son:

• Sistemas de adsorción con carbón, generalmente tienen la forma de lechos fijos o fluidizados de carbón activado granular u otras sustancias similares (alúmina activada o sílica gel), aunque más costosas. El principio físico de estos sistemas es la fuerza de Van der Walls que atrae los constituyentes de la corriente de gas hacia los microporos del lecho de carbón activado. Una consideración muy importante en estos dispositivos es la necesidad de regenerar el carbón activado mediante vapor a baja presión, lo cual puede hacerse dentro del mismo equipo o externamente, por lo cual es común la instalación de un par de torres, de manera que mientras se regenera la una, trabaja la otra y viceversa. Esta alternativa es eficiente para rangos de concentración de COVs entre pocos ppm hasta más de 1 000 y su eficiencia varía de acuerdo al compuesto orgánico específico de que se trate.

• Oxidación o incineración térmica, en este proceso la corriente de gas cargada de COVs se calienta a altas temperaturas, alrededor de los 600 °C, de manera que los compuestos combustionen en presencia de oxígeno y formen dióxido de carbono y agua. Este sistema generalmente requiere de la quema de un combustible adicional para alcanzar las temperaturas deseadas, por lo que suele emplearse con un esquema de recuperación áe calor para fines útiles, de manera de aligerar los costos de operación. En el caso de emisiones infrecuentes pero a gran escala de COVs, como en el caso de las refinerías de crudo, el método preferido de incineración es el uso de mecheros a cielo abierto y grandes alturas, que permiten una liberación segura de estas emisiones, sin riesgo para las operaciones.

• Oxidación catalítica, consiste en calentar la corrientes de gas, con el auxilio de un combustible adicional, hasta los 300 a 500 °C, y luego pasarlo a través de un catalizador donde los COVs reaccionan con el oxígeno para formar CO2 y vapor de agua. El catalizador es generalmente una malla de un metal noble (platino o paladio sobre una base de alúmina)-, un panal de cerámica u otro tipo de matriz de cerámica diseñada para maximizar el área áe la superficie catalizadora. Las condiciones de operación de estos procesos son similares a los de oxidación térmica, aunaue los requerimientos térmicos son menores y con ellos las necesidades de espacio también.

• Absorción, a través de un sistema de aspersión de agua con un químico en torres empaquetadas, de manera similar que como funcionan ios scrubbers. El punto central de esta operación es el químico que se adiciona al agua, para hacerla atractiva a los COVs de manera excluyente para los otros compuestos que forman la corriente de gas. Otro de los temas importantes es el diseño de las torres empaauetadas y los medios de empaquetamiento,

Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 20 0 8 95


ya que de ello depende que exista suficiente tiempo y contacto entre el líquido y el gas para que se produzca la absorción.

■ Condensación, consiste en separar los COVs de la corriente de gas a través de un cam bio de fase provocado al bajar la temperatura o incrementar la presión del gas. Esta alternativa es generalmente utilizada como una etapa previa de otras tecnologías de control más sofisticadas y su eficiencia aumenta cuando las corrientes tienen altas concentraciones de COVs [más de 5 000 ppm).

• Tecnologías emergentes, tales como el uso de biofiltros (compost, chips de madera o suelos preparados con arcillas inertes) para provocar una oxidación biológica, módulos de membrana (finísimas capas de caucho, PVC, ne- opreno, policarbonato de silicona u otros compuestos poliméricos) o fotolisis ultravioleta. Todos estos sistemas son mayormente experimentales y su aplicación todavía es muy restringida.

La eficiencia de un sistema de manejo de COVs depende de la eficiencia del dispositivo de control y de la eficiencia en la captura de las emisiones fugitivas o dispersas, por lo que la atención debe centrarse en estos dos aspectos.

Para el caso de emisiones dispersas de COVs, las alternativas de colección son simples en cuanto a su diseño, pero poco eficientes, debido a las dimensiones físicas del problema y a las concentraciones que generalmente son muy bajas. Estas alternativas consisten básicamente en aislar o encerrar las áreas de emisión a través de barreras físicas como cobertores plásticos o geomembranas, espumas, pantallas o cerramientos.

Control de óxidos de azufre y otros gases ácidos. Generalmente la remoción de ios SOx emitido de los procesos de combustión, se realiza por algún proceso que implica la transformación química del contaminante; aunque la tendencia ac tual se dirige más bien a la remoción del azufre del combustible (desulfurización) en los procesos de refinación, debido a las significativas ganancias ambientales que ello conlleva. Este tema de la calidad del combustible será tratado más adelante en este mismo capítulo.

En comentes de gas de escape ricas en azufre, la opción preferida es la transformación a ácido sulfúrico por medio de un proceso catalítico. Cuando esa recuperación no es económ icam ente rentable, existen métodos de remoción basados en un proceso de absorción o lavado (scrubbing) en torres em paquetadas, similar al utilizado para remover los COVs, empleando caliza como aditivo del líquido asperjado.

Control de óxidos de nitrógeno. Los NOx son producidos mayoritariamente en los procesos de combustión y para su control existen dos tecnologías fundamentales que pueden ser utilizadas independiente o complementariamente:

96 G e s t ió n d e l a Ca u d a d d e l A i r e

C a p ít u l o 3 . I_a s f u e n t e s d e e m is ió n

• Modificación del proceso de combustión, que se basa en la reducción de los picos de temperatura, de los tiempos de residencia de los gases y de las concentraciones de oxígeno en la zona de flama, de manera de prevenir la reacción entre el nitrógeno del aire y el oxígeno, que forma el denominado NOx térmico. Estos cambios en el proceso de combustión implican la optimización de las condiciones de operación en los calderos y quemadores existentes o instalando nuevo equipos. En el primer caso las opciones tienen que ver con el control del aire en exceso, la quema del combustible en etapas, la recirculación del gas de escape, la requema del gas, la reducción del precalentamiento del aire o la inyección de agua. Entre las nuevas tecnologías, existen equipos de bajo NOx, que basan su funcionamiento en el control de la mezcla entre aire y combustible.

• Tratamiento del gas de combustión, de forma de convertir los NOx, particularmente el NO que es el más abundante, en N2. Este proceso se ejecuta comúnmente a través del uso de catalizadores (reducción catalítica selectiva, SOR o reducción catalítica no selectiva, NSCR), comúnmente la zeolita o metales nobles, y el empleo de amoníaco como gas reductor. También existe la opción del control de temperatura de la corriente de gas, entre 870 y 980 °C, sin el uso de catalizadores (reducción selectiva no catalítica, SNR), aunque su eficiencia es menor que la que se obtiene con la reducción ca ta lítica. Estas opciones son más caras que el control de la combustión.

3.3.2 L í m i t e s m á x i m o s d e e m i s i ó n y p r o c e d im ie n t o s d e m e d i c i ó n e n e l E c u a d o r

En el caso de la legislación ecuatoriana (TULAS, Libro VI, Anexo 3), los límites de emisión para fuentes fijas están circunscritos a la combustión, tanto para equipos genéricos (quemadores, hornos, calderos) como para aquellos que se utilizan en procesos industriales específicos: elaboración de cemento, elaboración de vidrio, elaboración de pulpa de papel, fundición de metales, elaboración de azúcar cuando se quema bagazo de caña y motores de combustión interna (generadores).

Estos límites (ver Tabla 3.1) están discriminados en función del tipo de combustible que usa la fuente: sólido (carbón o coque), líquido (crudo, diesel, búnker, kerosén o naftas) o gaseoso (butano, propano, metano, isobutano, propileno, butileno o cualquiera de sus combinaciones), así como de la fecha en que entró en operación, denominando fuentes existentes las que operaban antes de enero del 2003 y fuentes nuevas a las más recientes (la versión completa de esta norma se presenta en el Anexo D). Este criterio de discriminación aislado en la fijación de los límites, si bien reconoce la realidad en cuanto a la tecnología existente en el medio, no promueve la muda hacia el uso de combustibles más limpios, como el gas, o la renovación tecnológica, lo cual constituye una seria limitación conceptual de la norma.



Por otro lado, el mismo instrumento legal ya referido también establece los métodos y procedimientos para la medición de las emisiones en las fuentes fijas, que son los siguientes:

Definición de puertos de muestreo y de puntos de medición en chimeneas. Determinación de la velocidad y gasto volumétrico de gases de escape. Determinación del peso molecular seco de los gases de escape.Determinación de contenido de humedad d e los gases de escape. Determinación de emisión de partículas (muestreo isocinético).Determinación de emisión de dióxido de azufre y de óxidos de nitrógeno (analizadores portátiles y técnicas de laboratorio).

Tabla 3.1 Limites máximos permitidos de emisión para fuentes fijas de combustión con motores de combustión extema y generadores con motores de combustión. Éstos últimos se presentan entre paréntesis para el caso de combustibles líquidos (gasolina o diesel], que es el caso más generalizado (MAE, 2003]

Contaminante^ i ü l

• ■-Combustible Fuetes

existentesFuentesnuevas Unidades

Partículas totales Sólido 355 150 mg/Nm3Líquido 355 150 mg/Nm3

(350) (150) mg/Nm3Gaseoso - - mg/Nm3

Óxidos de nitrógeno Sólido 1 100 850 mg/Nm3Líquido 700 550 mg/Nm3

(2 300) (2 000) mg/Nm3Gaseoso 500 400 mg/Nm3

Dióxido de azufre Sólido 1 650 1 650 mg/Nm3Líquido 1 650 1 650 mg/Nm3

(1 500) (1 500) mg/Nm3Gaseoso - -

Nota: mg/Nm3 quiere decir miligramos de contaminante por metro cúbico de gas de escape, en condiciones normales: 1 013 mbar y 0 °C, en base seca y corregidos a 7% de O2 para combustión externa y 1 5% de O2 para combustión interna.

Estos métodos están basados en los establecidos por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, con alguna adaptación al medio, particularmente en el caso del uso de analizadores portátiles.

3.3 L a s f u e n t e s m óv ile s

En el caso de las fuentes móviles, aunque el criterio que define sus emisiones está relacionado con el c iclo termodinámico bajo el cual operan (Otto o Diesel), el criterio práctico de clasificación es el combustible que utilizan los vehículos, por lo que sue-



le hablarse de vehículos a diesel, vehículos a gasolina y vehículos movidos por otros combustibles denominados alternativos. La inmensa mayoría de vehículos pequeños o livianos operan a gasolina, mientras que los vehículos pesados (camiones, buses, trenes e incluso barcos) se mueven generalmente a diesel; el uso de vehículos con otros combustibles es todavía marginal en términos cuantitativos. Consideración especial merecen los vehículos que no operan en carreteras o calles, tales como aviones y equipo de mantenimiento aeroportuario, barcos y equipos de mantenimiento y operación en puertos marítimos y fluviales y maquinaria agrícola, a las que suele denominarse fuentes móviles fuera de ruta (off-road).

3.3.1 LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Y SUS EMISIONES

Para entender de mejor manera la lógica de las emisiones vehiculares, es importante partir de una explicación básica del funcionamiento de los motores de combustión interna. Aunque en la actualidad existen una infinidad de marcas de autos, todos ellos se basan en los inventos de dos alemanes, Nikolaus Otto, que en 1876 patentó su motor de gasolina de cuatro tiempos en el cual la mezcla de aire y combustible era encendida por una chispa eléctrica y Rudolph Diesel, que desarrolló en 1892 la máquina que hasta‘ahora lleva su nombre y que inicia el proceso de combustión gracias a la temperatura alcanzada por el aire comprimido dentro de la cámara, en la que es inyectado el combustible a alta presión.

Antes de explicar el funcionamiento de estos motores, es necesario reconocer las partes que conforman el elemento fundamental de los motores de combustión interna, denominado cilindro y pistón. El dibujo superior de la Figura 3.3 ilustra un corte de este elemento, donde se distinguen el cabezal, que articula la válvula de admisión, la bujía y la válvula de escape; el bloque que contiene el cilindro en el que viaja el pistón, com andado por la manivela o biela, y en el que se constituye la cámara de combustión; y, el depósito de aceite o cárter.

Con algunas diferencias, los ciclos Otto y Diesel son semejantes y funcionan en cuatro tiempos: admisión, compresión, explosión y expulsión, los cuales son ilustrados en los diagramas inferiores de la Figura 3.3 y detallados seguidamente, considerando el caso de un motor a gasolina:

Durante la admisión, la válvula se abre y mientras baja el pistón, la mezcla de aire y combustible vaporizado es alimentada a la cámara de combustión por presión atmosférica.

Una vez que el pistón alcanza su límite inferior, comienza a subir, mientras la válvula de admisión se cierra, con lo cual el cilindro queda sellado y posibilita que la mezcla aire/combustible se comprima hasta un décimo o un vigésimo de su volumen original. Esta compresión incrementa la presión en el cilindro y provoca un aumento en la temperatura de la mezcla.

Ca r l o s P á e z P é r e z (B>, 2008 99


Figura 3.3 Partes principales de un motor de combustión interna y etapas del funcionamiento del ciclo Otto (www.siu.edu)

Al momento que el pistón llega al límite superior de su viaje, la bujía, inducida por el sistema de encendido, genera una chispa eléctrica que enciende la mezcla aire/combustible. Esta mezcla se quema rápidamente incrementando la presión en el cilindro a tal punto que forza al pistón a bajar. Este impulso se transmite al cigüeñal, que es el que transmite la potencia al eje y de ahí a las ruedas.

Finalmente, cuando el pistón ha alcanzado su límite inferior, impulsado por la explosión, se abre la válvula de escape, que permite la salida de los gases con

ÍOO G e s t ió n d e l a C a u d a d d e l A ir e

http://www.siu.edu


forme el pistón sube. Cuando el pistón llega a su extremo superior, se cierra la válvula de escape y se abre la válvula de admisión, con lo cual el ciclo de cuatro tiempos se repite continuamente mientras el motor está funcionando.

La diferencia con los motores a diesel es que en ellos la admisión es de aire sin combustible, el cual recién se inyecta al final de la fase de compresión; además, la temperatura que alcanza el aire en esta fase es tan alta que provoca una ignición espontánea de la mezcla, por lo que no se requiere de la chispa generada por la bujía. Otras diferencias se presentan en la Tabla 3.2 que presenta una comparación entre los motores a gasolina y a diesel.

Tabla 3.2 Comparación entre motores comunes a gasolina y a diesel (De Nevers, 2000)

| Parámetro Motores convencionales a gasolina Motores convencionales a diesel

Causa de la ignición Chispa producida por una bujía eléctrica

Ignición espontánea del combustible al mezclarse con aire caliente

Relación de compresión 8 -1 0 16-20Masa de aire admitido ai motor por cada revolución

Variable: baja en ralentí, alta cuando está abierto el regulador (mariposa)

Prácticamente constante

Relación aire/combustible Prácticamente constante, cerca al valor estequiométrico

Altamente variable, muy pobre excepto en carga máxima

Mecanismos de control de la potencia y la velocidad

Restringiendo el flujo de aire al m o- tor con ia váivuia mariposa dei carburador o el dispositivo de entrada de aire

Variando la relación aire/combustible, cambiando la cantidad de combustible por cada inyección

Localización de la mezcla aire/combustible

En toda la cámara de combustión por el carburador o por inyección en la válvula de entrada antes de que se abra

En el centro de la cámara de combustión, lejos de las paredes, por inyección directa en el centro de la cámara

Emisiones de CO y HC /sin tratamiento)

Altas Bajas

Emisiones de NOX (sin tratamiento)

Bajas Medias

Otros problemas Partículas (hollín negro), olores, ruido, más difíciles de arrancar que los motores a gasolina

Economía del combustible Buena La mejor entre los motores de combustión

Costo y peso para una potencia dada

Más bajo Más alto

Los gases que se expulsan al entorno por medio del sistema de escape de un vehículo resultan del proceso de quema del combustible, conforme lo expresa la ecuación teórica que se muestra a continuación;

Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2 00 8 Í01


A CxHy + Impurezas + B O2 + C —>■D CO2 + E H2O + F CO + G SOx + HNOx + I H^Cz ~ Calor + Otros

Como puede verse, la cantidad y tipo de contaminantes depende de varios factores como el grado de impureza del combustible o la presencia de sustancias distintas a hidrocarburos que posee, la disponibilidad de oxígeno (aire) y la eficiencia propiamente del proceso de combustión. El tema de los combustibles se analiza más adelante en este texto, hasta tanto conviene precisar algunos elementos respecto al tema de la mezcla aire/combustible.

En términos teóricos o estequlométricos, se ha determ inado que para quemar com pletamente un kilogramo de combustible común como la gasolina (fórmula genérica aproximada CsHiz), se requieren de entre 14.5 y 15 kg de aire. A partir de este valor se ha derivado un parámetro muy importante para establecer el funcionamiento de un motor, denominado lambda (A), que expresa la relación en peso entre aire y combustible, con respecto a la mezcla estequiométrica. El im pacto de esta relación entre aire y combustible en las emisiones se muestra en la Figura 3.4.

0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 .0 1.1 1 .2 1 .3

4---------------------------------------- -------------------- -------------------

A < 1 A >1mezcla rica mezcla pobre

Figura 3.4 Comportamiento de las emisiones (sin control] de un motor de combustión interna en función de la relación normalizada aire/combustible (A). Una mezcla rica expresa déficit de aire (o exceso de combustible] y una mezcla pobre implica un exceso de aire.

Í 0 2 G e s t ió n d e l a C a l id a d d e l A ir e


Para su correcto funcionamiento, los motores ciclo Diesel siempre tienen que funcionar con exceso de aire o mezcla pobre; es decir, A > 1; mientras que los de ciclo Otto deben hacerlo con una mezcla estequiométrica, A = 1. Sin embargo, la variabilidad en la operación de los vehículos y de las temperaturas correspondientes, hace que esta relación varíe significativamente y, en consecuencia, las emisiones que generan. En efecto, gran parte de las emisiones de CO y HC en un ciclo de manejo típico ocurren en los primeros minutos, cuando los motores están fríos, los combustibles no alcanzan sus temperaturas óptimas para vaporizarse e incluso, los dispositivos de control de emisiones no funcionan adecuadam ente.

El ciento por ciento de las emisiones de monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno son expulsadas a la atmósfera a través del tubo de escape; sin embargo, los hidrocarburos a más de este mecanismo, tienen su origen en las denominadas emisiones evaporativas provenientes de otros como el tanque de almacenamiento de combustible y el cárter, donde se generan y luego se fugan los vapores de la gasolina o el diesel, debido a los aumentos de temperatura causados por el funcionamiento de! motor o la propia temperatura ambiente.

Dada la importancia de las fuentes móviles en el complejo tema de la calidad del aire, en las últimas décadas han habido mejoras muy significativas en cuanto a la tecnología de los motores y los dispositivos de control de emisiones, de tai manera que, para citar un ejemplo, los autos estánáar del 2000 en adelante que se venden en los países desarrollados emiten 50 veces menos CO que los de 1960, 18 veces menos óxidos de nitrógeno y 700 veces menos hidrocarburos por el tubo de escape(De Nevers, 2000:473). Además, se encuentran en fases de introducción a los mercados vehículos de bajas (low emissions vehicles o LEV), ultra bajas (ULEV), vehículos de bajas emisiones de tecnología de transición (TLEV) y súper ultra bajas emisiones (SULEV).

Estos avances tecnológicos también tienen su contraparte normativa; así por ejemplo, en la Unión Europea desde el año 1989 se han introducido requerimientos sobre las emisiones permitidas de los diferentes tipos de vehículos que se comercializan en su área de influencia. Estos requerimientos derivados de directivas europeas de aplicación obligatoria para todos los países miembros se denominan comúnmente estándares Euro, seguidos de un número que especifica su orden de entrada en vigencia. La Tabla 3.3 un resumen de los estándares de emisiones para ios vehículos livianos de pasajeros, tanto de diésel como de gasolina, donde es notorio la tendencia actual al progresivo incremento de las exigencias para todos los contaminantes, particularmente para los óxidos de nitrógeno y material particulado. Según la normativa ecuatoriana, los vehículos deben cumplir con los estándares Euro 2 y en el caso de Quito particularmente, no existen restricciones para la circulación de autos a diesel Euro 3 y a'gasolina hasta Euro 4.

Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 2008 í 03


Estos desempeños ambientales tan diferentes han sido posibles por varias tecnología, entre las coales se pueden citar: el sistema de inyección electrónica en lugar del carburador, para optimizar la alimentación de combustible; el sensor de oxígeno y su control electrónico, para regular la entrada de aire; el sistema de recirculación de gases de escape (exhaust gas recirculation o EGR, aparecido en 1972), para bajar la temperatura del motor y con ello disminuir la emisión de NOx; los canisters de ventilación (desde 1971) y la ventilación positiva del cárter para minimizar las emisiones evaporativas; y, los convertidores catalíticos (las primeras versiones aparecieron en 1975) para bajar las emisiones de CO, HC y NOx directamente en el escape de los vehículos.

Tabla 3.3 Estándares de emisiones de escape (g km-’) para los vehículos livianos de pasajeros que se venden en la Unión Europea

(http://ec.europa.eu/environment/air/transport/road.htm)

Estándar Fecha vigencia CO HC NOx HC+NOx PAA

Vehículos a dieselEM1 Ene 1989 2.720 - - 0.970 0.140Euro 2 Ene 1993 1.000 - - 0.700 0.080Euro 3 Die 1997 0.640 - 0.500 0.560 0.050Euro 4 Ene 2003 0.500 - 0.250 0.300 . 0.025Euro 5 (futuro) Sep 2009 0.500 - 0.180 0.230 0.005Euro 6 (futuro) Sep 2014 0.500 - 0.080 0.170 0.005Vehículos a gasolinaEM1 Ene 1989 2.720 - - 0.970 -Euro 2 Ene 1993 2.200 - - 0.500 -Euro 3 Ene 1997 2.300 0.200 0.150 - -Euro 4 Ene 2003 1.000 0.100 0.080 - -Euro 5 (futuro) Sep 2009 1.000 0.100 0.060 - 0.005Euro 6 (futuro) Sep 2014 1.000 0.100 0.060 - 0.005

3 . 3 . 2 O p c i o n e s p a r a r e d u c i r l a c o n t a m i n a c i ó n d e o r i g e n v e h i c u l a r

A más de las mejoras tecnológicas ya nombradas, existe un amplio abanico de opciones para reducir la contam inación proveniente de las fuentes móviles, las cuales pueden agruparse con tres criterios: reducción de emisiones por unidad de com bustible consumido, reducción del consumo de combustible por unidad de movilidad y reducir la dem anda total de movilidad. Estas tres alternativas generalmente deben ser aplicadas paralelamente, de acuerdo a las condiciones locales, para alcanzar niveles significativos de éxito.

A continuación se destacan algunos elementos de cada grupo de medidas, citándose ejemplos de su uso en la actualidad. La información no pretende convertirse

Í04 G e s t ió n d e l a C a l id a d d e l A i r e

http://ec.europa.eu/environment/air/transport/road.htm


en una receta de uso universal, sino más bien una fuente de iniciativas que necesariamente deben ser cotejadas con la realidad específica de cada ciudad para determinar su factibilidad técnica, económ ica, social y política (Gwilliam et al., 2004; Litman, 2002; Walsh y Kolke, 2002).

Reducción de emisiones por unidad de combustible consumido:

Reformulación de combustibles tradicionales. Gasolina y diesel permanecerán por largos años como los combustibles de uso mayoritario, por lo que el primer reto es convertirlos en menos agresivos hacia el entorno1. En el caso de la gasolina los pasos recomendados son: eliminar el plomo, reducir los niveles de azufre, reducir los niveles de benceno, reducir el contenido de aromáticos, bajar lo más posible la presión de vapor y estudiar la posibilidad de incorporar oxigenados en bajas concentraciones. Para el diésel, las sugerencias en orden de prioridad son: reducir el contenido de azufre, reducir la densidad, reducir los niveles de poliaromáticos y mejorar el número de cetano.

Uso de combustibles alternativos. En esta categoría caen los combustibles gaseosos como el gas natural comprimido (GNC) y el gas licuado de petróleo (GLP), junto con los biocombustibles (etanol y biodiesel), la electricidad (vehículos híbridos o baterías) y las celdas de combustible (hidrógeno). Algunas de estas opciones generan menos emisiones y su uso está cobrando cada vez mayor empuje, aunque los términos para que se conviertan alternativas a nivel mundial todavía aparecen lejanos pues deben emplearse en motores dedicados dado que su alto índice antidetonante hace que solo puedan ser empleados eficientemente en motores con relaciones de com presión superiores a 12 a 1. Además algunos estudios han alertado sobre las emisiones fugitivas de mercaptanos del GLP, que podrían resultar en daños hepáticos y el material particulado ultrafino (menor a 1 pm) al usar GNC o GLP. En el caso de los biocombustibles también se han activado varias alertas respecto al im pacto que su uso masivo tendría sobre la vocación de suelos agrícolas y la seguridad alimentaria de los países productores.

Tecnología vehicular. Los nuevos requerimientos impuestos en los países desarrollados han impulsado el desarrollo de nuevas tecnologías de control de emisiones vehiculares tanto para gasolina (convertidores catalíticos) como para diesel (filtros atrapa partículas), que pueden ser incorporados a los vehículos existentes (retrofit) o exigidos a los nuevos mediante estándares específicos. El funcionamiento de estas nuevas tecnologías depende de las condiciones apropiadas de manejo y mantenimiento de ¡os vehículos por io que asociado a este concepto está el de los programas de control de emisiones, denominados internacionalmente programas de inspección y man

^Debido a la importancia y actualidad de este tema pare el Ecuador, más adelante en este mismo capítulo se profundizará en su análisis.

Ca r l o s p á e z P é r e z ®, 2008 IOS


tenimiento (/&M), obligatorios en la gran mayoría de países desarrollados y en muchas ciudades latinoamericanas con problemas de contaminación atmosférica2. Además de ello, también existen prerrequisitos respecto de la calidad del combustible, especialmente respecto al contenido de azufre y organometálicos en las gasolinas, así como del azufre en el diésel.

Estrategias de reemplazo de vehículos. Cuando las alternativas anteriores no pueden ser aplicadas a cierto tipo de vehículos, específicamente los emisores más grandes, la alternativas es sacarlos definitivamente de circulación dentro de programas de chatarrización, lo cual generalmente se concreta a través de un sistema de incentivos económicos directos (dinero en efectivo) o indirectos (reducción de impuestos, por ejemplo) que obliguen al propietario a cam biar de vehículo o actualizarlo seriamente.

■ Reducción del consumo de combustible por unidad de movilidad

Tecnología vehicular. Esta opción incluye incrementar la eficiencia del motor (el cam bio de carburador a inyección electrónica de combustible es el paso más importante), reducir el peso del vehículo con la utilización de nuevos materiales más livianos y resistentes, mejorar la aerodinámica y disminuir la fricción de las llantas

Operación de los vehículos. Implica mejorar (tecnificar) el mantenimiento de los vehículos y las vías de manera que las condiciones de manejo puedan también ser más apropiadas. En el caso de flotas o camiones, varias experiencias han demostrado el efecto positivo que tiene una adecuada gestión del mantenimiento en el ahorro energético y el desempeño ambiental (Cabuya, 2008).

Gestión del tráfico. La reducción de las congestiones y el incremento de la velocidad promedio de viaje son temas que contribuyen significativamente a mejorar la calidad del aire. Para ello deben considerarse aspectos como el trazado y el diseño de las vías, la disponibilidad de sitios de parqueo, los sistemas de .semaforización, los sitios libres de vehículos (peatonización del Centro Histórico de Quito, por ejemplo) y la rápida remoción de obstáculos. Gran impulso han cobrado estas posibilidades de manejo con la incorporación de las nuevas tecnologías de información y comunicación (TICS) a la gestión del tráfico, denominadas genéricamente com o sistemas de transporte inteligente (intelligent transporf sysfems, ITS).

Regulación y control del transporte público de pasajeros. Aunque un bus puede reemplazar a varios autos privados en cuanto al uso del espacio, en términos ambientales debe cuidarse que esos buses operen de acuerdo a

2 En la siguiente sección se trata más a fondo el sistema de control de emisiones que opera en el Distrito Metropolitano de Quito.

106 GESTIÓN DE LA CALIDAD DEL A/RE


parámetros adecuados que efectivamente reduzcan sus emisiones. Además debe cuidarse que las formas de operación: rutas, turnos, transferencias, no constituyan un obstáculo para el tráfico general y por el contrario se conviertan en alternativas aceptables por la calidad del servicio que se ofrece, tanto para los que no tienen otra opción de desplazamientos, como para aquellos que podrían eventualmente utilizarla en lugar del auto privado. Dadas las condiciones socioeconómicas de países como el Ecuador en el que la mayoría de la población depende del transporte colectivo, el mejoramiento de este modo de desplazamiento contribuye además a profundizar la equidad e inclusión en los procesos de construcción de las ciudades y ios espacios urbanos (Vasconcellos, 2008).

Transporte masivo. Los sistemas de trenes eléctricos o metros son las alternativas más eficientes desde una perspectiva ambiental local, sin embargo los elevados costos las vuelven de difícil viabilidad para países en desarrollo. Alternativamente se han empezado a implementar con fuerza en las ciudades de países en desarrollo al inicio, pero ¡en la actualidad a nivel mundial, los conocidos com o sistemas BRT (bus rapid transit) basados en buses articulados de gran capacidad que circulan por carriles troncales exclusivos y son complementados por una red de rutas alimentadores para el servicio desde las estaciones a las zonas periféricas. Ciudades latinoamericanas como Quito (Trolebús al inicio y hoy Sistema Metrobus-Q), Guayaquil (Metrovía), Bogotá (Transmiienio), México (Metrobus) o Santiago (TranSantiago) han mostrado la validez de esta opción.

• Reducción de la dem anda total de movilidad

Planificación del uso del suelo. En este aspecto hay que considerar aspectos como el incremento o mantenimiento de la densidad poblacional en oposición al crecimiento de la mancha urbana (urban sprawl) o la diversificación de los centros de concentración de los negocios o estudios, que constituyen sitios de destino de gran cantidad de viajes, hacia los sectores residenciales. A propósito de esta alternativa ha surgido una nueva tendencia en el urbanismo actual denominado desarrollo orientado al transporte {transport oriented deve/opment), con gran proyección en los planes ac tuales de desarrollo de las ciudades (Deakin, 2008).

Tarifación del uso de vías y los parqueaderos. En la práctica las personas usan autos no solo por necesidad, sino también por costumbre o excesiva comodidad, así que el tarifar el ingreso a ciertas calles mediante peajes o tarjetas electrónicas prepago, particularmente en sitios de alta congestión, ha mostrado una medida efectiva que desalienta el uso excesivo de los vehículos y genera recursos para un mantenimiento adecuado de las vías. Igual política ha sido adoptada para el caso de lo sitios de parqueo, limitando los tiempos de uso y restringiendo los espacios a zonas específicas, lo cual tiene efectos en cuanto a desmotivar el uso del auto, reducir la circu-

Ca r l o s p á e z P é r e z ®, 2008 Í07


loción a bajas velocidades en búsqueda de espacios libres y a aumentar la capac idad física de las vías.

Políticas de limitación del uso de vehículos. Las medidas más populares en esta dirección consisten en la prohibición de circular ciertos días de la semana en función de los dígitos de la p laca y/o el nivel de emisiones de los autos. Ciudades latinoamericanas como México, Bogotá, Santiago y Sao Paulo han im plementado estas medidas con resultados notorios en cuanto a la disminución de la congestión y las emisiones. El mejoramiento de la oferta de transporte alternativo constituye una condición básica para implementar este tipo de medidas.

Promoción del transporte no motorizado. El uso de la bicicleta no solo como modo de recreación de fines de semana, sino como alternativa para los desplazamientos cotidianos a comenzado a cobrar mucha fuerza com o un mecanismo para reducir el uso del auto particular. Ciclorutas permanentes como parte de la red vial, sistemas de alquiler de bicicletas públicas, bici- taxis y facilidades de conexiones intermodales entre bicicletas y buses, constituyen ejemplos de medidas que apuntan en la dirección señalada y que están com pletam ente vigentes en las ciudades europeas y tibiamente se están desarrollando a nivel regional y nacional. Paralelamente, la recuperación del espacio público para el tránsito peatonal, incorporando medidas de seguridad personal (iluminación y segregación del tránsito motorizado) y com odidad en el desplazamiento, especialmente para las personas con movilidad reducida constituye otra alternativa para desincentivar el uso excesivo del automóvil y consecuentemente, reducir sus impactos negativos sobre el ambiente. Además, estas acciones tienen significativos impactos en la salud pública de una sociedad, al contribuir a superar las enfermedades derivadas del sedentarismo, que poco a poco se van convirtiendo en verdaderas epidemias entre los habitantes de las ciudades (Jacoby, 2008).

3 . 3 . 3 E l p r o c e s o d e r e v i s i ó n t é c n i c a v e h i c u l a r e n Q u it o

El Distrito M etropolitano.de Quito en un esfuerzo pionero en el Ecuador ha asumido seriamente’el control de las emisiones vehiculares, poniendo en marcha un proceso de inspección y mantenimiento (/&M), denominado Revisión Técnica Vehicular o RTV, que com prende tanto el control de emisiones del tubo de escape, cuanto la revisión de varios sistemas mecánicos del vehículo, de manera de contribuir además a mejorar la seguridad vial.

Este proceso se maneja a través de un sistema centralizado3 de seis centros de revisión y control vehicular (CRCV) que operan en puntos estratégicos de la ciudad.

3 Se llama sistema centralizado cuando los centros de verificación operan individualmente bajo concesión, control y fiscalización de una autoridad central. Se diferencia de otro esquema aplicado a nivel internacional que se denomina descentralizado.

108 GESTIÓN DE LA CALIDAD DEL A IRE


De éstos, cuatro son monotipo y están habilitados para revisar exclusivamente vehículos livianos, mientras que en los otros dos se revisan los vehículos pesados como buses y camiones. La localización de los centros, así como el número de líneas de revisión en cada uno de ellos, responde a un estudio de crecimiento del parque vehicular y de operación de sistemas similares a nivel internacional, de manera de garantizar la disponibilidad del servicio para todos los vehículos, dentro de estándares de tiempo de atención y rendimiento aceptables.

La RTV es obligatoria para todos los vehículos que circulan en el Distrito Metropolitano de Quito, teniendo el carácter anual para los autos privados y semestral para los de transporte público y los taxis, considerando el uso intensivo que se hace de los mismos. Los centros tienen la estructura y disposición que muestra la Figura 3.5.

Figura 3.5 Centro de Control y Revisión Vehicular de Los Chillos y vista general de una línea de revisión

Las líneas de revisión tienen tres estaciones que cumplen las siguientes finalidades:

Primera estación: medición de emisiones, medición de alineación e intensidad de luces y del ruido de escape y verificación del funcionamiento de las luces indicadoras, cinturones de seguridad, placas y iimpiaparabrisas.

Segunda estación: mediciones de la eficiencia y el equilibrio de la suspensión en ambos ejes, medición del porcentaje de eficiencia y equilibrio del frenado en cada eie y medición de la alineación de las ruedas en ambos ejes.

Tercera fase: inspección visual asistida por placas móviles para verificación de juegos, desgastes, deformaciones o roturas en el sistema de dirección, sistema de frenos, sistema de suspensión, sistema de transmisión, estructura portante y aros, pernos y neumáticos; además de verifica la no existencia de fugas de lí



quidos, la profundidad del labrado de los neumáticos, el cierre de puertas y compuertas y visibilidad del parabrisas y retrovisores.

En cuanto al control de emisiones que es el tema más directam ente vinculado a lo ambiental, al no existir un reglamento ecuatoriano para emisiones vehiculares, como si lo hay para emisiones de fuentes móviles, los límites de emisión vigentes y los métodos de medición se fundamentan en normas técnica del INEN (Instituto Ecuatoriano de Normalización), cuyos textos completos se reproducen en los Anexos E (para motores a gasolina) y F (para los motores a diesel). Esta norma establece que para los vehículos a gasolina debe realizarse una prueba estática (Two Idle Speed, TIS), en ralentí y a 2 500 rpm, para medir las concentraciones (fracción volumétrica) de monóxido de carbono e hidrocarburos. Para los vehículos diesel, en cambio, la prueba establecida se denomina de aceleración libre, con la que solamente se mide la opacidad o negro del humo. Como lo muestra la Tabla 3.4, estos límites máximos diferencian los vehículos de acuerdo al año de su fabricación, bajo la suposición de que eso discrima la diferencia tecnológica existente entre ellos y, consecuentemente, su potencial de emisión.

Tabla 3.4 Límites para las emisiones vehiculares vigentes en el Distrito Metropolitano deQuito

Gasolina

Parámetro Unidad Antes 1990 1990-1999 Después 2000

Monóxido de carbono % 7.5 6.5 1.0Hidrocarburos ppm 1 200 750 200

Diesel

Parámetro Unidad Antes 1999 Después 1999

Opacidad % 60 50

Según estimaciones de CORPAIRE4, el primer año de operación de este proceso obligatorio significó un ahorro de entre 15 y 35% de las emisiones de CO y del 21 al 36% de las de HC (CORPAIRE, 2003). Lo cual es el resultado de obligar a que los autos circulen mejor calibrados o afinados, con valores de A más cercanos a la unidad y mezclas estequiométricas, en vez de las mezclas ricas acostumbradas en los talleres mecánicos, que significaban mayores emisiones (ver la Figura 3.4 para una mejor comprensión de esta discusión).

Las dos pruebas de emisiones corresponden a metodologías preliminares de medición de contaminantes, ya que no reflejan las condiciones reales de operación de los vehículos y son susceptibles a las trucos en los motores con la finalidad de pasar

4 Corporación Municipal para el Mejoramiento del Aire de Quito, es la institución encargada del control del proceso de RTV por encargo del Municipio del Distrito Metropol itano de Quito.

íto G e s t ió n d e l a C a l id a d d e l A ir e


las pruebas; por ello, a la fecha de preparación de estas notas, CORPAIRE se encontraba en etapas de prueba para la introducción de pruebas dinámicas en gasolina (Acceleration Simulation Mode, ASM) y diesel (DT80 o Lug Down), que posibilite un mejor control de las emisiones, por ejemplo permiten medir las emisiones de NOx que en pruebas estáticas no hay como hacerlo, y además son un medio de control del funcionamiento de los convertidores catalíticos.

3 .4 C o m b u s t ib l e s y e m is io n e s

Si bien la calidad de los combustibles influye significativamente en las emisiones, es también importante considerar otros dos elementos fundamentales en este proceso que son la tecnología vehicular y las condiciones de manejo y mantenimiento de las unidades. En otras palabras, un combustible de excelente calidad no es suficiente para reducir los impactos de las fuentes móviles sobre el aire, si es que se disponen de motores obsoletos o prácticas de conducción equivocadas.

3.4.1 C o m b u s t ib l e s t r a d ic io n a l e s : g a s o l in a y d ie s e l

*

La mayoría de los vehículos a nivel mundial usan gasolina y diésel como combustible y continuarán haciéndolo en el mediano plazo. Esta aseveración no desconoce ni desprecia los significativos avances en materia de combustibles alternativos, sino que establece una visión realista del futuro.

Estos dos combustibles líquidos son derivados del petróleo; por ello, resulta oportuno hacer algunas precisiones respecto a esta sustancia que brinden un contexto para entender la discusión posterior.

E l p e t r ó l e o y s u r e f in a c ió n

El petróleo se genera a partir de la descomposición de organismos de origen vegetal o animal depositados en rocas sedimentarias en ambientes marinos o próximos a ellos, sometidos a enormes presiones y elevadas temperaturas. La palabra petróleo proviene del latín de los vocablos petra (piedra) y oleum (aceite), es decir, significa aceite de piedra.

En términos químicos, el petróleo al ser una mezcla de hidrocarburos contiene del 76 a 86 por ciento de carbono, del 10 al 14 por ciento de hidrógeno y ¡a diferencia, del 0 al 14 por ciento, corresponde a contaminantes como el nitrógeno, el azufre, el oxígeno, así como algunos metales como el sodio, níquel y vanadio, entre oíros.

El petróleo se presenta en la naturaleza en un sinfín de características según su composición química o sus propiedades físicas; por lo que ha sido necesario desarrollar criterios para su clasificación orientados en función de las virtudes que tiene el crudo en la perspectiva de su refinación. Los criterios más comunes para calificar

Ca r l o s p á e z P é r e z ®, 2008 t i l


un crudo se presentan en la Tabla 3.5 y se explican a continuación (Rodríguez, 2005).

Tabla 3.5 Características del crudo ecuatoriano (Oriente) y de los crudos que sirven de referencia internacional (primary oil markers) para la fijación de precios

Característica Oriente WTI WTS Brent Dubai

Densidad (° API) 24.1 39.6 % 31.7 38.3 30.4Azufre (%) 1.51 0.24 1.28 0.37 2.13Nota: Para establecer el precio de los crudos a nivel internacional se emplean cuatro de ellos como referencia, esto

son: para el mercado de los Estados Unidos de Norteamérica el WTI (West Texas htermediate) y el WTS (West Texas Sour); para Europa, el Brent del Mar del Norte; y, para Asia, el Dubai del Medio Oriente.

- Por su densidad, expresada en una escala normalizada desarrollada por el Instituto Estadounidense del Petróleo (American Petroleum Institute o API), conocida coloquialmente en la industria como grados API. Con este referente, el petróleo crudo se clasifica de la siguiente manera:

• Extra pesado: valores por debajo de 100 API• Pesado: valores entre 10.1 a 22.3° API• Mediano: valores entre 22.4 a 33.1 ° API• Ligero: valores entre 31.2 a 39 0 API• Superligero: valores por arriba de 39 0 API

El valor de un crudo en el m ercado internacional está tasado por sus0 API, mientras más ligero es el crudo, mayor es su precio.

- Por su contenido de azufre se les identifica como “dulces” y "amargos". Se consideran dulces los que presentan niveles máximos de este contam inante en el rango 0.5 a 1.5 por ciento; en tanto que, los amargos se ubican por encima 1.5 por ciento.

Una vez extraído del subsuelo, el petróleo crudo requiere pasar por un proceso de refinación para extraer los combustibles que se utilizan cotidianamente. Este proceso generalmente empieza por la destilación fraccionada, de acuerdo con los rangos de ebullición de los componentes. Las fracciones más ligeras pasan directamente a la producción de gasolina y diesel, por medio de procesos de desulfuriza- ción, aditivación y mezcla, para obtener las especificaciones de calidad requeridas. En cambio, las fracciones más pesadas, dem andan otras fases más complejas, para recuperar los compuestos utilizables y reducir el residuo. Un esquema elemental del proceso de refinación se presenta en la Tabla 3.6.

La visión actual del manejo del negocio de la refinación del crudo, exige una gestión que vincule los beneficios económicos con las políticas de calidad de los com bustibles que deben considerar tres aspectos básicos: (a) la seguridad y facilidad en

112 G e s t ió n d e l a C a u da d d e l A i r e

C a p ít u l o 3 . L a s f u e n t e s o e e m is ió n

el manejo y almacenamiento de los productos en las refinerías, los terminales, los medios de transporte y las estaciones de servicio; (b) el correcto desempeño de los motores ante cualquier condición climática y exigencia de servicio; y, (c) la miními- zación de los impactos ambientales derivados del consumo de los combustibles.

Tabla 3.6 Esquema básico de l proceso de refinación del petró leo y sus productos (Rodríguez, 2005:12)

Temperatura dei corte (°C) Productos Destino

<32 Butanos y más ¡igeros Procesamiento de gases32-104 Gasolina de corte directo Formulación de gasolinas104-157 Nafta Reformación catalítica157-232 Querosina Hidrotratamiento232 - 343 Gasóleo ligero Hidrotratamiento343 - 427 Gasóleo pesado Craqueo catalítico fluido

>800 Residuo de corte directo Destilación al vacío

C a r a c t e r ís t ic a s d e l a g a s o l i n a y e l d ie s e l

Al ser derivados del petróleo, la gasolina y el diesel están compuestos principalmente de. hidrocarburos, ¡a mayoría de ellos componentes naturales del crudo, con excepción de las oleofinas que se agregan en el proceso de refinación. A estas mezclas es común el aditivarlas con una serie de sustancias como el plomo, los oxigenados y los detergentes, que tienen como finalidad incrementar la capacidad energética del combustible o minimizar los impactos de su uso en los motores.

Todas estas sustancias afectan de una u otra manera a la calidad del aire a través de las emisiones vehiculares, conforme se detalla en las Tablas 3.7 y 3.8, correspondientes a la gasolina y al diesel, respectivamente.

Tabla 3.7 Parámetros de la gasolina y su e fec to sobre la ca lid ad de l aire (Gwilliam el a t„2004:125)

Plomo El plomo es un fortalecedor de octano barato que ha sido históricamente añadido a la gasolina como tetraetiio de plomo. Este compuesto desactiva los convertidores catalíticos permanentemente. Debido a que el plomo es extremadamente tóxico, su uso en la gasolina ha sido prohibido en un gran número de países.

Benceno Es el compuesto aromático más pequeño que no contiene grupos alkiles y es un carcinógeno. Se emite desde la gasolina como resultado de su evaporación y también por el tubo de escape como benceno no combustionado o transformado. El benceno tiene un contenido extremadamente alto de octano y, consecuentemente, un buen componente en la mezcla de gasolina desde e! punto de vista de la combustión.

Parámetro Efectos características

C a r lo s P á e z P é r e z 200 8 í Í3


1-'I Parámetro Efectos característicos

Azufre El azufre de la gasolina actúa como un veneno para los convertidores catalíticos convencionales, con un efecto temporal y reversible pero a largo plazo. Los fabricantes de vehículos recomiendan que los convertidores catalíticos deberían usar gasolina con máximo 500 ppm de azufre y preferiblemente bajo 100 ppm. El impacto de la reducción del azufre en el rendimiento de los convertidores catalíticos sigue una relación no linear, con un decrecimiento rápido de las emisiones bajo los 100 a 150 ppm (MECA, 1998). El azufre que no es atrapado en el convertidor catalítico se emite como SOx, parte de los cuales experimentan transformaciones químicas y se convierte en material particulado secundario o lluvia ácida.

Aromáticos Los aromáticos con dos o más grupos alkiles son reactivos fotoquímicamente y contribuyen a la formación de ozono. Los alkil-aromáticos (es decir los aromáticos distintos al benceno) también pierden sus grupos alkiles durante la combustión y una fracción es emitida como benceno. Sin embargo, toma entre 10 y 20 veces la cantidad de alfil- aromáticos para formar benceno en el tubo de escape en la misma proporción que el benceno existente en la gasolina como tal. La reactividad fotoquímica de los aromáticos y su descomposición en benceno son las dos principales preocupaciones con respecto a los aromáticos. Los aromáticos tienen contenidos de octano extremadamente altos y, por ello, son componentes muy buenos en la mezcla de gasolina desde la perspectiva de la combustión.

Oleofinas Las oleofinas en la gasolina se forman primariamente durante el proceso de craqueo. Las oleofinas son reactivas fotoquímicamente y son precursoras de la formación de ozono. Esta es la principal preocupación. Adicionalmente, en niveles elevados, las oleofinas incrementan la emisión de NOx, que es también un precursor del ozono y del material particulado y la lluvia ácida. Las oleofinas tienen contenidos buenos de octano, por lo que su reducción afecta negativamente las características combustivas de la gasolina.

Alkilates Los alkilates son hidrocarburos parafínicos de alto octano con muy poco efecto sobre la calidad del aire, por lo que son los sustitutos ideales en la mezcla de gasolina para aquellos compuestos menos deseables como los aromáticos. Sin embargo, la alkilación es un proceso caro y requiere la presencia de una unidad de craqueo catalítico en la refinería.

COVs Los compuestos orgánicos volátiles contienen hidrocarburos reactivos fotoquímicamente, por lo que su reducción contribuye a reducir la presencia de los precursores del ozono. Los COVs pueden adsorberse en las partículas e incrementar su masa. Las emisiones evaporativas son casi por completo COVs y también se los puede encontrar en los tubos de escape.

Oxígeno Los compuestos oxigenados como éteres y alcoholes tienen altos niveles de octano y suelen usarse para compensar la pérdida de octano por remoción de otras sustancias como el plomo. La presencia del oxígeno en los oxigenados facilita una combustión más limpia en vehículos que no están equipados con sensores de oxígeno y se alimentan con una mezcla rica (baja relación aire/combustible) . Si un vehículo está razonablemente ajustado, los oxigenados pueden aumentar la emisión de NOX y también causar explosiones y subidas en la emisión de hidrocarburos. Los oxigenados también pueden incrementar la emisión de compuestos indeseables tales como los aldehidos. Los oxigenados también diluyen la gasolina bajando las cantidades de otras sustancias indeseables como el benceno, los aromáticos totales y las oleofinas. Los oxigenados son más misibles en el agua que la gasolina, por lo que existe una preocupación creciente sobre la contaminación de las aguas subterráneas con el MTBE (éter metil butil terciario) que es un oxigenado de uso común en los EEUU.



Parámetro Efectos característicosaewus unuueimn.»

PVR La presión de vapor Reid es una medida de la volatilidad de la gasolina. Bajar la PVR es una medida económicamente eficiente de controlar las emisiones de COVs, incluyendo las de oleofinas ligeras y benceno. Esta acción requiere la reducción de los niveles de butanos y, posiblemente, hidrocarburos C5 (hidrocarburos con cinco átomos de carbono). Los butanos son la fuente más barata de octanos y su remoción afecta típicamente a la rentabilidad de las refinerías. Bajar la PVR, sin embargo, puede causar dificultades a los vehículos con carburador, especialmente en climas fríos, y puede causar fallos en el encendido, explosiones y emisiones de HC más altos por el tubo de escape.

Aditivos La gasolina en países industrializados contiene aditivos par prevenir la acumulación de depósitos en los motores y los sistemas de abastecimiento de combustible. Estos depósitos pueden incrementar las emisiones por el tubo de escape.

Tabla 3.8 Parámetros del diesel y su efecto sobre la calidad del aire (GwiHiam el at, 2004:128)

Parámetro Efectos característicos• * * ■......... - V - - •

Densidad El combustible diesel se mide volumétricamente por lo que mientras más alta es su densidad, mayor es la masa inyectada. El uso de un combustible con una densidad más grande que la de aquel utilizado en la calibración de las bombas puede resultar en una sobrealimentación a carga máxima, lo cual pude significar emisiones de humo sustancialmente más altas.

Azufre El azufre en el diesel contribuye a la formación de partículas secundarias, a elevados niveles de SO2 y a la lluvia ácida. También afecta el rendimiento de los catalizadores de oxidación e incrementa las emisiones de partículas sulfatadas cuando el catalizador está en operación. El azufre degrada rápidamente el funcionamiento de los dispositivos avanzados de control de emisiones (como los filtros de partículas, por ejemplo).

Aromáticos Los hidrocarburos poliaromáticos (aromáticos con más de un anillo de benceno) han estado ligados a las emisiones de material particulado. El impacto de reducir los aromáticos en las emisiones vehiculares no es tan claro. Aunque la reducción de aromáticos está frecuentemente ligada con menores emisiones, una investigación conjunta entre Esso y Statoii encontró, por ejemplo, que al reducir los aromáticos totales del 32 al 10 por ciento no tuvo un efecto marcado en las emisiones de material particulado.

T90/T95 La temperatura a la cual se evapora el 90 y 95 por ciento del diesei, respectivamente. El bajar las T90/T95 puede tener un impacto favorable en las emisiones, especialmente si como resultado de ellos se remueven los hidrocarburos aromáticos policíclicos.

Cetano Es una medida de la calidad de ignición del diesel. Un número de cetano alto indica un más corto desfase entre la inyección del combustible y la ignición. El número de cetano se mide en un motor de prueba (basado en un modelo que no se compadece con los avances actuales). Un índice de cetano es una aproximación al número de cetano calculado a partir de la densidad y las temperaturas de destilación. Los aditivos que mejoran el cetano incrementan el número pero no el índice y por ello en varias legislaciones nacionales se especifican los dos parámetros.

Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2008 í 15


., ' ■ ' . ' v_ ' ■ .. . • ' . . . . • . . .... . : .Parámetro Efectos característicos

Pureza Con respecto a la operación satisfactoria de los vehículos a diesel la pureza se refiere ala ausencia de contaminación por agua y partículas. El material particulado y el agua pueden taponar el filtro del combustible y causar serios daños en el sistema de inyección de combustible debido a la poca tolerancia de la bomba de combustible y los inyectores. Los motores a diesel están equipados con filtros de combustible para proteger el sistema de entrega de combustible.

Estabilidad La capacidad del combustible de resistir la formación de gomas y productos de oxidación insolubles. Combustibles con pobre estabilidad a la oxidación contienen partículas insolubles que pueden obstruir los filtros de combustible, lo cual puede potencialmente conducir a una baja en el rendimiento de los motores o su falla por falta de combustible.

Como se ve, la determinación de la calidad de estos combustibles requiere la ca racterización de muchas propiedades físicas y químicas; sin embargo, es común destacar entre todas ellas dos indicadores principales, el octanaje y el cetano, utilizados para caracterizar a la gasolina y al diesel, respectivamente:

- El número de octano u octanaje es una medida de la capac idad de la gasolina para resistir la auto-ignición o la detonación del motor. Es una propiedad innata del combustible, que puede ser mejorada a través de aditivos o de procesos de refinación. Los motores están afinados para ciertos valores de octano y menores niveles pueden causar que el motor se estanque o "cascabelee" con posibles daños severos en los pistones, anillos y válvulas. El octanaje está relacionado con el contenido de oleofinas, que tienen compuestos con dobles enlaces de carbono dentro de la mezcla (Blumberg et al., 2003:66). Existen tres métodos de medición del octanaje: RON o Research Ociarte Number (simulando condiciones de manejo en la ciudad); MON o Motor Octane Number (simulando condiciones de manejo en carretera); y, el promedio (RON+MON)/2 (Toledo, 1996:4).

- El número de cetano es una medida de la calidad de la ignición del diesel y está referida a la habilidad del combustible para reaccionar con el oxígeno bajo condiciones de explosión y, consecuentemente, posibilitar que el motor produzca su potencia (Walsh y Kolke, 2002:6). Un valor elevado del número de cetano incrementará la capac idad del vehículo para arrancar en climas fríos y genera menores emisiones de HC y CO, así como ahorros en el consumo del combustible (Blumberg et al., 2003:66).

A nivel internacional existe un reconocimiento unánime de la necesidad de mejorar la calidad de los combustibles para mejorar el desempeño ambiental de los automotores, ya que ello tiene im pacto no solo en una disminución directa de la cantidad y, muchas veces, la peligrosidad de las emisiones, sino que adicionalmente, mejores combustibles permiten la introducción de opciones tecnológicas de mayor eficiencia y control de la contam inación. Con este antecedente y para ampliar la información sobre los parámetros de calidad, resulta conveniente recurrir a una pu-

í 16 G e s t ió n d e l a C a l id a d d e l A ir e

C a p í t u lo 3 . L a s fu e n t e s d e em is ión

biicación de las asociaciones de fabricantes de vehículos europea (European Automobile Manufacturers Association, ACEA), americanas (Alliance of Automobile Manufacturers y Engine Manufacturers Association, EMA) y japonesa (Japan Automobile Manufacturers Association, JAMA), denominada Worldwide Fuel Charter (ACEA et al., 2006), en donde se busca plantear recomendaciones comunes a nivel mundial sobre calidad de combustibles, tomando en cuenta los requerimientos de los consumidores y las tecnologías de emisiones vehiculares.

En este esfuerzo internacional se reconocen cuatro categorías de automotores en función de los requerimientos de emisiones exigidos en las normativas de cada país o región, respecto a ¡as que se formulan recomendaciones de calidad de combustibles. Estas categorías son:

- Categoría 1: mercados sin ningún control o con un primer nivel de control, basado principalmente en rendimientos fundamentales del vehículo/motor y protección de los sistemas de control de emisiones. Por ejemplo, mercados con requerimientos de emisión US Tier 0 y Euro 1.

- Categoría 2: mercados con requerimientos más exigentes de control de emisiones u otras demandas. Por ejemplo, mercados que requieren estándares de emisión tipo US Tier 1, Euro 2 o 3 o equivalentes.

- Categoría 3: mercados con requerimientos avanzados para el control de emisiones u otras demandas. Por ejemplo, mercados que requieren estándares de emisión tipo US/California LEV o ULEV, Euro 3, JP 2005 o equivalentes.

- Categoría 4: mercados con requerimientos aún más avanzados de control de emisiones, con sofisticadas tecnologías para NOx y MP. Por ejemplo, mercados que requieren estándares de emisión tipo US Tier 2, US/California LEV-II, Euro 4, Euro 5 Heavy Duty o equivalentes.

Con este antecedente, las Tablas 3.9 y 3.10 resumen los criterios de calidad para los parámetros identificados en las normas ecuatorianas de calidad de los combustibles, para gasolina y diesel, respectivamente, en contraste con las recomendaciones del Worlwide Fuel Chapter. Hay que señalar de antemano, que tales parámetros son en realidad bastante restringidos si se compara con el listado mucho más amplio que se considera en la publicación antes referida, lo cual ya introduce un elemento de análisis para futuras políticas o planes sobre este tópico.

En el caso del Ecuador, lo más importante a destacar es el hecho de que el plomo fue eliminado com pletam ente de ias gasolinas en ei año 1999, io que posibilitó que desde el 2000 se introduzca como un requerimiento nuevo para los vehículos nacionales e importados, el contar con un convertidor catalítico que reduzca las emisiones vehiculares; también es importante señalar que desde el 2006, para Quito y desde el 2008 para Cuenca también, se distribuye un diésel de menor contenido de azufre conocido com o premium. Pese a estos avances, la información presentada



muestra que el país tiene todavía una brecha que cerrar para sintonizarse con los niveles internacionales, al menos en la Categoría 2 de clasificación del parque automotor.

Tabla 3.9 Parámetros de calidad de las gasolinas de uso automotriz en el Ecuador, en contraste con las recomendaciones del Woridwide Fuel Chapter para cada categoría de clasificación de los automotores

Propiedadesv ;':

unidadECU extra

y;;*: • •’ ’■ :*:f'min max

ECUsúper C a li

min max min max

Cat2

min max

Cat3

min max

Cat4

min max

RON 80 89 91 91 91 91

Contenido azufre m g/kg 2000 2000 1000 150 30 10

Contenido plomo m g/l 0.013 0.013 nd nd • nd nd

Contenido oieofinas % v/v 20 25 - 18 10 10

Contenido aromáticos % v /v 20 30 50 40 35 35

Contenido benceno % v/v 1 2 5 2.5 1 1

Presión de vapor kPa 56 56 45 60 45 60 45 60 45 60

Tabla 3.10 Parámetros de calidad del diésel de uso automotriz en el Ecuador, en contraste con las recomendaciones del Woridwide Fuel Chapter para cada categoría de clasificación de los automotores

Propiedades unidad, .' • .V,,;ECU diésel 2

min max

JECU diésel 2P C a li

min max min max min

Cat 2

i max min

Cat 3

max

Cat 4

min max

Número cetano 45 45 48 51 53 55

Contenido azufre m g/kg 7000 500 2000 300 50 10

T90 °C 360 360 - 340 320 320

Punto inflamación °C 51 51 55 55 55 55

Residuo carbonoso m g/kg 0.15 0.15 0.30 0.30 0.20 0.20

Contenido agua m g/kg 500 500 500 200 200 200

Contenido ceniza % m /m 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.001

A la luz de esta información, a juicio de CORPAIRE (2008), las decisiones para mejorar la calidad de los combustibles deberían considerar los siguientes criterios:

• En el corto plazo:

- Para las gasolinas: dada la realidad tecnológica del país en materia vehicular es imperioso resolver el tema del octanaje: Sierra (85 y 93 RON) y Costa (93 RON). Se debe normar el contenido de azufre hasta un máximo de 100 ppm. Se debe incorporar aditivos detergentes/dispersantes de acuerdo a recomendaciones internacionales (probablemente el mejor referente es México). Un ligero aumento en los niveles de aromáticos podría ser tolerable (según recomendaciones internacionales) si se atienden simultáneamente los requerimientos en cuanto a RON, azufre y aditivación.

1 18 G e s t ió n d e l a C a l id a d d e l A ir e


- Para el dlésel: Guayaquil requiere de forma urgente ser provista con diesel de hasta 500 ppm de azufre, para hacer viable la mejora tecnológica del parque vehicular entrante al país (Euro III). Se deberían incorporar aditivos lubricantes y detergentes/dispersantes en el diesel de modo urgente. En el diesel se debe reducir el contenido de azufre y segregar su distribución en función de su destino (industrial, generación, marino, pesquero y vehicular) siguiendo el ejemplo del DMQ, en donde Petrocomercial posee la experiencia y las herramientas (Beaterío).

- En lo institucional y ambiental: es necesario el diseño de un marco regulato- rio jurídico -administrativo que permita viabilizar un control del mayor número de parámetros regulados posible en terminales de abastecimiento al menudeo (estaciones de servicio) y en las cadenas de producción, despacho y transporte de derivados, incorporando varios de los parámetros de fácil control, tales com o apariencia. Hay que consensuar protocolos para el análisis ambiental de nuevos combustibles, nuevas mezclas o aditivos y fortalecer la capacidad técnica local para ¡mplementarlos.

• En el mediano plazo:

- Se debe incrementar el número de parámetros controlados en los combustibles hasta las recomendaciones WWFC de Categoría 3. Los niveles de los parámetros deben ser discutidos para asegurar que se ajusten lo más posible a las recomendaciones internacionales en función del nivel sugerido. Se debe mejorar los mecanismos de control de calidad de combustibles en terminales de servicio (uso vehicular) de modo de minimizar la posibilidad de adulteración y/o degradación de los combustibles.

En el largo plazo:

- Las nuevas refinerías deben ser diseñadas para la producción de derivados con Categoría 4 WWFC, con la obligación de actualizar estos parámetros en forma periódica para ajustarlos a los requerimientos internacionales en materia vehicular (reducción progresiva de emisiones). Una vez proyectadas las calidades de combustible a ser producidas, paralelamente se deberá acordar con el sector automotor la entrada en vigencia de niveles superiores de calidad tecnológica vehicular, con los máximos estándares de reducción de emisiones.

3 . 5 IN V E N T A R IO S DE E M IS IO N E S

Un manejo adecuado del tema de la contaminación atmosférica y la calidad del aire, demanda el contar con información suficiente que permita tomar las medidas de manera oportuna y eficiente. Debido a la relación directa que existe entre las emisiones y la calidad del aire, el conocimiento de los niveles de emisión en una ciudad o región es un elemento básico.

Ca r l o s p á e z P é r e z ®, 2008 í 19


La mejor manera de sistematizar esta información es a través de inventarios de emisiones que brinden datos sobre el número de fuentes, los tipos y las cargas contam inantes que emiten (ver Figura 3.6). Evidentemente, la construcción de tales inventarios dem anda un esfuerzo grande y una aproximación dinámica, que permita el desarrollo y evolución del sistema de manera continua y periódica.

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Figura 3.6 Gráfico que resume los resultados del primer inventario de emisiones para el Distrito Metropolitano de Quito, donde se indica la contribución de cada una de las fuentes consideradas en función de los contaminantes evaluados (construido a partir de los datos mostrados en CORPAIRE, 2006:15-16).

Una vez construidos y en marcha, los inventarios de emisiones pueden ser útiles paralos siguientes casos:

- Predecir escenarios futuros, referidos por ejemplo al incremento proyectado del parque industrial o el parque automotor o al impacto que tendrá sobre la calidad del aire la adopción de nuevas tecnologías o políticas de control de las emisiones.

- Análisis de costo - beneficio, de manera de tener una proyección de la eficiencia económ ica de las políticas de control.

- Identificar áreas criticas con la finalidad de decidir las medidas de control más adecuadas; por ejemplo, el incremento de las acciones de control de las auto


C a p í t u lo 3 . L a s fu e n t e s d e em isión

ridades sobre las fuentes de emisión existentes; el reordenamiento del transito vehicular; el monitoreo de la calidad del aire; o, la ejecución de programas de prevención de potenciales crisis de salud pública por los altos niveles de contaminación.

Los inventarios de emisiones pueden ser construidos a partir de distintas fuentes de información, particularmente las siguientes:

- Para fuentes de emisión nuevas, a través de la información proporcionada en los estudios de im pacto ambiental que obligatoriamente deben ser presentados para recibir la autorización de construcción y operación.

- Para fuentes actualmente existentes, los reportes de los monitoreos realizados, tanto para fuentes fijas puntuales que es obligatorio, cuanto para fuentes móviles que posiblemente lo será en el futuro.

- Para fuentes que no tienen estudios de impacto, ni tam poco están exigidas de reportar su monitoreo, una buena posibilidad es la estimación de sus emisiones.

%

Dado que la primera alternativa escapa los alcances de este texto y que la segunda ya ha sido discutida, a continuación se señalan algunos elementos de lo que implica la estimación de las emisiones.

3.5.1 La e s t im a c ió n d e l a s e m is io n e s

La mayoría de técnicas para el cálculo de emisiones están basadas en el uso de uno de los siguientes datos o procedimientos: (1) datos del monitoreo de las fuentes de emisión; (2) balances de masas; y, (3) factores de emisión, conforme los detalles que se explican a continuación:

• El mejor método para determinar las emisiones desde una fuente puede ser el uso de los datos obtenidos en el monitoreo de la fuente, ya que de esta manera se reducen muchas de las asunciones y simplificaciones de utilizar otros métodos basados en referencias genéricas. El principal aspecto a cuidar en esta alternativa es la calidad del monitoreo realizado y la amplitud de las mediciones disponibles; por ello, para fuentes grandes se recomienda un monitoreo continuo de emisiones (CEM por sus siglas en inglés). Otro tema importante es el reconocimiento de los tiempos de muestreo y las condiciones de operación de los equipos durante este proceso, de manera de poder hacer extrapolaciones precisas para los intervalos definidos en el inventario de emisiones.

• El uso de balances de masa involucra el examen detallado de un proceso para determinar si las emisiones pueden ser calculadas o no sobre la base del conocimiento de los parámetros operativos del proceso, de las composiciones de la materia prima y los productos y de las cantidades de uso de los materiales. Esta metodología puede resultar bastante apropiada y simple de usarse cuando se

Ca r l o s P á e z P é r e z (§>, 2008 Í 2 Í


trata con solventes que tienden a evaporarse por com pleto hacia la atmósfera durante los procesos industriales, pero en casos en los que las pérdidas por evaporación son muy pequeñas, pueden generarse resultados sobreestimados respecto a la realidad.

• En ausencia de datos del monitoreo específico, el método más recom endado y de amplio uso es el de los factores de emisión, que son valores que relacionan las emisiones de un contam inante específico con el nivel de actividad del proceso que lo genera, tal com o la cantidad de materia prima procesada o de combustible consumido. La relación básica para calcular las emisiones a partir de factores de emisión es:

E = FE x VEEEn donde E representa el valor de la emisión estimada, FE es el factor de emisión y VEE una variable explicativa de la emisión.

Estos factores de emisión generalmente se calculan a partir del tratamiento estadístico de mediciones reales y son luego procesados para representar una ca tegoría industrial o un tipo de equipo de emisión, antes que una fuente específica. Las agencias ambientales internacionales han desarrollado muchos esfuerzos en definir estos factores de emisión (véase por ejemplo: Assessment of Sour- ces of Air, Water, and Land Pollution , publicado por la Organización Mundial de la Salud en 1993, el Atmospheric Emission Inventory Guidebook, editado por la Agencia Ambiental Europea en 1996 o el AP-42 de la Agencia Estadounidense de Protección Ambiental), los cuales pueden ser revisados vía Internet y, en caso de utilizarlos, deben considerarse las condiciones para las que fueron desarrollados, de manera poder determinar los límites de su aplicación en nuestro medio. Ejemplos de factores de emisión son:

- La emisión de material particulado en canteras de arena, expresada en gramos por tonelada producida o gramos por área de explotación de la cantera.

- La emisión de dióxido de azufre por la quema d búnker en quemadores industriales, expresada en microgramos por metro cúbico de combustible utilizado

- La emisión de monóxido de carbono en los buses urbanos, expresada en miligramos por kilómetro recorrido.

En cuanto a las variables explicativas de la emisión, son más bien parámetros de orden económ ico relacionados directamente con los factores de emisión a través del rendimiento del proceso que genera la emisión y que sirve de base para la expresión del FE. Por ejemplo, haciendo referencia a los casos señalados para los factores de emisión, los siguientes podrían ser VEE adecuadas:

122 Ge s t ió n d e l a C a u d a d d e l A i r e


- Toneladas de arena producidas por año (ton/año)- Superficie de frentes de canteras explotados al año (m2/año)- Cantidad de búnker vendido al año (m3/año)- Número de kilómetros recorridos por los buses al año (km/año)

Adicionalmente, se han desarrollado varios sistemas informáticos que entregan información sobre factores de emisión y emisiones totales, tal es el caso de los modelos recomendados por la USEPA como el TANKS, para estimar emisiones de COVs desde depósitos de combustibles, el LANDFILL, para evaluar emisiones desde rellenos sanitarios, el WATER8, para plantas de tratamiento de aguas residuales, o el más complejo MOVES5, que sirve para determinar factores de emisión vehiculares, en función de varios parámetros como ¡a tecnología vehicular, la calidad del combustibles, etc. Todos estos modelos son de libre uso y pueden ser descargados libremente del sitio Web de la USEPA, para su uso, debe considerarse las particularidades de cada realidad específica.

3.5.2 L a c o n s t r u c c ió n d e i n v e n t a r i o s d e e m i s i o n e s%

La construcción del inventario de emisiones debería estar dentro de la planificación anual de las actividades de gestión de la calidad del aire; sin embargo, por las dificultades que involucra la tarea, es común en las ciudades latinoamericanas contar con inventarios cada dos años, generalmente con dos años de desfase, habida cuenta de la necesidad de contar con información anual consolidada. Por ejemplo, el Distrito Metropolitano de Quito publicó su primer inventario detallado a inicios del año 2006, con datos correspondientes al 2003 y de acuerdo con el planificación vigente, se espera su actualización cada dos años.

El procedimiento recom endado para emprender la tarea de construir un inventario de emisiones se resume en los siguientes pasos;

- Determinación del uso que tendrá el inventario, ya que de ello se desprenden las características y nivel de detalle que debería tener este instrumento de gestión. En los Estados Unidos, por ejemplo, se han determinado 4 niveles de inventarios, desde el I que implica la utilización de información sobre cada fuente significativa de mucho detalle, hasta el IV que utiliza estadísticas nacionales de consumo de combustibles, discriminadas de acuerdo a datos genéricos de densidad poblacional o indicadores similares.

- Identificación de todas las fuentes de emisión dentro del área de interés, incluyendo la clasificación de cada una de esas fuentes. La mayoría de inventarios generalmente consideran cinco grupos de fuentes: (a) fuentes fijas puntuales; (b) fuentes fijas de área; (c) fuentes móviles en ruta; (d) fuentes móviles fuera de

5 MOVES constituye la última versión de este modelo de emisiones vehiculares, las anteriores tenían el nombre de MOBILE y se llegó hasta la versión 6.



ruta; y, (e) fuentes biogénicas. la pertinencia de estos grupos depende de la realidad específica de cada aplicación concreta.

Figura 3.7 Ejemplo de presentación de los resultados de un inventario donde se muestra la distribución espacial de las emisiones de óxidos de nitrógeno en el Distrito Metropolitano de Quito y su área de influencia (CORPAIRE, 2006:28).

- Definir los métodos para estimar las emisiones de cada fuente, de acuerdo a las opciones mencionadas en la sección anterior.

- Identificar y seleccionar las fuentes de datos para los niveles, de actividad y otros parámetros que se requieren para aplicar el método de estimación de emisiones.

- Realizar el control y aseguramiento (QA/QC) de calidad del inventario, de manera de establecer los niveles de certidumbre en la información producida y los temas en los que se necesita mayor investigación y análisis.

- Documentar los métodos utilizados, las fuentes de información y los chequeos de calidad realizados.

- Difundir la información, lo cual depende de las finalidades que vaya a tener este instrumento. Para objetivos generales, posiblemente sea suficiente una presentación consolidada de los resultados, con indicación de los aportes de cada

124 GESTIÓN DELA CALIDAD DEL A l RE

C a p í t u lo 3 . L a s f u e n t e s d e em is ión

una de las fuentes significativas o tipos de fuentes, por ejemplo, transporte, o más finamente, buses, taxis y autos privados. Cuando el inventario va a ser utilizado como insumo para modelos de predicción de la calidad del aire, se requiere que la información sea expresada espacialmente, usualmente con la ayuda de un sistema de información geográfica, y que se incluyan las variaciones diarias y semanales de las emisiones. Adicionalmente, para estudiar escenarios futuros o potenciales de emisiones, hace falta consolidar la metodología y la información utilizada y generada en un sistema computacional de administración del inventario de emisiones, que permita fácilmente manipular los parámetros (número de fuentes, localización de las fuentes, niveles de actividad de las fuentes o factores de emisión) de manera de simular numéricamente las condiciones que se requieren evaluar.

- Planificar el mejoramiento y actualización del inventario, dado que este es un instrumento que debe ser optimizado permanentemente, de manera de contar con una información cada vez más objetiva y cercana a la realidad.


COMPORTAMIENTO DE LO CONTAMINANTES EN LA

ATMÓSFERA

Una vez que los contaminantes son liberados a la atmósfera desde cualquiera de las fuentes de emisión ya estudiadas, su presencia y abundancia en la misma depende de la meteorología, así como de las transformaciones químicas que puedan experimentar, por lo que en este capítulo se trata sobre estos dos temas, aunque con mayor énfasis en el primero, debido a la complejidad del segundo, que rebasa el alcance de este texto. Es importante destacar que la discusión que se presenta sobre la meteorología y la contaminación del aire proviene mayormente del texto "Conceptos básicos sobre meteorología de la contam inación del aire” publicado por el Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS) de la Organización Panamericana de la Salud en 1997.

Complementariamente, se aborda el tema de la simulación m atem ática del comportamiento de los contaminantes en la atmósfera, con un análisis bastante amplio sobre los modelos de dispersión Gaussiana y una breve introducción de alternativas más complejas de predicción de la calidad del aire como son los modelos de transporte químico, en referencia a los avances que en esta dirección se tienen en la ciudad de Quito.

C a r l o s P á e z P é r e z ®, 2 0 0 8 1 2 5

C a p ít u l o 4 . C o m p o r t a m ie n t o d e l o s c o n t a m in a n t e s e n l a a t m ó s f e r a

4. t M e t e o r o l o g ía y c o n t a m i n a c i ó n a t m o s f é r i c a

En términos científicos, la meteorología no es sino la m ecánica de fluidos aplicada a la atmósfera (Stull, 2000) y en este ámbito caen procesos como los vientos o el intercambio de calor, que determinan el comportamiento de los contaminantes una vez que son liberados desde las fuentes de emisión. Por esta razón, es importante conocer como los procesos atmosféricos influencian en la calidad del aire, que es lo que se explicará a continuación.

*

Como la atmósfera es el medio en el que se liberan los contaminantes, el transporte y la dispersión de estas descargas depende en gran medida de parámetros meteorológicos. Consecuentemente, un elemento preliminar de análisis que hay que tener presente es que cuando se desarrollan condiciones meteorológicas que no favorecen la dispersión de los contaminantes, es muy probable que ocurran episodios críticos de contaminación, que dem andan medidas de contingencia para reducir las emisiones y evitar niveles de exposición peligrosos para la población.

4 .1 .1 E s t r u c t u r a v e r t i c a l d e l a a t m ó s f e r a

Como ya fue mencionado en el Capítulo 1, la atmósfera no es homogénea verticalmente y presenta comportamientos diferentes en cuanto a la densidad, la presión y la temperatura, que determinan la existencia de capas atmosféricas. A continuación se explica brevemente el comportamiento de estas variables físicas:

- La densidad del aire es la masa por unidad de volumen. En la atmósfera, la densidad decrece rápidamente con la altura; en otras palabras, las moléculas de aire disminuyen con la altura, debido al arrastre gravitacional de la Tierra, que provoca que las moléculas que están en la atmósfera sean arrastradas hacia el centro de la Tierra. En efecto, más del 90% de todas las moléculas en la atmósfera están dentro de esos primeros 16 km, aunque a diferentes concentraciones, debido a los procesos de mezcla y movimiento vertical que mantienen a las moléculas moviéndose todo el tiempo. La rápida disminución en la densidad conforme se sube, a fecta a la presión atmosférica, causando su disminución a una tasa similar. La densidad del aire estándar a nivel del mar es de alrededor de 1.225 kg rrr3 (Seinfeld y Pandis, 1998).

- La presión del aire, definida como la fuerza por unidad de área, es el resultado del peso de todas las moléculas gaseosas que se encuentran entre un nivel de referencia y el tope superior de la atmósfera. Debido a que cerca de la superficie de la Tierra es en donde existe mayor abundancia de nitrógeno y oxígeno, los dos elementos que dan cuenta del 99% de la atmósfera, la presión atmosférica también decrece conforme se asciende, de manera proporcional con la densidad del aire. Es importante entender que la presión en un punto dado cam bia con el tiempo debido a que las moléculas de aire no permanecen en el mismo sitio. Esta presión cam biante es la clave del concepto meteorológico

1 2 6 Ge s t ió n d e l a C a l id a d d e l A ir e

C a p ítu lo 4 . C o m p o r ta m ie n to d e l o s c o n ta m in a n te s en l a a t m ó s f e r a

del tiempo. La presión atmosférica estándar a nivel del mar es de 101 325 Pa o 1 103 mbar (Seinfeld y Pandis, 1998).

- La temperatura también cam bia con la altitud. Dado que el número de moléculas decrece con la altura, suele asumirse que la temperatura se comporta de la misma manera, lo cual no siempre es el caso. Cada capa en la atmósfera tiene su propio perfil de temperatura, por lo que más adelante se explicará este comportamiento específico, junto con los procesos que afectan su com portamiento en la atmósfera.

La Figura 4.1 muestra ia variación de la densidad y presión atmosféricas en función de la altitud.

Presión del aire (mb) Densidad del aire (kg n r 3)

Figura 4.1 Variación de la presión (izquierda) y la densidad atmosféricas en función de la altitud. El d iagram a de presión muestra que el 99.9% de la atmósfera se encuentra bajo una a ltitud de aproxim adam ente 48 km y el 50% bajo aproxim adam ente los 5.5 km (Jacobson, 2002:51)

4 . 1 . 2 B a l a n c e t é r m ic o d e l a a t m ó s f e r a y d i s t r i b u c ió n d e l c a l o r

Para iniciar el estudio de la meteorología, es importante familiarizarse con la fuente de energía responsable de la circulación atmosférica y con la manera cómo la Tierra y la atmósfera interactúan para balancear la energía recibida por el sistema Tierra - atmósfera.



Ra d ia c ió n e in s o l a c ió n

La energía consumida en casi todos los procesos atmosféricos proviene del Sol y la absorción o pérdida de energía radiante por la Tierra y la atmósfera son casi responsables en la to ta lidad del clima terrestre, tanto a nivel global com o local (Seinfeld y Pandis, 1998). Esta energía se transfiere a través de la radiación del calor en forma de ondas electromagnéticas, caracterizadas por su longitud de onda (A) y clasificadas de acuerdo al espectro de radiación electromagnética. Aunque el Sol emite en todas las longitudes de onda, la radiación del Sol tiene su pico de transmisión en el rango visible del espectro, entre 0.38 y 0.78 micrómetros (pm) (Figura 4.2). Sin embargo, el Sol también descarga una cantidad considerable de energía en las regiones ultravioletas e infrarrojas.

Figura 4.2 Longitudes de onda a las que el sol irradia 99% de su energía (Moran y Morgan,1994)

El 99% de la energía solar se emite en longitudes de onda que oscilan entre 0.5 y 40 pm, pero las longitudes de onda más largas que 2.5 pm son. fuertemente absorbidas por el vapor de agua y el dióxido de carbono de la atmósfera y la radiación en longitudes de onda menores que 0.29 pm es altamente absorbida en la atmósfera por el nitrógeno y el oxígeno; por consiguiente, la radiación solar que cae sobre la Tierra generalmente tiene una longitud de onda que oscila entre 0.29 y 2.5 pm.

La cantidad de radiación solar recibida en una hora y un lugar específicos del sistema Tierra - atmósfera se llama insolación (en inglés, ¡nsolation, de ¡ncoming solar radiation). La insolación esta determinada por cuatro factores:


C a p í tu lo A. C o m p o r ta m ie n to d e l o s c o n ta m in a n te s e n l a a t m ó s f e r a

- La constante solar, que es la cantidad promedio de radiación recibida en un punto perpendicular a los rayos solares, localizado fuera de la atmósfera en la distancia media entre la Tierra y el sol. Es igual a 1 370 W nrr2 (Seinfeld y Pandis, 1998), aunque varía algo según la producción de energía del Sol y la distancia de la Tierra en relación con este.

- La transparencia de la atmósfera ya que la radiación emitida se agota a medida que pasa a través de la atmósfera por la absorción o la reflectividad de las diferentes moléculas o las nubes que la conforman. Como todo cuerpo que se calienta, ¡a Tierra cuando recibe la energía solar, también emite radiación, aunque en un rango electromagnético más grande (10 i^m) que también es absorbida por la atmósfera, en efecto, la atmósfera absorbe mucho más radiación terrestre gue solar, en un fenómeno conocido como efecto invernadero.

- La duración de la luz de día también afecta la cantidad de insolación recibida, mientras más largo sea el período de luz solar, mayor será la posible insolación total. La duración de la luz del día varía con la latitud y las estaciones. En el ecuador, el día y la noche son siempre ¡guales, mientras que en las regiones polares, el período de luz del día alcanza un máximo de 24 horas en verano y un mínimo de cero horas en invierno.

- El ángulo con que los rayos solares caen sobre la Tierra varía considerablemente a medida que el sol “se mueve” de un lado a otro del ecuador. Una superficie relativamente piaña y perpendicular a un rayo solar vertical recibe la mayor cantidad de insolación. Por consiguiente, las áreas donde los rayos solares son oblicuos reciben menos insolación, ya que estos deben atravesar una capa más espesa de la atmósfera y se dispersan sobre una superficie mayor. Este mismo principio se aplica al desplazamiento diario de los rayos solares: al mediodía, se produce la mayor intensidad de insolación, mientras que durante la mañana y la tarde, cuando el sol se encuentra en un ángulo bajo, la intensidad de la insolación es menor.

B a l a n c e t é r m ic o y t r a n s p o r t e d e c a l o r

Si toda la energía proveniente del sol se almacenara en el sistema Tierra - atmósfera, la Tierra se recalentaría; sin embargo, en la realidad lo que ocurre es que la radiación recibida regresa como radiación terrestre y da lugar a un balance térmico, llamado balance de radiación. La Figura 4.3, que es otra versión de la ya analizada Figura 1.6, muestra el balance de radiación (térmico) de la atmósfera. De cada 100 unidades de energía que ingresan en la atmósfera, 51 son absorbidas por la tierra (otros estudios hablan de 44 unidades), 19 por la atmósfera (otros, 26) y 30 reflejaáas nuevamente al espacio. Las 70 unidades que absorbe el sistema Tierra - atmósfera (51 + 19 unidades) son irradiadas nuevamente al espacio como una radiación de onda larga (OPS, 1997; Seinfeld y Pandis, 1998).


C a p ít u l o 4 . C o m p o r t a m ie n t o de l o s c o n t a m in a n t e s e n l a a t m ó s f e r a

ESPACIO Radiación emitidaRadiación solar

recibida corta (30<&) Dnda larga 7̂0%5100

ATMOSFERA

16Absorbidas por el

vapor de agua el polvo, Oj

Absorbidas por las nubes

OCEANO, TIERRA

Dispersadas/ por

Reflejadas por la superficie

Absorbidas '

51

Reflejadas por nubes VCZ2¡2>

38 26

Emisión neta s través dei vapor

de agua 00$ C_bEmisión a través

de las nubesAbsorción a través del vapor de agua 15 CO^

Emisión neta superficial de la radiación de ondas largas

21

t Flujo latente de calor

Flujo sensible de calor

123

Figura 4.3 Radiación y balance térmico promedio anual de la atmósfera para 100 unidades de radiación solar recibida (OPS, 1997:18)

Este balance térmico explica de manera general el fenómeno de la temperatura en el sistema Tierra - atmósfera; sin embargo, en términos más detallados, existen grandes contrastes en la forma como se distribuye el calor debido a la diferente insolación que reciben los polos frente a las zonas tropicales o al calentamiento diferencial que presentan las grandes masas de agua frente a las de tierra. Además, también existen procesos de transporte de calor que afectan la temperatura de la atmósfera cercana a la superficie terrestre.

En efecto, el calor se transmite por conducción, convección y advección, según la siguiente explicación:

- La conducción es el proceso por el cual se transmite el calor a través de la materia sin que esta en sí se transfiera. Por ejemplo, el asa de una sartén de hierro se calienta debido a la conducción de calor del mechero de la estufa. El calor es conducido de un objeto más caliente a uno más frío.

- La transferencia de calor a través de la convección se produce cuando la materia está en movimiento. El aire que se calienta a través de una superficie terrestre ca lentada por conducción se elevará porque es más liviano que el del ambiente. El término advección se emplea para denotar la transferencia de calor que se produce principalmente por el movimiento horizontal antes que por el movimiento vertical del aire, que es la convección propiamente dicha.

130 G e s t ió n d é l a C a l id a d d e l A ir e

C a p ít u l o 4. C o m p o r t a m ie n t o d e lo s c o n t a m in a n t e s e n la a t m ó s f e r a

En términos generales, la región ecuatorial obtiene más calor que el que pierde y como los polos pierden más calor que el que obtienen (ver Figura 4.4), algo debe suceder para que el calor se distribuya de manera más uniforme alrededor de la Tierra, ya que de otro modo, las regiones ecuatoriales seguirían calentándose y los polos enfriándose. En efecto, para lograr un equilibrio, las circulaciones atmosféricas y oceánicas realizan una transferencia continua de calor a larga escala (de latitudes bajas a altas).

Figura 4.4 Distribución la titud inal del ca lo r (OPS, 1997)

4 . i .3 E s t r u c t u r a d i n á m i c a d e l a a t m ó s f e r a

Como se ha dicho, el aire se mueve a fin de equilibrar los desbalances de presión atmosférica que causan las variaciones de la insolación y el calentamiento diferencial. El calentamiento diferencial es la causa principal de la circulación atmosférica en la Tierra. Más adelante se explicará por qué el viento sopla desde una determinada dirección y las causas de los patrones generales de circulación de! aire, se observarán las diferencias de comportamiento entre los vientos en altura y los superficiales y cómo influye la topografía de la Tierra en estos últimos.

C a r l o s Pá e z P é r e z ®, 2008 Í31


E l v ie n t o

El viento es el elemento básico en la circulación general de la atmósfera. Todos los movimientos del viento, desde ráfagas pequeñas hasta grandes masas de aire, contribuyen al transporte del calor y de otras condiciones de la atmósfera alrededor de la Tierra. La denominación de los vientos 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 prevalente.

La velocidad del viento aumenta rápidamente con la altura sobre el nivel del suelo mientras que la carga de fricción con la superficie terrestre disminuye. Por lo general, el viento no es una corriente constante sino conformada por ráfagas con una dirección ligeramente variable, separada por intervalos. Las ráfagas de viento que se producen cerca de la Tierra se deben a las irregularidades de la superficie, lo cual crea remolinos. Los remolinos son variaciones de la corriente principal del flujo del viento. Las irregularidades mayores se producen por convección o transporte vertical del calor. Estas y otras formas de turbulencia contribuyen al movimiento del calor, de la humedad y del polvo en el aire en altura.

Presión1,004 mb

1.008 mb

Presión altaP = Fuerza del gradiente de presión V = Velocidad del viento FC = Fuerza de Coriolis F ~ Fricción

Las longitudes de las flechas se representan proporcionales a la magnitud de las fuerzas o velocidad implicada.

Figura 4.5 Componentes del vector viento (OPS, 1997)

132 Ge s t ió n d e l a Ca l id a d d e l A ir e

C a p í tu lo 4 . C o m p o r ta m ie n to d e l o s c o n ta m in a n te s e n l a a t m ó s f e r a

En términos generales, la Figura 4.5 representa el conjunto de fuerzas que actúan en el aire para provocar su movimiento (viento) con una dirección y una velocidad determinadas. Estas fuerzas son tres:

- El gradiente de presión, que resulta de la diferencia en la presión atmosférica entre dos sitios. El aire siempre tiende a moverse de las zonas de alta a las de baja presión.

- La fuerza de Coriolis, debida a la rotación de la Tierra, que aparentemente desvía el viento hacia ia derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur. En el ecuador, esta fuerza tiene un valor de cero, mientras que es máxima en los polos.

- La fricción, que "frena” al viento cerca de la superficie debido al rozamiento entre los dos cuerpos. Este efecto se desvanece conforme se aleja de la superficie.

Figura 4.6 La espiral de Ekman del viento en el hemisferio norte (OPS, 1997)

El viento se dirige hacia la presión baja hasta que el vector resultante de la fuerza de fricción y la fuerza de Coriolis equilibran de manera exacta la fuerza del gradiente de presión. A m edida que las fuerzas fricciónales aumentan, las direcciones del viento giran más bruscamente hacia la presión baja. Este cam bio en la dirección del viento según las diferentes altitudes dentro de la capa de fricción se ¡lustra en la Figura 4.6 y se denomina espiral de Ekman. El giro de la dirección del viento disminuye con la altura hasta que la fricción deja de influir en el flujo del viento, en cuyo caso se denomina viento geostrófico, que se mueve paralelo a las isóbaras (líneas de igual presión).

Ca r l o s Pá e z P é r e z ®. 200 8 Í33


C ir c u l a c ió n g l o b a l

La contam inación del aire es a fectada por los vientos, los vientos son afectados por los sistemas de presión a gran escala y estos últimos dependen de la circulación global de la atmósfera.

La circulación global representa el flujo promedio de aire alrededor del mundo. Como los vientos pueden variar ampliamente respecto del promedio en cualquier tiempo y lugar, el estudio de los patrones de flujo promedio del viento puede servir para identificar los patrones predominantes de circulación en ciertas latitudes y entender sus causas. Como se anotó anteriormente, la fuerza que impulsa la circulación general es el calentam iento irregular de la superficie terrestre. Las regiones ecuatoriales reciben mucho más energía del sol que las polares. Las variaciones horizontales de la temperatura atmosférica, causadas por el calentam iento irregular, determinan diferencias de presión que dirigen la circulación atmosférica.

Dada la com plejidad de la circulación mundial del aire, se empieza por estudiar un modelo simple que explica cómo sería dicho proceso sin las complicaciones causadas por la rotación de la Tierra y la irregularidad de su superficie. Si la Tierra no rotara y estuviera compuesta por una superficie sólida uniforme, se podría observar un modelo de circulación muy predecible del ecuador a los polos conforme lo ilustra la Figura 4.7).

Figura 4.7 Circulación planetaria hipotética del aire si la Tierra no rotara y si tuviera una superficie uniforme (OPS, 1997)

134 G e s t ió n d e l a C a l id a d d e l A ír e


El aire del ecuador, que recibe más radiación solar, sería más cálido y ligero y se elevaría debido a la convección. A medida que el aire ecuatorial cálido se eleva, se producen tormentas eléctricas que liberan más calor y hacen que el aire continúe elevándose hasta que llega a la capa superior de la atmósfera. En este punto, el aire empezaría a moverse hacia las regiones polares y se enfriaría a medida que se traslade. En los polos, el aire frío denso descendería a la superficie y volvería a fluir hacia el ecuador. En el hemisferio norte, el flujo del aire cercano a la superficie estaría siempre fuera del norte porque el aire más frío del polo norte remplazaría al aire cálido, ascendente desde el ecuador.

Sin embargo, ¡a Tierra rota, lo que hace más complejo este flujo relativamente simple de aire, ya que entran en acción otros factores como la ya referida fuerza de Coriolis.

La primera parte de la explicación es similar al modelo hipotético; sin embargo en la realidad el aire no llega hasta los polos sino que empieza a convergir o "reunirse" a una altura aproximada de 30° de latitud. Esta convergencia del aire lo hace hundir o asentarse en esta latitud, lo que a su vez determina la divergencia del aire en la superficie terrestre. A medida que el aire se hunde en esta región, el cielo se muestra despejado y los vientos superficiales son suaves y variables. Las latitudes de 30° se conocen como zonas de calmas subtropicales porque es allí donde se calman los barcos de vela. De las zonas de calmas subtropicales, una parte del aire superficial regresa al ecuador y debido al efecto de Coriolis, los vientos soplan desde el nordeste en el hemisferio norte y desde el sudeste en el hemisferio sur (vientos alisios). Como se puede observar en la Figura 4.8, los vientos alisios convergen alrededor del ecuador en una región denominada la zona intertropical de convergencia (ZITC). Este aire ecuatorial convergente se calienta y se eleva a lo largo del ciclo.

La otra parte del aire superficial en las latitudes de 30° viaja hacia los polos y nuevamente por acción de la fuerza de Coriolis, se desvía estos hacia el este en ambos hemisferios (vientos prevalentes del oeste o vientos del oeste). Entre las latitudes de 30° a 60°, los sistemas móviles de presión y las masas de aire asociadas (que se tratan más adelante) ayudan a transportar la energía, provocando que la mayor parte del aire húmedo de las regiones del sur se desplace hacia el norte. Posteriormente, esta humedad se condensa y libera la energía que ayuda a calentar el aire en las latitudes del norte.

En las áreas que se encuentran entre las latitudes de 60° y los polos, prevalecen ios vientos polares del este. Estos forman una zona de aire frío que sopla hacia el sudeste (hemisferio del norte) y hacia el nordeste (hemisferio del sur) hasta que se encuentran con los del oeste, más cálidos. La interfaz entre ¡os vientos polares de! este y los del oeste es el frente polar, que se traslada a medida que ambas masas de aire se presionan entre sí de un lado al otro.

El frente polar viaja del oeste al este y ayuda al aire frío a desplazarse hacia el sur y al aire húmedo y cálido, hacia el norte (hemisferio del norte) y, de ese modo, trans

CARLOS PÁEZ PÉREZ ®. 2008 135

C a p í t u lo 4 . C o m p o r ta m ie n to d e l o s c o n ta m in a n te s e n l a a t m ó s f e r a

porta energía calorífica a las regiones polares. A medida que el aire húmedo y cálido, característico de los vientos del oeste, ejerce una presión sobre los del este, fríos y más secos, se desarrolla un clima tempestuoso. Por consiguiente, el frente polar generalmente está acom pañado por nubes y precipitaciones. Como se indica en la Figura 4.8, las bandas más estrechas de vientos de alta velocidad, conocidas como corrientes de chorro, se desarrollan cuando existen grandes diferencias horizontales de temperatura. Si bien la corriente de chorro varía en tamaño y fuerza, generalmente tiene entre 7.6 y 12. 2 km sobre la Tierra y sus velocidades oscilan entre 129 y 193 km según la latitud y la estación. Estos vientos de gran altitud afectan a los superficiales al mismo tiempo que ayudan a “dirigir" los sistemas superficiales del clima. Si bien la dirección de la corriente de chorro generalmente es de este a oeste alrededor del globo, muchas veces, desciende de norte a sur al tiempo que sigue el límite entre el aire cálido y frió.

Figura 4.8 Representación esquemática de la circulación atmosférica general (OPS, 1997)

Ma s a s d e a ir e : t r a n s p o r t e a g r a n e s c a l a d e l a t e m p e r a t u r a y l a h u m e d a d

Las masas de aire son fenómenos de escala macro, que cubren cientos de miles de kilómetros cuadrados y se extienden por miles de metros. Son volúmenes de aire relativamente homogéneos con respecto a la temperatura y a la humedad y adquieren las características de la región sobre la que se forman y desplazan.

Los procesos de radiación, convección, condensación y evaporación condicionan la masa de aire a medida que se desplaza. Además, los contaminantes liberados en una masa de aire se desplazan y dispersan dentro de ella. Las masas de aire son más frecuentes en ciertas regiones. Estas áreas se conocen como regiones de origen y determinan la clasificación de la masa de aire. Las masas de aire se clasifi

136 Ge s t ió n d e la Ca l id a d d el A ir e

C a p í t u lo 4 . C o m p o r ta m ie n to d e l o s c o n ta m in a n te s en l a a t m ó s f e r a

can como marítimas o continentales según tengan su origen en el océano o la Tierra y como árticas, polares o tropicales según la latitud de su origen.

La frontera entre masas de aire con características diferentes se denomina frente. Un frente no es una pared marcada sino una zona de transición que muchas veces abarca varios kilómetros. Cuatro patrones de frentes - cálido, frío, ocluido y estacionario - se pueden formar por aire de temperaturas diferentes. La Figura 4.9 muestra dos ejemplos de avance de frentes.

Figura 4.9 Frentes frío (izquierda) y cálido en avance

La temperatura es una propiedad básica de las masas de aire. La temperatura de una masa de aire depende de la región donde esta se origina. Las masas árticas de aire son las más frías, y las tropicales, las más cálidas. La humedad es la segunda propiedad básica de una masa de aire, desempeñando un papel significativo en el tiempo y en el clima y generalmente se trata Independientemente de los demás componentes del aire. En cualquiera de sus formas, la humedad atmosférica es un factor de humedad, nubosidad, precipitación y visibilidad. El vapor de agua y las nubes afectan la transmisión de la radiación tanto hacia como desde la superficie terrestre. A lo largo del proceso de evaporación, el vapor del agua también transporta calor latente al aire, lo cual le da una función en el intercambio de calor (así como en el intercambio de humedad) entre la Tierra y la atmósfera. El agua atmosférica se obtiene por evaporación pero se pierde por precipitación.

La atmósfera sólo almacena una fracción de minuto el agua terrestre bajo la forma de nubes y vapor. La cantidad neta de agua presente en la atmósfera al final de cualquier período para una determinada región es una suma algebraica total de la cantidad alm acenada en un período previo, la ganancia por evaporación, la ganancia o pérdida por transporte horizontal y la pérdida por precipitación. Esta relación expresa el balance hídrico de la atmósfera.

Los sistemas frontales están acompañados por inversiones. Las inversiones se producen cuando el aire cálido se eleva sobre el frío y “entrampa" al aire frío por de

Ca r l o s Pá e z P é r e z ®. 2008 í 37

C a p ít u l o 4 . C o m p o r t a m ie n t o oe l o s c o n t a m in a n t e s e n l a a t m ó s f e r a

bajo. Cuando se producen estas inversiones, la circulación del aire es relativamente escasa y el aire se estanca también de manera relativa. Este entrampamiento frontal se puede producir ya sea con frentes cálidos o con fríos. Como por lo general un frente cálido se desplaza más lentamente que uno frío y su superficie frontal se agita de manera más gradual, el entrampamiento generalmente será más importante con un frente cálido. Además, las velocidades del viento de bajo nivel y superficial delante de un frente cálido (dentro del sector entrampado) generalmente serán inferiores a las velocidades del viento detrás de un frente frío. La mayor parte del entrampamiento frontal cálido se producirá de norte a oeste desde una determinada fuente contam inante y el 'entrampamiento frontal frío de sur a este desde la fuente.

In f l u e n c ia s t o p o g r á f ic a s e n l a m e t e o r o l o g ía l o c a l

Si bien los sistemas de presión a gran escala y la rotación de la Tierra controlan la meteorología de una región, existen factores locales que también afectan la meteorología, mayormente los topográficos. Los rasgos topográficos no sólo influyen en el calentam iento de la Tierra y del aire que la rodea sino también en el flujo del aire, sobre todo aquel relativamente cercano a la superficie terrestre. Estos rasgos se pueden agrupar en cuatro categorías: plano, montaña/valle, tierra/agua y áreas urbanas.

Los rasgos topográficos afectan la atmósfera de dos maneras, com o se muestra en la Figura 4.10: térm icamente (a través del calor) y geométricam ente (o m ecánicamente). La turbulencia térmica se produce por el calentam iento diferencial. La turbulencia mecánica, por su parte, es causada por el viento que fluye sobre objetos de tamaños y formas diferentes.

Figura 4.10 Los efectos topográficos en el calor y en flujo del viento (OPS, 1997)



Terreno plano

Si bien una pequeña parte de la superficie terrestre es com pletamente plana, algunas áreas se consideran como planas para propósitos topográficos. En esta categoría están Incluidos los océanos, aunque tienen una textura de superficie, y los rasgos ligeramente ondulantes del terreno. La turbulencia del viento sobre un terreno plano está limitada a la cantidad de accidentes de la superficie, ya sean naturales o hechos por el hombre.

Estos rasgos inducen un efecto friccional en la velocidad del viento y producen el conocido perfil del viento con altura. La Figura 4.11 indica que la velocidad del viento aumenta con la altitud en cada uno de los tres tipos de terrenos representados, las áreas urbanas con construcciones densas y edificios altos ejercen una fuerza friccional grande sobre el viento haciendo que disminuya, cam bie de dirección y se haga más turbulento. Por consiguiente, los vientos de gradiente (esto es, los que no se ven afectados por la fricción) alcanzan mayores altitudes cuando se producen sobre áreas urbanas que cuando lo hacen sobre el nivel del suelo.

Figura 4.11 Ejemplos de la variación del viento según la altura sobre superficies con diferentes rasgos topográ fico . Los números son porcenta jes de los vientos de gradiente (OPS, 1997)

La turbulencia térmica sobre un terreno piano se debe a rasgos naturales o producidos por el hombre. Por ejemplo, el agua no se calienta tan rápidamente durante el día pero el concreto lo hace excepcionalmente bien. Durante la noche, el concreto libera grandes cantidades de calor al aire, el agua no. El aire se eleva sobre los objetos calentados en cantidades variables por convección.

C a r l o s Pá e z P é r e z ®, 200 8 Í39


Montaña / valle

El segundo tipo es el terreno con montañas y valles o terreno complejo, en el cual la dispersión atmosférica puede ser muy diferente y mucho más com plicada que en los terrenos planos.

La turbulencia m ecánica en terrenos con montañas y valles siempre depende del tamaño, la forma y la orientación de los rasgos. Las numerosas com binaciones de terrenos montañosos o con valles incluyen una sola montaña sobre un terreno plano, un valle profundo entre montañas, un valle en terreno plano o una cordillera; en cualquier caso, el aire tiende a elevarse sobre un obstáculo que se presenta en su camino y una parte trata de abrirse paso por los diferentes lados si una inversión de temperatura elevada (aire cálido sobre aire frío) cubre la mayor elevación. Cuando el flujo de aire es bloqueado, se produce un entrampamiento o recirculación del aire.

La turbulencia térmica en un terreno con montañas y valles también guarda relación con el tamaño, la forma y la orientación de los rasgos. Las montañas y los valles se calientan de manera desigual debido al movimiento del sol en el cielo (Figura 4.12). Por la mañana, el sol calienta e ilumina un lado de una montaña o valle, mientras el otro lado todavía esta oscuro y frío, por lo cual el aire se eleva sobre el lado iluminado y desciende sobre el oscuro. Al mediodía, el sol “cae" sobre ambos lados y los calienta y por último, al final de la tarde, la situación es similar a la de la mañana. Después de la oscuridad, a medida que el aire se enfría debido al enfriamiento radial, el aire desciende al valle desde las colinas más altas.

Figure 4.12 Turbulencia térmica en el valle (el aire se eleva cuando la Tierra se ilumina) (OPS, 1997)



La Figura 4.13 muestra vientos descendentes y ascendentes que se producen durante el día y la noche, respectivamente. En el caso de un valle, los vientos descendentes se pueden producir en las pendientes opuestas del valle, lo que determina que el aire frío y denso se acumule o deposite en el suelo. Este aire frío se puede descender hacia el valle y causar el movimiento del aire debido al drenaje de aire frío. Además, como el aire frío desciende al suelo del valle, el aire en altura se vuelve más cálido. Esto da lugar a una inversión de temperatura que restringe el transporte vertical de los contaminantes del aire.

Además, los vientos de un valle están encadenados debido a su forma. Los vientos soplan predominantemente hacia la parte superior o hacia la parte baja del valle. Esto puede conducir a concentraciones altas de contaminantes del aire en el suelo debido a que la geometría del valle restringe las variaciones en la dirección del viento. El otro efecto del calentam iento se debe a las características del suelo. Las áreas cubiertas por árboles se calentarán menos que las pendientes rocosas o los terrenos llanos. Para interpretar el efecto producido en un terreno complejo es importante tener un conocim iento detallado de las áreas específicas que lo conforman.

Figura 4.13 Variaciones diurnas en el flujo del viento en m ontañas y valles deb ido al ca len tam iento solar (OPS, 1997)

Tierra / agua

La tierra y el agua no sólo presentan superficies con accidentes de diferentes características, sino también distintas propiedades de calentamiento. Puede ser muy difícil predecir el flujo de! aire y, por lo tanto, la dispersión y el transporte de los contaminantes en este caso.

Las propiedades térmicas de la Tierra y el agua son radicalmente diferentes. La tierra y los objetos que se encuentran sobre ella se calentarán y enfriarán rápidamente, mientras que el agua lo hace lentamente. Esto se debe a que cuan

C a r l o s P á e z P é r e z ®, 2008 141


do el sol brilla sobre la interfaz tierra/agua, la radiación solar penetra una profundidad considerable a través del agua y calentará unos pocos centímetros sobre el suelo.

Por estas características, mientras el sol brilla sobre la superficie acuática, se produce la evaporación y cierto calentam iento. La capa delgada del agua cercana al aire se enfría debido a la evaporación y se mezcla con la pequeña capa superficial calentada. Esta mezcla mantiene la temperatura del agua relativamente constante. En cambio, las superficies de la Tierra se calientan rápidamente, lo que hace que el aire adyacente se caliente, se haga menos denso y se eleve. En estas circunstancias, el aire frío sobre el agua es atraído tierra adentro en lo que se conoce com o “ brisa marina". Por la noche, ocurre lo inverso, el aire que está sobre la Tierra se enfría rápidamente debido al enfriamiento radial, que hace que la temperatura de la Tierra disminuya más rápidamente que la del cuerpo adyacente de agua, creando un flujo de retorno llam ado “brisa terrestre” .

Figura 4.14 Brisa marina causada por el calentamiento diferencial (izquierda/ y brisa terrestre causada por el calentamiento diferencial (OPS, 1997)

Las velocidades del viento en una brisa terrestre son ligeras; mientras que las velocidades del viento en el mar pueden ser muy aceleradas. La presión diferencial sobre la tierra y el agua causa las brisas marinas. Con estas (durante el día), la presión sobre la Tierra calentada es menor que la presión sobre el agua más fría. En cambio, con las brisas terrestres (durante la noche) ocurre lo contrario.

Los accidentes topográficos del continente y el agua también son diferentes. La superficie del agua es bastante sensible al flujo del aire y a medida que aumenta la velocidad del viento, la superficie del agua se altera y se forman olas. Cuando los vientos fuertes causan olas, la superficie del agua deja de ser tan



calma como cuando había viento ligero. Sin embargo, el agua es aún más suave que la mayoría de los rasgos de la Tierra; por ello, con el cam bio del agua a la accidentada tierra, el flujo del aire cambia de dirección con la creciente influencia friccional (mayor turbulencia). La magnitud del cam bio de dirección depende de la del contraste de accidentes en la superficie.

Áreas urbanas

Las áreas urbanas presentan accidentes adicionales y características térmicas diferentes debido a la presencia de elementos hechos por el hombre. La influencia térmica domina la de ios componentes fricciónales (Figura 4.15). Materiales de construcción como el ladrillo y el concreto absorben y retienen el calor de manera más eficiente que el suelo y la vegetación de las áreas rurales. Cuando el sol se pone, el área urbana continúa irradiando calor desde los edificios y las superficies pavimentadas. El aire que este complejo urbano calienta, asciende y crea un domo sobre la ciudad. Este fenómeno se llama efecto de la isla calórica. La ciudad emite calor durante toda la noche. Recién cuando el área urbana empieza a enfriarse, sale el sol y empieza a calentar el complejo urbano nuevamente. Por lo general, debido al continuo calentamiento, las áreas urbanas nunca recobran condiciones estables.

Figura 4.15 Turbulencia té rm ica y m ecán ica de las ciudades (OPS, 1997)

La turbulencia mecánica sobre las áreas urbanas es muy parecida a la que se produce en un terreno complejo. Los edificios, separados y en conjunto, alteran el flujo del aire: mientras más altos sean, más aire se distribuye. Además, las áreas públicas canalizan y dirigen el flujo de maneras intrincadas. Así como es imposible predecir detalles exactos sobre superficies con montañas y valles, se carece de una descripción exacta del flujo en las áreas urbanas.



4 . 1 . 4 C i r c u l a c i ó n v e r t i c a l y e s t a b il id a d a t m o s f é r i c a

La circulación vertical es igualmente importante en la meteorología de la contaminación atmosférica ya que el grado en que se produce permite determinar la cantidad de aire disponible para la dispersión de los contaminantes. La circulación vertical se puede atribuir a sistemas de presión alta y baja, a la elevación del aire sobre terrenos o frentes y a la convección.

G r a d ie n t e s v e r t ic a l e s d e t e m p e r a t u r a

El gradiente vertical de temperatura se define como la tasa de cam bio de la temperatura del aire con la altura. El verdadero gradiente vertical de temperatura de la troposfera es aproximadamente de 6 a 7 °C km-' pero varía mucho según el lugar y la hora del día. Una disminución de temperatura con la altura se define como un gradiente vertical negativo y un aumento de temperatura con la altura como uno positivo. Se han definido tres tipos de gradientes verticales para permitir determinar el efecto de la circulación vertical sobre los contaminantes del aire.

Gradiente adiabático seco

Un proceso adiabático es aauel en el que no se produce transferencia de calor ni de masa a través de las fronteras de la porción de aire (concepto teórico, similar al aire contenido en un globo). En este proceso, la compresión da lugar al calentam iento y la expansión al enfriamiento. Una porción de aire seco que se eleva en la atmósfera se enfría en el gradiente adiabático seco de 9.8 °C km-'. En este contexto, se considera que el aire es seco ya que el agua que contiene permanece en estado gaseoso. El gradiente adiabático seco es fijo, totalmente independiente de la temperatura inicial del aire ambiente que le rodea.

Gradiente vertical ad iabático húmedo

Al elevarse, una porción de aire seco que contiene vapor de agua seguirá enfriándose en el gradiente vertical adiabático seco hasta que a lcance su temperatura de condensación o punto de rocío. En este punto, la presión del vapor de agua ¡guala a la del vapor de saturación del aire y una parte del vapor de agua se comienza a condensar. La condensación libera calor latente en la porción de aire y, por consiguiente, el gradiente de enfriamiento de la porción disminuye. Este nuevo gradiente se conoce como adiabático húmedo. A diferencia del gradiente vertical adiabático seco, no es constante y depende de la temperatura y la presión. Sin embargo, en la mitad de la troposfera, se estima un gradiente aproximado de 6 a 7 °C km-'.



Gradiente ambiental

El verdadero perfil de la temperatura del aire ambiente muestra el gradiente vertical ambiental. Este, algunas veces denominado gradiente vertical prevalente o atmosférico, es el resultado de complejas interacciones producidas por factores meteorológicos y generalmente se considera que consiste en una disminución en la temperatura con la altura. Es particularmente importante para la circulación vertical, ya que la temperatura del aire circundante determina el grado en el que una porción de aire se eleva o desciende.

Como se indica en la Figura 4.16, el perfil de la temperatura puede variar considerablemente con la altitud; algunas veces puede alcanzar gradientes mayores que el adiabático seco y en otras ocasiones, menores. El fenómeno producido cuando la temperatura aumenta con la altitud se conoce como inversión térmica y es importante en la contaminación del aire porque limita la circulación vertical de este.

Figura 4.16 Gradientes de tem peratura. A la izquierda se muestra un perfil teórico donde en el primer kilómetro se tiene un grad iente a d iab á tico seco y a partir de allí, uno a d iab á tico húm edo. El esquem a de la derecha muestra un gradiente vertical am bien ta l en com parac ión con uno a d iab á tico seco [OPS, 1997)

A l t u r a d e m e z c l a

La temperatura y la presión atmosférica influyen en la flotabilidad de las porciones de aire. Mientras otras condiciones permanecen constantes, la temperatura del aire (un fluido) se eleva a medida que la presión atmosférica aumenta y decrece a medida que esta disminuye. En lo que respecta a la atmósfera, en la cual la presión del aire decrece con una altitud mayor, la temperatura normal de la troposfera disminuye con la altura.

Ca r l o s Pá e z P é r e z ®. 2008 í 45


Una porción de aire que se vuelve más cálida que el aire circundante (por la irradiación de calor de la superficie terrestre, por ejemplo), comienza a expandirse y enfriarse ya que la temperatura de la porción es mayor que el aire circundante, es también menos densa. Esto hace que la porción se eleve o flote. Al elevarse, también se expande, con lo cual disminuye su presión y, por lo tanto, también su temperatura. El enfriamiento inicial de una porción de aire produce el efecto contrario. Es decir, mientras que el aire cálido se eleva y enfría, el aire frío desciende y se calienta.

%El grado en el que una porción de aire se eleva o desciende depende de la relación existente entre su temperatura y la del aire circundante. Mientras más alta sea la temperatura de la porción de aire, esta. se elevará, mientras más fría, descenderá. Cuando la temperatura de la porción de aire y la del aire circundante son iguales, la porción no se elevará ni descenderá a menos que sea bajo la influencia del flujo del viento.

La Figura 4.17 indica tres maneras en que el gradiente adiabático influye en la flotabilidad. En cada situación se asume que el globo se infla con aire a 20 °C en el nivel del suelo y luego es impulsado manualmente a una altura de 1 km (por ejemplo, por el viento sobre la cresta de una montaña). El aire del globo se expandirá y enfriará a aproximadamente 10 °C. La elevación o caída del globo debido a la descarga depende de la temperatura y la densidad del aire circundante. En la situación "A", el globo se elevará porque permanece más cálido y menos denso que el aire circundante. En la situación “ B", se hundirá porque es más frío y denso. En la situación “C", no se moverá porque tiene la misma temperatura y densidad que el aire circundante.

Figura 4.17 Relación del gradiente adiabático con la temperatura del aire (OPS, 1997)

146 G e s t ió n d e la C a lid a d d e l A i r e


Los mismos principios se aplican para las condiciones reales de la atmósfera cuando una porción de aire se calienta cerca de la superficie y se eleva y otra desciende para tomar su lugar. La relación entre el gradiente vertical adiabático seco y el gradiente vertical ambiental debería ser visible entonces. Este último controla el grado en el que una porción de aire puede elevarse o descender.

En un diagrama adiabático, como el de la Figura 4.18, el punto en el que la porción de aire que se enfría en el gradiente vertical adiabático seco intersecta la “ línea" perfil de la temperatura ambiental se conoce como altura de mezcla. Este es el nivel máximo al que la porción de aire puede ascender. Cuando no se produce ninguna intersección (cuando el gradiente vertical ambiental es mucho mayor que el gradiente vertical adiabático), la altura de mezcla se puede extender a mayores alturas en la atmósfera. El aire que se encuentra debajo de la altura de mezcla conforma la capa de mezclado. Mientras más profunda sea esta capa, mayor será el volumen de aire disponible para la dispersión de los contaminantes.

Temperatur a, °C

Figura 4.1S A ltura de mezcla, defin ida por ¡a intersección entre ei g rad iente vertica l am b ienta l y el g radiente a d ia b á tico seco (OPS, 1997)

C a r l o s p á e z P é r e z ®. 2008 147

C a p ít u l o 4 . C o m p o r t a m ie n t o o e l o s c o n t a m in a n t e s e n l a a t m ó s f e r a

Es t a b il id a d a t m o s f é r ic a e in v e r s io n e s t é r m ic a s

El comportamiento de la atmósfera cuando el aire se desplaza verticalmente depende de la estabilidad atmosférica. Una atmósfera estable resiste la circulación vertical; el aire que se desplaza verticalmente en ella tiende a regresar a su posición inicial. Esta característica de la atmósfera le confiere la capac idad de dispersar los contaminantes emitidos al aire.

El grado de estabilidad atmosférica se determina a partir de la diferencia de temperatura entre una porción de aire y el aire circundante. Este contraste puede causar el movimiento vertical de la porción (esto es, su elevación o caída). Este movimiento se caracteriza por cinco condiciones básicas que describen la estabilidad general de la atmósfera:

Condiciones inestables

Recuerde que una porción de aire que empieza a elevarse se enfriará en el gradiente adiabático seco hasta que alcance su punto de rocío, en el que se enfriará en el gradiente adiabático húmedo. Esto supone que la atmósfera circundante tiene un gradiente vertical mayor que el gradiente vertical adiabático (con un enfriamiento a más de 9.8 °C km-'), de modo que la porción que se eleva seguirá siendo más cálida que el aire circundante. Este es- un gradiente superadiabático.

Como se indica en la Figura 4.19 izquierda, la diferencia de temperatura entre el verdadero gradiente vertical de temperatura del ambiente y el gradiente vertical ad iabático seco en realidad aumenta con la altura, al igual que la flotabilidad. A medida que el aire se eleva, el aire más frío se mueve por debajo. La superficie terrestre puede hacer que se caliente y em piece a elevarse nuevamente. Bajo estas condiciones, la circulación vertical en ambas direcciones aumenta y se produce una mezcla vertical considerable. El grado de inestabilidad depende de la importancia de las diferencias entre los gradientes verticales ambientales y los adiabáticos secos.

Las condiciones inestables más comunes se producen durante los días soleados con vientos de bajas velocidades y fuerte insolación. La Tierra absorbe rápidamente el calor y transfiere parte de este a la capa de aire superficial. Si las propiedades térmicas de la superficie son uniformes, es posible que exista una masa flotante de aire o numerosas porciones de aire si dichas propiedades varían. Cuando el aire se calienta, se vuelve menos denso que el aire circundante y se eleva. Otra condición que puede conducir a la inestabilidad atmosférica es la producción de ciclones (sistema de presión baja), caracterizados por aire ascendente, nubes y precipitación.

148 G e s t ió n d e l a C a l id a d d e l A í r e


Condiciones neutrales

Cuando el gradiente vertical de la temperatura del ambiente es el mismo que el gradiente vertical adiabático seco, la atmósfera se encuentra en estabilidad neutral (Figura 4.19 centro). Estas condiciones no estimulan ni inhiben el movimiento vertical del aire. La condición neutral es importante porque constituye el límite entre las condiciones estables y las inestables. Se produce durante los días con viento o cuando una capa de nubes impide el calentam iento o enfriamiento fuerte de la superficie terrestre.

Condiciones estables

Cuando el gradiente vertical ambiental es menor que ei gradiente vertical adiabático (se enfría a menos de 9.8 °C km-'), el aire es estable y resiste la circulación vertical. Este es un gradiente vertical subadiabático. El aire que se eleva verticalmente permanecerá más frío y por lo tanto, más denso que el aire circundante. Una vez que se retira la fuerza de elevación, el aire que se elevó regresará a su posición original (Figura 4.19 derecha). Las condiciones estables se producen durante la noche, cuando el viento es escaso o nulo.

Figura 4.19 Condiciones de estabilidad atm osférica: izquierda, inestable; centro, n e u tra ; derecha, estable (OPS, 1997)

Estabilidad e inestabilidad condicional

En la discusión previa sobre la estabilidad y la inestabilidad, se ha asumido que una porción de aire ascendente se enfría en el gradiente vertical adiabático seco. Sin embargo, muchas veces la porción de aire se satura (alcanza su punto de rocío) y empieza a enfriarse más lentamente en el gradiente vertical adiabático húmedo. Este cambio en el gradiente de enfriamiento puede modificar las condiciones de estabilidad. La inestabilidad condicional se produce

Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 200 8 í 49


cuando el gradiente vertical ambiental es mayor que el gradiente vertical ad iabático húmedo pero menor que el gradiente seco.

Inversiones

Una inversión se produce cuando la temperatura del aire aumenta con la altura. Esta situación es muy común pero generalmente está confinada a una capa relativamente superficial. Las plumas emitidas a las capas de aire que experimentan una inversión (capas invertidas), no se dispersan mucho al ser transportadas por el viento. Las plumas emitidas por encima o por debajo de una capa invertida no penetran en ella sino aue quedan entrampadas. La Figura 4.20 presenta un ejemplo del gradiente vertical para una inversión.

Por lo general, las altas concentraciones de contaminantes del aire están relacionadas con las inversiones ya que estas inhiben la dispersión de las plumas. Los cuatro tipos de inversión principales se deben a diversas interacciones atmosféricas y presentan diferentes períodos de duración.

Existen cuatro tipos de inversiones térmicas:

- La inversión por radiación es el tipo más común de inversión superficial y se produce con el enfriamiento acelerado de la superficie terrestre. A medida que la Tierra se enfría, la capa de aire cercana a la superficie también lo hace. Si este aire se enfría a una temperatura menor que la del aire de la capa superior, se vuelve muy estable y la capa de aire cálido impide cualquier movimiento vertical. Las inversiones por radiación generalmente se producen desde las horas finales de la tarde hasta las primeras de la mañana, con el cielo despejado y vientos calmados, cuando el efecto de enfriamiento es mayor. Las mismas condiciones que conducen a las inversiones nocturnas por radiación, determinan la inestabilidad durante el día. Los ciclos de inestabilidad a lo largo del día e inversiones durante la noche son relativamente comunes. Por consiguiente, los efectos de las inversiones por radiación generalmente son de corta duración. Los contaminantes que quedan entrampados debido a las inversiones son dispersados por la vigorosa mezcla vertical producida cuando la inversión se interrumpe después del amanecer. Sin embargo, en algunos casos el calentam iento diario que sigue a una inversión nocturna por radiación puede no ser lo suficientemente fuerte para disminuir la capa de inversión. En condiciones adecuadas, pueden generarse varios días de inversión por radiación con altas concentraciones de contaminantes. Es muy probable que esta situación ocurra en un valle cerrado, donde el movimiento nocturno descendente del aire frío puede reforzar una inversión por radiación y propiciar la formación de niebla. En los lugares donde las inversiones por radiación son comunes y tienden a estar relativamente cerca de la superficie, las chimeneas altas que emiten contaminantes sobre la capa de inversión pueden ayudar a reducir las concentraciones de estas sustancias en el nivel superficial.

ISO G e s t ió n d e l a C a l id a d d e l A ir e


T e m p e ra tu ra *C

Figura 4.20 Condición de inversión térmica (OPS, 1997)

- La inversión por subsidencid generalmente está asociada con los anticiclones (sistemas de alta presión). Se debe recordar que el aire de un anticiclón desciende y fluye hacia afuera con una rotación que sigue la dirección de las agujas del reloj. A medida que el aire desciende, la mayor presión existente en altitudes menores lo comprime y calienta en el gradiente vertical adiabático seco. Por lo general, este calentamiento se produce en un gradiente más acelerado que el gradiente vertical ambiental. Durante el día, la capa de inversión resultante de este proceso con frecuencia se eleva a cientos de metros sobre la superficie. Durante la noche, la base de una inversión por subsidencia generalmente desciende, quizás hasta llegar al suelo, debido al enfriamiento del aire superficial. En efecto, los días despejados y sin nubes característicos de los anticiclones propician las inversiones por radiación, de modo que se puede producir una inversión superficial durante la noche y una elevada durante el día. Si bien la capa de mezcla que se encuentra debajo de la inversión puede variar diariamente, nunca será muy profunda. A diferencia de las que se producen por radiación, las inversiones por subsidencia tienen una duración relativamente larga. Esto se debe a su relación tanto con los anticiclones semipermanentes centrados en cada océano como con los anticiclones migratorios de movimiento lento. Cuando un anticiclón se estanca, los contaminantes emitidos dentro de la capa de mezcla no se pueden diluir. Como resultado, es probable que las concentraciones de contaminantes se eleven durante algunos días.

- La inversión frontal está relacionada tanto con los frentes fríos como con los cálidos. En el avance de cada frente, el aire cálido desplaza al frío, de modo que se produce una circulación vertical mínima en la capa de aire frío más cercana a la superficie. La fuerza de la inversión depende de la diferencia de temperatura entre las dos masas de aire. Como los frentes se

C a r l o s Pá e z P é r e z ®. 2008 15t


mueven horizontalmente, los efectos de la inversión generalmente duran poco y la falta de movimiento vertical suele compensarse con los vientos relacionados con el paso frontal. Sin embargo, cuando los frentes se vuelven estacionarios, las condiciones de inversión pueden prolongarse.

- Las inversiones por advección están relacionadas con el flujo horizontal del aire cálido. Cuando este se mueve sobre una superficie fría, los procesos de conducción y convección enfrían el aire más cercano a la superficie y conducen a una inversión basada en la superficie. Este tipo de inversión es más común durante el invierno, cuando el aire cálido pasa sobre una superficie cubierta de nieve o extremadamente fría. Otro tipo de inversión por advección se produce cuando el aire cálido es impulsado sobre la parte superior de una capa de aire frío. Este tipo de inversión es común en las pendientes del este de las cordilleras, donde el aire cálido del oeste desplaza al aire frío del este. Ambos tipos de inversiones son verticalmente estables pero pueden presentar vientos fuertes bajo la capa de inversión.

Es t a b il id a d y c o m p o r t a m ie n t o d e l a p l u m a d e e m is ió n

El grado de estabilidad atmosférica y la altura de mezcla resultante tienen un importante efecto en las concentraciones de contaminantes en el aire ambiental. Si bien en la discusión sobre la mezcla vertical no hemos abordado el movimiento horizontal del aire, o el viento, es importante saber que este se produce bajo condiciones de inversión. Los contaminantes que no se pueden dispersar hacia arriba lo pueden hacer horizontalmente a través de los vientos superficiales.

La combinación de los movimientos verticales y horizontales del aire influye en el comportamiento de las plumas de fuentes puntuales (chimeneas). En la siguiente sección se revisa más detalladamente la dispersión de las plumas, sin embargo, en esta parte se describirán los diversos tipos de plumas característicos de diferentes condiciones de estabilidad.

- La pluma de espiral (looping) se produce en condiciones muy inestables debido a la turbulencia causada por el acelerado giro del aire. Mientras las condiciones inestables generalmente son favorables para la dispersión de los contaminantes, algunas veces se pueden producir altas concentraciones momentáneas en el nivel del suelo si los espirales de la pluma se mueven hacia la superficie.

- La pluma de abanico (fanning) se produce en condiciones estables. El gradiente de inversión inhibe el movimiento vertical sin impedir el horizontal y la pluma se puede extender por varios kilómetros a sotavento de la fuente. Las plumas de abanico ocurren con frecuencia en las primeras horas de la mañana durante una inversión por radiación.

- La pluma de cono (coning) es característica de las condiciones neutrales o ligeramente estables. Este tipo de plumas tiene mayor probabilidad de producir-


C a p ítu lo A. C o m p o rta m ien to de lo s c o n ta m in a n te s en l a a tm ó s fe ra

se en días nubosos o soleados, entre la interrupción de una inversión por radiación y el desarrollo de condiciones diurnas inestables.

Temperature *C

fumigación

espiral

10 20 33 40 60

Temperatura *C

abanico

j_i_i_10 » 30 ÁC SC

Temperatura "C

conoTemperatura ’C

Figura 4.21 Tipos de plumas de emisión en relación con las condic iones de estabilidad a tmosférica (OPS, ¡997/

- Obviamente, un problema importante para la dispersión de los contaminantes es la presencia de una capa de inversión, que actúa como una barrera para la mezcla vertical. Durante una inversión, la altura de una chimenea en relación con la de una capa de inversión muchas veces puede influir en la concentración de los contaminantes en el nivel del suelo. Cuando las condiciones son inestables sobre una inversión, la descarga de una pluma sobre esta da lugar a

C a r l o s P á e z P é r e z ®. 2008 í 53


una dispersión efectiva sin concentraciones notorias en el nivel del suelo alrededor de la fuente. Esta condición se conoce como flotación (lofting).

- Si la pluma se libera justo debajo de una capa de inversión, es probable que se desarrolle una grave situación de contam inación del aire. Ya que el suelo se calienta durante la mañana, el aire que se encuentra debajo de .la mencionada capa se vuelve inestable. Cuando la inestabilidad alcanza el nivel de la pluma entrampada bajo la capa de inversión, los contaminantes se pueden transportar rápidamente hacia abajo hasta llegar al suelo. Este fenómeno se conoce como fumigación. Las concentraciones de contaminantes en el nivel del suelo pueden ser muy altas cuando se produce la fumigación. Esta se puede prevenir si las chimeneas son suficientemente altas.

4 .2 MODELO DE DISPERSIÓN GAUSSIANA

En general, un modelo de calidad del aire es una representación física o matemática del evento de contam inación atmosférica. Su objetivo es la predicción de la concentración de un contam inante en un punto dado en el aire ambiente, especialmente en la posición de un receptor de interés, empleando la información respecto a la emisión y al entorno (topografía y meteorología fundamentalmente) y utilizando el conocim iento sobre los procesos físicos y químicos involucrados.

El fenómeno físíco que se pretende modelar es el de la dispersión, o en términos más estrictos la difusión atmosférica, de una pluma de contam inante emitida desde una fuente, debido fundamentalmente a las fluctuaciones en el movimiento de las masas de aire y a la existencia de remolinos en el flujo turbulento de dichas masas, antes que la difusión molecular que ocurre en otros fenómenos de transporte de masa (Seinfeld y Pandís, 1998; Cooper y Alley, 2002). Existen cinco tipos de modelos de dispersión de la contam inación del aire, así como muchos híbridos derivados de estos cinco tipos:

- Modelo de caja: es el más simple de los modelos. Asume que la cuenca atmosférica (un volumen de aíre dado en una región geográfica) tiene la forma de una caja y que los contaminantes dentro de ella están distribuidos homogéneamente. Aunque es de alguna utilidad, el modelo es muy limitado en su habilidad para predecir la dispersión de los contaminantes en una región debido a que las asunciones son muy simples.

- Modelo Gaussiano: es quizás el más antiguo y más difundido de todos los tipos de modelos. Asume que la dispersión del contam inante tiene una distribución estadística normal. Estos modelos se utilizan más comúnmente para predecir la dispersión de plumas flotantes que ocurren de manera continua desde una fuente elevada o al nivel del suelo. Sus características serán analizadas con detalle más adelante.



- Modelos Lagranianos: son aquellos que m atemáticamente siguen las parcelas de una pluma de contaminación, cuyo movimiento se asocia a un proceso de desplazamiento randómico. Estos modelos calculan la dispersión de los contaminantes calculando las estadísticas de las trayectorias de un número considerable de parcelas de la pluma, estableciendo un sistema de referencia móvil que sigue el desplazamiento de la propia pluma.

- Modelos Eulerianos: se basa en la misma aproximación de los modelos Lagranianos, siguiendo el movimiento de las parcelas de pluma, pero la diferencia fundamental es que en este enfoque se establece un sistema tridimensional de coordenadas de referencia fijo en un punto determinado.

- Modelos de gas denso: estos modelos simulan la dispersión de una pluma de gas denso: es decir, un gas más pesado que el aire, a diferencia de todos los otros que consideran plumas flotantes menos densas que el aire.

En el reglamento ecuatoriano que establece las normas de emisión para fuentes fijas se ha introducido una disposición en el sentido de que para autorizar el funcionamiento de fuentes fijas puntualés nuevas o remodeladas (léase chimeneas industriales), debe realizarse una predicción de los impactos de esas fuentes sobre la ca lidad del aire utilizando modelos de dispersión. Para esta tarea se señala que deben seguirse los lineamientos establecidos por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA o EPA); por ello, ¡a base teórica para esta discusión constituye la versión 2001 del Anexo W de la Parte 51 (Pt. 51, App. W) de la Ley de Aire Limpio (Cíean Air Act, 40 Code of Federal Regulations), titulado Guía sobre Modelos de Calidad del Aire (Guideline on Air Quality Models) (EPA, 2001).

De acuerdo a esta referencia, se reconocen dos niveles de sofisticación en la modelación. El primer nivel consiste de técnicas generales y relativamente simples de estimación del im pacto sobre la calidad del aire causado por una fuente específica, denominadas en inglés "screening techniques", las cuales tienen com o propósito eliminar la necesidad de posteriores análisis más detallados para aquellas fuentes que no causan impactos significativos. Si el resultado de la aplicación de este nivel indica afectaciones de consideración, se recomienda pasar al segundo nivel de sofisticación, que comprende técnicas refinadas que proporcionan un tratamiento más detallado de los procesos atmosféricos físicos y químicos, requieren datos de entrada más precisos y generan resultados de concentración más específicos.

En general los modelos simples (screening) son variaciones del concepto de dispersión Gaussiano y el enfoque que se seguirá está referido en el Pt. 51, App. W y consta en el documento “Screening Procedures for estimating the Air Quaiity im pact of Stationary So urces, Revised" (EPA, 1992), cuya versión computarizada, denominada SCREEN es de uso común. A continuación se presenta una descripción teórica del modelo Gaussiano, anticipando que más adelante en este mismo capítulo, cuando se trate sobre los modelos de predicción de la calidad del aire, se volverá sobre los enfoques lagraniano y euleriano.

Ca r l o s Pá e z P é r e z ®. 2008 Í5S


4 .2 .1 D e s c r ip c i ó n t e ó r ic a d e l m o d e l o d e d i s p e r s i ó n G a u s s ia n o

El modelo se basa en una simple fórmula que describe la concentración tridimensional generada por una fuente puntual que opera bajo condiciones fijas meteorológicas y de emisión, considerando que la pluma promedio de una hora sigue un patrón estadístico normal o Gaussiano en los ejes vertical y transversal horizontal con respecto a la dirección del viento (ver Figura 4.22), por lo que la distribución del contaminante es denom inada binormal (Cooper y Alley, 2002). Se asume que el contam inante no experimenta ninguna reacción química, ni ningún otro proceso de remoción, tal com o la depositación seca o húmeda, por lo que su masa se conserva; además se considera que la velocidad y dirección del viento en esa hora de promedio también son constantes.

Figura 4.22 Dispersión atmosférica de los contaminantes según el modelo Gaussiano, mostrando el sistema coordenado de referencia y la distribución vertical y transversal horizontal (Cooper y Alley, 2002¡

Para su aplicación, la expresión m atemática del modelo para calcular la concentración instantánea del contam inante o el promedio de corto plazo (una hora), causada por la emisión desde una fuente fija puntual, que es en definitiva una solución de la ecuación de difusión atmosférica, es la siguiente:

Q 1( \y

2“

exp1 ̂h e - z^ 2"

c j — exp 2 7mcrya z

1 <>1 1

1

1 ^

1 b 2 { a : J

donde:

c¡ : Concentración de corto plazo del contam inante en un punto de

156 G e s t ió n d é l a Ca l id a d d e l A ir e


Qua y

Oz

he

coordenadas (x, y, z) determinadas, en g rrr3 Tasa de emisión, en g s->Velocidad del viento a la altura efectiva de emisión, en m s-' Desviación estándar de la distribución espacial de la concentración o coeficiente de dispersión en la dirección transversal, este parámetro es función de la distancia en la dirección del viento (eje x) entre la fuente de emisión y el punto receptor, en mDesviación estándar de la distribución espacial de la concentración o coeficiente de dispersión en la dirección vertical, este parámetro es función de la distancia en la dirección del viento (eje x) entre la fuente de emisión y el punto receptor, en mDistancia horizontal transversal desde el receptor a la línea central de la pluma, en mDistancia vertical desde el receptor a la línea central de la pluma, en mAltura efectiva de emisión; es decir, altura física de la fuente más la elevación de la pluma debido a la velocidad de salida (cantidad de movimiento) y o la diferencia térmica entre la salida y el ambiente (flotación térmica), en m

De esta expresión se concluyen algunas relaciones generales que son importantesde tenerlas presentes (Coopery Alley, 2002):

• La concentración viento abajo en cualquier localidad es directamente proporcional a la intensidad de la emisión; por tanto, a mayor tasa de emisión, mayor será la concentración en un mismo sitio.

• La concentración viento abajo y a nivel del suelo es en términos generales inversamente proporcional a la velocidad del viento; es decir, en condiciones de calma o poca ventilación, las concentraciones tienden a ser mayores.

• Debido a que los coeficientes de dispersión vertical y transversal se incrementan conforme aumenta la distancia desde la fuente de emisión, la concentración sobre el eje central de la pluma a la altura efectiva de emisión va decreciendo de manera continua conforme se aleja de la fuente. Sin embargo, la concentración sobre la línea central, pero a nivel del suelo, primeramente va hacia ijn máximo y luego decrece conforme uno se aleja de la fuente, debido a que ios contaminantes requieren de algún tiempo antes de que puedan llegar al suelo, en cuyo caso, al inicio ocurre una reflexión que incrementa rápidamente la concentración, para luego de que se fortalece la dispersión, esa concentración declina.

• Los coeficientes de dispersión son más grandes mientras más inestable es la atmósfera; por lo tanto, la condiciones inestables disminuyen en promedio las

C a r l o s Pá e z P é r e z ®, 2008 ÍS7


concentraciones viento abajo, aunque debido a la explicación anotada en el punto anterior, los picos a nivel del suelo ocurren más cerca de la fuente y son consecuentemente más elevados.

• La máxima concentración al nivel del suelo disminuye conforme aumenta la altura efectiva de emisión y en este caso además, la distancia desde la fuente a la que ocurre tal valor máximo es más lejana a la fuente.

c

Figura 4.23 Esquemas que ilustran el comportamiento de las concentraciones sobre la línea central de la pluma a nivel del suelo como una función de la distancia viento abajo desde la fuente y (aj la condición de estabilidad atmosférica con una altura efectiva de emisión constante y (bj la altura efectiva de emisión con una misma condición de estabilidad (Cooper y Alley, 2002)

Con fines regulatorios; es decir, de comparación entre el valor obtenido y la norma correspondiente, la concentración se calcula para un receptor localizado a nivel del suelo, debido a que el objetivo de la simulación es el de comparar las concen



traciones resultantes con las normas de calidad del aire, fijadas en función de los efectos sobre la salud humana; y sobre la línea central de la pluma, donde se presentan los valores más altos de concentración de los contaminantes. Entonces, con y = 0 y z = 0, la Ecuación 4.1 se reduce a:

c, = ----- —----- exp2 7m<jy<jz

(Ec. 4.2)

Para mayor precisión del modelo, es posible introducir en la fórmula básica el efecto del suelo en la dispersión de los contaminantes gaseosos, asumiendo que el suelo no actúa como sumidero; es decir, existe un fenómeno de reflexión total en ia superficie. Este fenómeno se simula suponiendo la existencia de una fuente virtual, idéntica a la real, pero que se proyecta desde el suelo hacia abajo, emitiendo en esa dirección y provocando que a partir del contacto de la pluma con la superficie, la concentración sea la suma de las dos fuentes [Figura 4.24); por lo tanto, la Ecuación 4.2 se modifica de la siguiente manera:

=O

I ttuc V(7Z

1 { he ^2~

1 ( h e )2 “

exp — ---- + exp ---- ---- >9 I er* J 2

(Ec. 4.3)

CJ =O

U7T(7 cr 2-exp

\<**J (Ec. 4.4)

Esta última consideración es válida a partir de la distancia en la dirección del viento en que la pluma efectivam ente toca el suelo (x*), lo cual ocurre cuando la altura efectiva de emisión (he) es igual a 2 veces el coeficiente de dispersión vertical [az). Por lo tanto, antes de x* se emplea la Ecuación 4.2 y a partir de allí, la Ecuación 4.4.

Un criterio similar también ha sido planteado para simular con esta ecuación el efecto de una inversión térmica elevada que generaría una pluma de tipo fumigación (Cooper y Alley, 2002). Incluso algunos autores sugieren la posibilidad de aproximar el análisis de obstáculos físicos que confinan transversalmente ¡a difusión de la pluma, aplicando el mismo artificio de la fuente virtual en el eje transversal.

Ca r l o s P á e z P é r e z ®. 200 8 159


Figura 4.24 Esquema que presenta el tratamiento que se le da al "efecto suelo" en el modelo de dispersión Gaussiano, utilizando una fuente virtual colocada bajo la su

perficie

El modelo com putacional SCREEN emplea este conjunto de fórmulas y criterios para proporcionar los valores de las concentraciones instantáneas del contam inante para las distintas condiciones de estabilidad atmosférica y velocidad del viento posibles (ver más adelante una explicación sobre estos parámetros), permitiendo la posibilidad de discriminar para la peor condición meteorológica, que es la que produce el valor más alto de concentración instantánea.

C o n c e n t r a c io n e s a n u a l .e s p o n d e r a d a s p r o m e d io

Como se ha dicho, la ecuación básica del modelo Gaussiano permite el cálculo de las concentraciones promedio de una hora, así que para otra aplicación común del modelo, el interés es calcular la concentración promedio a largo plazo (un año), ya que en esos términos por lo general se expresan las normas de calidad del aire, es necesario procesar los resultados generados por la ecuación original, introduciendo un criterio de ponderación, fruto del supuesto básico de que en el sitio de estudio, la meteorología (básicamente viento y estabilidad atmosférica) puede ser descrita por Nj distintas clases.

Con este antecedente, la concentración promedio a largo plazo es el sumatorio ponderado de las concentraciones a corto plazo (Zannetti, 1990), sin considerar los períodos de calma (EPA, 2001). Por lo tanto, la ecuación general utilizada para esta simulación tiene la siguiente forma:



n,

C = ^ ------- (Ec. 4.5)VV./

Z f j j =i

donde:

c : Concentración ponderada a largo plazo (anual) del contaminante,en g rrr3

fj : Frecuencia de ocurrencia de cada tipo de condición meteorológica

Varios autores coinciden en señalar que estas simulaciones para períodos largos de tiempo presentan mejores resultados que las de corto plazo, debido a los efectos de la cancelación de los errores (Zannetti, 1990), inducidos por la no consideración de los procesos físicos y químicos d e remoción de los contaminantes, así como por la no inclusión de fenómenos atmosféricos particulares como las inversiones térmicas o los períodos de calma.

M ú l t ip l e s f u e n t e s

Otra variación importante de la ecuación original tiene que ver con la consideración de múltiples fuentes fijas puntuales similares, en lugar de una sola: como es el caso por ejemplo de una misma central termoeléctrica que trabaja con varios generadores y emite desde sendas chimeneas localizadas en el mismo perímetro. Para incorporar este procedimiento, la USEPA recomienda la utilización de una fuente representativa, con sus propias características físicas, desde la cual se genera una tasa de emisión equivalente al sumatorio de todas las fuentes que esa representativa reemplaza (EPA, 1992). En este sentido, la misma referencia recomienda que esta ‘‘fus¡ón”de fuentes deba ser manejada con precaución para el caso de fuentes que no sean similares, cuando sus parámetros característicos difieren en más de! 20%, y/o que estén separadas más de 100 m entre sí.

En el caso de tratarse de un área urbana, donde existen fuentes de distinto tipo y localizadas heterogéneamente, es posible utilizar modelos matemáticos específicamente construidos para ese fin y disponibles en el sitio Web de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, tales como AEROMOD, BLP, CALINE3 o CTDMPLUS u otros producidos por la mayoría de agencias ambientales de los países europeos, el Japón y Australia. Todos estos modelos de dispersión se basan en la consideración de que cada pluma puede ser simulada como ha sido explicado anteriormente y los efectos que provocan las distintas fuentes, bajo las mismas consideraciones meteorológicas, pueden sumarse (Seinfeld y Pandis, 1998). También existen además modelos que no utilizan el modelo Gaussiano.

C a r l o s P á e z P é r e z ®, 200 8 1 61


4 .2 . 2 P a r á m e t r o s q u e i n t e r v i e n e n e n e l m o d e l o

A continuación se describe los criterios y el procedim iento para el cálculo de los parámetros que interviene en el modelo:

T a s a d e e m is ió n

El valor de la tasa de emisión en g s-1 de contam inante se obtiene multiplicando la concentración del contam inante en el flujo de salida (mg Nrrr3) por el caudal de ese flujo de salida (Nm3 s-') y los factores de'conversión de unidades correspondientes. En esta operación es importante recalcar la necesidad de que los valores de los Nm3 (metros cúbicos normales) de los dos multiplicandos estén expresados a las mismas condiciones de presión, temperatura y contenido de oxígeno, ya que como se explicó anteriormente, los volúmenes de los gases son dependientes de esos parámetros.

V e l o c id a d y d ir e c c ió n d e l v ie n t o

Los indicadores del viento que se requieren conocer con fines de simulación de la dispersión son la velocidad y la dirección o rumbo desde sopla el viento, con referencia a las 16 direcciones de la rosa de los vientos.

En las estaciones meteorológicas, la velocidad del viento generalmente se la mide a la altura del anemómetro que suele ser de 10 m; por ello, es necesario corregir ese valor para la altura efectiva de emisión.

Esta operación se realiza considerando una ley exponencial para determinar el perfil de velocidad con respecto a la altura, lo cual ha mostrado ser válido hasta cientos de metros de profundidad y, consiguientemente, útil para resolver las exigencias del presente caso. Esa ley tiene la siguiente forma:

( V z '(Ec. 4.6)

donde:

uUl

P

Velocidad del viento a la altura z, en m s*1 Velocidad del viento a la altura z l , en.m s-' Exponente positivo

Esta ley es válida para rangos comprendidos entre los 10 y los 300 m; sobre ellos, se recomienda su utilización con precaución. Para este caso, dadas las alturas de chimenea consideradas, el rango es plenamente respetado.

1 6 2 G e s t ió n d e l a Ca l id a d d e l A ir e


Ei valor de p, por su parte, depende tanto de la rugosidad de la superficie, como de la condición de estabilidad atmosférica. Los valores recomendados por la USE- PA para esta simulación se presentan en la Tabla 4.1, donde es importante anotar que la diferenciación entre urbano y rural depende de dos factores: (a) la utilización del suelo en el área de 3 km a la redonda de la fuente, entendido como el porcentaje de ocupación del suelo por infraestructura vial y edificaciones, menor, al 50% para ser considerado rural y (b) la densidad poblacional, siendo 750 hbt km-2 el umbral que divide la una condición de la otra (EPA, 2001)

Tabla 4.1 Valores del expórtente p com o una función de la estabilidad atm osférica (EPA, 1992)

Categoría de Estabilidad Exponente rural Ü Exponente urbanov\

A 0.07 0.15B 0.07 0.15C 0.10 0.20D 0.15 0.25E 0.35 0.30F- 0.55 0.30

Los valores de velocidad del viento, junto con los de dirección o rumbo, son registrados en el Ecuador en las estaciones meteorológicas, hidrometeorológicas o climatológicas mantenidas por el Instituto Nacional de Hidrología y Meteorología (INAMHI) y en las ubicadas en los aeropuertos y pistas de aterrizaje, que son controladas por la Dirección de Aviación Civil (DAC). Los registros se mantienen en m/s para el primer caso y en nudos para el segundo, para una frecuencia horaria entre las OóhOO y las 22h00, para el mejor de los casos, y de tres veces diarias (OóhOO, 12h00y 18h00) para otros.

E s t a b i l i d a d a t m o s f é r i c a

En cuanto a la estabilidad atmosférica, ésta puede ser categorizada por varios métodos, tanto empíricos como analíticos. Estos últimos demandan una base de datos meteorológicos bastante completa, difícilmente disponible en nuestro medio, por lo que comúnmente se emplea el esquema empírico de Pasquill, que es bastante utilizado a escala internacional (Zannetti, 1990) y que se basa en la estimación de las condiciones a partir de los datos de velocidad del viento y de insolación (en el día) o nubosidad ¡en la noche), según la Tabla 4.2. Las condiciones de insolación fuerte son cuando I > 700 W rrr2; m oderada cuando 350 W rrr2 < I < 700 W n r2; y ligera cuando I s 350 W rrr2 (Seinfeld y Pandis, 1998).

C a r l o s Pá e z P é r e z ®, 2008 163


Tabla 4.2 Clave para la definición de categorías de estabilidad de Pasquill (Zannetti, 1990)

Insolación / nubosidad<2.0

Velocidad del viento (m/s)2.0 a < 3.0 3.0 a < 5.0 5.0 a < 6*0

Insolación fuerte (día) A A-B B C cInsolación moderada (día) A-B B B-C C-D DInsolación ligera (día) B C C - - D DCompletamente cubierto (día o noche) ‘ D D D * D D> 4/8 cubierto de nubes (noche) F E D D D< 3/8 cubierto de nubes (noche) F F E D D

Las letras corresponden a las siguientes categorías: A. muy inestable; B, inestable; C, ligeramente inestable; D, neutra; E, ligeramente estable; y, F, estable.

C o e f ic ie n t e s d e d is p e r s ió n

El método de cálculo se basa en el empleo de relaciones semíempírícás,' considerando las distintas categorías de estabilidad atmosférica (capacidad de mezcla vertical en la atmósfera) y la distancia viento abajo de la fuente en que se encuentra el receptor. En el pasado lo más común era utilizar diagramas o ábacos para calcular el valor de estos coeficientes (vér la Figura 4.24); sin embargo, con la popularización de los modelos computacíonales, en la actualidad, existen distintas fórmulas disponibles para este cálculo, como por ejemplo las siguientes expresiones (Cooper y Alley, 2002), donde los valores numéricos de las constantes se presentan en la Tabla 4.3:

ay = axb (Ec. 4.7)

oz = cxd + f (Ec. 4.8)

Tabla 4.3 Valores de las constantes para calcular los coeficientes de dispersión como una función de la distancia viento abajo y la estabilidad atmosférica (Cooper y Alley, 2002)

Estabilidad__X<1 km _ X > 1 km

a b d f c d w m é -i l fA 213.0 0.894 440.80 1.941 9.27 459.7 2.094 -9.6B 156.0 0.894 106.60 1.149 3.30 108.2 1.098 2.0C 104.0 0.894 61.00 . 0.911 0.00 ' 61.0 0.911 0.0D 68.0 0.894 33.20 0.725 - 1.70 44.5 0.516 -.13.0E 50.5 0.894 22.80 0.678 - 1.30 55.4 0.305 -34.0F 34.0 0.894 14.35 0.740 -0.35 62.6 0.180 -48.6

164 Ge s t ió n d e l a Ca l id a d d e l A ír e


(kilómetros) (kilómetros)

Figura 4.24 D iagramas para la determ inación de los coeficientes de dispersión atmosférica (Alley, 2001)

A l t u r a e f e c t iv a d e e m is ió n

La altura efectiva de emisión es el resultado de añadir la elevación de la pluma (Ah) a ¡a altura física de la fuente (hs). Este fenómeno de elevación de la piuma es el resultado de la flotación de la corriente de gas debido a su mayor temperatura con respecto al aire ambiente y el momentum vertical derivado de la velocidad de salida de los gases.

Existen diversos estudios que presentan ecuaciones semiempíricas para proceder a este cálculo; sin embargo el modelo SCREEN utiliza las denominadas ecuaciones de Briggs para la elevación final (EPA, 2001). Estas ecuaciones consideran las distintas condiciones de estabilidad atmosférica [inestable, neutra o estable) para establecer ¡a preponderancia de los factores anotados, fuerza ascensional térmica o cantidad de movimiento, en la elevación final de la pluma y, por tanto, la altura efectiva de emisión. El método más eficaz de identificar la ecuación de Briggs apropiada para un problema específico es utilizar el algoritmo siguiente (Beychok, 2004):

C a r l o s Pá e z P é r e z ®. 2008 165


START

donde:

Ah : Elevación de la pluma (sobre la chimenea), en mXf : Distancia viento abajo donde ocurre la máxima elevación, en mF : Flujo de flotabilidad, en m4 s-3u : Velocidad promedio del viento, en m s*1s : Parámetro de estabilidad, s-2x : Distancia a sotavento de la chimenea / fuente, en mg : Aceleración debido a la gravedad, en 9.8 m s-2V : Tasa volumétrica del flujo del gas de la chimenea, en m3 s-1Ts : Temperatura del gas de la chimenea, en KTa : Temperatura del aire ambiental, en KAO/Al : Gradiente de temperatura potencial, en K m-'-

s = g/Ta (AO/Az) (Ec. 4.11 )



A falta de datos medidos, el gradiente de temperatura potencial puede asumirse como igual a 0.020 para la estabilidad E y a 0.035 para la estabilidad F (Cooper y Alley, 2002).

Al igual que en el caso de los coeficientes de dispersión, una explicación detallada de este aspecto y de la forma como está incorporada en el modelo puede encontrarse en la Sección 1.1.4 del Volumen II de la User’s Guide for the Industrial Source Complex (ISC3} Dispersión Models (EPA, 1995).

4.2.3 C r it e r io s p a r a e l p r o c e s a m ie n t o d e l o s d a t o s m e t e o r o l ó g ic o s

El objetivo final del tratamiento de la información meteorológica es obtener los valores de ios fj en cada dirección del viento, en función de la velocidad del viento y la correspondiente condición de estabilidad atmosférica, requeridos por la Ecuación 4.5, de manera de poder calcular la concentración a largo plazo (anual) promedio ponderada de los contaminantes emitidos por las fuentes consideradas. Para ello, a continuación se explicitan tanto los datos disponibles, cuanto los criterios con el que se han procesado esos datos disponibles.

%

Como se ha explicado, generalmente la mejor información meteorológica disponible en nuestro medio presenta la información horaria de vientos (dirección y velocidad), entre las 07h00 y las 18h00, por lo es necesario complementar la información faltante; es decir, entre las 19h00 y las OóhOO del día siguiente. Para ello, se consideran las siguientes suposiciones:

1. Debido a que el viento superficial generalmente presenta sus mínimos valores en el amanecer y aumenta hasta encontrar sus máximos en las primeras horas de la tarde, por las diferencias en las capacidades de calentamiento y/o enfriamiento entre la atmósfera y el terreno (Linsley, 1977), se adopta que en la noche el viento sopla con velocidades menores a 3 m s-' y los períodos de calma ocurren con una frecuencia 10% mayor a lo correspondiente a las horas del día.

2. En lo que respecta a las direcciones desde donde sopla el viento, para las horas de la noche se adopta el mismo patrón que en el día, de acuerdo al tratamiento estadístico de los datos registrados, considerando además el criterio fijado en el numeral anterior).

3. Sobre la insolación, que es un parámetro requerido por el modelo de Pasquill para la determinación de la estabilidad atmosférica (Tabla 4.2), se ha considerado su definición en función de la nubosidad reportada (resumen mensual de medias horarias y diarias en octas). Así, insolación fuerte cuando ia nubosidad está entre 0 y 2, insolación moderada para valores entre 3 y 6 e insolación débil para nubosidades de 7 y 8 (totalmente cubierto).

La metodología propuesta para la determinación de los parámetros fj se describe seguidamente:

C a r l o s Pá e z P é r e z ®, 2008 í 67


1. Los datos horarios de dirección del viento, de todo el registro histórico, se agrupa de acuerdo a cada una de esas direcciones y la calma, obteniendo el número de horas del día para cada dirección.

2. La información se com plementa para las horas de la noche, utilizando los criterios señalados en el numeral anterior de este Capítulo.

3. Se adicionan los números de horas que el viento sopla en cada dirección y está en calma, tanto en el día como en la noche, para obtener los valores totales correspondientes a las 24 horas del día.

4. A los datos horarios de velocidad del viento, de todo el registro histórico, se los agrupa de acuerdo a los rangos previstos en la Tabla 4.2, para cada dirección del viento y para la condición de calma. Se establecen también los porcentajes correspondientes.

5. Se combinan los datos obtenidos en los pasos 3 y 4 de manera de obtener el número de horas que el viento sopla en cada dirección, de acuerdo a cada estrato de velocidad y también las horas correspondientes a ia calma, para las 24 horas del día.

6. Considerando las condiciones de nubosidad registradas y el criterio final del numeral anterior de este Capítulo, se establecen las condiciones de insolación para el día y de cobertura del cielo para la noche, de acuerdo a la Tabla 6-2.

7. Se combinan los resultados obtenidos en los pasos 5 y 6, así como la “clave”de Pasquill de la Tabla 4.2, para establecer el número de horas en que el viento sopla en cada dirección, para los estratos de velocidades y las condiciones de estabilidad atmosférica determinadas. Esos valores absolutos se dividen para el número total de horas contabilizadas, exceptuando las de caima (EPA, 2001), para determinar finalmente los parámetros fj correspondientes.

El resultado final de todo este proceso metodológico tendrá la forma presentada en la Tabla 4.3.

4.2.3 A n á l i s i s d e l o s r e s u l t a d o s

Los resultados obtenidos a través de todo este proceso de simulación, expresados por ejemplo de manera gráfica como en la Figura 4.25, permiten determinar cual será la contribución de la fuente analizada a la concentración de los contam inantes en le aire ambiente, posibilitando identificar la potencial ocurrencia de violaciones a las normas de emisiones o de calidad del aire, que en el caso del Ecuador, por ejemplo, establece criterios de significancia específicos para este tipo de análisis (numeral 4.1.4.3 de la Norma de emisiones al aire desde fuentes fijas de combustión).


C a p ít u l o 4 , C o m p o r t a m ie n t o d e l o s c o n t a m in a n t e s e n l a a t m ó s f e r a

Figura 4.25 Ejemplo de los resultados gráficos de la ap licación del m odelo de dispersión Gaussiano para las emisiones de las fuentes fijas de combustión de la refinería La Libertad ub icada en Santa Elena. La figura superior corresponde al prom edio de 1 hora y el inferior al p rom edio anual de dióxido de azufre (Árregui, 2007)


C a p ít u l o 4 , C o m p o r t a m ie n t o d e l o s c o n t a m in a n t e s e n l a a t m ó s f e r a

Tabla 4.3 Forma tabulada de presentación de los resultados para los parámetros fj

Dirección: *'f - § | § iEstabilidad _ atmosférica

Oc¡V

Rango de velocidad del viento (m/s)2.0 a <3.0 3.0 a <5.0 5.0 a < 6.0 Z6.Q

D f3 f8 f 13 fió f 18

Nota: Las casillas sombreadas indican la ¡mposibiüdad -teórica de tener esas condiciones de estabilidadatmosférica para los rangos de velocidades considerados.

En algunas circunstancias, la legislación establece topes máximos para esa contribución, como condición para la autorización de operación del proyecto (fuente) tal como está planteado. En los casos en que esa contribución rebasa los límites pueden tomarse acciones alternativas tales como la negación de la autorización, la relocalización del proyecto, el rediseño de las condiciones de operación del equipo generador de emisiones (altura de chimenea, horas de operación o tipo de combustibles) o la obligación de incorporar controles de las emisiones. Cualquiera de estas alternativas requiere estudios específicos adicionales, incluyendo evaluaciones de costo - beneficio, con la finalidad de determinar la mejor alternativa posible.

En el caso de la simulación matemática, estos estudios generalmente exigen la utilización de modelos muchos más complejos que los aquí descritos, los cuales a más de las sofisticaciones científicas y de cálculo que incorporan, requieren de información meteorológica mucho más detallada, lo cual limita considerablemente sus posibilidades de uso.

De cualquier modo, este proceso de simulación es una buena herramienta para predecir escenarios futuros y, por tanto, proporciona valiosa información para decisiones mejor informadas.

4 .3 Q u ím ic a b á s i c a d e l o z o n o

El ozono ( O 3 ) no se emite directamente al aire, más bien se forma en la atmósfera como el resultado de una serie de complejas reacciones químicas entre los óxidos de nitrógeno (NOx) y los hidrocarburos. Estos dos precursores tienen orígenes significativos tanto en fuentes antropogénicas com o en biogénicas (vegetación).



En presencia de radiación ultravioleta (hv), el oxígeno (O2) y el dióxido de nitrógeno (NO2) reaccionan en la atmósfera para formar ozono y monóxido de nitrógeno (NO) a través de las Ecuaciones 4.12 (reacción fotolítica) y 4.13.

NO2 + hv —>NO + O (Ec. 4.12) O + O2 -+O 3 (Ec. 4.13)

El ozono resultante, sin embargo, es rápidamente consumido para formar por el dióxido de nitrógeno, según la Ecuación 4.14. Esta conversión del O3 por el NO se denomina titración. En la ausencia de otras especies, se alcanza un equilibrio entre el sistema de las tres ecuaciones ya anotado. Aún sin emisiones antropogénicas, estas reacciones normalmente dan como resultado una concentración natural de base (background) de entre 25 a 45 ppmm.

O3 + NO -> NO2 + O2 (Ec. 4.14)

El ozono no se puede acumular más allá de lo mencionado a no ser que exista la posibilidad de que gases orgánicos reactivos (GOR, todos los compuestos orgánicos volátiles menos el metano), en la forma de radicales, generalmente peroxilos (RO2 o HO2), reaccionen para convertir el NO en NO2, según la Ecuación 4.15, que es una versión muy simplificada de varias reacciones químicas complejas.

GOR + NO NO2 + otros productos (Ec. 4.15)

Conforme el NO se consume en el proceso, su disponibilidad para titrar ozono desaparece, y cuando GOR adicionales se liberan a la atmósfera, una mayor proporción del NO se oxida a NO2, resultando en una mayor cantidad de ozono formado. Adicionalmente, las fuentes antropogénicas de NO generan mayores niveles de NO2 en la atmósfera, el cual se encuentra en mayor disponibilidad para la fotolisis (Ecuación 4.12) y, finalmente, para la conversión del NO2 (Ecuación 4.15) y la formación del ozono (Ecuación 4.13).

La formación e incremento en las concentraciones de ozono ocurren solamente unas pocas horas al día, conforme lo muestra la Figura 4.26. En efecto, apenas unos pocos instantes luego de la salida del sol, el NO y los COV reaccionan con la luz solar para formar el ozono y la concentración de este compuesto aumenta conforme se van consumiendo el NO y ¡os COV. En aigún momento en el que falte iuz soiar o alguno de los precursores, la generación de ozono se limita. Este ciclo diario varía significativamente dependiendo del sitio, las fuentes de emisión y las condiciones meteorológicas. Por ejemplo, picos de ozono desfasados con respecto a las horas de brillo solar (típico de zonas denominadas receptoras) evidencian la influencia de la acción del viento que transporte el contaminante desde una zona de origen de emisiones.

C a r l o s P á e z P é r e z ®, 2 00 8 Í71


Es importante destacar que la relación entre NOx y COV es clave para determinar los niveles de formación del ozono, pudiendo presentarse dos situaciones típicas:

- Una atmósfera rica en NOx, que solamente se encuentra en zonas urbanas y endonde la reacción de COV con NO2 domina y existe un ineficiente reciclaje deNO a NO2.

- Una atmósfera rica en COV, con alta concentración de radicales peroxilos, cuya disponibilidad se limita por las propias reacciones entre ellos.

200180160 £140 I120 |100 ~

<u80 I 60 2

o40 § 20 0

0.1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1S20 21 22 23

Time (LST)

Figura 4.26 Perfil diario promedio de las concentraciones de O3, NO y COV en un sitio urbano característico (Lynn, Massachussets, 1995)

La Figura 4.27 muestra la relación existente entre las emisiones de NOx y de hidrocarburos con los niveles de formación de ozono, donde es evidente una clara diferenciación entre las zonas limitadas por cada uno de los precursores. Esta figura tiene mucha importancia desde el punto de vista regülatorio, ya que constituye una referencia objetiva de los efectos sobre la concentración de ozono .que tiene la reducción de las emisiones de uno u otro precursor (Jacobson, 2002:100).

4 .4 LOS MODELOS DE SIMULACIÓN DE LA CALIDAD DEL AIRE

Un objetivo central de la química atmosférica es entender cuantitativamente la forma en que las concentraciones de los contaminantes dependen de los procesos controladores com o las emisiones, el transporte, la química y la depositación. Esta

172 Ge s t ió n d e l a C a l id a d d e l A ír e


dependencia se expresa m atemáticamente por la denominada ecuación de continuidad que proporciona el fundamento para todos los modelos determinísticos de simulación numérica de la calidad del aire.

Figura 4.27 Relación entre las emisiones de NOx e HC y la concentrac ión de ozono en la atmósfera. Las líneas dentro del cuad rante representan niveles ¡guales de O3, tam bién llam ados isopletas.

El actual estado del arte en la simulación de la calidad del aire se basa en el uso de modelos de transporte químico eulerianos. Estos modelos consideran la variación con el tiempo de la concentración de los contaminantes en cada uno de los volúmenes de control de un dominio tridimensional. Las variaciones de la concentración de los contaminantes se producen como consecuencia de varios procesos, entre los que se incluyen al transporte por el viento (movimiento advectivo), la difusión turbulenta (movimiento convectivo), las emisiones, los procesos de deposición seca y húmeda, los procesos de formación y destrucción química y los cambios de esiaao lísico. rara zonas con topografía compleja suele ser necesario utilizar una alta resolución espacial (celdas de 1-2 km de lado) y temporal (1 hora) para obtener una adecuada descripción de los campos de viento.

La Figura 4.28 indica los elementos requeridos para la modelación de la calidad del aire mediante un enfoque euleriano, que incluye: 1) el modelo de emisiones; 2) el modelo meteorológico; y, 3) el modelo de transporte químico.

C a r l o s Pá e z P é r e z ®. 2008 Í73


El modelo de emisiones proporciona el inventario de emisiones, que se define como la lista o colección de números que representan la cantidad de contaminantes emitidos hacia la atmósfera, desde diferentes fuentes, a causa de actividades socioeconómicas o naturales, dentro de una zona geográfica determ inada y en un período de tiempo establecido (pasado, presente o futuro).

Modelo de emisiones Modelo meteorológico

Modelo de transporte químico

Figura 4.28 Elementos requeridos para la modelación de la calidad del aire mediante la aplicación de un modelo de transporte químico euleriano

El modelo meteorológico proporciona los campos de vientos y otras variables relacionadas con la difusión turbulenta; en tanto que el modelo de transporte químico, con la información de las emisiones y la meteorología, simula los procesos de transporte, dispersión, transformaciones químicas y deposición de los contaminantes en el aire.

En un modelo de transporte químico (MTQ) los procesos químicos se simulan mediante ecuaciones diferenciales ordinarias; en tanto que los procesos de transporte se describen m ediante ecuaciones en derivadas parciales. El dominio espacial de análisis se divide en celdas tridimensionales (mediante mallas horizontales y verticales). De la aplicación de las ecuaciones a cada celda y del proceso de interrela- ción de éstas, se obtiene un gran sistema de ecuaciones. El dominio temporal también requiere ser dividido, obteniéndose para cada etapa de análisis el correspon-



diente sistema de ecuaciones, cuya solución es posible solamente mediante el uso de métodos numéricos. Para ello es relevante la actual capacidad de alm acenamiento de información y velocidad de cálculo de los equipos informáticos.

La solución de los sistemas de ecuaciones antes indicados requiere del conocimiento previo de las denominadas concentraciones iniciales (Cl) y de las condiciones de borde (CB). Las Cl se refieren a las concentraciones de todas las especies en análisis al inicio del período de simulación en todas las celdas del dominio; en tanto que las CB se refieren a las concentraciones de las especies en análisis a lo largo de todo el período de simulación en las celdas exteriores o en el borde del dominio de análisis.

El grado de exactitud del cálculo por medio de una técnica numérica, es función directa de la discretízación del dominio (tanto horizontal como vertical). A mayor número de subdivisiones tanto del dominio espacial / temporal, se obtendrá un cálculo más exacto, pero asimismo el número de ecuaciones a resolver será mayor y a su vez exige un mayor nivel de información y tiempo de cálculo.

Para un estudio regional, una subdivisión superficial en celdas cuadradas de 1 km de longitud y una resolución temporal de. una hora suelen ser adecuadas para la simulación de los problemas de dispersión fotoquímica a escala de los procesos me- soescalares. Para zonas de compleja topografía y con propiedades variables de los usos del suelo, suele ser necesario utilizar una alta resolución espacial (celdas de 1-2 km de lado) para obtener una descripción adecuada de los campos de viento.

En términos concretos, contar con el modelo posibilitará una variedad de aplicaciones, entre las que se incluyen:

- Entender el comportamiento de los contaminantes en la atmósfera

- Definición de la distribución espacial y temporal de los principales contam inantes, en la perspectiva de identificar zonas de mayor riesgo y, consecuentemente, las acciones para prevenir los potenciales impactos, minimizando los efectos negativos sobre la salud de la población.

- Análisis y predicción de las características de potenciales eventos críticos generados por la erupción de alguno de los volcanes activos que rodean la ciudad de Quito, con la finalidad de alertar tempranamente a la población y sobre todo a los organismos de defensa civil sobre las medidas preventivas correspondientes.

- Influencia sobre la calidad del aire debido a nuevas fuentes de emisión de contaminantes del aire, que potencialmente se puedan instalar a futuro (estudios de im pacto ambiental), rebasando el uso de los modelos Gaussianos de dispersión y sus limitaciones.



- Estudio en detalle de la influencia en la contam inación por ozono y material particulado, deb ido al tráfico vehicular, la fuente antropogénica más importante de contaminantes primarios. Específicamente se podrá determinar la influencia en los niveles de contam inación del aire en caso de un incremento o decremento de la intensidad de tráfico o analizar escenarios futuros de contaminación, en respuesta a políticas de renovación que cambien la composición del parque vehicular, o el mejoramiento de la ca lidad de los combustibles.

Figura 4.29 Dominio de simulación numérica de la calidad del aire de Quito, en el modelo que desarrolla CORPAIRE [www.corpaire.orgj

Por ejemplo, en el Distrito Metropolitano de Quito (DMQ), CORPAIRE utiliza el modelo euleriano Weather Research & Forecasting Model with Chemistry (WRF-Chem), modelo numérico de última generación y en pleno desarrollo, que simula al mismo tiempo la meteorología y los procesos de transporte químico. El dominio de las simulaciones corresponde a una zona cuadrada de I o geográfico de lado (aproximadamente de 110 km), en cuyo centroide se localiza la zona urbana de Quito. La Figura 4.29 presenta una imagen satelital de la zona de simulación para el DMQ.

A manera de ejemplo, la Figura 4.30 reproduce los resultados de la simulación de un episodio de contam inación para la ciudad de Quito.


http://www.corpaire.orgj

C a p ítu lo A. C o m p o rta m ien to de lo s c o n ta m in a n te s en l a a tm ó s fe ra

12h00

14h00

UhOO

13h00

15h00

17h00

Figura 4.30 Mapas de concentración de O3 (¡jg nrr3) en superficie obtenidos con el modelo WRF-Chem para Quito el 16 de julio de 2008 (www.corpaire.org)

Ca r l o s Pá e z P é r e z ®. 2008 177

http://www.corpaire.org

LA MEDICIÓN DE LOS CONTAMINANTES EN EL AIRE

Como se ha mencionado anteriormente, el manejo de la contam inación atmosférica requiere de la implementación de medidas de prevención y control orientadas a mejorar la calidad del aire y proteger la salud de sus habitantes; para ello, el primer paso es medir cual es la situación existente, de manera de identificar los contaminantes que deben ser abatidos y ios niveles en los que se requiere ¡a intervención, para así poder diseñar un plan acorde con ellos.

La medición de los niveles de presencia de los contaminantes en le aire ambiente se denomina monitoreo atmosférico y en su planificación, implementación y operación, deben considerarse un conjunto de cuidados, de manera de proporcionar información de buena calidad que represente objetivamente la realidad bajo análisis. Por ello, en este capítulo se aborda esta problemática de una manera integra!, como siempre tomando en consideración los avances que al respecto se han registrado a nivel nacional y especialmente en Quito.

5.1 DEFINICIÓN DE UN SISTEMA DE MONITOREO ATMOSFÉRICO

Se define como monitoreo atmosférico a todas las metodologías diseñadas para muestrear, analizar y procesar en forma continua las concentraciones de sustancias

Ca r l o s P á e z P é r e z ®. 2 0 0 8 1 7 9

C a p it u l o 5 . L a m e d ic ió n d e l o s c o n t a m in a n t e s e n e l a ir e

o de contaminantes presentes en el aire en un lugar establecido y durante un tiempo determinado. Su importancia radica en que para formular los estándares de calidad de aire, llevar a cabo estudios epidemiológicos que relacionen los efectos de las concentraciones de los contaminantes con los daños en la salud, especificar tipos y fuentes emisoras, ejecutar estrategias de control y políticas de desarrollo acordes con los ecosistemas locales y desarrollar programas racionales para el manejo de la calidad del aire, se requiere de una base de datos que aporte información para la realización de todos estos estudios la cual se genera a partir del monitoreo atmosférico.

Debido a la heterogénea distribución de las fuentes de emisión dentro de un área de interés, así com o a la influencia de las- variables meteorológicas y los procesos fotoquímicos en la concentración de los contaminantes en la atmósfera, la tarea de generar información objetiva y confiable sobre la calidad del aire se presenta como bastante compleja, por lo que requiere de una estrategia de monitoreo que implique las siguientes consideraciones:

- Definición de los objetivos del monitoreo, incluyendo los parámetros a medir- Definición de número y sitios de muestreo- Diseño del programa de muestreo- Selección de equipo de muestreo y de técnicas de análisis

Cada uno de estos elementos será considerado con mayor detalle más adelante, cuya principal referencia constituye el texto Introducción al Monitoreo Atmosférico, publicado por la Organización Panamericana de la Salud en 1997.

5 .1 .1 D e f in ic ió n d e l o s o b j e t iv o s d e l m o n it o r e o

Lo primero en el diseño y la implementación de cualquier sistema de monitoreo es definir todos los objetivos que se pretenden y derivar de estos los requerimientos de datos que se necesitan para llevarlos a cabo. Entre los objetivos más usuales encontramos los siguientes:

- Establecer bases científicas para políticas de desarrollo- Determinar la congruencia con las normas y los criterios legales- Estimar los efectos en la población y en el ambiente- Informar al público acerca de la calidad del aire- Proporcionar información de fuentes y riesgos de contam inación- Llevar a cabo evaluaciones de tendencias a largo plazo- Medir los efectos de las medidas de control en la calidad del aire- Estudiar las reacciones químícas de los contaminantes en la atmósfera- Calibrar y evaluar modelos de dispersión de contaminantes en la atmósfera


C a p ít u l o 5 . L a m e d ic ió n d e l o s c o n t a m in a n t e s e n e l a ir e

Hay que considerar que cuando se elabora un programa de monitoreo usualmente se contem pla más de un objetivo, por lo cual se deben conciliar y ponderar los objetivos que se pretendan cubrir en orden de importancia. También se tendrá que tomar en cuenta el área de influencia, ya que todos estos objetivos de monitoreo determinarán áreas o localidades delimitadas en donde se llevarán a cabo los estudios, agrupándose en:

- Muestreos de un área o región determinada- Muestreos de la contam inación causada por fuentes, sean fijas o móviles- Muestreos específicos, generalmente relacionados con personas.

Los muestreos relacionados con un área o región, son aquellos que se enfocan principalmente a establecer el nivel de contaminación de una o varias localidades o de una región determinada, lo cual permite conocer la exposición de la población, vegetación, materiales y propiedades de la misma (ver Tabla 5.1, relación entre objetivos de monitoreo y escalas de representatividad). Es decir, sirven para dar información de la calidad del aire de la región determinada y así poder evaluar sus tendencias o para correlacionar estos datos con otros estudios.

Tabla 5.1 Relación entre objetivos del monitoreo y escalas de representatividad

Medición de altas concentraciones MicroMediaLocal

Urbana (en ocasiones)

Efectos en la población LocalUrbana

Fuentes MicroMediaLocal

General o de fondo local Regional

En general los estudios de ciudades o extensas regiones se consideran de magnitud !!, escala de mayor magnitud, cjue se presenta en Tabla 5.2. En esta tabla se definen como objetivos de monitoreo a las metas o finalidad por la cual se lleva a cabo una medición y colección de datos de concentraciones de contaminantes. La escala espacial en esta tabla, se refiere a la dimensión física del área que va a ser estudiada, la temporal a la duración del programa de monitoreo, el tamaño a la dimensión de la red de monitoreo de acuerdo a su número de estaciones y las técnicas/equipo al tipo de instrumentos que se recomiendan en función de la escala.

C a r l o s Pá e z P é r e z ®, 2008 Í81


Tabla 5.2 Estrategia de monitoreo en función de la magnitud del objetivo

Criterio a considerarMagnitud

... : . ■ ...... ■ ; , ;1 »

Objetivo Orientación Muestreos de rutinaEstudios de caso Redes de monitoreo

Incidentes Congruencia con normas

Escala espacial Micro RegionalLocal * Nacional

Regional Continental

Escala temporal Limitada (semana - mes) Mayor a un año

Tamaño Limitada (1-10 unidades) Mayor a 10 unidadesCampañas de Muestreos Muestreos Estáticos

Estaciones Móviles Estaciones Fijas

Metodología Muestreadores Pasivos Muestreadores PasivosMuestreadores Activos Muestreadores Activos

Sensores Remotos Bioindicadores

Monitores Automáticos

Para clarificar el a lcance de las escalas temporales antes mencionadas, vale apelar a una referencia muy importante a nivel internacional, com o es la EPA de los Estados Unidos, que ha definido las escalas espaciales en función de la representatividad territorial requerida para diferentes objetivos de monitoreo que se presentan en la Tabla 5.3.

Tabla 5.3 Escalas espaciales de monitoreo y representatividad territorial

| Escala espacial Representatividad

Microescala Define las concentraciones en volúmenes de aire asociados con dimensiones de área de algunos metros hasta 100 metros

Escala media Define concentraciones típicas de áreas que pueden comprender dimensiones desde 100 metros, hasta 0.5 km

Escala local Define concentraciones en un área con uso de suelo relativamente uniforme, cuyas dimensiones abarcan de 0.5 a 4 km

Escala urbana Define todas las condiciones de una ciudad con dimensi ones en un rango de 4 a 50 km

Escala regional Define generalmente un área rural de geografía razonablemente homogénea y se extiende desde decenas hasta cientos de kilómetros

Escala nacional y global Las mediciones que corresponden a esta escala representan concentraciones características de la nación y del mundo como un todo

Í82 Ge s t ió n d e l a C a l id a d d e l A ir e


La finalidad de los muestreos relacionados con fuentes emisoras es determinar la contaminación causada por una o varias fuentes. Los estudios orientados al tráfico vehicular involucrarán monitoreos a lo largo de las carreteras y en las zonas aledañas a ellas. Este tipo de estudios, y principalmente los de las fuentes puntuales, se realizan frecuentemente para investigar denuncias de la población, siendo en su mayoría de magnitud I.

Los muestreos específicos más comunes son los que se relacionan con las personas y sirven fundamentalmente para determinar el impacto de los contaminantes atmosféricos en la salud, sin embargo existen otros muestreos específicos que sirven para definir lugares para estaciones permanentes o para la calibración de muestreadores pasivos o bioindicadores. Los relacionados con las personas se llevan a cabo en seres humanos con instrumentos portátiles, que miden la exposición de la persona en forma integral. También se realizan muestreos que proveen datos de exposiciones que se usan en estudios epidemiológicos, como los muestreos de exposición de la población tanto en interiores como en exteriores tomando en cuenta los microambientes en los que se desenvuelve la población en estudio. Otros estudios en los que se llevan a cabo métodos de muestreos específicos sirven para:

*

- Evaluar los efectos tóxicos de los contaminantes atmosféricos sobre la vegetación, usando por ejemplo liqúenes como bioindicadores.

- Medir la respuesta de las plantas a concentraciones ambientales de fluoruros y plomo, empleando parcelas de césped estandarizadas.

En el caso de que los objetivos de monitoreo no se relacionen directamente con un área específica hay que hacer hincapié en que tendrán que ser delimitados en cuanto a una escala espacial y temporal en función del tipo de objetivo que se pretenda.

P a r á m e t r o s a m b i e n t a l e s a m e d i r

Una vez establecidos los objetivos del estudio que se pretende realizar, es necesario establecer los parámetros ambientales que se necesitan medir para llevar a cabo este estudio. Entre los parámetros a medir están los contaminantes atmosféricos identificados en la norma de calidad del aire, las sustancias precursoras para la formación de contaminantes comunes, principalmente el ozono, o alguna sustancia de interés específico, como pueden ser algunos contaminantes peligrosos del aire como la suma de compuestos orgánicos volátiles excepto metano o la selección de algunos de ellos (por ejemplo, benceno, tolueno y xilenos), así como los depósitos de polvo y compuestos de material particulado como plomo (Pb), cadmio (Cd), arsénico (As), níquei (Ni), benzopirenos y hollín en el aire entre otros.

En cualquier caso hay que considerar el problema de que generalmente se tiene una gran cantidad de sustancias en el aire, provenientes de una diversidad de fuentes, por lo cual hay que priorizar de acuerdo a su toxicidad individual, su concentración o la cantidad emitida de ese contam inante y su altura de emisión.



Otros parámetros ambientales que se tendrán que medir serán los parámetros meteorológicos y topográficos, que dependiendo del objetivo del estudio tendrán una gran injerencia en el mismo, pues influyen directamente en la dispersión de los contaminantes atmosféricos y en el caso de los contaminantes secundarios, afectan su producción en la atmósfera; además estos factores en algunas ocasiones son responsables de las zonas críticas de un área de estudio. Entre ellos se encuentran dirección y velocidad del viento, temperatura, diferencial vertical de la temperatura, humedad relativa, precipitación, radiación solar, altitud, tipo de suelo y relieve.

5 .1 . 2 D e f i n i c i ó n d e l n ú m e r o y l o s s it io s d e m u e s t r e o

Ya definidos los objetivos de monitoreo, delimitadas las localidades o áreas de estudio y los parámetros que se necesitan monitorear se tomará como meta la organización temporal y distribución espacial de los puntos de monitoreo o de colección de muestras dentro del área de estudio, de manera que sean representativos de la calidad del aire de un lugar determinado para poder compararlos con estándares de calidad del aire, valores limites, normas etc., por lo que el siguiente paso dentro de la estrategia de monitoreo, es definir la localización y determinación del número de estaciones de monitoreo o sitios de muestreo que se requieran para cumplir con los objetivos.

L o c a l i z a c i ó n d e l o s s it io s d e m u e s t r e o

La ubicación de las estaciones de medición de contaminantes atmosféricos ya sea como parte del establecimiento de una red de monitoreo o para un programa específico, está en función de los objetivos que se pretenden alcanzar y del área que se pretende cubrir.

Existen diferentes procedimientos de selección de los lugares en donde se deben de instalar los sitios de muestreo, que van desde la elaboración de una cuadrícula del área a monitorear, colocando los sitios de monitoreo en las aristas de la cuadrícula, hasta el uso de complejos modelos estadísticos que nos proporcionan el número y distribución óptima de las estaciones, pero que dependen estrechamente de la muestra o sea de la cantidad de mediciones que se llevaron a cabo para establecer el modelo. Además de que los resultados de ubicación obtenidos por medio de estos modelos muchas veces tienen que cambiarse debido a la falta de infraestructura (disponibilidad de agua, energía eléctrica, etc.), inseguridad o difícil acceso del sitio seleccionado.

Actualmente el monitoreo en las ciudades se lleva a cabo en sitios seleccionados con base en la experiencia y en la información con que se cuenta para el estudio, más que en puntos de una cuadrícula, siendo estos sitios representativos del área que se pretende monitorear, es decir instalando estaciones que cubran zonas del centro de las ciudades, de los sectores industriales, comerciales, zonas de gran densidad de tráfico y zonas residenciales.



Para elegir estas localizaciones se deberán de tomar en cuenta una variedad de consideraciones como tipo de emisiones, fuentes de emisión, los factores topográficos y meteorológicos, información de la calidad del aire, (en caso de aue exista), modelos de simulación y otros factores como uso de suelo, demografía, salud pública, etc. A continuación se describen cada uno de ellos:

- Tipo de emisiones y fuentes de emisión: La recopilación de los datos de las emisiones y de las fuentes de emisión por medio de un inventario de emisiones es uno de los primeros pasos en la selección de un sitio "inteligente'' de muestreo. Ya que éstas nos darán una pauta de las zonas críticas que se pudieran tener en el área. En caso de no poder contar con un inventario adecuado, pueden ser útiles las estadísticas de distribución de población y de uso vehicular.

- Factores topográficos y meteorológicos: Como ya se mencionó estos factores junto con los datos de las emisiones y con modelos de dispersión pueden utilizarse para dar una estimación inicial de las concentraciones de contaminantes e identificar posibles zonas críticas.

%

- Información de la calidad del aire: El monitoreo atmosférico ya se lleva a cabo en muchas grandes ciudades, lo cual nos proporciona una base de datos contra la cual podemos comparar y relacionarnos, además de que nos indica la calidad del aire del área de estudio. Pero en los casos en los que no se cuenta con él, se recomienda un estudio de reconocimiento para identificar los problemas de contam inación en el área.

- Modelos de simulación: 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 ei monitoreo de algún contaminante en particular, por no contar con el instrumento adecuado o por ser muy costoso este monitoreo.

- Otros factores: Entre estos se incluyen la información sobre uso de suelo, demografía, densidad de población o "aglomeración" y salud pública. Sirven para identificar efectos probables, particularmente impactos en la salud pública, resultado de las exposiciones de la población a los principales contaminantes atmosféricos y número probable de habitantes que pudieran estar expuestos.

Actualmente se pretende ubicar los sitios de muestreo en lugares donde se presenten exposiciones peligrosas o lugares de concentraciones máximas que alcancen y excedan los límites permisibles. O bien, en lugares donde se combinan alta densidad de población con pobre calidad de aire, o en zonas críticas siendo estas últimas aauellas zonas en las que por sus condiciones topográficas y meteorológicas se dificulte la dispersión y se registren en ellas altas concentraciones de contaminantes

C a r l o s p á e z P é r e z ®, 2008 Í85


o zonas con alta concentración de fuentes de emisión. Todos en función de los objetivos determinados, es decir, si el estudio está enfocado a un área e intenta dar información de la calidad del aire de la misma a la población, se localizarán las estaciones de monitoreo en sitios que representen la calidad del aire de las zonas que conformen esa área tomando en cuenta los puntos críticos que existan en ella y su influencia.

Si por otro lado, se requiere hacer un estudio de la influencia de las emisiones de una determ inada fuente fija en la calidad del aire, se localizarán sitios de muestreo previos alrededor de la misma. Generalmente se colocan algunos sitios de muestreo viento arriba de la fuente de emisión, para que sirvan como referencia de la calidad del aire de la zona. Los demás se localizan en la dirección predominante del viento a partir de la fuente, para que de ellos se elijan los que se califiquen como críticos, o como los más representativos para el estudio.

Si se tratase de fuentes móviles, los sitios de muestreo se localizarían a lo largo de la trayectoria de la misma, considerándosele como lineal, y en sus zonas aledañas, considerándosele de área. Para estudios relacionados con la injerencia de las concentraciones máximas de contaminantes urbanos en la salud pública se deberán tomar muestreos en zonas críticas a una altura de 1.5 a 3 metros sobre el nivel del piso pues es en esta zona, donde se encuentra la población que transita o trabaja y que está más expuesta a la contam inación urbana.

Las recomendaciones técnicas e instrucciones que se describen en las metodologías aprobadas para el establecimiento de sistemas de muestreo/monitoreo de la ca lidad del aire y de sus métodos de medición, pueden consultarse en documentos publicados por varios organismos internacionales vinculados al tema como la Agencia de Protección Ambiental de los estados Unidos (USEPA), la Agencia Ambiental Europea y la Organización Mundial de la Salud.

D e n s i d a d o n ú m e r o d e p u n t o s d e m u e s t r e o r e q u e r i d o s

La densidad de los puntos de muestreo indica el número de sitios de muestreo por zona dentro de una misma área. En el caso de que se establezcan varios sitios de muestreo o de monitoreo, su número se incrementará en las zonas en las que se alcancen o excedan los valores permisibles, a mayores valores y variaciones de calidad de aire dentro de la misma zona, más sitios de muestreo se requerirán. Por ejemplo, en una parcela de aire de una zona de muestreo, se localizará una sola estación siempre y cuando esa parcela sea uniforme en cuanto a concentraciones de contaminantes, de no ser así, es decir si estas concentraciones sufrieran variaciones dentro de la misma parcela, se requerirían dos o más estaciones por lo que se dividiría esta parcela, de manera que cada estación cubra una parcela con características homogéneas. También se requerirán más número de puntos de muestreo cuando se tengan tiempos de muestreo cortos y cuando las mediciones sean menos frecuentes, esto es a menor frecuencia mayor número de sitios de muestreo.

1 8 6 G e s t ió n d e l a C a l id a d d e l A ir e


Existen diferentes criterios para determinar el número de estaciones o puntos de muestreo, que se aplican dependiendo de la información con que se cuenta cuando se va a impiementar un estudio de monitoreo. En general el número final de estaciones seleccionado se elige en función de:

- La población que habita en el área que se pretende vigilar.La problemática existente en el área que se define con base al tipo de zonas que conforma esa área y de los resultados obtenidos de tomar en cuenta los factores y consideraciones para elegir localizaciones de zonas de muestreo.

- 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 temporales o 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 cam paña 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 la densidad de población la OMS recomienda un criterio para establecer un número promedio de estaciones de muestreo de calidad del aire que dependen del parámetro que se pretende medir resumiéndose este criterio en la Tabla 5.4.

Tabla 5.4 R ecom endación sobre el número de estaciones de muestreo (OMS)

• X ' ~ ' . ‘Población urbana

(millones)

■ ' ■ .. • -

MP SO*

Parámetros de monitoreoü f i s t iò

NOx O3 CO Met.

Menos de 1 2 2 1 1 1 1 .1 - 4 5 5 2 2 2 2

4 -8 8 8 4 3 4 2

Más de 8 10 10 5 4 5 3

En términos generales, la información mostrada es útil para una primera aproximación, cuando no se cuenta con información adicional, pero a las recomendaciones hay que reevaluar en función de los siguientes criterios:

- En ciudades con alta densidad industrial deben de instalarse más estaciones para medir partículas y bióxido de azufre.

C a r l o s Pá e z P é r e z ®. 2008 187


- 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 oxidantes.

- 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.

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, estableciendo un mayor número de estaciones en aquellas zonas que presentan mayor densidad de población con altas concentraciones de contaminantes, que excedan los valores límite.

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 conocim iento 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 conocim iento profundo del área en estudio, por lo que sí no se cuenta con este conocim iento 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.

En el establecimiento de redes, para estimar la calidad del aire, existe un procedimiento en el que se divide a las zonas por medio de una cuadrícula, colocando puntos de muestreo en las intersecciones de cada retícula cuadrada, cuyos lados se recomienda que midan 1 km de longitud, para la mayoría de los parámetros ambientales, pudiendo variarse la distancia en función de la importancia de cada contaminante para la zona especifica de estudio.

Se recomienda también para mediciones regionales, que se establezca por lo menos un muestreo continuo o monitoreo en cada zona, con una confiabilidad de captura de datos de por lo menos 75%, y en caso de utilizarse muestreos esporádicos o no continuos se requerirá de una captura de datos de por lo menos 90% descartando los valores de muestreo en donde se tengan problemas o dudas en cuanto a su veracidad.



R e q u e r im ie n t o s d e l sit io d e m u e s t r e o

Para la ubicación específica del sitio de muestreo dentro del área definida se debe tomar en cuenta algunas consideraciones prácticas que necesitan tener estos sitios, como son las siguientes:

- Fácil acceso- Seguridad contra vandalismo- Infraestructura- Libre de obstáculos

Se requiere que el sitio tenga fácil acceso debido a aue se tendrán que realizar visitas regulares al mismo para recolectar muestras, inspeccionarlo, calibrarlo o para su mantenimiento. Pero a su vez deberá estar protegido de posibles actos de vandalismo u otros que alteren la toma de muestras. Se recomienda que el sitio cuente con la infraestructura necesaria como electricidad y líneas de teléfono para poder operar cualquier tipo de equipo de muestreo en el sitio. En caso de contar con muestreadores automáticos el uso de líneas telefónicas es indispensable para el envío de datos.

Como las mediciones se llevarán a cabo en sitios donde la calidad del aire es representativa de la zona que está sujeta a investigación, no podrán haber obstáculos que afecten el movimiento del aire en el sitio, ni fuentes de emisión que puedan invalidar las muestras por el arrastre a la toma del muestreador de las emisiones de alguna fuente. Es decir, el movimiento del aire alrededor de la entrada de la toma de muestra deberá estar libre de restricciones que afecten el flujo del aire en las cercanías del muestreador, por lo que se recomienda ubicarlo algunos metros alejado de edificios, balcones, árboles y otros obstáculos similares. Algunas de las recomendaciones que se fijan en los manuales de los diferentes organismos citados a lo largo de esta discusión se presentan a continuación:

- 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.

- En lo posible, deben rechazarse las interferencias en las estaciones de muestreo, por la circulación local que depende de factores topográficos.

- Para minimizar los efectos de las fuentes locales, se recomienda instalar la estación de monitoreo a una distancia de por lo menos 20 metros de cualquier fuente industrial, doméstica o de carreteras con alto tráfico vehicular.

La entrada al muestreador debe estar entre 1.5 y 4 m sobre el nivel del piso. Una altura de 1.5 m se utiliza para estimar exposiciones potenciales del ser humano a situaciones de gran carga de tráfico vehicular. Sin embargo, para evitar el vandalismo en algunos sitios de monitoreo, se prefiere instalar la toma de muestra a una altura de 2.5 m. Existen algunas circunstancias, para los estudios de los

Ca r l o s P á ez P é r e z ®. 2008 189


antecedentes de contam inación en ciudades, en donde no es posible cumplir con el requisito de una altura de 4 m, por lo cual se han realizado instalaciones de toma de muestra hasta 8 m de altura.

- La entrada al muestreador no debe localizarse cerca de fuentes de contam inación, para evitar arrastres de plumas de chimeneas domésticas o industriales.

- 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 100 m las que han sido reemplazadas con técnicas de radiosondeo y sensores remotos.

Criterios adicionales para la ubicación de las tomas de muestra requeridas para llevar a cabo monitoreos de calidad de aire se presentan en documentos de la USEPA para cada uno de los contaminantes comunes del aire y en función de la escala espacial en la que se llevará a cabo el monitoreo.

Además, para que la información que se obtenga sea característica de la zona de estudio, los requisitos que debe de cumplir un sitio de muestreo

- Ser representativas del área en donde se ubican- Proporcionar datos comparables con las demás estaciones- Ser útiles por lo menos durante todo el período de tiempo del estudio- Ser accesibles permanentemente- Contar con energía eléctrica segura, de ser requerido- Estar acondicionadas para resistir condiciones extremas de temperatura

5 .1 . 3 D i s e ñ o d e l p r o g r a m a d e m u e s t r e o

La determinación de los tiempos de muestreo dependerá del tipo de programa que se pretenda llevar a cabo. Lo primero que se tendrá que definir para cualquier tipo de programa de monitoreo, ya sea de muestreo continuo o discontinuo, será la duración del mismo. La frecuencia de muestreo y el tiempo de toma de muestra, se determinarán para programas discontinuos en función de los objetivos de monitoreo y de la calidad de los datos que se requiera para cumplir con estos objetivos.

A continuación se presenta una discusión relativa a cada uno de los elementos que se deben considerar para diseñar el programa de muestreo:

- Duración del programa: se define como duración de un programa de muestreo, al período de tiempo de evaluación en que se llevan a cabo las mediciones para recopilar la base de datos necesaria para cumplir con los objetivos del programa. Para mediciones permanentes de calidad del aire, se considera como la duración de un programa de muestreo a los 12 meses que abarca un año

190 Ge s t ió n d e l a C a l id a d d e l A ir e


completo del período de evaluación, porque de esta manera se toma en cuenta la injerencia de los cambios estacionales.

También se pueden llevar a cabo programas semestrales de verano y de invierno, programas mensuales o hasta semanales, correlacionándolos con programas permanentes.

- Frecuencia: el término frecuencia de muestreo indica el número de muestras que se tomarán o llevarán a cabo en un intervalo de tiempo, en un punto de muestreo o en un área de muestreo, y se aplica en programas de muestreo discontinuos. Este factor es de gran importancia puesto que los valores de calidad del aire dependen en gran parte de variaciones temporales: condiciones climáticas y cambios estacionales. Las concentraciones también varían en función del día de la semana y en un mismo día las condiciones meteorológicas y patrones de emisión, pueden producir variaciones en las concentraciones de los contaminantes.

Hay ocasiones en que los valores máximo promedio de concentraciones de contaminantes primarios se registran durante la mañana y las tardes mientras que en la noche bajan. Por lo que se recomienda establecer una frecuencia de muestreo que tome en consideración todos estos cambios de manera que el programa de monitoreo sea representativo de lo que ocurre en la zona de estudio. Durante muestreos con analizadores automáticos no se aplica este factor puesto que el muestreo se lleva a cabo continuamente durante todo el período que abarca el programa de monitoreo.

Para establecer valores medios anuales se recomiendan muestreos individuales con una frecuencia de 1 a 2 veces por semana dependiendo de las concentraciones y variando el día de la semana (ejemplo: tomar muestreos cada seis días), de manera que se tomen muestras en todos los días de la semana. Para establecer el 98 percentil se recomiendan mediciones por lo menos 2 veces por semana y en caso de concentraciones muy variables, hasta 4 veces por semana, cam biando también los días de la semana. Para promedios diarios por lo menos 5 mediciones por mes, durante un año o por lo menos durante seis meses, cuando no haya cambios estacionales muy marcados.

- Tiempo de toma de muestra: el tiempo de toma de muestra de una lectura individual en mediciones discontinuas, corresponde al período de tiempo en que se lleva a cabo la determinación de concentraciones de los contaminantes mientras más corto es el tiempo de toma de muestra, más altos serán los valores máximos esperados. Este tiempo se determina tomando en cuenta los criterios recomendados de efectos en la salud o factores de inmisión de los contam inantes a determinar, por medio de los límites de detección del método de muestreo utilizado y por medio de los criterios establecidos en las normas oficiales de calidad del aire de cada país.

Ca r l o s P á e z P é r e z ®. 2 0 0 8 Í9 Í


Algunas recomendaciones de los manuales internacionales en cuanto a tiempos de muestreo, son las siguientes:

• Deben ser medidas concentraciones promedio de 24 horas.■ El monitoreo anual se recomienda para determinar las variaciones estacio

nales y para obtener promedios anuales.■ El muestreo diario se recomienda si se necesitan realizar comparaciones sig

nificativas a corto plazo o si las concentraciones a 24 horas serán cuantifi- cadas confiablemente.

■ Se requiere de monitoreo con resolución horaria únicamente cuando existan condiciones de episodio de contaminación.

5 .1 . 4 S e l e c c ió n d e l a t é c n i c a d e m e d i c i ó n

El otro factor que debe resolverse para establecer una adecuada estrategia de monitoreo es la selección del equipo de muestreo y de sus metodologías de análisis, las cuales deberán ser acordes con los objetivos que previamente se fijaron y la ca lidad de los datos que se requieren para cumplirlos. Esta necesidad de calidad o precisión en la base de datos, será uno de los principales elementos a considerar al seleccionar el equipo, junto con la capacidad económ ica local y la disponibilidad de personal capacitado, que también deben ser considerados cuidadosamente.

Los sistemas más caros son los más confiables y precisos, pero paralelamente son los que mayores complejidades presentan en su operación y mantenimiento. Por ello y debido a que las tecnologías que se ofrecen en el m ercado cubre una gran gama de costos en capita l y operación, se recomienda escoger la tecnología disponible más simple y barata que cumpla con los objetivos de monitoreo especificados y que haya sido certificada o aprobada como adecuada por un organismo internacional de prestigio en este campo, más aún si las mediciones se realizan con fines de verificar el cumplimiento de normas de calidad del aire con fines de sanciones u otro tipo de medidas correctivas. Por ejemplo, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos que de manera periódica publica una muy detallada lista (EPA, 2008), donde se identifican con el nombre del fabricante y el modelo específico, los diferentes aparatos que pueden utilizarse para monitorear los contaminantes comunes del aire y que sirve como una excelente referencia, más aún cuando en el Ecuador la Norma Ecuatoriana de Calidad del Aire Ambiente, cuyo texto completo puede revisarse en el Anexo C, reconoce com o los métodos oficiales de medición de los contaminantes a los que acepta la USEPA.

Las tecnologías de monitoreo pueden agruparse en los cinco grupos que se describen en los párrafos siguientes y en la Tabla 5.5 donde se presenta un breve cuadro comparativo entre las ventajas y desventajas de cada una, incluyendo una primera aproximación a los costos requeridos para su utilización, que no considera el contexto de operación y mantenimiento que requiere cada una para su adecuado funcionamiento.


C a p ítu lo 5 . L a m ed ic ión d e l o s c o n ta m in a n te s en e l a i r e

Tabla 5.5 Comparación entre las distintas metodologías de monitoreo de la calidad delaire. Los costos son referenciales y se basan en el mercado ecuatoriano y no incluyen los gastos que implica poner estos equipos en operación y mantenerlosfuncionando apropiadamente

1 Metodología Ventajas Desventajas Costos

Muestreadores pasivos ■ Muy bajo costo.■ Muy simples.■ Útiles para cribado

y estudios de base.

■ No probado para algunos contaminantes.

* En general sólo proveen promedios semanales y mensuales.

■ Requieren análisis de laboratorio.

Cada punto de muestreo entre 35 y 45 dólares, considerando análisis locales.

Muestreadores activos ■ Bajo costo.* Fáciles de operar■ Confiables en: ope

ración y funcionamiento.

■ Historia de bases de datos.

* Proporciona concentraciones pico 0

de alerta. s Trabajo intensivo.■ Requieren análisis

de laboratorio.

Un muestreador activo para PMio entre 8 y 10 mil dólares. Cada filtro 16 dólares.

Analizadores automáticos * Alto funcionamiento comprobado.

■ Datos horarios.■ Información on Une

y bajos costos directos.

■ Complejo.■ Caro.■ Requieren técnicos

calificados.■ Altos costos perió

dicos de operación.

Un analizador automático de gases entre 15 y 20 mil dólares.

Sensores remotos Proporcionan patrones de resolución de datos.Útiles cerca de fuentes y para mediciones verticales en la atmósfera. Mediciones de multicomponentes.

Muy complejos y caros.Difíciles de operar, calibrar y validar. No son siempre comparables con los analizadores convencionales.

Un DOAS alrededor de los 150 mil dólares.

Bioindicadores ■ Baratos. ■ Problemas en la es- Costos muy variables.■ Útiles para identifi tandarización de

car la presencia de sus metodologías yalgunos contami otros inherentes anantes. los procedimientos.

* Algunos requieren análisis de laboratorio.

En general estudios de base o preliminares, investigaciones espaciales y funciones para selección de sitios pueden llevarse a cabo con métodos de muestreo activos y pasivos. Los analizadores automáticos, por su complejidad y aito costo, se utilizan



normalmente para mediciones en programas a largo plazo (5 a 10 años), o cuando se requiere alta calidad en los datos, por ejemplo para vigilar picos de concentraciones y alertar a la población. Sin embargo, actualmente se desarrollan monitores o analizadores automáticos de manejo más simple, que pueden implementar sus aplicaciones en el futuro.

Por otro lado, los sensores remotos proporcionan mediciones integradas de com ponentes múltiples a lo largo de patrones específicos, pero actualmente estos instrumentos son muy caros y complejos, difíciles de calibrar y validar contra los métodos ya establecidos, por lo que sus aplicaciones están muy restringidas. De igual manera las técnicas de biomonitoreo pueden ocasionalmente proporcionar una manera barata y flexible de identificar la presencia de niveles de contam inación y/o áreas donde se necesitan mediciones más; Sin embargo, estas técnicas son muy específicas de cada región y no han sido desarrolladas al punto en que pueden ser aplicadas en programas de monitoreo regulares

En la Tabla 5.6 se reproduce una información sistematizada por la OPS que muestra los usos más comunes de estas metodologías, indicando las mejores elecciones para cada caso.

Tabla 5.6 Usos más comunes para las distintas metodologías de monitoreo de la calidad del aire (OPS. 1997b)

| Objetivo ACT REM 610 ̂ H . *r i ' ,í«V'

Vigilar el cumplimiento de normas de cal idad de aire i 3 3 1 1Implementación de planes de contingencia i 3 3 2Alertas ambientales: vigilancia de valores máximos i 2 3 2Investigación de transporte de contaminantes atmosféricos 2 2 1 3 2Barrido de contaminantes en una trayectoria 2 3Rastreo de tendencias temporales de calidad de aire 2 1 3 3 1Medición del impacto de las medidas de control 3 2 3 2 1Calibración y evaluación de modelos de di spersión 1 1 3 3Monitoreo en la vereda 3 3 1Efectos de la contaminación atmosférica global 2 2 2 1 3Estudios de salud pública 3 3 1 1Medición de concentraciones de fondo 3 1 1 3

Monitoreos en fuentes fijas 1 2 3 3Monitoreo perimetral a industrias riesgosas 1 2 3 3 1

Nota: Los valores del 1 al 3 indican la utilidad de la metodología. Correspondiendo el número 3 a la tecnología más recom endada para cumplir con el objetivo. La ausencia de valor implica que esta tecnología no es recomendable para cumplir con el objetivo establecido.



Mu e s t r e a d o r e s p a s i v o s

Estos dispositivos de toma de muestra, generalmente con forma de tubo (ver Figura 5.1) o disco, colectan un contam inante específico por medio de su adsorción y absorción en un sustrato químico seleccionado. Después de su exposición por un apropiado período de muestreo, que varía desde un par de horas hasta un mes, la muestra se regresa al laboratorio, donde se realiza la desorción del contaminante y después se le analiza cuantitativamente.

Figura 5.1 Colocación de tubos Palmes para el monitoreo pasivo de ozono. En el detalle puede verse las pequeñas dimensiones de los dispositivos y la facilidad de colo

cación.

Las principales ventajas del muestreo pasivo son su simplicidad y bajo costo, por lo que se pueden extender muchas unidades para que provean información en cuanto a la distribución espacial de los contaminantes. Sin embargo el tiempo de resolución de esta técnica es limitado, por lo que sólo puede proveer información de concentraciones promedio de contaminantes.

C a r l o s Pá e z P é r e z ®, 2008 í 95


Debido a su simplicidad y bajo costo, las técnicas de muestreo pasivo son adecuadas para muchas aplicaciones, ya sea por sí mismas o en com binación con analizadores automáticos. Existen varias técnicas de muestreos pasivos disponibles o en desarrollo para los principales contaminantes urbanos, entre las que se incluyen las de NO2, SO2, NH3, BTX y O3.

Entre los muestreadores pasivos hay que diferenciar los que específicamente se utilizan en puntos fijos de muestreo, para monitorear calidad de aire, especialmente para estudios de fondo y muestreos de amplia cobertura espacial; y los pasivos personales, que la gente puede llevar puestos y se utilizan principalmente en estudios epidemiológicos, donde se puede determinar por ejemplo la exposición personal durante una jornada de 8 horas de trabajo a un determinado contaminante.

En estudios de calidad del aire, también pueden ser útiles usados en combinación con muestreadores activos o monitores automáticos. En este tipo de estudios híbridos, el muestreador pasivo provee los datos de calidad de aire de resolución geográfica, mientras que los otros instrumentos ofrecen información relacionada con el tiempo, com o variaciones diurnas de la concentración y sus picos. Estudios de este tipo pueden ser económ icam ente muy convenientes y un ejemplo de ellos es el uso de muestreadores de tubo de difusión para colectar NO2, en el barrido de áreas y selección de sitios de monitoreo en varios países europeos.

M u e s t r e a d o r e s a c t i v o s

A diferencia de los muestreadores pasivos, este tipo de equipos requieren energía eléctrica para bom bear el aire a muestrear a través de un medio de colección físico o químico. El volumen adicional de aire muestreado incrementa la sensibilidad, por lo que pueden obtenerse mediciones diarias promedio. Las muestras co lectadas en estos medios deben ser sometidas a algún tipo de análisis químico para determinar la concentración del contam inante en cuestión.

Los muestreadores activos más utilizados actualmente son para material particulado (PTS o PM10), utilizando el método de alto volumen (high volume samplers) para obtener las muestras (ver Figura 5.2), que luego deben ser sometidas a un análisis gravimétrico utilizando balanzas de precisión. La concentración de material particulado se determina básicamente por la diferencia de pesos entre el filtro limpio, antes de ser sometido al muestreo y el filtro impregnado con el contam inante luego de la exposición. La posibilidad de muestrear fracciones del material particulado depende del cabezal que se incorpora al equipo y que debe tener la capacidad para separar y no dejar pasar al filtro los tamaños de partículas mayores al buscado; estos dispositivos funcionan en base a separadores ciclónicos o impactadores en cascada.

También existen técnicas de muestreos activos disponibles para la mayoría de los contaminantes gaseosos, como el método de Saltzman para NO2 y el método NBKI (Neutral Buffered Potassium lodide, solución amortiguadora neutra de yoduro de


C a p i t u lo 5 . L a m ed ic ió n d e l o s c o n ta m in a n te s en e l a ir e

potasio) para O3; sin embargo, la mayoría de estas técnicas han sido reemplazadas por analizadores automáticos. De cualquier manera para la investigación de aerosoles y gases ácidos se están usando filtros empacados y sistemas "denuder".

Figura 5.2 Muestreador de alto volumen de partículas totales en suspensión de propiedad de la REMMAQ. En el lado derecho se ven los elementos constitutivos del mues

treador.

Aunque los muestreadores activos son más caros y complejos que los muestreadores pasivos, son relativamente fáciles de operar, aunque requieren de prácticas de calibración periódicas, producen resultados confiables y han proporcionado la base de datos de mediciones en la mayor parte del mundo a lo largo de más de veinte años. La continuidad de esta base de datos es muy importante para poder deducir tendencias a largo plazo.

A n a l i z a d o r e s o m o n it o r e s a u t o m á t i c o s

A pesar de las ventajas económicas de los muestreadores activos o pasivos, existen aplicaciones de monitoreo que necesitan de la rápida respuesta, en horas o menor, que proporciona un analizador automático, por ejemplo cuando se pretenden detectar valores máximos de concentraciones de contaminantes y situaciones de alerta para implementar medidas de contingencia.

Ca r l o s Pá e z P é r e z 2008 Í97


Estos instrumentos se basan en propiedades físicas o químicas del gas que va a ser detectado continuamente, utilizando métodos optoelectrónicos, en los cuales el aire muestreado entra en una cámara de reacción donde, ya sea por una propiedad óptica del gas que pueda medirse directamente o por una reacción química que produzca quimiluminiscencia o luz fluorescente, se mide esta luz por medio de un detector que produce una señal eléctrica proporcional a la concentración del contaminante muestreado.

Figura 5.3 Estación de monitoreo de la calidad del aire en Quito operada por CORPAIRE, equipada con analizadores automáticos

La gran capac idad de estos monitores automáticos se obtiene a expensas de los altos costos que implica su inversión inicial y su operación. Estos instrumentos tienden también a ser más susceptibles a problemas técnicos en comparación con los muestreadores, cuando no se cuenta con los programas de mantenimiento adecuados y con personal técnico calificado, ya que requieren de técnicos especializados para la operación rutinaria de los equipos y de métodos más sofisticados de aseguramiento y control de calidad. Estos monitores automáticos producen gran



cantidad de datos que usualmente necesitan de sistemas telemétricos para su recopilación y computadoras para su subsiguiente procesamiento y análisis.

Ya se cuenta con monitores continuos aprobados y validados para la mayor parte de los principales contaminantes urbanos, inclusive la normatividad de la EPA establece poco el uso de muestreadores, los cuales en algunos casos han sido sustituidos por sistemas automáticos que generan una mayor cantidad, confiabilidad y calidad de información, siempre y cuando se operen adecuadam ente. Sin embargo sus altos costos y complejidad en su operación los hace inadecuados para algunos lugares. Su uso no se recomienda cuando no se cuenta con la infraestructura de apoyo y personal técnico necesarios.

Es muy común en las redes de monitoreo el uso de monitores automáticos junto con muestreadores activos y pasivos, en la práctica estas mediciones se consideran como complementarias, debido a que, los monitores automáticos no son necesariamente superiores y muchos errores se evitarían sí se mantuvieran algunos muestreadores cuando se instalan los monitores automáticos, por lo menos durante el período de ajuste y capacitación para el manejo de los mismos.

%

S e n s o r e s r e m o t o s

Los sensores remotos a diferencia de los monitores automáticos, que proporcionan mediciones de un contaminante en un punto en el espacio, pueden proporcionar mediciones integradas de multicomponentes a lo largo de una trayectoria especifica en la atmósfera (normalmente mayor a 100 m) y sistemas más complejos, pueden hasta proveer mediciones con rangos de resolución a lo largo de la trayectoria. Se han llegado a detectar por ejemplo hasta 5 ppb de SO2, en un patrón de 1 km. Sistemas móviles pueden proporcionar mapas tridimensionales detallados de concentraciones de contaminantes dentro de un área por un período de tiempo limitado.

Algunos de estos controles remotos se han llevado a cabo por medio de instrumentos montados en aviones o en satélites, cuyos métodos incluyen el uso de correlaciones espectrométricas, el reflejo de la luz solar en las partículas de los aerosoles, absorción infrarroja y emisión espectroscópica, láser de color y de inducción infrarroja fluorescente y la aplicación de técnicas astronómicas.

Las aplicaciones de los sensores remotos son muy especializadas y particularmente se utilizan para investigaciones cerca de las fuentes de emisión, en las plumas de las chimeneas y para mediciones verticales de contaminantes gaseosos y aerosoles en la atmósfera, como la investigación de la distribución del ozono en la troposfera y en la estratosfera. Sin embargo, desde un punto de vista comercial son instrumentos muy caros y extremadamente complejos, y presentan además dificultades con la validación de sus datos, niveles de confianza y calibración. Se requiere de un gran esfuerzo especializado y cuidadoso control de calidad para operar exitosamente estos sistemas y producir datos confiables.

C a r l o s P á e z P é r e z <8>. 2008 199


B io i n d i c a d o r e s

Actualmente se ha mostrado gran interés en el uso de bioindicadores para estimar algunos factores ambientales, entre los que se incluyen la calidad del aire, particularmente en la investigación de sus efectos. El término biomonitoreo, (el cual implica generalmente el uso de plantas para monitorear el aire) cubre una multitud de muy diferentes muestreos y enfoques de análisis con muy diferentes grados de sofisticación y desarrollo. Los métodos incluyen:

1. Uso' de la superficie de las plantas como receptoras de contaminantes, como el uso del perejil para el plomo y el musgo para hidrocarburos poliaromáticos. Esencialmente la planta es un muestréádor y debe ser co lectada y analizada en el laboratorio por medio de métodos clásicos.

2. Uso de la capacidad de la planta para acumular contaminantes o sus metabo- litos en el tejido de la planta, como en el caso de las agujas del abeto para azufre total y de los pastos para fluoruros, azufre y algunos metales pesados. Nuevamente el tejido de la planta deberá ser colectado y analizado por métodos clásicos.

3. Estimación de los efectos de los contaminantes en el metabolismo o en la información genética de las plantas, como el efecto del ozono en los cloroplastos del abeto. En este caso la colección y análisis requiere de técnicas muy sofisticadas.

4. Estimación de los efectos de los contaminantes en la apariencia de las plantas, como el efecto del SO2 en los liqúenes, el efecto del ozono en las plantas de tabaco y en algunas especies de pinos, cuyas agujas presentan bandas cloróticas cuando están expuestas a concentraciones episódicas de ozono. La estimación puede llevarse a cabo en el cam po por expertos y no se necesitan análisis de laboratorio.

5. Distribución y análisis de plantas específicas como indicadores de calidad del aire, como el tipo y distribución de liqúenes para estimar los efectos fitotóxicos totales de la contam inación del aire. La estimación se lleva a cabo en el cam po por expertos y no se requiere análisis de laboratorio.

A pesar de que se han desarrollado guías sobre las metodologías de los bioindicadores, todavía quedan problemas no resueltos en cuanto a la estandarización y armonización de estas técnicas. Algunos de los problemas son inherentes a los procedimientos y otros se deben a limitaciones por los tipos de plantas que pueden ser empleadas en diferentes regiones. En general, mientras menor sea la variación climática entre los sitios de las áreas de muestreo, será más fácil que se pueda desarrollar una técnica estandarizada que permita una com paración de datos significativa. De cualquier manera, hay muchas variables cuyos efectos son muy difíciles



de determinar, por ejemplo los efectos de los factores bióticos de estrés (calor, sequías, etc.) o la adaptación a ambientes contaminados. A la fecha, es todavía extremadamente difícil desarrollar procedimientos significativos de control de calidad para el uso de bioindicadores en localidades enteramente diferentes.

Dada la complejidad de los problemas involucrados actualmente, el uso de las técnicas de biomonitoreo se limita a localizaciones específicas, particularmente en estudios de monitoreo de ecosistemas, proporcionando información útil también a niveles regionales. Estas técnicas pueden establecer los efectos de contaminantes en lugares donde no es de primordial importancia el detallado conocimiento de la concentración de los mismos. La aplicación de estas técnicas a gran escala, en redes globales, posiblemente se estudiará en. un futuro cercano.

5 .2 R e d e s d e m o n i t o r e o

Se conoce como red de monitoreo 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.

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 fáciles a este respecto. 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.

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 optimizar las redes usándolas para estudios específicos, como la estimación de la exposición del ecosistema o la determinación de congruencia con ios requerimientos iegales para contaminantes individuales. En general estas mediciones ofrecen ventajas financieras y logísticas, pero no todas las fundones de las redes, ni todas las redes se pueden optimizar.

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 localiza

Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 2008 2 0 1


ción basado en una cuadrícula espacial en donde se muestra información detallada en cuanto a la variabilidad espacial y resultados de la exposición de contam inantes. 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. Por lo cual, para distribuir y ubicar estos sitios, se necesitarán contemplar los mismos criterios generales que hemos venido exponiendo en este capítulo en donde se recom ienda tomar en cuenta los siguientes factores:

- Población a fec tada- Medio ambiente afectado- Escala geográfica del problema a considerar- Fuentes y emisiones del área delimitada- Meteorología / Topografía de esa área.

Todo ello con la finalidad de que se determine el número de sitios apropiados para cubrir los requerimientos de datos necesarios y que cada sitio reporte los datos representativos de la calidad de aire de la zona que le corresponde. En el supuesto caso del establecimiento de una red con monitores automáticos, si los criterios de diseño indican un número específico de estaciones y este número es incosteable, se puede reducir el número de estaciones utilizando el criterio de sitio “ inteligente” , utilizar métodos alternativos de muestreo o realizar muestreos orientados a objetivos específicos.

Es importante mencionar que al evaluar la inversión que se requerirá para establecer una red de monitoreo atmosférico, se tendrán que contemplar además de los costos de inversión, los costos de operación en los que se deben incluir requerimientos de laboratorio, personal especializado, transporte, costos de mantenimiento y costos de reposición de equipo y todo el proceso de almacenamiento y procesamiento de datos y generación de información.

Para asegurar el éxito de cualquier programa de monitoreo atmosférico, es importante también la adopción de una administración y sistema organizacional apropiados. Generalmente, las redes se pueden organizar en un sistema centralizado, en el cual todos sus sistemas de operación, mantenimiento, manejo de datos y controles se operan por medio de una sola organización, o en forma descentralizada,



donde algunas o todas las responsabilidades se delegan a diferentes organismos. Los dos métodos tienen sus ventajas y desventajas, pero las redes demasiado descentralizadas, corren el riesgo de duplicar esfuerzos, presentar incrementos en la logística y dificultades en la línea de mandos e inconsistencias en el aseguramiento y control de calidad o en la implementación de tecnologías.

5 .3 A s e g u r a m i e n t o y c o n t r o l d e l a c a l i d a d

El nivel de concentración de un contaminante específico debe ser medido en diferentes períodos de tiempo y espacio, y es de particular importancia el conocimiento de la calidad de estas mediciones. No. es posible que se tomen decisiones con base en datos no confiables, y es una pérdida de recursos hacer mediciones sin proporcionar los medios que aseguren que éstas cumplan con la calidad de datos que requieren los objetivos fijados.

El establecimiento del aseguramiento de calidad y del control de calidad de las mediciones llevadas a cabo, son prerrequisito para obtener información representativa en diferentes localidades y en diferentes tiempos, a pesar de que estas provengan de una red homogénea, que usa metodologías estandarizadas y que está siendo operada por el mismo operador. Procedimientos bien definidos de aseguramiento y control de calidad, que incluyan acuerdos en relación con los requerimientos y presentación de los datos, son la mejor forma de lograr comparabilidad y compatibilidad dentro de una red y entre redes a escala internacional.

El término aseguramiento de la calidad indica una garantía de calidad adecuada de los resultados de medición y análisis. El aseguramiento de esta calidad es un sistema de actividades que confirman que las mediciones o los datos obtenidos cumplen con los estándares de calidad definidos con un nivel de confianza establecido. Un programa de aseguramiento y control de calidad incluye no sólo procedimientos estandarizados de control de calidad (ejemplo, los procedimientos bajo los cuales se asegura una cierta exactitud y precisión en las mediciones), sino que también cubre asuntos como la definición de los objetivos de monitoreo, diseño de redes, estructura administrativa, selección del equipo, programas de entrenamiento del personal y auditorías, entre otros, es decir, comprende todos los métodos de medición y los procedimientos o estrategias de monitoreo.

Un adecuado programa de aseguramiento de calidad es la mejor forma de garantizar la armonía entre los datos dentro de una misma red y entre diferentes redes. El control de calidad incluye las actividades y técnicas operacionales que se usan para obtener una cierta precisión y exactitud en ¡as mediciones. Para monitoreo atmosférico se incluyen en éstas, por ejemplo, los protocolos para la operación y mantenimiento del equipo, calibración del equipo, visitas y revisiones, inspección y validación de los datos. El aseguramiento/control de calidad es por lo tanto parte esencial para los sistemas de mediciones, y podemos decir que el aseguramiento se refiere al manejo com pleto de todo el proceso, conduciéndolo a una calidad defi

Ca r l o s P á ez P é r e z ®. 200 8 203


nida del producto de datos, mientras que el control de calidad se refiere a las actividades dirigidas a obtener una cierta exactitud y precisión en las mediciones.

El programa de aseguramiento de calidad cubrirá específicamente las fases del monitoreo previas a las mediciones, que van desde la definición de los objetivos de calidad de los datos, diseño del sistema y selección del sitio, hasta la evaluación del equipo, su selección e instalación y desarrollo de programas de entrenamiento de los operadores. Las funciones del control de calidad cubrirán las actividades directamente relacionadas con las mediciones, e incluirán como ya se mencionó la operación de la red, calibración, revisión y manejo de datos y entrenamientos.

El primer paso en la preparación de cualquier plan de monitoreo, es definir todos los objetivos de monitoreo, que como ya se mencionó deberán ser claramente identificados, ya que objetivos difusos, restringidos o ambiciosos pueden traer como consecuencia un programa ineficiente, no costeable y con datos de pobre calidad. De estos objetivos de monitoreo se derivarán los objetivos de calidad de los datos (OCD) que se requieran. Los OCDs, definen los requerimientos que deben de llenar las mediciones de manera que estas puedan ser usadas para resolver las preguntas formuladas en los objetivos de monitoreo, debiendo cumplir con características como exactitud, precisión, integridad, representatividad y com patibilidad.

Los OCDs, son las especificaciones necesarias para diseñar el estudio, incluyendo un nivel de incertidumbre aceptable. Los objetivos de monitoreo y de calidad de los datos necesitan ser definidos claramente para optimizar el diseño de la red, seleccionar los contaminantes apropiados y sus métodos de medición y determinar el nivel requerido de control de calidad y manejo de datos. En adelante, todas las decisiones que se tendrán que tomar en todas las fases que se requieren considerar para llevar a cabo la estrategia de monitoreo descrita anteriormente, con una calidad de datos determinada, deberán basarse en los requerimientos de los OCDs.

Ya definidos los OCDs, las principales fases de la estrategia de monitoreo, con un programa de aseguramiento de calidad, se agrupan en:

- Diseño de la red- Selección del sitio- Evaluación y selección del equipo- Diseño del sistema de muestreo- Infraestructura del sitio- Operaciones de rutina- Mantenimiento y calibración del equipo- Acopio, revisión y validación de los datos.

Tanto el diseño de la red, selección del sitio, evaluación y selección del equipo, como el diseño del sistema de muestreo, que incluye la configuración de la estación y la línea de muestreo, los analizadores y la determinación de los tiempos de muestreo y la infraestructura del sitio, ya fueron descritos en las secciones 5.1 y 5.2,



sin embargo en esta sección se incluyen algunas recomendaciones adicionales que pueden ser útiles en la determinación de estos factores:

- Para monitoreos de rutina entre ciudades, se recom ienda localizar los sitios e medición en lugares representativos de acuerdo con la clasificación de medio ambiente urbano de WHO/UNEP GEMS/AIR: industrial, residencial, comercial, centro de la ciudad, etc. (WHO, 1976, 1977).

- Adicionalmente se debe considerar la selección de un sitio de muestreo, viento arriba de la ciudad, con la finalidad de proporcionar medios para la estimación de fuentes de contaminantes fuera de la ciudad.

- Se recomiendan sitios de muestreo específicos destinados a medir los impactos de calidad del aire de fuentes locales.

- Los procedimientos de selección del sitio deberán documentarse y clasificarse, y proveerse de fotografías de sus áreas aledañas junto con mapas detallados de su alcance. Esto permitirá que los sitios sean caracterizados en términos de sus fuentes locales, topografía, etc. Los sitios deberán ser revisados regularmente, con documentación que incluya fotografías, para asegurar que permanezca válido el criterio de selección.

- Se deben seleccionar métodos apropiados de muestreo y análisis para cumplir con los objetivos de monitoreo. No vale la pena tener sofisticados métodos de muestreo, si no se cuenta con las herramientas analíticas químicas y los métodos estadísticos de evaluación apropiados. Finalmente, el esqueleto de un programa completo de monitoreo debe provenir de un plan detallado de aseguramiento de calidad, para garantizar que los datos obtenidos tengan un claro significado. Un adecuado plan de aseguramiento y control de calidad, es la clave para lograr armonía entre los datos de una misma red y entre redes lo cual ratifica el a lcance máximo en relación al esfuerzo de monitoreo.

En lo que se refiere a las operaciones de rutina, a las operaciones de mantenimiento y calibración del equipo y al acopio, revisión y validación de los datos, se describirán los principios generales que deben de considerarse, e recomienda a aquellos lectores que requieran información más detallada, el uso de manuales oficiales como el Quality Assurance Handbook de la EPA, o de guías y estándares preparados por la ISO, por el CEN, o por la OECD.

5 .4 D i f u s i ó n d e l a i n f o r m a c i ó n s o b r e l a c a l i d a d d e l a í r e

Todo el esfuerzo por monitorear la calidad del aire debe ser complementado con una adecuada estrategia de difusión de la información, de manera que las partes interesadas puedan acceder a ella de manera fácil y entendióle, a fin de influenciar en las decisiones políticas de autoridades y en los comportam iento de los ciu

Ca r l o s Pá e z P é r e z ®. 2008 203


dadanos. El generar datos y mantenerlos guardados constituye una negación de los objetivos de un programa de monitoreo; por ello, es fundamental definir instrumentos comunicacionales apropiados para los distintos tipos de potenciales usuarios, considerando su facilidad o dificultad para utilizar la terminología técnica.

Bajo este concepto, en la ciudad de Quito, CORPAIRE difunde de manera sistemática la información que genera la REMMAQ, apoyándose en las nuevas tecnologías de información y comunicación, a través del sitio Web oficial y también por medio de publicaciones periódicas. Además, para facilitar que el gran público pueda comprender el a lcance de los datos mosfrados, ha desarrollado el índice Quiteño de Calidad del Aire (IQCA) como un instrumento de difusión pública que traduce los términos técnicos en que se mide la concentración de los contaminantes atmosféricos, a una escala numérica simple, com plem entada con una gam a de colores que indican el estado del recurso y alertan ante potenciales episodios críticos. Mayor información sobre el IQCA puede ser revisada en el Anexo I.

A continuación, en las Figuras 5.4 a 5.8, se presentan algunos de los productos de información de la calidad del aire que utiliza CORPAIRE.

CORPAIRERED METROPOLITANA DE MONITOREO ATMOSFERICO DE QUITO

____________________ INDICE QUITEÑO 06 CAUOAD DEL AIRE_____________________Santana dal lu r** 03 do novíambra 'Jal 2008 al dcminoo 09 d* noviambr« d*l 20QS

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F/gura 5.4 Boletín semanal sobre la calidad del aire en Quito que distribuye CORPAIRE por correo electrónico y que utiliza el IQCA para informar sobre el estado del recurso en la semana precedente. El reporte que se muestra corresponde a la semana del 3 al 9 de noviembre del 2008.

206 Ge s t ió n d e l a C a l /d a d d e l A/r e


Figura 5.5 Reporte en línea de la calidad del aire de Quito, utilizando el IQCA, que puede ser consultado en el sitio Web de CORPAIRE. Este sitio se actualiza cuatro veces a! día.

Figura 5.6 Variación diaria del material particulado fino PM2.5 registrado por las estaciones de monitoreo de la REMMAQ. El gráfico es construido con los promedios de una hora y corresponden al 1 de octubre del 2008.

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C a r l o s P á ez P é r e z ®. 2008 207


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l ím ite m á x i m o p e r m it id o e n la N E C A A

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Figura 5.7 Variación de ios promedios de 24 horas del material particulado fino PMzs registrado por la estación de monitoreo El Camal de la REMMAQ Los datos corresponden al mes de octubre del 2008.

Figura 5.8 Mapas con la distribución espacial de los contaminantes, en este caso NO2, a partir de los datos medidos con la red de monitoreo pasivo de la REMMAQ.


6GESTIÓN INTEGRAL DE LA

CALIDAD DEL AIRE

Una vez que se ha pasado revista a los aspectos más importantes de la gestión de la calidad del aire en una ciudad, analizando los elementos más importantes de los instrumentos y herramientas que se utilizan para cada fase, es tiempo de volver a unir las piezas y ensamblarlas en una propuesta integral articule las acciones de los distintos involucrados en la tarea y promueva el cumplimiento eficaz de la finalidad última de este esfuerzo que es garantizar un ambiente sano y libre de contam inación para la población.

Con esto en mente, en está última sección se pasará revista a los planes de manejo de la calidad del aire y se revisará un ejemplo emblemático en el Ecuador de gestión del recurso constituido por la gestión de CORPAIRE en Quito.

6.1 Los planes de m anejo de la calidad del aire

Según Mario Molina, Premio Nobel de Química 2005 (Molina y Molina, 2004), el manejo de la calidad del aire en las megaciudades, y guardando las distancias, tam bién en las de dimensiones más pequeñas, se realiza en ciclos continuos de cuatro fases. La fase inicial de diagnóstico busca reconocer el hecho de que existen niveles inaceptables de calidad del aire, tratando de identificar los contaminantes invo-

C ARLOS PÁEZ PÉREZ ®. 2 0 0 8 2 0 9

C a p ít u l o 6 . G e s t ió n in t e g r a l d e la c a l id a d d e l a ir e

lucrados y las potenciales causas. Habiendo caracterizado con alguna precisión el problema, se debe formular una política para resolverlo; es decir las principales estrategias de intervención, considerando las características específicas de la realidad, así com o también revisando críticamente los avances que se han experimentado en otras ciudades. Luego sigue la implementación de las políticas a través de la definición de los instrumentos y mecanismos específicos de gestión que deben ser aplicados, incluyendo la promulgación de las normas y regulaciones que establecen obligaciones para las partes involucradas. Finalmente, suponiendo que las tres fases anteriores se hayan realizado adecuadamente, la tarea es asegurar que se mantenga el control sobre la situación.

Aunque los problemas identificados inicialmente hayan sido resueltos, hay que considerar que por la dinám ica socioeconómica de una ciudad, las actividades que generan contam inación cambien, por lo que es muy posible que las características del problema de calidad del aire también, por lo que parte importante del manejo del recurso, implica un monitoreo continuo, a fin de identificar los problemas que van apareciendo y pueda iniciar nuevamente el ciclo antes descrito.

En este esquema, el mejoramiento de la calidad del aire es una tarea compleja que involucra el conjunto de actividades que tienen que ver con el desarrollo social y económ ico de una ciudad y un país; por ello, es necesario establecer acuerdos a nivel público, privado y comunitario, que permitan llevar adelante las medidas técnicas más apropiadas para prevenir y controlar las emisiones contaminantes provenientes de fuentes fijas y móviles.

Este esfuerzo de lograr consensos debe reflejarse en un plan de acción integral que permita optimizar los recursos existentes, generalmente escasos, y garantice los resultados buscados, de manera de que no ocurran situaciones de descoordinación que "borren con el codo lo que se hace con la mano". Por ejemplo, una medida de reducción de emisiones provenientes del tráfico vehicular a través de la restricción de la circulación debe estar sustentada en políticas de transporte que promuevan el uso de medios colectivos y en políticas de desarrollo territorial que minimicen la necesidad de viajes innecesarios. Lo contrario tendrá impactos muy reducidos y significará desperdicio de recursos y pérdida de credibilidad de las organizaciones encargadas de la gestión.

Con este antecedente, a continuación se señalan algunos elementos que deben ser considerados en la formulación de un plan de manejo de la calidad del aire, teniendo com o base la publicación "Directrices para la elaboración de planes de acción locales para mejorarla calidad del aire” (OPS, 1999).

6 . i . t P r o c e s o d e e l a b o r a c i ó n d e u n p l a n d e m a n e j o d e l a i r e

El objetivo de los planes de acción locales para mejorar la calidad del aire (PMCA) es formular los elementos necesarios para establecer o fortalecer programas de vigilancia, medidas orientadas a mejorar la calidad del aire y prevenir su deterioro y



medidas destinadas a disminuir el impacto de la contam inación del aire sobre la salud durante los estados de alerta en exteriores en una zona determinada. Se sugiere que un grupo local de trabajo -multidisciplinario e interinstitucional, liderado por una institución del gobierno local- sea responsable de elaborar y coordinar la ejecución del PMCA. Una vez establecido el grupo local de trabajo, la formulación de un PMCA debe tener en cuenta una fase de diagnóstico y una fase de elaboración.

Figura 6.1 Diagram a de flujo pa ra la e laboración de un p lan de m anejo de la ca lidad del aire (a d a p ta d o a partir de OPS, ¡999j

F a s e d e d i a g n ó s t i c o

Durante esta fase, el grupo local de trabajo deberá designar un comité técnico científico interno, Este com ité deberá coordinar la ejecución de un diagnóstico de línea de base. Este estudio deberá establecer las causas de la contaminación del aire en la zona de interés y evaluar su im pacto en la sociedad. Aunque la preocupación central de los planes tiene que ver con el aire ambiente exterior, debido al impacto de la problemática, se sugiere que para se incorpore el tratamiento de la contaminación del aire en interiores, particularmente en la vivienda, por constituir

C a r l o s P á e z P é r e z ®, 2 0 0 8 2Í 1


uno de los principales ambientes de exposición en interiores y por ser el núcleo de la estructura familiar. En este estudio se deberán efectuar las siguientes acciones:

- Definir los límites geográficos de la zona de interés de acuerdo con las condiciones topográficas y meteorológicas, las divisiones políticas y el uso de tierras, así com o también considerando la jurisdicción territorial de la autoridad ambiental que lidera el proceso.

- Caracterizar las emisiones de los contaminantes incluidos en los estándares nacionales de calidad ambiental 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 de evaluación y se deberá caracterizar las emisiones dentro de las viviendas mediante el análisis de los datos recabados por las encuestas nacionales de hogares.

- Evaluar la distribución espacial y temporal de las concentraciones de los contaminantes incluidos en los estándares nacionales de calidad ambiental 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, se deberá realizar mediciones preliminares.

- Evaluar el im pacto de la contam inación 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 im pacto 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 im pacto mediante métodos rápidos de evaluación.

Al concluir esta fase, el comité técnico-científico identificará los vacíos en la información existente y la capacidad operativa de las instituciones locales; establecerá un modelo conceptual de la calidad del aire que represente los procesos de transporte, transformación y remoción de los contaminantes del aire en la zona de interés, el im pacto de la contam inación del aire en la sociedad y, si es posible, las consecuencias económicas de este impacto.

Fa s e d e e l a b o r a c i ó n

Una vez identificados los vacíos en la información y la capacidad operativa de las instituciones locales, establecido el modelo conceptual y evaluado el im pacto de la contam inación del aire en la sociedad, el grupo local de trabajo -asesorado por su comité técnico-científico- deberá establecer los objetivos y metas del PMCA e identificar las opciones para el programa de vigilancia de la calidad del aire y la salud, las medidas para mejorar la calidad del aire y prevenir su deterioro y las medi


C a p it u l o 6 . G e s t ió n in t e g r a l d e la c a l id a d d e l a ir e

das que se deberán aplicar durante los episodios críticos de contaminación de acuerdo con los problemas identificados en el diagnóstico de línea de base.

Se reguiere conocer las consecuencias técnicas, sociales, financieras, legales e institucionales de los programas y medidas que se adopten. En la fase de elaboración se analizan los nexos entre el problema de la contam inación y la sociedad y se formulan las estrategias para alcanzar las metas establecidas.

En el proceso de elaboración del PMCA se deben identificar las medidas económica y socialmente viables además de establecer la prioridad con la cual serán implementadas. Sin embargo, ciertas medidas se deben establecer inmediatamente, con anterioridad a la aprobación del plan y sin que sea indispensable realizar análisis económicos. Por ejemplo, se deberían aplicar inmediatamente ¡as medidas que se adopten a escala nacional y algunas de las medidas orientadas a atender los estados de emergencia derivados de episodios críticos de contam inación , especialmente en aquellas zonas que están expuestas a este tipo de riesgos.

Hay que considerar que en países como el Ecuador los análisis económicos del impacto de medidas de prevención y control de la contam inación no son comunes ni fáciles de hacer, debido a la dificultad en acceder a la información de base, especialmente aauella referida a las afectaciones a la salud de la población, así como también por la faifa de criterios metodológicos que permitan valorar de manera consensuada los impactos. En todo caso, al menos debería intentarse una aproximación a este análisis económ ico por último utilizando parámetros internacionales o ejemplos de otros países, de manera de contar con un elemento de juicio adicional para quienes deben decidir sobre la pertinencia de las medidas propuestas y canalizar los recursos requeridos para su implementación.

La técnica sugerida para identificar las posibles medidas económ icam ente viables es el anáiisis costo-beneficio. Los costos se dividen en directos e indirectos. Los directos agrupan, por ejemplo, el costo de los equipos para el control de la contaminación industrial, los cambios en la infraestructura del transporte y la planificación urbana en general. Los indirectos integran, por ejemplo, el posible incremento en el precio de los automóviles y la pérdida potencial de puestos de trabajo en el corto plazo. Esos costos deben compararse con los beneficios por la aplicación de estas medidas, principalmente la reducción de las tasas de mortalidad y morbilidad, menores gastos en la atención de la salud, la reducción de las horas perdidas de trabajo, el aumento en la producción agrícola y las oportunidades de un mayor desarrollo económico y mejoría del bienestar humano en general.

Una vez realizado el análisis costo-beneficio, se sugiere realizar el análisis costo efectividad para establecer la prioridad con la cual las medidas económicamente viables serán implementadas. En el análisis costo efectividad se comparan los costos de la aplicación de las posibles medidas que integrarían el PMCA para un objetivo determinado. De ser posible, se deberá calcular para cada medida los costos

C a r lo s P á e z P é r e z ®. 200 8 213


marginales de reducción de las emisiones (por ejemplo, en dólares por tonelada de contam inante reducido).

Una vez que se haya determ inado si las opciones elegidas son económ icamente viables, se deberá analizar si también lo son desde el punto de vista social; es decir, si dichas opciones reconocen la diversidad cultural y si la distribución de costos y beneficios derivada de ellas es socialmente equitativa. De no ser así, antes de descartar estas medidas, se deberá evaluar si existe la posibilidad de hacerlas socialmente viables medíante la introducción de determinadas modificaciones.

Una vez identificadas las opciones económ ica y socialmente viables, el grupo local de trabajo deberá establecer un diálogo político para exponer los resultados del diagnóstico de línea de base y las posibles medidas para mejorar la calidad del aire y prevenir su deterioro a las instituciones afectadas por ellas. Una vez establecido este diálogo político, el grupo local de trabajo deberá recomendar los elementos del programa de vigilancia y las medidas que serán aplicadas, así como la prioridad con la cual serán ¡mplementados. Esta recomendación debe ser discutida por todos los sectores de la sociedad durante el periodo de consulta pública o socialización. Para que esta discusión sea productiva, el grupo local de trabajo deberá convocar la participación de la ciudadanía desde el comienzo del proceso de elaboración del PMCA, a través de reuniones de vecinos, visitas domiciliarias, asambleas públicas, distribución de volantes, colocación de paneles, banderolas y periódicos murales.

Una vez que los intereses en conflicto hayan sido discutidos de manera productiva y se haya llegado a un acuerdo, el grupo local de trabajo deberá adoptar una decisión y elaborar el texto definitivo del PMCA que se enviará a la autoridad com petente para su aprobación. En el caso de ciudades es recomendable que el plan sea definido por el Concejo Municipal como un instrumento del gobierno local para garantizar un ambiente sano para su población, de manera de ganar en aceptación de parte de la estructura municipal y resistir de mejor manera a los vaivenes de la política y el recambio de autoridades.

Luego de ser aprobado, el PMCA deberá ser implementado por las instituciones locales competentes bajo la coordinación del grupo local de trabajo y la supervisión de la autoridad nacional del ambiente. El PMCA debería ser un documento vivo que deberá evaluarse y actualizarse periódicamente.

E l e m e n t o s d e u n P M C A

Aunque las formas que tenga un PMCA dependen en mucho de la experiencia de la entidad encargada de su elaboración, hay algunos elementos mínimos que no deben descuidarse, entre los que deben citarse los siguientes:

- Justificación del PMCA en la zona de interés


C a p ít u l o 6 . G e s t io n in t e g r a l d e la c a l id a d d e l a ir e

■ Información general, incluyendo datos sobre el crecimiento poblacional y la evolución del territorio y el espacio urbano, una descripción de las actividades socioeconómicas más importantes y un señalamiento del marco jurídico e institucional para la gestión ambiental del recurso;

■ Descripción de las fuentes de contaminación del aire. Generalmente la construcción de un inventario de emisiones detallado será parte de las medidas que propone el plan; sin embargo, siempre se puede recurrir a una metodología rápida de evaluación para determinar la contribución de cada una de las principales fuentes;

■ Estado de la calidad del aire existente; y,■ Impacto de la contam inación del aire en la sociedad.

- Objetivos y metas

Programación de las medidas de acción■ Medidas para generar mayor información y conocim iento sobre el estado

del recurso y las causas para su deterioro. Entre ellas pueden citarse; la construcción de un inventario de emisiones detallado, el establecimiento o fortalecimiento del sistema de monitoreo atmosférico, el desarrollo de un modelo de predicción de la calidad del aire y el establecimiento de una red de vigilancia sobre los efectos de la contaminación (Molina y Molina, 2004);

■ Medidas para reducir las emisiones provenientes de las fuentes más significativas. En este punto hay que considerar la adopción de medidas basadasen ia tecnología tipo comando (norma o regulación) y control (autoevalua- ción y fiscalización pública), dependiendo de las condiciones locales y nacionales para su aplicación, pero también en el desarrollo de instrumentos económicos (Molina y Molina, 2004);

■ Medidas para aplicar durante los episodios críticos de contam inación del aire, en un instrumento comúnmente denominado como plan de contingencias, que necesariamente debe estar articulado a la institucionalidad y procedimientos de respuesta ante otro tipo de emergencias; y,

■ Medidas para incrementar el conocimiento de la población sobre esta problemática e incentivar su participación en la gestión del recurso. Aquí deben considerarse un amplio abanico de sectores poblacionales, por ejemplo en el cam po de la educación ambiental es posible ofrecer alternativas desde a los sectores académicos y profesionales para mejorar su calificación técnica, hasta a los niños de escuela.

- Cronograma, financiamiento y asignación de roles y responsabilidades, incluyendo la de seguimiento y evaluación del propio plan.

6 .1 . 2 P a r t i c i p a c i ó n c i u d a d a n a

La presencia de los ciudadanos en los asuntos públicos es una condición necesaria para establecer procesos democráticos y transparentes. Cuando la participación ciudadana se hace explícita en las políticas públicas, se pueden tomar mejores de



cisiones, lograr mejores relaciones entre los ciudadanos y el sector público y minimizar los conflictos frente a la acción del Estado. En particular, la presencia de los ciudadanos en el proceso de elaboración de un PMCA refleja cóm o la sociedad discute sobre el tipo de ciudad y país que desea construir en materia de protección de la salud, otros aspectos del bienestar humano y el ambiente.

Varias conferencias internacionales que constituyen hitos históricos en la protección del medio ambiente han resaltado la necesidad de incorporar en forma directa y activa a la población en estos asuntos. Una de las más significativas es la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente y Desarrollo, realizada en Río de Janeiro en 1992. De ella se derivaron varios principios. El principio 10 señala:

El mejor modo de tratar las cuestiones ambientales es con la participación de todos los ciudadanos interesados, en el nivel que corresponda. En el plano nacional, toda persona deberá tener acceso adecuado a la información sobre el medio ambiente de que dispongan las autoridades públicas, incluida la información sobre los materiales y las actividades que encierran peligro en sus comunidades, así como la oportunidad de participar en los procesos de adopción de decisiones. Los Estados deberán facilitar y fomentar la sensibilización y la participación de la población poniendo la información a disposición de todos.

Este principio m arca la apertura paulatina de los Estados hacia el establecimiento de mecanismos destinados a incorporar a la ciudadanía en los procesos de toma de decisiones, lo que conducirá a la construcción de procesos de desarrollo más sostenibles.

Más cercanamente y en esta misma dirección, la Constitución de la República del Ecuador reconoce el derecho de los ciudadanos a ser consultados y fiscalizar los actos del poder público (artículo 61). Señala también que los ciudadanos "en forma individual y colectiva, participarán de manera protagónica en la toma de decisiones, planificación y gestión de los asuntos públicos y en el control popular de las instituciones del Estado y la sociedad, y de sus representantes, en un proceso permanente de construcción del poder ciudadano" (artículo 95). Además, se establece que en todos los niveles de gobierno se conformarán instancias de participación de representantes de la sociedad para la planificación del desarrollo y el mejoramiento de la gestión pública (artículo 100). En definitiva, la participación ciudadana es un derecho de los habitantes y sin duda una oportunidad para plantear planes de manejo de la calidad del aire de mejor calidad y más posibilidades de ser aplicados.

La efectiva participación de la sociedad en el proceso de élaboración de un PMCA es una condición necesaria para dotarlo de legitim idad y generar condiciones propicias para su aplicación. El grupo local de trabajo debe ejercer un papel activo para garantizar una participación sostenida de la ciudadanía.

En el proceso de elaboración del PMCA, el grupo local de trabajo debe facilitar el acceso de todos los interesados a la información, a través de una oficina estableci



da para este propósito. Es conveniente crear un equipo técnico que dé apoyo a las organizaciones ciudadanas que deseen participar en alguna discusión en particular. Este equipo tiene la responsabilidad de elaborar e implementar —con el apoyo de instituciones locales, nacionales, públicas y privadas— un programa de participación que facilite la comunicación con la ciudadanía, lo cual debe partir de la diseminación de la información relevante de manera simple y clara.

El programa de participación ciudadana deberá indicar la justificación, los objetivos y metas, los resultados esperados, la programación de las actividades planificadas para alcanzar estos objetivos, el cronograma, el presupuesto, las instituciones responsables y los indicadores para la medición del éxito. Ejemplos de las actividades que podrían llevarse a cabo son reuniones de vecinos, visitas domiciliarias, asambleas públicas, distribución de volantes y preparación de paneles, banderolas y periódicos murales. Si este programa se logra implementar, el grupo local de trabajo estaría dando un paso significativo para disminuir las brechas que impiden la participación de los sectores ciudadanos en la toma de decisiones políticas.

6 .2 E l m e j o r a m i e n t o d e l a i r e e n Q u it o

Para complementar este tema de la gestión integral del aire a nivel local, se ha considerado oportuno presentar un análisis detallado de la evolución de este tema en la ciudad de Quito, que sin duda constituye un buen ejemplo a nivel nacional y también regional.

Es justo reconocer que en el Ecuador en los últimos tiempos, los temas de la contaminación atmosférica han ganado mucho terreno en las agendas de todos los ciudadanos, las de los medios e incluso las de los políticos, debido fundamentalmente al calentamiento global y al hecho de que personalidades como el ex Vicepresidente de los Estados Unidos, Al Gore, y su premiada película An Inconvenienf Truth, o el tan evidente durante el verano retroceso de los glaciares en los nevados andinos del país, se han encargado de alertar respecto a la gravedad del momento que se vive; sin embargo, hay que,reconocer que el problema tiene otras facetas que no han sido debidamente abordadas.

Sin restarle importancia al tema del cam bio climático, que es sin duda el principal desafío que enfrenta la humanidad entera en este momento, se propone bajar un poco ia escaia espacial de ¡a preocupación y centrarse en ¡as ciudades en que habitamos la mayor cantidad de seres humanos, a partir de un claro señalamiento que hace la Organización Mundial de la Salud (OMS, 2006) en el sentido de que "el aire limpio es un requerimiento básico de la salud humana y su bienestar” y que “ la contaminación del aire continúa representando una significativa amenaza a la salud a nivel mundial", al punto que, de acuerdo con una evaluación de este organismo internacional, "más de dos millones de muertes prematuras cada año pueden ser atribuidas a los efectos de la contaminación del aire urbano exterior e in-

CARLOS PÁEZ PÉREZ <8>, 2008 217


tradom idliario” , de las cuales más de la mitad ocurren en los países en desarrollo como el nuestro.

6 .2 . t M a r c o p a r a l a g e s t ió n a m b i e n t a l d e l a i r e e n e l E c u a d o r

Lamentablemente, estas también dramáticas cifras parecen no conmover las agendas de los gobernantes y salvo en muy contados casos en el Ecuador, se han adoptado acciones específicas para enfrentar este problema. En efecto, en una reciente evaluación realizada para el Ministerio del Ambiente (Páez, 2008), se establece que de las 17 ciudades que tienen poblaciones urbanas superiores a los 100 mil habitantes y que por su densidad poblacional y la concentración de actividades socioeconómicas son firmes candidatos a tener una calidad ambiental degradada, solamente Quito, y más recientemente Cuenca y Guayaquil, han implementado planes de acción sistemáticos para combatir las causas de la contaminación atmosférica y mejorar la calidad del aire, pese a que, entre otras cosas, la neumonía, una enfermedad asociada a la contam inación del aire y ciertamente también a otras causas, es en la actualidad la cuarta principal causa de muerte a nivel nacional, con una tasa de 19 casos por cada 100 mil habitantes (MSP, 2006).

Vale recordar en este punto que según la nueva Constitución vigente, uno de los derechos ciudadanos es vivir en un ambiente sano y ecológicam ente equilibrado, que garantice la sostenibilidad y el buen vivir, declarándose además de interés público la preservación del ambiente, la conservación de los ecosistemas, la biodiver- sidad y la integridad del patrimonio genético del país, la preservación del daño ambiental y la recuperación de los espacios naturales degradados (artículo 14) y concomitantemente, el Estado tiene como deberes primordial, promover el desarrollo sustentable y proteger el patrimonio natural y cultural (artículo 3). En este marco, sin duda encaja el tema de la gestión de la calidad del aíre.

Estos conceptos se desarrollan más específicamente en Ley de Gestión Ambiental y en la legislación ambiental complementaria, estableciendo la Norma Ecuatoriana de Calidad del Aire Ambiente, con el “objetivo principal de preservar la salud de las personas, la calidad del aire ambiente, el bienestar de los ecosistemas y del ambiente en general" (sección 1), que contiene un conjunto de disposiciones obligatorias en todo el territorio nacional, entre las que se explícitamente se señala que las entidades ambientales de control, es decir los municipios en el caso de las ciudades, deben medir la concentración de los contaminantes del aire a nivel del suelo y, en el caso de que se excedan los límites máximos permitidos, establecer las acciones necesarias para prevenir y controlar la contam inación (parágrafo 4.1.1.2). Pese a esto poco se hace y ni siquiera conocemos la existencia del problema a nivel general, salvo las pocas excepciones ya mencionadas. En definitiva, ni los municipios asumen su responsabilidad, ni la autoridad ambiental máxima, el Ministerio del Ambiente, tiene posibilidades de exigir el cumplimiento.

Aunque no corresponde en este momento analizar con detalle las causas para que lo anteriormente descrito ocurra, parece oportuno invertir un momento en hacer un



breve señalamiento de carácter general sobre la gestión ambiental en el Ecuador, que sirva de contexto para desarrollar la parte siguiente, que analizará detalladamente la gestión de la calidad del aire en Quito.

La situación actual de la gestión ambiental en el Ecuador, ha devenido en una nula articulación de la política ambiental, económ ica y social, que en palabras de los propios organismos oficiales se expresa en una débil institucionalidad ambiental y de las políticas de control (SENPLADES, 2007), que se podrían resumir en las siguientes características:

1. La falta de mecanismos articulados, sistemáticos y transparentes de seguimiento del cumplimiento de convenios internacionales, leyes nacionales y normas sectoriales o seccionales, que han menoscabado la credibilidad de los actores en los instrumentos de gestión ambiental, y sus autoridades de aplicación, y han alentado la proliferación de conflictos socioambientales asociados a casi todos los proyectos de desarrollo que se plantean o ejecutan a nivel nacional. El caso de la actividad petrolera en el nororiente, los múltiples conflictos mineros en esta misma provincia del Azuay o la creciente oposición a la construcción de nuevas centrales hidroeléctricas son u q ejemplo elocuente de esta situación.

2. La dispersión de las políticas, leyes, estrategias y reglamentos ambientales, que pese a su aparente amplitud, son insuficientes y desarticulados, y en algunos ca sos desactualizados: por ejemplo, no existen políticas nacionales para el manejo de todos los recursos y no se han incorporado instrumentos económicos modernos, aue permitan rebasar el gastado esquema de comando y control, como los límites de emisiones al aire por ejemplo que no pueden concretarse debido a las limitaciones políticas, sociales, económicas y tecnológicas del entorno de aplicación, que no han sido debidamente evaluadas al momento de su formulación.

3. La contradicción de la jurisdicción, competencia, control y fiscalización entre ministerios y con organismos seccionales; no necesariamente por las formas previstas en los instrumentos legales, donde aparentemente las cosas están claras, sino por la carencia de prácticas y mecanismos de coordinación interinstitucional, la falta de supervisión y control a los organismos descentralizados de control y por la inacción de organismos superiores de participación multilateral como el Consejo Nacional de Desarrollo Sustentable o la Comisión Nacional de Coordinación del Sistema Descentralizado de Gestión Ambiental.

4. La debilidad institucional de la autoridad ambiental nacional para el cumplimiento de las responsabilidades asignadas en el marco legal, uno de cuyas causas y síntomas es el bajo presupuesto público para el sector ambiental, aue pasó del 0.39% del presupuesto total en el 2003 al 0.30% en el 2005 y aunque estos porcentajes a nivel de los gobiernos locales son bastante más altos, esta limitada asignación de recursos es un mal crónico y general que también debe destacarse.

C a r l o s P á e z P é r e z ®. 2 0 0 8 219


6.2 .2 GESTIÓN DEL AIRE EN QUITO

Con este antecedente, se plantea volver la mirada al tema de la gestión de la contaminación atmosférica urbana, concentrándonos en una revisión de lo que se ha hecho y se sigue haciendo en la ciudad de Quito.

A n t e c e d e n t e s

Para comenzar, hay que señalar que Quito constituye un caso muy vulnerable a la contam inación atmosférica por su propio emplazamiento, habiendo cuatro características básicas que deben resaltarse en esta línea de argumentación:

Su altitud. En efecto el estar situada a 2 800 metros sobre el nivel del mar, en promedio, hace que el aire de Quito tengan naturalmente menos oxígeno, lo cual conspira contra la eficiencia de la combustión, que hace que los equipos que queman combustibles fósiles, como los generadores o incineradores industriales o los motores de los vehículos consuman mayor cantidad de combustible y paralelamente, generen mayor cantidad de contaminantes, en comparación con proceso similares que se realizan en el llano, a nivel del mar. Para señalar algún dato más cuantitativo que ¡lustre esta afirmación, indiquemos que según las estimaciones hechas por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, a mayores altitudes los vehículos a. gasolina con carburador, emiten hasta 40% más monóxido de carbono y hasta 20% más hidrocarburos, que cuando operan a nivel del mar, y esto considerando que en los Estados Unidos la dudad grande que se encuentra más alto es Denver, en Colorado, a tan solo 1400 metros sobre el nivel del mar, frente a los más de dos mil de nuestras ciudades de altura.

La topografía de la zona en que se asienta Quito, que presenta la forma de una cuenca que tiene en las elevaciones del ramal occidental de la cordillera de Los Andes, el macizo del Guagua y el Ruco Pichincha, una especie de barrera natural que limita la libre circulación del viento y consecuentemente, la capa cidad de la atmósfera de dispersar los contaminantes. Este fenómeno común de las ciudades que están en valles; es decir su baja ventilación, hace que Quito, salvo los meses muy secos de mediados del año, tenga vientos promedio de entre uno y dos metros por segundo, bastante más bajos que los que experimentan poblaciones localizadas en amplias sabanas com o Bogotá por ejemplo, o en planicies extensas como Guayaquil.

Su situación ecuatorial, ya que ello hace que casi todo el año se tengan altos niveles de luminosidad, que favorecen la ocurrencia de las reacciones fotoquímicas que originan el smog, uno de los iconos de la modernidad en los centros urbanos.

220 Ge s t ió n d e la C a l id a d d e l A ir e


Su proximidad a volcanes en actividad, como el Guagua Pichincha o El Reventador, que queda a unos 100 kilómetros al oriente, que en los últimos años han alertado con sendas erupciones que han provocado los peores episodios de contaminación atmosférica en la ciudad, en octubre de 1999 y particularmente en noviembre del 2002, respectivamente, con valores hasta 10 veces más altos que los registrados cotidianamente en ausencia de esos eventos.

A este escenario natural complicado, hay que añadir algo que es puramente humano y que tiene que ver con el modelo de desarrollo urbano que se ha adoptado para la ciudad, que ha privilegiado la expansión horizontal hacia los extremos y los valles orientales, generando una mancha urbana muy extensa que obliga a que los habitantes hagan diariamente más viajes y cada vez más largos, para satisfacer el acceso al trabajo, los centros de estudios, los trámites o las opciones de entretenimiento.

Lamentablemente ese incremento de viajes ha ¡do resolviéndose, optando por la alternativa individual del vehículo particular, que va ganando espacio al transporte colectivo, que de lejos es una forma más eficiente energéticamente de mover gente, menos contaminantes y por cierto, menos causante de las congestiones que resulta otro icono de las ciudades en crecimiento. Para ver la magnitud de este problema, hay que señalar que a inicios de este siglo, hace solo siete años, casi el 75% de los viajes de los quiteños se hacían en los buses de línea, mientras que las estimaciones más recientes indican que ese porcentaje ha bajado a un poco más del 50% (EMMOPQ, 2008).

Como es de esperarse este decrecimiento en el uso del bus tiene su contraparte en el uso de vehículo particular, lo cual ha generado un vertiginoso crecimiento del parque que en el último quinquenio ha crecido a tasas cercanas al 8% anual, lo cual representa entre cuatro y cinco veces más rápido que el crecimiento poblacional. Para ponerlo en perspectiva, si se sigue a este ritmo, en siete años, Quito tendrá el doble de vehículos de los que tiene actualmente, superando los setecientos mil, sin saber a ciencia cierta donde van a entrar, o mejor dicho, como van a moverse, dadas las limitaciones físicas y económicas de una ciudad como las nuestras para hacer crecer al mismo ritmo la infraestructura vial.

Todos los estudios muestran aue los autos a gasolina, es decir, los livianos de uso particular constituyen por su elevado número la principal presión sobre la calidad del aire; por ello, la situación antes descrita es tan alarmante.

Quizás por todo esto es que la preocupación por la calidad del aire en Quito como un eje de la acción municipal ha estado presente al menos desde principios de la década de los ochenta, cuando empezó a operar una pequeña red de monitoreo atmosférico auspiciada por la Organización Panamericana de la Salud, que formó parte de un esfuerzo nacional denominado Red Ecuaire, que desapareció como tal a fines de los noventa, acom pañando la desaparición del entonces Instituto Ecuatoriano de Obras Sanitarias, IEOS, quien tuvo la responsabilidad de mantener ese sis

Ca r l o s P á ez P é r e z <B). 2 0 0 8 2 2 1


tema. Paralelamente, a inicios de la década del 90, la recién creada Dirección Metropolitana de Medio Ambiente, con el apoyo de la Fundación Natura, a través de su Programa de Calidad del Aire, inició controles a las emisiones del humo negro proveniente de los buses de sen/icio urbano y consolidó una cierta capacidad de monitoreo.

Estos importantes esfuerzos iniciales condujeron a dos hechos que marcaron una diferencia cualitativa en la gestión de la calidad del aire a cargo del Municipio, por un lado el compromiso de impulsar un programa obligatorio y universal de revisión técnica vehicular y por otro, la decisión de implementar un sistema autom ático de monitoreo.

Para lo primero, la revisión vehicular, el Municipio Metropolitano, en acuerdo con el Consejo Nacional de Tránsito y Transporte Terrestre, crearon una corporación exclusivamente con este fin para que lleve adelante la tarea de armar el sistema que arrancó oficialmente el 2003. En cuanto a lo del monitoreo, coincidentalmente despegó en el mismo año 2003, apoyado en un crédito externo de un millón de dólares otorgado por el Banco Interamericano de Desarrollo, dentro del proyecto más amplio de recuperación del Centro Histórico de Quito, Patrimonio Cultural de la Humanidad.

C r e a c i ó n d e CORPAIRE

Dado el éxito alcanzado en los dos temas en el año 2003, el Municipio del Distrito Metropolitano de Quito decidió fortalecer la institucionalidad de la gestión del aire y modificó los estatutos de la corporación existente, para que dentro de sus funciones incluya la operación de la red de monitoreo y ejecute las acciones necesarias para manejar adecuadam ente el recurso. El nuevo ente se denominó Corporación para el Mejoramiento del Aire de Quito o CORPAIRE.

CORPAIRE nació en febrero del 2004, mediante un Acuerdo del Ministerio de Gobierno, como una institución de carácter privado, sin fines de lucro, con un Directorio conformado por el Municipio, el Consejo Nacional de Tránsito y Transporte Terrestre, la Policía Nacional, la Escuela Politécnica Nacional y la Fundación Natura. Sus cuatro objetivos creacionales fueron:

Fiscalizar y llevar adelante el proceso de revisión técnica vehicular en el Distrito Metropolitano de Quito

Monitorear de la calidad del aire

Generar información sobre emisiones y calidad del aire en la ciudad, que sirvan de base para el diseño de acciones de prevención y control de la contam inación

Apoyar a la Dirección Metropolitana de Medio Ambiente al establecimiento de políticas para el manejo del recurso aire


C a p ít u l o 6 . G e s t ió n in t e g r a l de l a c a l id a d d e l a ir e

Un aspecto importante de resaltar es el hecho de que no solo se creo esta institucionalidad, sino que adicionalmente se establecieron mecanismos factibles de financiamiento para sus actividades, al punto que en el año 2005 tuvo un presupuesto algo superior al millón y medio de dólares, que ha crecido desde entonces de manera significativa a casi dos millones en el 2006 y 2.8 millones en el 2007. Estos fondos provienen principalmente de la participación en la tarifa de la revisión vehicular, los aportes de la donación voluntaria del 25% del impuesto a la renta causado por personas naturales y jurídicas, las multas cobradas por el incumplimiento de la propia revisión y los aportes de la cooperación técnica nacional e internacional.

Aunque más adelante se va a pasar revista del trabajo específico que realiza COR- PAIRE en pos del mejoramiento de la calidad del aíre de Quito, es oportuno dejar sentado previamente au© este novedoso esquema de gestión local no solo que ha posibilitado el cumplimiento de los objetivos originariamente propuestos; es decir, la revisión vehicular y la operación de la red de monitoreo, aue van en su quinto año de funcionamiento regular, continuo y permanente, sino que ha generado otros logros que vale la pena ser destacados porque indudablemente contribuyen al afianzamiento de la gestión institucional:

La promulgación como política municipal por parte del Concejo Metropolitano de Quito del Plan de Manejo de la Calidad del Aire del Distrito Metropolitano de Quito 2005 - 2010, que constituye una guía para la acción en tres ejes fundamentales: (i) la gestión ambiental pública y la participación social; (ii) la vigilancia de la calidad del aire; y, (¡ii) las medidas técnicas para la reducción de emisiones de fuentes fijas y móviles. El resumen ejecutivo de este plan puede ser revisado en el Anexo G.

El reconocimiento internacional a la gestión, que se traduce en las relaciones de cooperación técnica que se mantienen con la Dirección de Gestión de la Calidad del Aire del Gobierno del Distrito Federal de México, el Departamento de Geofísica de la Universidad de Chile y la Unidad de Control de Emisiones de Motores a Diesel del California Air Resources Board (CARB) y el Centro deTransporte Sustentable EMBARQ del World Resources Institute. Adicionalmente, CORPAIRE es miembro de la Partnership for Clean Fuels and Vehicles (PCFV) del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente y recientemente Quito ha sido admitida como una de las ciudades participantes de la Iniciativa de Aire Limpio para América Latina, que agrupa a ¡as ciudades latinoamericanas que más han trabajado en el tema.

La participación con otros actores a través de cooperación interinstitucional y apoyo a iniciativas de otros municipios. Se desarrollan proyectos conjuntos con el Centro de Investigación y Capacitación sobre Control de Emisiones Vehiculares de la Escuela Politécnica Nacional, de cuyo directorio es miembro; con el Colectivo Ciudadano Quito para Todos, compuesto por organizaciones ambientalistas y ciudadanas; y, con el Programa de Calidad del Aire de la Funda

Ca r l o s Pá e z P é r e z ® f 2008 223

C a p ít u l o 6 . G e s t ió n in t e g r a l d e l a c a l id a d d e l a ir e

ción Natura. Ha impulsado varios eventos de difusión científica y capacitación profesional, incluyendo el Primer Congreso Ecuatoriano sobre Gestión de la Calidad del Aire. Además, se ha convertido en un referente local y regional en temas de revisión vehicular y monitoreo y asesora a Cuenca en la implantación de su propio esquema de gestión y a otras ciudades de la Sierra Centro en tareas preliminares de monitoreo de su calidad del aire.

La incorporación de la calidad del aire en la agenda de otras instancias de gobierno municipal, al punto que CORPAIRE forma parte de las Comisiones de Transporte, de Ambiente y de Salud dél Concejo Metropolitano y del grupo de trabajo creado por el Alcalde para diseñar las estrategias de movilidad en el Distrito.

En los actuales momentos, CORPAIRE cuenta con dos unidades técnicas, la de reducción de emisiones vehiculares y la de información sobre la calidad del aire, destacando el hecho que el control de las fuentes industriales de emisión de contam inantes y del ruido son responsabilidades de la Dirección Metropolitana de Medio Ambiente, que ejerce las competencias de autoridad ambiental de aplicación responsable acreditada por el Ministerio del Ambiente.

R e d u c c ió n d e e m is io n e s v e h ic u l a r e s

La medida más importante dentro de la reducción de emisiones es la ya mencionada revisión técnica vehicular. Este es un proceso obligatorio para todos los vehículos que circulan en el Distrito Metropolitano de Quito, sean particulares o de servicio público; en el primer caso se lo realiza una vez al año, y en el segundo, dos, considerando el uso más intensivo que tienen taxis, buses de todo tipo y camionetas y camiones de carga.

Esta medida se ejecuta con dos finalidades; por un lado la reducción de emisiones vehiculares que se emiten a través del tubo de escape y por otro, el incremento de la seguridad en la circulación de todos los vehículos, a través del chequeo de sus sistemas mecánicos y eléctricos, tales como suspensión y alineación, dirección, frenos, luces y ajustes generales de la carrocería y el chasis.

Esta acción se ejecuta en seis centros de revisión y control vehicular, ubicados estratégicamente a lo largo de toda la ciudad y operados por empresas privadas que fueron seleccionadas a través de un concurso público e internacional de ofertas. Dos de esos centros sirven para revisar vehículos livianos y pesados y lo otros cuatro son solamente para los vehículos livianos, sean a gasolina o a diesel. Para los primeros, se controlan las emisiones de monóxido de carbono y de hidrocarburos no combustionados, y para los segundos se verifica el nivel de opacidad del humo emitido. En ambos casos, por las limitaciones tecnológicas del proceso, las mediciones se realizan utilizando pruebas estáticas; es decir, los vehículos estacionados con los motores encendidos, lo cual si bien no da cuenta de la totalidad de las emisiones provenientes de uno y otro tipo de motor, dentro de su condiciones reales de

224 Ge s t ió n d e la Ca l id a d d e l A ir e

C a p ít u l o 6 . G e s t ió n in t e g r a l d e c a l id a d d e l a ir e

operación, si han permitido avances importantes en cuanto ai control de la contaminación de origen vehicular.

En efecto, según una estimación realizada por CORPAIRE (2004) luego del primer año de aplicación de la revisión vehicular obligatoria, para el caso del monóxido de carbono se consiguió un ahorro de entre el 15 y el 35% de las emisiones totales, en comparación con el escenario en el que no hubiese sido aplicada la medida. Para el caso de los hidrocarburos no combustionados, ese ahorro fue estimado entre el 21 y el 36%.

Más decidor aún es el resultado de una investigación reciente realizada por el Posgrado de Pediatría de la Facultad de Medicina de la Universidad Central (Paredes y otros, 2008; Flores y otros, 2008) para determinar los niveles de carboxihemoglobina, un indicador biológico de concentración por monóxido de carbono, en la sangre de niños en edad escolar de la ciudad de Quito y la incidencia de infecciones respiratorias. En efecto, los estudios determinaron, que entre el 2000, año en que se realizó un primer estudio y el 2007, en que se hizo el nuevo análisis, los niveles se han reducido ostensiblemente, pasando de 5.1% en los niños que se educan en el Centro Histórico a 1.8% y de 2.5% para los niños de Carcelén, al norte de la ciudad, a 1.9%; además, el porcentaje de niños con niveles inseguros de carboxihemoglobina pasó de 92 a 3.3 en el Centro y de 43 a 7 en el sector norte.

Actualmente está terminando el sexto año consecutivo de la revisión vehicular, período en el que parecería que la ciudadanía ha ¡do paulatinamente aceptando como necesaria esta medida, aunque todavía existe un porcentaje significativo de personas que evaden este requerimiento, principalmente matriculando su vehículo en otra jurisdicción, por lo que la revisión ha debido complementarse con un creciente e intensó trabajo de control en la vía pública que ha posibilitado minimizar el número de infractores y aumentar la efectividad de la medida.

En todo caso, la consolidación de esta acción de control fundamenta la posibilidad de mejoras tecnológicas en el proceso que permitan la incorporación gradual de otros contaminantes a ser medidos y verificados, en la perspectiva de introducir nuevas medidas de com bate a la contaminación de origen vehicular, que tienen que ver con el establecimiento de nuevos requerimientos tecnológicos para el parque vehicular que ingresa a circular en la ciudad o el reacondicionamiento de las unidades que actualmente están operando, que son temas en los que también se está trabajando muy activam ente y se espera que en el próximo año empiecen a dar sus frutos, pese al significativo obstáculo que representa el hecho áe que solo Quito y no los cantones vecinos dispongan de la revisión vehicular que, por otro lado es un mandato establecido en la nueva Ley de Tránsito y que poco cumplimiento tiene.

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In f o r m a c ió n s o b r e l a c a l id a d d e l a ir e

Continuando con la revisión del esquema de gestión de la contam inación atmosférica en Quito, ya había mencionado que el otro macroproceso que lleva adelante CORPAIRE es la generación de información sobre el recurso atmosférico, desde la perspectiva de conocer de manera objetiva los avances que se vayan logrando en términos de mejorar la calidad del aire y también establecer en donde se necesita mayor esfuerzo.

%Por ello, Quito dentro de su esquema general de gestión de la calidad del aire, mantiene un sistema permanente y continuo de monitoreo que opera regularmente desde el 2004, denom inado Red Metropolitana de Monitoreo Atmosférico de Quito o REMMAQ, constituido por cinco subredes complementarias:

La autom ática (RAUTO), gue tiene capacidad para medir de manera continua y permanente, 24 horas al día y 365 días al año, estableciendo desde promedios de diez minutos de los contaminantes comunes identificados en la Norma Ecuatoriana de Calidad del Aire Ambiente; es decir, monóxido de carbono, dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, ozono y material particulado PM2.5 . En todos los casos se utilizan equipos optoelectrónicos automáticos que funcionan con los métodos de referencia establecidos en la propia Norma y acep tado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. Esta subred la conforman ocho estaciones de monitoreo, que cubren todo el consolidado urbano de la dud ad y los dos valles de expansión urbana, al oriente de la urbe. Su diseño espacial sigue recomendaciones internacionales y está a la altura de las existentes en pocas ciudades latinoamericanas com o México, Santiago, Sao Paulo y Bogotá.

La activa de material particulado (RAMPA), con la que se mide material particulado PM10 y partículas totales en suspensión. Este subsistema utiliza también métodos de referencia, aunque por la tecnología lo que más se puede es tener promedios diarios de presencia de los contaminantes con una frecuencia semanal.

La de depósito (REDEP), que monitorea material particulado sedimentable o polvo en 40 puntos de muestreo, también con métodos fijados en la Norma, lo cual permite tener una ¡dea bastante precisa de la distribución espacial de este contam inante y nos tiene bien preparados para evaluar el potencial im pacto de una nueva erupción volcánica, que tiene como una de sus consecuencias más visibles la caída de ceniza.

La red de monitoreo pasiva (REMPA), con capacidad registrar promedios semanales de dióxido de nitrógeno y ozono, que permiten complementar la información de la red autom ática, particularmente en lo que tiene que ver con la distribución espacial de esos dos contaminantes, que son medidos en 35 puntos de muestreo. Esta red si bien no utiliza métodos de referencia, permite investigar un

2 2 6 G e s t ió n d e la Ca l id a d d e l A ir e


comportamiento tan complejo como el del ozono y el dióxido de nitrógeno, que son fuertemente influenciados por la química atmosférica y la acción de lo vientos,.dándoles un carácter diferente al que tienen los otros como el monóxí- do de carbono y el dióxido de azufre. Además, esta es una tecnología de mucho más bajo costo, lo que posibilitaría extender su aplicación en otras ciudades del Ecuador que al no disponer de los recursos que dem anda la ¡mplemen- tación de sistemas tecnológicamente más sofisticados, omiten emprender esfuerzos serios por conocer la situación del aire en sus jurisdicciones, conforme ya fue anotado anteriormente.

La meteorológica (REMET), que permite estudiar el comportamiento local de viento, radiación solar, temperatura, humedad y precipitación, que son parámetros fundamentales a la hora de entender el fenómeno de la contaminación en una ciudad de las dimensiones de Quito. Su operación se basa en seis estaciones automáticas y un perfilador vertical de la atmósfera, el único existente en el país, que brindan una importante cantidad y calidad de información.

Adicionalmente, aunque no es parte propiamente del sistema, vale señalar que la Dirección Metropolitana de Medio Ambiente mantiene un monitoreo periódico de ruido en la ciudad, cuyos datos están siendo utilizados para el establecimiento de una red permanente, actualmente en proceso de diseño.

Como de alguna manera se ha pretendido mostrar, en términos generales, la REM- MAQ es un sistema maduro institucional y técnicamente, con altos estándares de calidad, que ha recibido asesoramiento externo principalmente de México y sus datos se publican en el sitio web de CORPAIRE (www.corpaire.org) y son de absolutamente libre acceso por cualquier persona interesada, lo cual no solo habla de la transparencia en el manejo de la información, lo cual es meritorio en un país como el nuestro en donde conseguir información actualizada es usualmente un vía crucis para investigadores o interesados de cualquier tipo, sino que ha significado una consolidación del posicionamiento internacional de Quito en la comunidad académica que trabaja los temas de calidad del aire y ha significado entre otras cosas, que en los últimos año hayamos tenido investigaciones con nuestro dato y nuestra realidad efectuadas por estudiantes del Politécnico de Zurich en Suiza y profesores de la Universidad de San Andrés de Bolivia.

Lo descrito, entonces, es la base principal del trabajo de generación de información, pero no lo único. Otro elemento importante tiene que ver con ia elaboración del inventario de emisiones a la atmósfera, cuya primera versión fue publicada en el 2005, con datos del 2003 y ya está listo la actualización con datos del 2005. Este inventario es una herramienta muy potente, porque permite identificar los procesos que generan las emisiones de gases o partículas contaminantes, cuantificar esas emisiones e incluso, establecer como se distribuyen geográficamente. Como se entenderá este conocim iento es básico para establecer las medidas de control específicas, sabiendo a quién y en qué forma deben ser controladas las fuentes, así como también para evaluar su eficacia y determinar los correctivos que se necesiten.

C a r l o s P á ez P é r e z ®, 2008 227



Si lo primero, el monitoreo, es posiblemente lo más costoso de ejecutar por los propios requerimientos de operación y mantenimiento de la REMMAQ, esto del inventario es una activ idad que dem anda una muy significativa inversión de recursos humanos, debido a la complejidad y amplitud de los proceso que son evaluados.

Finalmente, para concluir esta descripción de lo que se hace en términos de generar información sobre el recuro atmosférico, hay otro ámbito de la actividad que tiene que ver con el desarrollo de la capacidad de predicción de la calidad del aire, por medio de la implementación de un modelo m atemático de última generación denom inado Weather Researdh Forecasting with Chemistry o WRF- Chem. Este es otro esfuerzo pionero en el país, que ha requerido un trabajo muy intenso y ded icado de un equipo pequeño de técnicos, pero muy dedicado ciertamente. Con el modelo en plena operación, que actualmente se halla en la fase de implementación y validación, Quito tendrá capacidad para predecir eventuales episodios críticos de contaminación, por ejemplo asociados a una erupción volcánica, a fin de activar planes de emergencia que minimicen lo impactos y prevengan afectaciones mayores a la salud de la población. Además, con esta herramienta de última generación, hay capacidad de investigar escenario futuros, que entre otras cosas permitirán analizar los impactos sobre la calidad del aire que tendrían nuevos proyectos, como infraestructura vial, plantas de generación o modificaciones sustantivas del uso del suelo.

La c a l id a d d e l a ir e e n Q u it o

Más allá de lo ilustrativo que pueda haber resultado este rápido recorrido por la gestión de CORPAIRE y en general de la gestión que se hace en Quito de la calidad del aire, no debe perderse de vista el objetivo final; es decir, mejorar la vida de los habitantes de la ciudad, minimizando lo riesgos que sobre su salud puede representar la contam inación atmosférica. Por ello, en este punto resulta oportuno revisar la real situación de la calidad del aire en Quito.

En este sentido, y de acuerdo con el informe anual de la calidad del aire correspondiente al año 2007 (CORPAIRE, 2008), los contaminantes comunes gaseosos; esto es el monóxido de carbono, el ozono, el dióxido de azufre y el dióxido de nitrógeno, tanto en sus promedios de corto plazo como de largo plazo, están prácticamente controlados y no se han registrado violaciones de los límites máximos permitidos.

En cambio el principal problema de la ciudad es la presencia de material particulado fino (PM2.5 ) que si bien no registra violaciones al límite normativo de corto plazo, a no ser el episodio del primer día de cada año, debido a la quema de los años viejos, los promedios anuales en todas las estaciones que tenemos en el Distrito Metropolitano si superan el valor límite y aunque debe destacarse que año 2005 se ha detectado una mejoría, los altos promedios anuales que todavía se mantiene implican un significativo riesgo para la población de afectaciones de largo plazo sobre

228 G e s t ió n d e la Ca l id a d d e l A ir e


la salud, especialmente para los habitantes del centro de la urbe, sometidas a un intenso tráfico vehicular.

Para poder evaluar lo que esto significa volvamos la mirada a la antes referida publicación de la Organización Mundial de la Salud (OMS, 2006), que establece que los altos valores de material particulado fino tienen efectos agudos sobre la salud humana como el aumento de la mortalidad diaria, el incremento de las tasas de admisiones hospitalarias debido a la exacerbación de enfermedades respiratorias y las fluctuaciones en la frecuencia del uso de broncodilatadores y en la prevalencia de tos. También se afirma que la exposición de largo plazo a incluso bajas concentraciones de materia! particulado en el aire, particularmente fino, está asociada con la mortalidad y otros efectos crónico como mayores tasas de bronquitis y la reducción de la función pulmonar; es tan importante el efecto que estudios epidemiológicos realizados en los Estados Unidos, sugieren que la esperanza de vida de comunidades con altos índices de material particulado puede ser de dos a tres años menor que en las comunidades con bajas concentraciones. En definitiva, es un problema serio que debe ser abordado urgentemente.

Evidentemente, la manera de abordarlo es controlando las fuentes que generan este contaminante o para ser preciso, las fuentes que generan este contaminante y también aquellas que generan los precursores que forman este contaminante en la atmósfera, ya que el material particulado fino tiene esta característica, una parte es emitido directamente y otra, la más grande, se forma a partir de compuestos nitrogenados y sulfurados, denominados precursores.

En esta línea de análisis, el inventario de emisiones del DMQ (CORPAIRE, 2006) brinda una idea de las fuentes que se deben enfrentar, aunque limitada por lo dicho anteriormente, pero igualmente válida. En efecto, de las 1 097 toneladas emitidas en el año 2003 de material particulado fino, el 45.5% corresponde a fuentes móviles, principalmente por vehículos pesados con motores a diesel, el 15.4% por la operación de las canteras de materiales de construcción, el 14.1% por fuentes industriales, principalmente la productoras de cemento y de químícos, y el 11.3% por las quemas agrícolas, por citar las más importantes. Si consideramos además las emisiones de precursores, aunque no existen estimaciones específicas para Quito, hay que señalar que los datos de otros países muestran que la principal fuente, de lejos, es la quema de combustibles fósiles, principalmente en el transporte.

En definitiva, son importantes sectores de ia economía iocai los que deben ser controlados y si bien es cierto que existen alternativas para hacerlo, habrá que coincidir que es una tarea bastante compleja, debido a la sofisticación tecnológica en unos casos, pero fundamentalmente al impacto que tai control pueda tener en esas actividades.



6.2.3 C o n c l u s io n e s

Esta reflexión lleva a la última parte del análisis, que tiene que ver no solo con resaltar algunas conclusiones de lo que se ha dicho, sino también con un intento por poner las cosas en una perspectiva mayor que la gestión de la calidad del aire o la gestión ambiental, y que tiene que ver con el estilo de vida imperante, con los modelos de desarrollo urbano que se han adoptado en nuestras ciudades y el país y, en definitiva, con el reto de la sustentabilidad para el futuro.

En el caso del transporte por ejemplo, que como ya se mencionó es la principal fuente de contam inación del aire para Quito y sin duda, si se lo midiese también para otras ciudades del país. En forma general puede decirse que hay dos formas de controlar estas emisiones, la una es tratar de disminuir la cantidad de contaminante emitido por cada kilómetro recorrido, lo cual tiene que ver con la tecnología vehicular, los dispositivos de control de emisiones, com o los filtros y los convertidores catalíticos, y también con la calidad de los combustibles. Problemas todos ellos complejos y costosos, cuya adopción implican profundas evaluaciones sobre su factibilidad, pero finalmente ahí están las alternativas.

Pero la otra forma de reducir las emisiones vehiculares tiene que ver con disminuir la cantidad de kilómetros recorridos; o sea, menos contaminantes por kilómetro recorrido y menos kilómetros recorridos, forman la ecuación salvadora. Pero esto de reducir los kilómetros implica algo más estructural de nuestras ciudades, que es la forma com o se desarrollan y com o se resuelven sus demandas de movilidad.

Si en el modelo de desarrollo los centros históricos o centros urbanos consolidados son cada vez menos residenciales, con la gente escapando hacia los valles alejados y resolviendo sus viajes de manera individual, en el auto particular, seguramente las soluciones definitivas, estructurales, están más lejanas y cada vez son más difíciles.

Si por el contrario, se incorpora la variable ambiental y social en las decisiones sobre el futuro y el desarrollo; como por ejemplo, la eficiencia energética del transporte colectivo o los modos no motorizados' como el caminar o montar bicicleta, frente al consumo irresponsable y poco productivo de los autos particulares; la preservación de las áreas naturales y los suelos agrícolas, frente a la urbanización depredadora y la gran infraestructura vial para mover autos y no gente; o la visión solidaria de favorecer a las mayorías que no tienen auto, frente a la prioridad de lo individual, seguramente se estará enm endando el rumbo y contribuyendo a construir un presente mejor y un futuro decente para nuestros hijos.


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236 G e s t ió n d é l a Ca l id a d d e l A ir e

ANEXOcNORMA ECUATORIANA DE

CALIDAD DEL AIRE AMBIENTEAnexo 4 del Libro VI del Texto Unificado de la Legislación Ambiental Secundaria del Ecuador

0 INTRODUCCIÓN

La presente norma técnica es dictada bajo e! amparo de la Ley de Gestión Ambiental y del Reglamento a la Ley de Gestión Ambiental para la Prevención y Control de la Contaminación Ambiental y se somete a las disposiciones de éstos, es de aplicación obligatoria y rige en todo e¡ territorio nacional.

La presente norma técnica determina o establece:

Los objetivos de calidad del aire ambiente.Los métodos y procedimientos a la determinación de los contaminantes en el aire ambiente.

C a r l o s P á e z P é r e z 2 0 0 6 c-i

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1 OBJETO

La presente norma tiene como objetivo principal el preservar la salud de las personas, la calidad del aire ambiente, el bienestar de los ecosistemas y del ambiente en general. Para cumplir con este objetivo, esta norma establece los límites máximos permisibles de contaminantes en el aire ambiente a nivel del suelo. La norma también provee los métodos y procedimientos destinados a la determinación de las concentraciones de contaminantes en el ajre ambiente.

2 DEFINICIONES

Para el propósito de esta norma se consideran las definiciones establecidas en el Reglamento a la Ley de Prevención y Control de la Contaminación, y las que a continuación se indican:

2.1 Aire

O también aire ambiente, es cualquier porción no confinada de la atmósfera, y se define como mezcla gaseosa cuya composición normal es, de por lo menos, veinte por ciento (20%) de oxígeno, setenta y siete por ciento (77%) nitrógeno y proporciones variables de gases inertes y vapor de agua, en relación volumétrica.

2.2 Chim enea

Conducto que facilita el transporte hacia la atmósfera de los productos de combustión generados en la fuente fija.

2.3 Combustión

Oxidación rápida, que consiste en una combinación del oxígeno con aquellos materiales o sustancias capaces de oxidarse, dando como resultado la generación de gases, partículas, luz y calor.

2.4 Condiciones de referencia

Veinticinco grados centígrados (25 °C) y setecientos sesenta milímetros de mercurio de presión (760 mm Hg).

2.5 Contaminante del aire

Cualquier sustancia o material emitido a la atmósfera, sea por actividad humana o por procesos naturales, y que afecta adversamente al hombre o al ambiente.

C-2 Ca r l o s Pá e z P é r ez ®, 2006

A n e x o C.- N o r m a d e C a l id a d d e l a i r e -

2.6 Contaminantes comunes del aire

Cualquier contaminante del aire para los cuales, en esta norma, se especifica un valor máximo de concentración permitida a nivel del suelo en el aire ambiente, para diferentes períodos de tiempo.

2.7 Contaminante peligroso dei aire

Son aquellos contaminantes del aire no contemplados en esta norma pero que pueden presentar una amenaza de efectos adversos en la salud humana o en el ambiente. Algunos de estos contaminantes, pero que no se limitan a los mismos, son asbesto, berilio, mercurio, benceno, cloruro de viniio,

2.8 Contaminación del aire

La presencia de sustancias en la atmósfera, que resultan de actividades humanas o de procesos naturales, presentes en concentración suficiente, por un tiempo suficiente y bajo circunstancias tales que interfieren con el confort, la salud o el bienestar de los seres humanos o del ambiente-.

2.9 Diámetro aerodinámico

Para una partícula específica, es ei diámetro de una esfera con densidad unitaria (densidad del agua) que se sedimenta en aire quieto a la misma velocidad que la partícula en cuestión.

2.10 Emisión

La descarga de sustancias en la atmósfera. Para propósitos de esta norma, la emisión se refiere a la descarga de sustancias provenientes de actividades humanas.

2.11 Episodio crítico de contam inación de! aire

Es la presencia de altas concentraciones de contaminantes comunes del aire y por períodos cortos de tiempo, como resultado de condiciones meteorológicas desfavorables que impiden la dispersión de los contaminantes previamente emitidos.

2.12 Fuente fija de combustión

Es aquella instalación o conjunto de instalaciones, que tiene como finalidad desarrollar operaciones o procesos industriales, comerciales o de servicios, y que emite o puede emitir contaminantes al aire, debido a proceso de combustión, desde un lugar fijo o inamovible.

2.13 ISO

Organización Internacional para la Normalización.

Ca r lo s Pá e z P érez ®, 2006 C~3

a n e x o C.- N o r m a d e C a l id a d d e l a ir e -

2.14 Línea base

Denota el estado de un sistema alterado en un momento en particular, antes de un cambio posterior. Se define también como las condiciones en el momento de la investigación dentro de un área que puede estar Influenciada por actividades humanas.

2.15 Material particulado

Está constituido por material sólido o líquido en forma de partículas, con excepción del agua no combinada, presente en la atmósfera en condiciones normales. Se designa como PM2.5 al material particulado cuyo diámetro aerodinámico es menor a 2,5 micrones. Se designa como PM10 al material particulado de diámetro aerodinámico menor a 10 micrones.

2.16 Micron

Millonésima parte de up metro.

2.17 Monitoreo

Es el proceso programado de colectar muestras, efectuar mediciones, y realizar el subsiguiente registro, de varias características del ambiente, a menudo con el fin de evaluar conformidad con objetivos específicos.

2.18 Nivel de fondo (background)

Denota las condiciones ambientales imperantes antes de cualquier perturbación originada en actividades humanas, esto es, sólo con los procesos naturales en actividad.

2.19 Norma de calidad de aire

Es el valor que establece el límite máximo permisible de concentración, a nivel del suelo, de un contaminante del aire durante un tiempo promedio de muestreo determinado, definido con el propósito de proteger la salud y el ambiente. Los límites permisibles descritos en esta norma de calidad de aire ambiente se aplicarán para aquellas concentraciones de contaminantes que se determinen fuera de los límites del predio de los sujetos de control o regulados.

2.20 Norma de emisión

Es el valor que señala la descarga máxima permisible de los contaminantes del aire definidos.

2.21 Olor ofensivo

Es el olor, generado por sustancias o actividades industriales, comerciales o de servicio, que produce molestia aunque no cause daño a la salud humana.

C-4 Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2006

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2.22 Partículas Sedimentables

Material particulado, sólido o líquido, en general de tamaño mayor a 10 micrones, y que es capaz de permanecer en suspensión temporal en el aire ambiente.

2.23 US EPA

Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos de América.

3 CLASIFICACIÓN

Esta norma establece los límites máximos permisibles de concentraciones de contaminantes comunes, a nivel de! suelo, en e! aire ambiente. La norma establece la presente clasificación:

Norma de calidad de aire ambiente

a. Contaminantes del aire ambiente.b. Normas generales para concentraciones de contaminantes comunes en

el aire ambiente.c. Planes de alerta, alarma y emergencia de la calidad de! aire.d. Métodos de medición de concentración de contaminantes comunes del

aire ambiente.e. De las molestias o peligros inducidos por otros contaminantes del aire.

4 REQUISITOS

4.1 Norma de calidad de aire am biente

4.1.1 De los contaminantes del aire ambiente

4.1.1.1 Para efectos de esta norma se establecen como contaminantes comunes del aire ambiente a los siguientes:

■ Partículas Sedimentables. •• Material Particulado de diámetro aerodinámico menor a 1-0 (diez) micro

nes. Se abrevia PMio.• Material Particulado de diámetro aerodinámico menor a 2,5 (dos enteros

cinco décimos) micrones. Se abrevia PM 25.• Óxidos de Nitrógeno: NO y NO2, y expresados como NO2.• Dióxido de Azufre SO2.• Monóxido de Carbono.• Oxidantes Fotoquímicos, expresados como Ozono.

4.1.1.2 La Entidad Ambiental de Control verificará, mediante sus respectivos programas de monitoreo, que las concentraciones a nivel de suelo en el aire ambiente de los contaminantes comunes no excedan los valores estipulados en esta norma.

Ca r lo s P á e z P érez <B>, 2006 C-5

A n e x o C.- N o r m a d e C a l id a d d e l a ir e -

Dicha Entidad quedará facultada para establecer las acciones necesarias para, de ser el caso de que se excedan las concentraciones de contaminantes comunes del aire, hacer cumplir con la presente norma de calidad de aire. Caso contrario, las acciones estarán dirigidas a prevenir el deterioro a futuro de la calidad del aire.

4.1.1.3 La responsabilidad de la determinación de las concentraciones de contaminantes en el aire ambiente recaerá en la Entidad Ambiental de Control. Los eauipos, métodos y procedimientos a utilizarse en la determinación de la concentración de contaminantes, tendrán como referencia a aquellos descritos en la legislación ambiental federal de los Estados Unidos de América (Code of Federal Regulations, Anexos 40 CFR 50).

4.1.1.4 La Entidad Ambiental de Control deberá demostrar, ante el Ministerio del Ambiente, que sus equipos, métodos y procedimientos responden a los requerimientos descritos en esta norma. De existir alguna desviación con respecto a la norma, se deberá efectuar la debida justificación técnica a fin de establecer la validez, en uso oficial, de los resultados a obtenerse en la medición de concentraciones de contaminantes en el aire ambiente. La información que se recabe, como resultado de los programas públicos de medición de concentraciones de contaminantes comunes del aire, serán de carácter público.

4.1.1.5 La Entidad Ambiental de Control establecerá sus procedimientos internos de control de calidad y aseguramiento de calidad del sistema de monitoreo de calidad del aire ambiente en la región bajo su autoridad. Así mismo, la Entidad Ambiental de Control deberá definir la frecuencia y alcance de los trabajos, tanto de auditoría interna como externa, para su respectivo sistema de monitoreo de calidad de aire ambiente.

4.1.2 Normas generales para concentraciones de contaminantes comunes en el aire ambiente

4.1.2.1 Para los contaminantes comunes del aire, definidos en 4.1.1, se establecen las siguientes concentraciones máximas permitidas. El Ministerio del Ambiente establecerá la frecuencia de revisión de los valores descritos en la presente norma de calidad de aire ambiente. La Entidad Ambiental de Control utilizará los valores de concentraciones máximas de contaminantes del aire ambiente aquí definidos, para fines de elaborar su respectiva ordenanza o norma sectorial. La Entidad Ambiental de Control podrá establecer normas de calidad de aire ambiente de mayor exigencia que los valores descritos en esta norma nacional, esto si los resultados de las evaluaciones de calidad de aire que efectúe dicha Autoridad indicaren esta necesidad.

• Partículas sedimentables.- La máxima concentración de una muestra, colectada durante 30 (treinta) días de forma continua, será de un miligramo por centímetro cuadrado (1 mg/cm2 x 30 d).

C-6 Ca r l o s Pá e z P ér ez 2006

a n e x o C.- N o r m a d e C a l id a d d e l a ír e .

• Material particulado menor a 10 micrones (PMio)El promedio aritmético de la concentración de PMio de todas las muestras en un año no deberá exceder de cincuenta microgramos por metro cúbico"(5Cljig/m3). La concentración máxima en 24 horas, de todas las muestras colectadas, no deberá exceder ciento cincuenta microgramos por metro cúbico (150^ig /m 3), valor que no podrá ser excedido más de dos (2 ) veces en un año. \ qq

• Material particulado menor a 2,5 micrones (PM 2.5).- Se ha establecido que el promedio aritmético de la concentración de PM2.5 de todas las muestras en un año no deberá exceder de quince microgramos por metro cúbico (15 jig/m3). La concentración máxima en 24 horas, de todas las muestras colectadas, no deberá exceder sesenta y cinco microgramos por metro cúbico (¿í'Vg/m3), valor que no podrá ser excedido más de dos (2 ) veces en un año. '

• Dióxido de azufre (SO2) E l promedio aritmético de la concentración de SO2 determinada en todas las muestras en un año no deberá exceder de ochenta microgramos por metro cubico (SO fig/m3). La concentración maxima en 24 horas no deberá exceder trescientos cincuenta microgramos por metro cúbico (350^ jig/m3), más de una vez en un año. " \ 2 5

• Monóxido de carbono (CO).- La concentración de monóxido de carbono de las muestras determinadas de forma continua, en un período de 8 (ocho) horas, no deberá exceder diez mil microgramos por metro cúbico ( 1 0 0 0 0 jig/m3) más de una vez en un año. La concentración máxima en una hora de monóxido de carbono no deberá exceder cuarenta mil microgramos por metro cúbico [40Í3OO jig/m3) más de una vez en un año.

• Oxidantes fotoquímicos, expresados como ozono.- La máxima concentración de oxidantes fotoquímicos, obtenida mediante muestra continua en un período de una hora, no deberá exceder de ciento sesenta microgramos por metro cúbico (160 jig /m 3), más de una vez en un año. La máxima concentración de oxidantes fotoquímicos, obtenida mediante muestra continua en un período de ocho horas, no deberá exceder de ciento veinte microgramos por metro cúbico ( 1 2 0

fig/m3), más de üna vez en-un año.

• Óxidos de nitrógeno, expresados como NO2 .- El promedio aritmético de la concentración de óxidos de nitrógeno, expresada como NO2, y determinada en todas las muestras en un año, no deberá exceder de cien microgramos por metro cúbico (100 jig/m 3). La concentración máxima en 24 horas no deberá exceder ciento cincuenta microgramos por metro cúbico (ISO^jag/m3) más de dos (2 ) veces en un año. r .,

4.1.2.2 Los valores de concentración de contaminantes comunes del aire, establecidos en esta norma, así como los que sean determinados en los programas públicos de medición, están sujetos a las condiciones de referencia de 25 °C y 760 mm Hg.

Ca r lo s P á e z P é rez ®, 2006 C-7

A n e x o C.- N o r m a -d e C a l id a d d e l a ir e -

4.1.2.3 Las mediciones observadas de concentraciones de contaminantes comunes del aire deberán corregirse de acuerdo a las condiciones de la localidad en que se efectúen dichas mediciones, para lo cual se utilizará ¡a siguiente ecuación:

160mmHg (273 + t°C)°KCe = C o * ------------ -- * -------------- -—

PblmmHg 298°K%

donde:Ce: concentración corregida Co: concentración observadaPbl: presión atmosférica local, en milímetros de mercurio. t°C: temperatura local, en grados centígrados.

4.1.3 De los planes de alerta, alarma y emergencia de la calidad del aire

4.1.3.1 La Entidad Ambiental de Control establecerá un Plan de Alerta, de Alarma y de Emergencia ante Situaciones Críticas de Contaminación del Aire, basado en el establecimiento de tres niveles de concentración de contaminantes. La ocurrencia de estos niveles determinará la existencia de los estados de Alerta, Alarma y Emergencia.

4.1.3.2 Se definen los siguientes niveles de alerta, de alarma y de emergencia en lo referente a la calidad del aire (Tabla 1). Cada uno de los tres niveles será declarado por la Entidad Ambiental de Control cuando uno o más de los contaminantes comunes indicados exceda la concentración establecida en la siguiente tabla, o cuando las condiciones atmosféricas se espera que sean desfavorables en las próximas 24 horas.

C-8 Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2006

A n e x o c .- N o r m a d e C a l id a d d e l a ir e -

Tabla A. 1 Concentraciones de contaminantes comunes que definen los niveles de alerta, de alarma y de emergencia en la calidad del aire w

Contaminante y período de tiempo Alerta Alarma Emergencia

Monóxido de Carbono Concentración promedio en ocho horas 15 000 30 000 40 000

Oxidantes Fotoquímicos, expresados como ozono.Concentración promedio en u r^ h o ra ^,300

Æ> Ö O 800^

Óxidos de Nitrógeno, como NO2

Concentración promedio en una horaÎÔC'O

^2-300 ' 3 000

Dióxido de AzufreConcentración promedio en veinticuatro horas

...800 1 600 " 2 100

Material Particulado PMio Concentración en veinticuatro horas 250 400 500

? . - r ) <9 .Nota:

• ̂ w

ni Todos los valores de concentración expresados en microgramos por metro cúbico de aire, a condiciones de 25 °C y 7óQ mm Hg.

4.1.3.3 Cada pian contemplará la adopción de medidas que, de acuerdo a los niveles de calidad de aire que se determinen, autoricen a limitar o prohibir las operaciones y actividades en la zona afectada, a fin de preservar la salud de la población.

4.1.3.4 La Entidad Ambiental de Control podrá proceder a la ejecución de las siguientes actividades mínimas:

En Nivel de Alerta^ .

• Informar al público, mediante los"*medios de comunicación, dei establecimiento del Nivei de Alerta.

• Restringir la circulación de vehículos así como la operación de fuentes fijas de combustión en la zona en que se está verificando el nivei de alerta para uno o más contaminantes específicos. Estas últimas acciones podrán consistir en limitar las actividades de mantenimiento de fuentes fijas de combustión, tales como soplado de hollín, o solicitar a determinadas fuentes fijas no reiniciar un proceso de combustión que se encontrase fuera de operación

En Nivel de Alarma:

Ca r lo s Pá e z P é r ez ®, 2006 C-9

A n e x o C .-N o r m a d e C a l id a d d e l a ir e _

• Informar al público del establecimiento del Nivel de Alarma.• Restringir, e inclusive.prohibir, la circulación de vehículos así como la ope

ración de fuentes fijas de combustión en la zona en que se está verificando el nivel de alarma. Esto podrá incluir en limitar el tiempo de operación para aquellas fuentes fijas que no se encontraren en cumplimiento con las normas de emisión.

• Suspender cualquier quema a cielo abierto.%

■ En Nivel de Emergencia:

• Informar al público del establecimiento del Nivel de Emergencia.• Prohibir la circulación y el estacionamiento de vehículos así como la ope

ración de fuentes fijas de combustión en la zona en que se está verificando el nivel de emergencia. Se deberá considerar extender estas prohibiciones a todo el conjunto de fuentes fijas de combustión, así como vehículos automotores, presentes en la región bajo responsabilidad de la Entidad Ambiental de Control.

• Suspender cualquier quema a cielo abierto, e inclusive, proceder a combatir dichas quemas.

4.1.4 De los métodos de medición de los contaminantes comunes del aire ambiente

4.1.4.1 La responsabilidad de la determinación de las concentraciones de contaminantes comunes, a nivel de suelo, en el aire ambiente recaerá en la Entidad Ambiental de Control. Los equipos, métodos y procedimientos a utilizarse en la determinación de la concentración de contaminantes, serán aquellos descritos en la legislación ambiental federal de los Estados Unidos de América (Code of Federal Re- gulations), y cuya descripción general se presenta a continuación.

Tabla A.2 Métodos de medición de concentraciones de contaminantes comunes del aire

Contaminante Nombre, referencia y descripción el método

Partículas Sedi- Nombre: Método Gravimétrico, mediante Captación de Partí-mentables culas en Envases Abiertos

Referencia: Method 502. Methods of Air Sampling and Analysis, 3rd. Edition, Intersociety Committee, Lewis Publishers, Inc. 1988.

C-ÍO Ca r l o s Páez P é re z ®, 2006


Contaminante Nombre, referencia y descripción el método... ... . . . .... ____________________ _______ _______ ___________

Descripción: Se utilizará un envase, de 15 centímetros de diámetro o mayor, y con altura dos o tres veces el diámetro. La altura del envase, sobre el nivel de suelo, será de al menos Y,2 metros. Las partículas colectadas serán clasificadas en solubles e insolubles. Las partículas insolubles se determinarán mediante diferencia de peso ganado por un filtro de 47 mm, y que retenga aquellas partículas contenidas en el líquido de lavado del contenido del envase. En cambio, las partículas insolubles se determinarán mediante la diferencia de peso ganado por un crisol, en el cual se evaporará el líquido de lavado del envase. La concentración total de partículas sedimentables será la suma de partículas solubles e insolubles, normalizadas con respecto al área total de captación del envase.

Material Partícula- Nombre: Método Gravimétrico, mediante muestreador de altodo PMio caudal o de bajo caudal.

Referencia: 40 CFR Part 50, Appendix J o Appendix M.

Descripción: el equipo muestreador, de alto caudal o de bajo caudal, estará equipado con una entrada aerodinámica capaz de separar aquellas partículas de tamaño superior a 1 0 micrones de diámetro aerodinámico. Las partículas menores a 10 micrones serán captadas en un filtro, de alta eficiencia, y la concentración se determinará mediante el peso ganado por el filtro, dividido para el volumen total de aire muestreado en un período de 24 horas.

Métodos Alternos: podrán ser también utilizados los denominados métodos de medición continua, tanto del tipo Microbalan- za Oscilante como el tipo Atenuación Beta. En el primer caso, el equipo muestreador, equipado con entrada aerodinámica PM10, posee un transductor de masa de las oscilaciones inducidas por el material particulado. En el segundo tipo, el equipo muestreador, con entrada PM10, contiene una fuente de radiación beta que determina la ganancia de peso en un filtro, a medida que este experimenta acumulación de partículas.

Material Particula- Nombre: Método Gravimétrico, mediante muestreador de bajo do PM2,5 caudal.

Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 2 0 0 6 C-1 /



Referencia: 40 CFR Part 50, Appendix J o Appendix L.

Descripción: el equipo muestreador, de bajo caudal, estará equipado con una entrada aerodinámica capaz de separar aquellas partículas de tamaño superior a 2,5 micrones de diámetro aerodinámico, las partículas menores a 2,5 micrones serán captadas en un filtro, y la concentración se determinará mediante el peso ganado por el filtro, dividido para el volumen total de aire muestreado en un período de 24 horas.

Métodos Alternos: podrán ser también utilizados los denominados métodos de medición continua, del tipo Microbalanza Oscilante o del tipo Atenuación Beta, según se describió para material particulado PM10.

Dióxido de Azufre Nombre: Método de la Pararosanilina: absorción en medio líquido y análisis colorimétrico posterior. Analizador Continuo por Fluorescencia.

Referencias: Método de la Pararosanilina: 40 CFR Part 50, Appendix A. Fluorescencia: Diferentes fabricantes cuyos equipos se encuentren aprobados por la agencia de protección ambiental de EE.UU.

Descripción: Método de la Pararosanilina: el dióxido de azufre es absorbido en una solución de potasio o de tetracloromercu- rato de sodio (TCM). La muestra es acondicionada para evitar interferencias, en particular de metales y de agentes oxidantes, como ozono y óxidos de nitrógeno. La solución es tratada con formaldehído, ácido fosfórico y pararrosanilina, a fin de mantener condiciones adecuadas de pH y de color. La concentración final se determina mediante colorímetro / Método Fluorescencia: la concentración de dióxido de azufre es determinada mediante la medición de la señal fluorescente generada al excitar a dicho compuesto en presencia de luz ultravioleta.

Monóxido de Car- Nombre: Analizador infrarrojo no dispersivo (NDIR) bono

Referencia: 40 CFR Part 50, Appendix C.

C-Î2 Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2006

A n e x o C.- N o r m a d e C a l id a d d e l a ir e _


Descripción: el principio de medición consiste en determinar la concentración de monóxido de carbono mediante e! cambio en absorción de energía infrarroja en diferentes longitudes de onda.

Oxidantes Foto- químicos (como Os)

Nombre: Quimiiuminiscencia / Fotometría ultravioleta

Referencia: 40 CFR Part 50, Appendix D.

Descripción: el principio de medición, para equipos con quimiluminiscencia, es la mezcla de aire con etileno, produciendo la reacción del ozono. Esta reacción libera luz (reacción quimilu- miniscente), la cual es medida en un tubo fotomultiplicador / Para el casó de equipos con fotómetro ultravioleta, el principio de medición consiste en determinar la cantidad de luz absorbida a una longitud de onda de 254 nanómetros.

Óxidos de Nitrógeno (como NO2)

Nombre: Quimiiuminiscencia

Referencia: 40 CFR Parí 50, Appendix F.

Descripción: el NO2 es convertido en NO, el cual reacciona con ozono introducido expresamente, produciendo luz en la reacción. El instrumento permite la presentación de resultados para concentraciones tanto de NO2 como de NO.

4.I.5 De las molestias o peligros inducidos por otros contaminantes del aireV *

4.1.5.1 Para fines de esta norma, la Entidad Ambiental de Control podrá solicitar evaluaciones adicionales a los operadores o propietarios de fuentes que emitan, o sean susceptibles de emitir, olores ofensivos o contaminantes peligrosos del aire. De requerirse, se establecerán los métodos, procedimientos o técnicas para la reducción o eliminación en la fuente, de emisiones de olores o de contaminantes peligrosos del aire.

Ca r lo s P á e z P érez ®, 2006 C-13

ANEXO

DNORMA DE EMISIONES AL

AIRE DESDE FUENTES FIJAS DE COMBUSTION

Anexo 3 del Libro VI del Texto Unificado de ¡a Legislación Ambiental Secundaria del Ecuador

0 INTRODUCCIÓN

La presente norma técnica es dictada bajo el amparo de ia Ley de Gestión Ambiental y del Reglamento a la Ley de Gestión Ambiental para la Prevención y Control de la Contaminación Ambienta! y se somete a las disposiciones de éstos, es de aplicación obligatoria y rige en todo el territorio nacional.

La presente norma técnica determina o establece:

Los límites permisibles, disposiciones y prohibiciones para emisiones de contaminantes de! aire hacia !a atmósfera desde fuentes fijas de combustión.Los métodos y procedimientos destinados a la determinación de las cantidades emitidas de contaminantes de! aire desde fuentes fijas de combustión.

C a r l o s P á e z P é r e z (BX 2 0 0 6 D~ 1

A n e x o d .- N o r m a d e E m is io n e s d e F u e n t e s E ij a s

1 OBJETO

La presente norma tiene como objetivo principal el preservar o conservar Ja salud de las personas, la calidad del aire ambiente, el bienestar de los ecosistemas y del ambiente en general. Para cumplir con este objetivo, esta norma establece los límites permisibles de emisiones al aire desde diferentes actividades. La norma provee los métodos y procedimientos destinados a la determinación de las emisiones al aire que se verifiquen desde procesos de combustión en fuentes fijas. Se provee también de herramientas de gestión destinadas a promover el cumplimiento con los valores de calidad de aire ambiente establecidos en la normativa pertinente.

2 DEFINICIONES

Para el propósito de esta norma se consideran las definiciones establecidas en el Reglamento a la Ley de Prevención y Control de la Contaminación, y las que a continuación se indican:

2.1 Aire

O también aire ambiente, es cualquier porción no confinada de la atmósfera, y se define como mezcla gaseosa cuya composición normal es, de por lo menos, veinte por ciento (20%) de oxígeno, setenta y siete por ciento (77%) nitrógeno y proporciones variables de gases inertes y vapor de agua, en relación volumétrica.

2.2 Celda electroquím ica

Parte del sistema de medición de emisiones, mediante analizador portátil de gases, que mide el gas de interés y genera una salida proporcional a la concentración de dicho gas.

2.3 Chim enea

Conducto que facilita el transporte hacia la atmósfera de los productos de combustión generados en la fuente fija.

2.4 Combustión

Oxidación rápida, que consiste en una combinación del oxígeno con aquellos materiales o sustancias capaces de oxidarse, dando como resultado la generación de gases, partículas, luz y calor.

2.5 Combustibles fósiles

Son aquellos hidrocarburos encontrados en estado natural, ejemplos, petróleo, carbón, gas natural, y sus derivados.

D-2 Ca r lo s Pá e z P é r e z ®. 2006

A n e x o D.- N o r m a d e E m is io n e s d e F u e n t e s F ij a s

2.6 Combustibles fósiles sólidos

Se refiere a las variedades de carbón mineral cuyo contenido fijo de carbono varía desde 10% a 90% en peso, y al coque de petróleo.

2.7 Combustibles fósiles líquidos

Son aquellos derivados dei petróleo, tales como petróleo crudo, diesel, búnker, kerosene, naftas.

2.8 Combustibles fósiles gaseosos

Son aquellos derivados del petróleo o de! gas natural, tales como butano, propano, metano, isobutano, propileno, butileno o cualquiera de sus combinaciones.

2.9 Condiciones normales

Cero grados centígrados (0 °C) y mil trece milibares de presión (1 013 mbar).

2.10 Contaminante del aire

Cualquier sustancia o material emitido a la atmósfera, sea por actividad humana o por procesos naturales, y que afecta adversamente al hombre o al ambiente.

2.11 Contaminantes comunes del aire

Cualquier contaminante del aire para los cuales se especifica un valor máximo de concentración permitida, a nivel del suelo, en el aire ambiente, para diferentes períodos de tiempo, según la normativa aplicable.

2.12 Contaminación del aire

La presencia de sustancias en la atmósfera, que resultan de actividades humanas o de procesos naturales, presentes en concentración suficiente, por un tiempo suficiente y bajo circunstancias tales que interfieren con el confort, la salud o el bienestar de los seres humanos o del ambiente.

2.13 D iámetro e qu iva len te

Para un conducto o chimenea de sección cuadrada, se define con la siguiente expresión:

2 LWDe = ----------(L + W)

donde:L: longitud de la sección interior del conducto o chimenea, en contacto

efectivo con la corriente de gases.W: ancho de la sección interior del conducto o chimenea, en contacto

efectivo con la corriente de gases.

Ca r lo s Pá e z Pé r ez 0. 2006 D-3


2.14 Emisión

La descarga de sustancias en la atmósfera. Para propósitos de esta norma, la emisión se refiere a la descarga de sustancias provenientes de actividades humanas.

2.15 Fuente fija de combustión

Es aquella instalación o conjunto de instalaciones, que tiene como finalidad desarrollar operaciones o procesos industriales, comerciales o de servicios, y que emite o puede emitir contaminantes al aire, debido a proceso de combustión, desde un lugar fijo o inamovible.

2.16 Fuente fija existente

Es aquella instalación o conjunto de instalaciones ya sea en operación o que cuenta con autorización para operar, por parte de la Entidad Ambiental de Control, antes de Enero de 2003.

2.17 Fuente fija nueva

Es aquella instalación o conjunto de instalaciones que ingrese en operación a partir de Enero de 2003.

2.18 Fuente fija m odificada

Se entiende a aquella fuente fija existente que experimenta un incremento en su capacidad operativa y que implica mayores emisiones.

2.19 ISO

Organización Internacional para la Normalización.

2.20 Línea base

Denota el estado de un sistema alterado en un momento en particular, antes de un cambio posterior. Se defineítambién como las.condiciones en el momento de la investigación dentro de un área que puede estar influenciada por actividades humanas.

2.21 Línea de muestreo

Es el eje en el plano de muestreo a lo largo del cual se localiza los puntos de medición, y está limitada por la pared interna de la chimenea o conducto.

2.22 Material particulado

Está constituido por material sólido o líquido en forma de partículas, con excepción del agua no combinada, presente en la atmósfera en condiciones normales.

D-4 Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2006


2.23 Mejor tecnología de control disponible (BACT por sus siglas en inglés)

Limitación de emisiones a! aire basada en el máximo grado de reducción de emisiones, considerando aspectos de energía, ambientales y económicos, alcanzable mediante la aplicación de procesos de producción y métodos, sistemas y técnicas disponibles.

2.24 Micron

Millonésima parte de un metro.

2.25 Mínima tasa de emisión posible (LAER por sus siglas en inglés)

Es la tasa de emisión desde una fuente fija que refleja la limitación de la mayor exigencia en emisiones alcanzable en la práctica.

2.26 Modelo de dispersión

Técnica de investigación que utiliza una representación matemática y física de un sistema, en este caso el sistema consiste de una o varias fuentes fijas de emisión, de las condiciones meteorológicas y topográficas de la región, y que se utiliza para predecir la(s) concentración(es) resultante(s) de uno o más contaminantes emitidos desde, ya sea una fuente fija específica o desde un grupo de dichas fuentes. La predicción de concentraciones de contaminantes, a nivel de suelo, para el caso de una o varias fuentes fijas, se especificará para receptores situados al exterior del límite aei predio del propietario u operador de la(s) fuente (s) evaluadas.

2.27 Monitoreo

Es el proceso programado de colectar muestras, efectuar mediciones, y realizar el subsiguiente registro, de varias características del ambiente, a menudo con el fin de evaluar conformidad con objetivos específicos.

2.28 Muestreo isocinético4T

Es el muestreo en el cual la velocidad y dirección del gas. que. entra en la zona del muestreo es la misma que la del gas en el conducto o chimenea.

2.29 Nivel de fondo (background)

Denota las condiciones ambientales imperantes antes de cualquier perturbación originada en actividades humanas, esto es, sólo con los procesos naturales en actividad.

2.30 Norma de calidad de aire

Es el valor que establece el límite máximo permisible de concentración, a nivel del suelo, de un contaminante del aire durante un tiempo promedio de muestreo determinado, definido con el propósito de proteger la salud y el ambiente. Los límites

Ca r lo s Pá e z Pé r ez ®, 2006 D~5

a n e x o D.- N o r m a d e E m is io n e s d e F u e n t e s F ij a s

máximos permisibles se aplicarán para agüellas concentraciones de contaminantes gue se determinen fuera de los límites del predio de los sujetos de control o regulados.

2.31 Norma de emisión

Es el valor gue señala la descarga máxima permitida de los contaminantes del aire definidos.

2.32 O pacidad

Grado de reducción de luminosidad gue ocasiona una sustancia al paso por ella de la luz visible.

2.33 Partículas Totales

Para efectos de emisiones desde fuentes de combustión, se designa como partículas totales al material particulado gue es captado en un sistema de muestreo similar en características al descrito en el método 5 de medición de emisiones de partículas, publicado por la US EPA.

2.34 Puerto de muestreo

Son los orificios circulares aue se hacen en las chimeneas o conductos para facilitar la introducción de los elementos necesarios para mediciones y toma de muestras.

2.35 Puntos de medición

Son puntos específicos, localizados en las líneas de muestreo, en los cuales se realizan las mediciones y se extrae la muestra respectiva.

2.36 US EPA

Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos de América.

3 CLASIFICACIÓN

Esta norma establece los límites^ máximos permisibles, tanto de concentraciones de contaminantes comunes, a nivel del suelo, en el aire ambiente, como de contaminantes emitidos desde fuentes fijas de combustión. La norma establece la presente clasificación:

1. Límites permisibles de emisión de contaminantes al aire desde combustión en fuentes fijas.

2. Métodos y eguipos de medición de emisiones desde fuentes fijas de combustión.

3. Límites permisibles de emisión de contaminantes al aire para procesos productivos:



a. Límites permisibles de emisión desde procesos de elaboración de cemento.b. Límites permisibles de emisión desde procesos de elaboración de envases de

vidrio.c. Límites permisibles de emisión desde procesos de elaboración de pulpa de

papel.d. Límites permisibles de emisión desde procesos de fundición de metales ferro

sos.e. Normas de emisión desde combustión de bagazo en equipos de combustión

de instalaciones de elaboración de azúcar.f. Límites permisibles de emisión desde motores de combustión interna.

4 REQUISITOS

4.1 De los límites permisibles de emisiones al aire para fuentes fijas de combustión

4.1.1 De los fuentes fijos significativas de emisiones al aire

4.1.1.1 Para la aplicación de la presente norma técnica, se definen fuentes fijas significativas y fuentes fijas no significativas, de emisiones ai aire por proceso de combustión.

4.1.1.2 Serán designadas como fuentes fijas significativas todas aquellas que utilizan combustibles fósiles sólidos, líquidos, gaseosos, o cualquiera de sus combinaciones, y cuya potencia calorífica (heot inputj sea igual o mayor a tres millones de vatios (3 x 106 W), o, diez millones de unidades térmicas británicas por hora (10 x 106 BTU/h).

4.1.1.3 Para las fuentes fijas que se determinen como fuentes significativas, éstas deberán demostrar cumplimiento con los límites máximos permisibles de emisión al aire, definidos en esta norma técnica, en sus Tablas 1 y 2, según se corresponda. Para esto, la fuente deberá efectuar mediciones de la tasa actual de emisión de contaminantes. Si los resultados fuesen superiores a los valores máximos permisibles de emisión., la fuente fija deberá entonces establecer los métodos o los equipos de control necesarios para alcanzar cumplimiento con los valores máximos de emisión estipulados en esta norma.

4.1.1.4 Serán designadas como fuentes fijas no significativas todas aquellas que utilizan combustibles fósiles sólidos, líquidos, gaseosos, o cualquiera de sus combinaciones, y cuya potencia calorífica (heat input) sea menor a tres millones de vatios (3 x 106 W), o, diez millones de unidades térmicas británicas por hora (10 x 106 BTU/h). Estas fuentes fijas de combustión no estarán obligadas a efectuar mediciones de sus emisiones actuales, y deberán proceder según se indica en el siguiente artículo.

4.1.1.5 Las fuentes fijas no significativas, aceptadas como tal por parte de la Entidad Ambiental de Control, demostrarán cumplimiento con la normativa mediante alguno de los siguientes métodos:

Ca r lo s Pá e z P érez 2006 D-7


a. El registro interno, y disponible ante la Entidad Ambiental de Control, del seguimiento de las prácticas de mantenimiento de los equipos de combustión, acordes con los programas establecidos por el operador o propietario de la fuente, o recomendados por el fabricante del equipo de combustión;

b. resultados de análisis de características físicas y químicas del combustible utilizado, en particular del contenido de azufre y nitrógeno en el mismo;

c. la presentación de certificados por parte del fabricante del equipo de combustión en cuanto a la tasa esperada de emisiones de contaminantes, en base a las características del combustible utilizado.

d. mediante inspección del nivel de ..opacidad de los gases de escape de la fuente;

e. mediante el uso de altura de chimenea recomendada por las prácticas de ingeniería;

f. otros que se llegaren a establecer.

4.1.1.6 Para la verificación de cumplimiento por parte de una fuente fija no significativa con alguno de los métodos descritos, el operador u propietario de la fuente deberá mantener los debidos registros o certificados, a fin de reportar a la Entidad Ambiental de Control con una frecuencia de una vez por año.

4.1.1.7 No obstante de lo anterior, las fuentes fijas no significativas'podrán ser requeridas, por parte de la Entidad Ambiental de Control, de efectuar evaluaciones adicionales de sus emisiones, en el caso de que estas emisiones excedan o comprometan las concentraciones máximas permitidas, a nivel del suelo, de contaminantes del aire. Estas últimas concentraciones de contaminantes en el aire ambiente se encuentran definidas en la norma correspondiente a calidad de aire.

4.1.1.8 Las fuentes fijas no significativas deberán someter, a consideración de la Entidad Ambiental de Control, los planos y especificaciones técnicas de sus sistemas de combustión, esto como parte de los procedimientos normales de permiso de funcionamiento.

4.1.2 Valores máximos permisibles de emisión

4.1.2.1 Los valores de emisión máxima permitida, para fuentes fijas de combustión existentes, son los establecidos en la Tabla 1 de esta norma.

D-8 Ca r l o s P á e z P é r ez ®. 2006


Tabla 1 Límites máximos permisibles de emisiones ol oiré pora fuentes fijas de combustión. Norma poro fuentes en operación antes de Enero de 2003

Contaminante emitido Combustible utilizado Valor Unidades Pi

Partículas Totales Sólido Líquido w Gaseoso

355 355

No Aplicable

mg/Nm3 mg/Nm3

No Aplicable

Óxidos de Nitrógeno Sólido Líquido Œ Gaseoso

1 100 700 500

mg/Nm3mg/Nm3mg/Nm3

Dióxido de Azufre Sólido Líquido W Gaseoso

1 650 1 650

No Aplicable

mg/Nm3 mg/Nm3

No Aplicable

Notas:ni mg/Nm3: miligramos por metro cúbico de gas, a condiciones normales, mil trece miiibares de presión (1 013 mbar) y temperatura de 0 °C, en base seca y corregidos a 7% de oxígeno.[21 combustibles líquidos comprenden los combustibles fósiles líquidos, tales como diesel, kerosene, búnker C, petróleo crudo, naftas.

4.1.2.2 Los valores d e emisión m áxim a perm itida , p a ra fuentes fijas de com bustión nuevas, son los estab lec idos en la Tabla 2 de esta norm a.

Tabla 2 Límites máximos permisibles de emisiones ol aire paro fuentes fijos de combustión. Normo poro fuentes en operación a partir de Enero de 2003

| Contaminante emitido Combustible utilizado Valor Unidades [1]

Partículas Totales Sólido Líquido W Gaseoso

1- 50 150

No Aplicable

mg/Nm3 mg/Nm3

No Aplicable

Óxidos de Nitrógeno Sólido Líquido M Gaseoso

- - 850- 550 ■ 400

mg/Nm3mg/Nm3mg/Nm3

Dióxido de Azufre Sólido Líquido M Gaseoso

1 Ó50 1 650

No Aplicable

mg/Nm3 mg/Nm3

No Aplicable

Notas:ni mg/Nm3: miligramos por metro cúbico de gas, a condiciones normaies, de mii trece miiibares de presión (1 013 mbar) y temperatura de 0 °C, en base seca y corregidos a 7% de oxígeno. i2) combustibles líquidos comprenden los combustibles fósiles líquidos, tales como diesel, kerosene, búnker C, petróleo crudo, naftas.

Ca r lo s Pá e z Pé r ez (B. 2006 D-9


4.1.2.3 La Entidad Ambiental de Control utilizará los límites máximos permisibles de emisiones indicados en las Tablas 1 y 2 para fines de elaborar su respectiva norma (ver Reglamento a la Ley de Prevención y Control de Contaminación). La Entidad Ambiental de Control podrá establecer normas de emisión de mayor exigencia, esto si los resultados de las evaluaciones de calidad de aire que efectúe indicaren dicha necesidad.

4.1.2.4 El Ministerio del Ambiente definirá la.frecuencia de revisión de los valores establecidos como límite máximo permitido de emisiones al aire. De acuerdo a lo establecido en el reglamento para la prevención y control de la contaminación, se analizará la conveniencia de unificar los valores de emisión para fuentes en operación antes de Enero de 2003 y posteriores a esta fecha. La revisión deberá considerar, además, las bases de datos de emisiones, así como de los datos de concentraciones de contaminantes en el aire ambiente, efectúe la Entidad Ambiental de Control.

4.1.3 Del cumplimiento con la normativa de emisiones máximas permitidas

4.1.3.1 Las fuentes fijas de emisiones al aire por combustión, existentes a la fecha de promulgación de esta norma técnica, dispondrán de plazos, a ser fijados mediante acuerdo entre el propietario u operador de la fuente fija y la Entidad Ambiental de Control, a fin de adecuar la emisión de contaminantes a niveles inferiores a los máximos permisibles. El otorgamiento de estos plazos queda supeditado, en cada caso, a los estudios y evaluaciones que realice la Entidad Ambiental de Control. En ningún caso estos plazos serán mayores a cinco años, de acuerdo a lo establecido en el reglamento.

4.1.3.2 Dentro de los términos que especifiquen las respectivas reglamentaciones, todas las fuentes fijas deberán obtener su respectivo permiso de funcionamiento, el cual será renovado con la periodicidad que determine la Entidad Ambiental de Control. Esta última queda también facultada para fijar las tasas que correspondan por la retribución del servicio.

4.1.3.3 Esquema Burbuja.- de existir varias, fuentes fijas de emisión, bajo la responsabilidad sea de un mismo propietario y/o de un mismo operador, y al interior de una misma región, la emisión global de las fuentes podrá calcularse mediante una fórmula que pondere las fuentes fijas presentes en la instalación. Se establece la siguiente fórmula:

A, * El +A2 * E2+... + Ai *E¡

donde:Egiobai: tasa de emisión global para el conjunto de fuentes fijas de combus

tión,

D-IO Ca r l o s Pá e z P é r e z (3. 2006


A¡ factor de ponderación, y que puede ser el consumo de combustiblede la fuente número i, o el caudal de gases de combustión de la respectiva fuente número i,

E¡: tasa actual de emisión determinada para cada fuente.

El resultado a obtenerse con la ecuación indicada, y que representa el equivalente ponderado para un grupo de fuentes fijas de combustión, deberá ser comparado con el valor máximo de emisión permitida descrito en esta normativa, resultado equivalente para una sola fuente fija de combustión.

4.1.4 Fuentes fijas de combustión existentes, nuevos y modificados

4.1.4.1 Toda fuente fija de combustión, que experimente una remodelación, una modificación sustancial de la misma, o un cambio total o parcial de combustible, deberá comunicar a la Entidad Ambiental de Control este particular. Para el caso de una fuente fija significativa, se deberá comunicar además una evaluación de las emisiones esperadas una vez que el proyecto de remodelación o modificación culmine.

4.1.4.2 Las fuentes fijas significativas nuevas, o fuentes existentes remodeladas o modificadas sustancialmente, como parte integral del estudio de impacto ambiental requerido, deberán evaluar su impacto en la calidad del aire mediante el uso de modelos de dispersión. Las fuentes existentes, significativas, deberán también proceder a evaluar su impacto en la calidad de! aire mediante modelos de dispersión, esto de ser requerido en los estudios de auditoría ambiental o de estudio de impacto ambiental expost. El modelo de dispersión calculará la concentración esperada de contaminantes del aire a nivel del suelo, que se espera sean emitidos desde las fuentes fijas nuevas, y se procederá a determinar si estas concentraciones calculadas cumplen o no con la normo de calidad de aire. Para efectos de determinación de cumplimiento con la norma, la concentración calculada para cada contaminante del aire evaluado, atribuible a la operación de las fuentes fijas nuevas, deberá ser adicionada a la concentración existente de cada contaminante, según se describe en el siguiente artículo.

4.1.4.3 Una fuente fija nueva, remodelada Ot modificada, y que se determine como significativa, deberá establecer aquellos contaminantes emitidos por la misma, que son significativos para con la calidad del aire ambiente. Para tal efecto se utilizará un modeio de dispersión de tipo preliminar, ejemplo SCREEN, de la US EPA, mediante el cual se verificará si las concentraciones calculadas por este modelo, para cada contaminante modelado, sobrepasan o no los valores estipulados en la Tabla 3. Si ia predicción mediante modelo indica que la concentración de un contaminante supera el valor presentado en la Tabla 3, entonces aquel contaminante se designa como significativo para ia fuente. La Entidad ,ambienta! de Control solicitará que la fuente proceda a la aplicación de un modelo detallado, únicamente para los contaminantes significativos que se determinen. Eventualmente, la Entidad Ambiental de Control im- plementará programas de mediciones de concentraciones, a nivel de suelo, de los contaminantes significativos, una vez que la fuente ingrese en operación.

Ca r lo s P áez P é rez 2006 D-1 /


Tabla 3 Valores de incremento de concentración de contaminantes comunes, a nivel del suelo, para definición de contaminantes significativos w

Óxidos de Nitrógeno NOxAnual

Dióxido de Azufre SO2

Anual24-Horas3-Horas

1,05.0

25.0Partículas

Anual24-Horas

1,05,0

Nota:

ni Todos los valores de concentración expresados en microgramos por metro cúbico de aire, a condiciones de 25 °C y de 1 DI 3 milibares de presión.

4.1.4.4 La fuente fija significativa, nueva, remodelada o modificada sustancialmente, acordará con la Entidad Ambiental de Control la inclusión o no, dentro de la evaluación mediante modelo de dispersión, de otras fuentes fijas existentes en la región en que se instalará la fuente nueva, o en que se ubica la fuente..modificada o remodelada. El estudio de impacto ambiental requerido por la fuente como parte de los permisos de operación, establecerá cuáles fuentes fijas existentes deberán ser incluidas en el modelo de dispersión a aplicarse. La Entidad Ambiental de Control deberá proveer, a la fuente nueva, de los resultados de las bases de datos administradas por la misma, esto es, bases de datos de emisiones de fuentes fijas significativas existentes, y, bases de datos de los niveles de concentraciones de contaminantes en el aire ambiente. El área de influencia, sea de una sola fuente nueva evaluada, o del conjunto de varias fuentes, se determinará mediante el trazado de la curva de igual concentración para toáós los contaminantes que sobrepasen los valores establecidos en la Tabla 3.

4.1.4.5 De tratarse de una o varias fuentes fijas nuevas significativas, o varias fuentes existentes modificadas, la evaluación deberá efectuarse mediante un modelo de dispersión del tipo detallado, con capacidad para incluir diferentes fuentes fijas, y con capacidad de predecir concentraciones de contaminantes para períodos de tiempo mayores a una hora, e inclusive, de predecir la concentración anual de un determinado contaminante. Para esto, se utilizará un modelo de dispersión de características técnicas similares a ISC, de la US EPA. Para efectuar predicciones de concentraciones de contaminantes por períodos de hasta un año, el modelo de tipo detallado requerirá el uso de datos meteorológicps hora por hora, y de extensión también de un año.

D-12 Ca r l o s Pá e z P é r e z ®. 2006


La fuente fija significativa evaluará su impacto en ia calidad del aire previa revisión de los datos meteorológicos, hora por hora, de los últimos tres años, como mínimo, previos a la etapa de proyecto de la nueva fuente. Los datos meteorológicos a utilizarse deberán ser representativos para la ubicación geográfica de la fuente fija a evaluarse. El uso de un modelo de dispersión del tipo detallado se extenderá también para el caso de un conjunto de fuentes fijas nuevas, o fuentes existentes remodeladas o modificadas, que estuvieren bajo la responsabilidad de una misma organización u operador, y en que se determine que la emisión global de dicho conjunto de fuentes (artículo 4.1.3.3) es significativa.

4.1.4.6 Las fuentes fijas nuevas significativas, a instalarse en las inmediaciones de áreas que se designen como protegidas, tales como parques nacionales, reservas de fauna, bosques protectores, entre otros, que se encuentren debidamente designados por la Entidad Ambiental de Control, deberán solicitar a esta autoridad la ejecución de un programa de monitoreo inicial de concentraciones de contaminantes del aire a nivel de suelo, previo al inicio de operaciones de la fuente o fuentes, en uno o más sitios designados al interior de dichas áreas protegidas. El estudio de impacto ambiental que ejecute la fuente fija nueva, determinará el número y ubicación del sitio, o los sitios, de medición de concentraciones de contaminantes del aire. El programa de monitoreo inicial incluirá, como mínimo, la determinación de concentraciones de óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre, y material particulado PMTO. Los resultados de este programa permitirán determinar las concentraciones iniciales de contaminantes en ausencia de la nueva fuente, lo cual además permitirá establecer, a futuro, el nivel de cumplimiento con las normas de calidad de aire una vez que la fuente fija ingrese en operación.

4.1.4.7 Todas las fuentes fijas nuevas, significativas o no, a instalarse en áreas cuyas concentraciones a nivel de suelo cumplen con la norma de calidad de aire ambiente, estarán obligadas a hacer uso de la denominada Mejor Tecnología de Control Disponible (BACT por sus siglas en inglés), lo cual deberá ser justificado en el estudio ambiental a presentarse ante la Entidad Ambiental de Control. Las emisiones que se obtengan en la fuente que utilice tecnología BACT no deberán ser mayores en magnitud a los valores aplicables para una fuente existente.

4.1.4.8 Las fuentes fijas, nuevas-no podrán instalarse en un área en que las concentraciones de contaminantes comunes del aire ambiente no se encuentren en cumplimiento con ía norma de calidad aquí estipulada, o, en aquellas áreas en que dichas concentraciones de contaminantes se encuentren cerca de incumplimiento. Para ser autorizadas a su instalación, en áreas en no cumplimiento con la norma de calidad de aire, las fuentes fijas nuevas utilizarán la denominada tecnología de Mínima Tasa de Emisión Posible (LAER por sus siglas en inglés), o en su lugar, cuando estas fuentes nuevas reemplacen a una o varias fuentes fijas existentes pero garantizando un estándar de emisión (cantidad de contaminante emitido) y un estándar de desempeño (cantidad de contaminante emitido por unidad de combustible utilizado) considerablemente menor a! de la o las fuentes a ser reemplazadas. La Entidad Ambiental de Control deberá emitir la autorización correspondiente para ejecutar este esquema de

Ca r los P á e z P érez 2006 D-13

A n e x o d .- N o r m a d e E m is io n e s d e f u e n t e s F ij a s

operación para una fuente nueva. Un esquema similar al descrito se aplicará para fuentes existentes pero modificadas o remodeladas sustancialmente.

4.1.4.9 El estudio ambiental para una fuente fija nueva, en un área en no cumplimiento con la norma de calidad de aire ambiente, justificará las tecnologías o métodos que ¡mplementará la fuente fija a fin de alcanzar la mínima tasa de emisión, y por tanto, no Inducir a un incumplimiento con la norma de calidad de aire, o mejorar en términos absolutos la calidad del aire ambiente de la región.*4.1.4.10 Las fuentes fijas nuevas significativas determinarán la altura apropiada de chimenea mediante la aplicación de modelos de dispersión. La altura seleccionada de chimenea deberá considerar el efecto de turbulencia creado por la presencia de edificaciones adyacentes a la chimenea, caracterizándose dicho efecto por la ocurrencia de altas concentraciones de contaminantes emitidos previamente junto a la estructura o edificación.

4.1.5 Disposiciones generales

4.1.5.1 Se prohíbe expresamente la dilución de las emisiones al aire desde una fuente fija con el fin de alcanzar cumplimiento con la normativa aquí descrita.

4.1.5.2 Se prohíbe el uso de aceites lubricantes usados como combustible en calderas, hornos u otros eauipos de combustión, con excepción de que la fuente fija de combustión demuestre, mediante el respectivo estudio técnico, aue cuenta con equipos y procesos de control de emisiones producidas por esta combustión, a fin de no comprometer la calidad del aire al exterior de la fuente, e independientemente de si la fuente fija es significativa o no significativa. Los planos y especificaciones técnicas de la instalación, incluyendo las previsiones de uso de aceites lubricantes usados, sea como combustible principal o como combustible auxiliar, o como combinación de ambos, se sujetarán a las disposiciones de la normativa aplicable para el manejo de desechos peligrosos y de su disposición final. La Entidad Ambiental de Control emitirá el respectivo permiso de operación para las fuentes que utilicen aceites lubricantes usados como combustible, permiso que será renovado cada dos años, previo el res-

- pectivo dictamen favorable, considerando los requerimientos estipulados tanto aquí como en la normativa aplicable a desechos peligrosos y su disposición final.

4.1.5.3 Aquellas fuentes fijas que utilicen como combustible otros que no sean combustibles fósiles, serán evaluadas, en primer lugar, en base al criterio de determinar si se trata de fuentes significativas o no. Para una fuente significativa, que utilice combustibles no fósiles, tales como biomasa, se aplicarán los valores máximos de emisión descritos en este reglamento en lo referente a fuentes fijas que utilizan combustibles fósiles sólidos. Para fuentes no significativas, la Entidad Ambiental de Control podrá solicitar evaluaciones adicionales tendientes a prevenir el deterioro de la calidad del aire.

4.1.5.4 Toda fuente fija, sea significativa o no, deberá comunicar a la Entidad Ambien-

D-J4 Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 2006


tal de Control cualquier situación anómala, no típica, que se presente en la operación normal de la fuente, y en la que se verificaron emisiones de contaminantes superiores a los valores máximos establecidos en este reglamento. Este requisito no se aplica para el caso del período de arranque de operación de la fuente, o para el caso del período de limpieza por soplado de hollín acumulado en la fuente, siempre que estos períodos no excedan quince (15) minutos y la operación no se repita más de dos veces a! día. Cuando por las características de los procesos y/o de los equipos de combustión se justifique técnicamente que se requiere mayor tiempo para su arranque o limpieza con soplado de hollín, se deberá obtener la aprobación de la Entidad Ambiental de Control.

4.1.5.5 Para las fuentes fijas significativas, se requerirá que estas cuenten, por lo menos, con equipos básicos de control de emisiones de partículas, esto a fin de mitigar aquellas emisiones que se registren durante períodos de arranque o de soplado de hollín en la fuente. Los equipos básicos de control comprenden equipos tales como separadores inerciales (ciclones). Además, la Entidad Ambiental de Control podrá requerir, por parte del regulado, la instalación de equipos de control de emisiones de partículas adicionales a los equipos básicos descritos, siempre que la evaluación técnica y económica del equipo de control a ser instalado así lo determine.

4.1.5.6 Toda fuente fija significativa está obligada a presentar a la Entidad Ambiental de Control los resultados que se obtengan de los programas de medición de emisiones que deban ejecutarse. La Entidad Ambiental de Control establecerá una base de datos con las emisiones de todas las fuentes bajo su control, así como establecerá los procedimientos de mantenimiento y de control de calidad de la misma.

4.2 Métodos y equipos de medición de emisiones desde fuentes fijas de combustión

4.2.1 General

4.2.1.1 Para demostración de cumplimiento con ia presente norma de emisiones al aire desde fuentes fijas de combustión, los equipos, métodos y procedimientos de medición de emisiones deberán cumplir requisitos técnicos mínimos, establecidos a continuación. Además, la fuente fija deberá proveer de requisitos técnicos mínimos que . permitan ¡a ejecución de las mediciones.

4.2.2 Requisitos y métodos de medición

4.2.2.1 A fin de permitir la medición de emisiones de contaminantes del aire desde fuentes fijas de combustión, estas deberán contar con ios siguientes requisitos técnicos mínimos:

a. plataforma de trabajo, con las características descritas en la figura 1 (Anexo),

b. escalera de acceso a la plataforma de trabajo,

Ca r los Pá e z P érez ¡3. 2006 D-Í5

A n e x o N o r m a d e E m is io n e s d e F u e n t e s F ij a s

c. suministro de energía eléctrica cercano a los puertos de muestreo.

4.2.2.2 Método definición de puertos de muestreo y de puntos de medición en chimeneas.- este método provee los procedimientos para definir el número y ubicación de los puertos de muestreo, así como de ios puntos de medición al interior de la chimenea.

4.2.2.3 Número de puertos de muestreo - el número de puertos de muestreo requeridos se determinará de acuerdo al siguiente criterio:

a. dos (2) puertos para aquellas chimeneas o conductos de diámetro menor 3,0 metros,

b. cuatro (4) puertos para chimeneas o conductos de diámetro igual o mayor a3,0 metros.

4.2.2.4 Para conductos de sección rectangular, se utilizará el diámetro equivalente para definir el número y-ta ubicación de los puertos de muestreo.

4.2.2.5 Ubicación de puertos de muestreo.- los puertos de muestreo se colocarán a una distancia de, al menos, ocho diámetros de chimenea corriente abajo y dos diámetros de chimenea corriente arriba de una perturbación al flujo normal de gases de combustión (ver figura 1, Anexo). Se entiende por perturbación cualquier codo, contracción o expansión que posee la chimenea o conducto. En conductos de sección rectangular, se utilizará el mismo criterio, salvo que la ubicación de los puertos de muestreo se definirá en base al diámetro equivalente del conducto.

4.2.2.6 Número de puntos de medición.- cuando la chimenea o conducto cumpla con el criterio establecido en 4.2.2.5, el número de puntos de medición será el siguiente:

a. doce (12) puntos de medición para chimeneas o conductos con diámetro, o diámetro equivalente, respectivamente, mayor a 0,61 metros,

b. ocho (8) puntos de medición para chimeneas o conductos con diámetro, o diámetro equivalente, respectivamente, entre 0,30 y 0,60 metros, y,

c. nueve (9) puntos de medición para conductos de sección rectangular con diámetro equivalente entre 0,30 y 0,61 metros.

A.2.2.7 Para el caso de que una chimenea no cumpla con el criterio establecido en4.2.2.5, el número de puntos de medición se definirá de acuerdo con la figura 2 (Anexo). Al utilizar esta figura, se determinarán las distancias existentes tanto corriente abajo como corriente arriba de los puertos de muestreo, y cada una de estas distancias será dividida para el diámetro de la chimenea o conducto, esto a fin de determinar las distancias en función del número de diámetros. Se seleccionará el mayor número de puntos de medición indicado en la figura, de forma tal que, para una chi

D-16 Ca r lo s Pá e z P ér ez ®, 2006


menea de sección circular, el número de puntos de medición sea múltiplo de cuatro. En cambio, para una chimenea de sección rectangular, la distribución de puntos de medición se definirá en base a la siguiente matriz (Tabla 4).

Tabla 4 Distribución de puntos de medición poro uno chimenea o conducto de sección rectangular

Número de puntos de medición distribución de puntos

9 3x312 4x316 4x420 5x425 5x530 6x536 6x642 7x649 7x7

4.2.2.8 Ubicación de los puntos de medición en chimeneas de sección c i r c u la r determinado el número de puntos de medición, los puntos se deberán distribuir, en igual número, a lo largo de dos diámetros perpendiculares entre sí, que estén en el mismo plano de medición al inferior de la chimenea o conducto. La ubicación exacta de cada uno de los puntos, a lo largo de cada diámetro, se determinará según la Tabla 5.

4.2.2.9 Ubicación de los puntos de medición en chimeneas de sección rectongulor.-para el número de puntos de medición determinado, se dividirá la sección transversal de la chimenea o conducto en un número de áreas rectangulares igual al número depuntos de medición determinado. Luego, cada punto de medición se ubicará en elcentro de cada área rectangular definida (ver figura 3, Anexo).

4.2.2.10 Método 2: procedimiento parala determinación de la velocidad y gasfo volumétrico de gases de escape en chimenea o-conducto. Este método comprende:

a. Uso de un tubo de Pitot, de! tipo estándar o del tipo S, para medir la presión dinámica de la corriente de gases de escape.

b. Medición de la temperatura del gas dentro de la chimenea.c. Barómetro para medir presión atmosférica.d. Analizador de gases para determinar el peso molecular húmedo de! gas en

chimenea (ver método 3).e. Cálculo de la velocidad del gas.f. Determinación de! área transversal del ducto o chimenea.

Ca r lo s Pá e z P é rez ®, 2006 D-17


Tabla 5 Ubicación de puntos de medición en chimeneas o conductos de sección circular

Número de puntos de Número de puntos de medición en un diámetro de chimenea medición para un

diámetro 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

2345678910 11 121314151617181920

21

222324

14,6 6,785,4 25,0

3,210,519,4

4.414.6

75,0 29,6 93,3 70,4 32,3

85.4 67,795.6 80,6

2,6

8,2

14.622.6

34,265.8

89,5 77,4 96,8 85,4

91.8 97,4

2,1

6.7 11,817.725.0 35,6 64,475.082.3 88,293.3 97,9

5,79.914.6 20,126.936.663.473.179.985.490.1 94,398.2

1,64.98.512.516.9 22,028.337.562.5 71,778.083.187.591.595.198.4

1.44.47.5 10,914.6 18,823.629.638.2 61,870.476.481.285.4 89,192.595.698.6

1,33.96.79.712.916.520.425.030.6 38,8 61,269.475.079.683.587.190.393.396.198.7

1,1

3.5 6,0

8,7 11,6

14.6 18,0 21,8

26,231.539.360.768.573.878.2 82,085.488.491.3 94,096.598.9

3.25.5 7,910.513.2 16,119.423.027.232.3 39,8 60,267.772.877.080.683.9 86,889.592.194.596.898.9

Nota:Valores como porcentaje del diámetro de la chimenea, y a ser contados desde la pared interior de la chimenea hasta el punto de medición.

4.2.2.11 Para la aplicación del procedimiento, el tubo Pitot, previamente calibrado, se introducirá en el conducto o chimenea, en el punto de medición seleccionado, y se tomará lectura de la presión de velocidad. Este procedimiento se repetirá para cada uno de los puntos de medición seleccionados. La velocidad promedio en el conducto o chimenea será el valor obtenido, mediante la siguiente ecuación, para el promedio aritmético de todas las lecturas de presión de velocidad registradas.

D-18 Ca r lo s Pá e z P é r e z <B, 2006

A n e x o d .- N o r m a d e E m is io n e s d e F u e n t e s F ij a s

/— i TsV = KpCp !AP ,j-------

'i PsMs

donde:V: velocidad de! gas en chimenea (m/s ó ft/s);Kp: constante de la ecuación de velocidad (34,97 sistema internacional ó

85,49 unidades inglesas);Cp: coeficiente del tubo Pitot, provisto por fabricante (adimensional);AP: presión de velocidad promedio (mm. H20 ó pulg. H20);Ts: temperatura absoluta del gas en chimenea (°K ó °R);Ps: presión total absoluta en chimenea = presión atmosférica + presión es

tática en chimenea (mm Hg ó pulg. Hg);Ms: peso molecular húmedo del gas en chimenea (g/g-mol ó libras/libra-

mol);

El gasto volumétrico de la fuente fija de combustión se obtendrá multiplicando la velocidad promedio del gas por el área transversal del conducto o chimenea en el sitio de medición.

4.2.2.12 Método 3: procedimiento para la determinación del peso molecular seco de los gases de escape. Este método comprende:

a. Uso de un analizador de gases para determinación de contenido de dióxido de carbono, oxígeno y monóxido de carbono en los gases de escape. El analizador de gases podrá ser cualquiera de los modelos disponibles localmente, tales como Fyrite, Orsat o analizadores con tecnología de celdas electroquímicas. Se debe reconocer que algunos de estos instrumentos proveen resultados para dos de los tres parámetros requeridos, por lo que se aceptará el uso de cartas, figuras, nomogramas, ecuaciones, u otros medios, que permitan determinar el tercer parámetro a partir de dos parámetros conocidos.

b. El peso molecular seco (Md), se determinará mediante la aplicación de la siguiente ecuación:

Md = 0.44% CO2 + 0.32% O2 + 0.28% CO + 0.28% N2El porcentaje de nitrógeno N? se obtendrá restando de! 100%, e! % de CO?, e! % de O2 y el % de CO.

c. Cuando no sea posible determinar el contenido de dióxido de carbono, de oxígeno y de monóxido de carbono en los gases de escape, se podrá utilizar el valor de 30,0 (treinta) para el peso molecular seco, siempre que la fuente fija opere con combustibles fósiles sólido, líguido o gaseoso.

4.2.2.13 Método 4: procedimiento para la determinación de contenido de humedad

Ca r lo s Pá e z P érez 2006 D-19


de los gases de escape. Este método comprende:

a. Extracción de una muestra a un gasto constante. Se procurará que el volumen de gas colectado sea, por lo menos, de 0,60 metros cúbicos, a condiciones de referencia, y el gasto de succión del gas no sea mayor a 0,020 metros cúbicos por minuto (0,75 pies cúbicos por minuto). La colección de gas se efectuará con la sonda provista por el equipo de medición, y contará con dispositivo de calentamiento de la misma, a fin de evitar la condensación de humedad.

b. Remoción de la humedad de la muestra. El equipo a utilizarse será, en diseño, igual al utilizado en el método 5, determinación de emisión de partículas. El equipo consiste de una sección de cuatro impactadores o envases de vidrio, de los cuales dos serán llenados con agua, y el cuarto impactador será

. llenado con silica gel. Previo a la medición se registrará el peso de estos tres envases, tanto llenos con agua como llenos con silica gel. Todos los impactadores se encontrarán alojados en una caja, llenada con hielo, a fin de permitir la condensación de la humedad presente en los gases de chimenea.

c. Determinación gravimétrica y volumétrica de la humedad colectada. Posterior a la toma de muestra, se determinará el contenido de humedad mediante el incremento de volumen de agua colectada en los impactadores, y, mediante el incremento de peso en el impactador llenado con silica gel.

4.2.2.14 Los resultados que se obtengan, de volumen de agua colectada y de peso de agua colectada, serán corregidos a las condiciones de referencia. El contenido de humedad, en los gases de chimenea, será la razón entre el volumen total de agua colectada dividido para dicho volumen más el volumen de gas seco, este último determinado por el equipo de muestreo.

4.2.2.15 Como alternativa al método descrito, serán aceptables los métodos de estimación tales como técnicas de condensación, técnicas psicrométricas mediante temperatura de bulbo seco y de bulbo húmedo, cálculos estequiométricos, experiencias previas, entre otros.

4.2.2.16 Método 5: procedimiento para la determinación de emisión de partículas desde la fuente fija. Este método comprende:

a. Colección de muestras mediante el equipo denominado tren isocinético. Este equipo consiste de cuatro secciones principales: la sonda de captación de partículas, la sección de filtro, la sección de condensación de humedad, o de impactadores, y, la sección de medidor de volumen de gas seco muestreado. Las mediciones a efectuarse deberán incluir la descripción técnica del equipo tren isocinético, el cual necesariamente deberá proveer las especificaciones del fabricante, y en las que se especifique que el equipo cumple con el método promulgado por la US EPA.



b. Las muestras de partículas serán colectadas, en cada uno de los puntos de muestreo al interior de la chimenea, definidos en el método 1, durante un período de cinco (5) minutos en cada uno de dichos puntos. En ningún caso el tiempo de muestreo, en cada punto, será inferior a tres (3) minutos.

c. La condición de isocinetismo aceptada deberá estar comprendida entre 90 y 110%.

d. Previo a la ejecución de mediciones, se deberá efectuar una prueba de detección de fugas en el equipo de muestreo, una vez armado en el sitio.

e. La masa de partículas se determinará gravimétricamente, esto es, mediante la diferencia de peso en el filtro a la finalización de la medición con respecto al peso previo al inicio de la misma.

f. Además, se determinará el peso de aquellas partículas captadas en la sonda de muestreo. Para esto, se realizará un enjuague del interior de la sonda, de la boquilla de succión de la sonda, y de accesorios de esta, utilizando para el efecto acetona. El líquido colectado será almacenado en un frasco de vidrio, y llevado a laboratorio, en donde será transferido a un vaso de precipitación, será registrado su*peso inicia!, y se dejará evaporar el solvente a temperatura y presión ambiente. El vaso será secado por un período de 24 horas y registrado su peso final.

g. La masa total de partículas colectadas será la suma de las partículas obtenidas en el filtro más aquellas captadas al interior de la sonda de muestreo.

h. La concentración de partículas emitidas, a expresarse en miligramos por metro cúbico de aire seco, será la masa total de partículas dividida para el volumen total de gas seco muestreado, y corregido a las condiciones de referencia.

4.2.2.17 Métodos poro determinación de emisión de dióxido de azufre y de óxidos de nitrógeno desde uno fuente fija.- Esta determinación se realizará mediante uno de los dos sistemas de medición aquí propuestos, estos son, con el uso de instrumentación basada en analizadores portátiles, o, con el uso de los procedimientos de colección, recuperación y análisis en laboratorio de muestras colectadas. .Se especificará claramente el-método utilizado en la medición de emisiones.

4.2.2.18 Uso de analizadores portátiles.- se utilizarán equipos disponibles en el mercado, que reporten las emisiones de dióxido de azufre y/o de óxidos de nitrógeno en base a técnicas tales como de fluorescencia, ultravioleta, e infrarrojo no dispersivo, para el caso de dióxido de azufre, o, de quimiluminiscencia, para el caso de óxidos de nitrógeno. Otra opción consiste en la utilización de analizadores portátiles, que operan con tecnología de celdas electroquímicas, y diseñados para medición también de dióxido de azufre y de óxidos de nitrógeno.

4.2.2.19 De utilizarse analizadores portátiles, sea con cualquiera de las técnicas descritas en estos equipos deberán contar con los respectivos certificados de calibración,

Ca rlos Pá e z Pér ez ®. 2006 D-21


otorgados por el fabricante de los mismos.

4.2.2.20 Los analizadores deberán contar con los accesorios que permitan el acondicionam iento de la muestra de gases en chim enea, previo al ingreso de la misma a la sección de medición. El sistema de medición deberá contar con una sonda de adm isión del gas en chim enea, provista de sección de calentam iento o similar, que garanticen la no condensación de vapor de agu a presente en la muestra y evitar así la consiguiente absorción de dióxido de azufre o de óxidos de nitrógeno en el líguido condensado. Si el analizador reporta los resultados en base seca, el sistema de m edición deberá contar con una unidad de condensación, o dispositivo similar, que g a ranticen la purga o evacuación del vapor de agua condensado, y al mismo tiempo, minimice el contacto entre la muestra de gases y el líquido condensado. Se a c e p ta rán tam bién equipos analizadores que determinen concentraciones de SO2 y /o de NOx en base húm eda, siempre que los resultados sean convertidos a concentración en base seca m ediante métodos apropiados.

4.2.2.21 Los analizadores que utilicen la técnica de celdas electroquímicas deberán contar con celdas individuales tanto para medir el óxido nitroso NO com o el dióxido d e nitrógeno NO2 y reportarán los resultados de emisión de óxidos de nitrógeno com o la suma de óxido nitroso (NO) y de dióxido de nitrógeno (NO2). En el caso de analizadores que utilicen la técnica de quimiluminiscencia, los resultados se reportarán directam ente com o total de óxidos de nitrógeno expresados com o NO 2.

4.2.2.22 La medición de NOx y de SO2, utilizando cualquier tipo de equipo analizador portátil, se efectuará seleccionando el número de puntos al interior de la sección de chim enea que se determ ine según lo descrito en el m étodo 1 de esta norma técnica.

4.2.2.23 Método de laboratorio para SO2.- el m étodo consiste en la retención de SO2

por m edio de una reacción química irreversible y la posterior determ inación de la concentración m ediante titulación de bario-torina. En este m étodo, se co lectará una muestra de gas en un equipo similar al tren de muestreo descrito en el m étodo 5. Los reactivos necesarios, así com o las características de los com ponentes del equipo serán aquellos descritos en el m étodo 6 prom ulgado por la US EPA (40 CFR 60). El equipo deberá contar con un m edidor deí volumen de gas seco colectado . La muestra se. colectará en un. único punto, situado-en el centro*geom étrico interior de la chim enea o conducto, y durante un período de treinta (30) minutos, a fin de asegurar la representatividad de la muestra. Se inspeccionará c a d a cinco (5) minutos la proporcionalidad del flujo seleccionado. Para una medición com pleta, se colectarán seis (6) muestras individuales.

4.2.2.24 M étodo de laboratorio para NOx- se colecta una muestra en un frasco al que se ha e fectuado vacío previam ente, este envase contiene una solución absorbente diluida de ácido sulfúrico y peróxido de hidrógeno. La muestra es posteriormente analizada en laboratorio calorimétricam ente, utilizándose el procedim iento del ácido fenoldisulfónico. Los reactivos necesarios, los procedimientos de preparación, muestreo y recuperación de muestras, así com o las características de los procedi

D-22 Ca r lo s Pá e z P é r e z ®. 2006


mientos de análisis de las muestras, serán aquellos descritos en el método 7 promulgado por la US EPA (40 CFR 60). Los resultados se expresarán como N02. La muestra se colectará en un único punto, situado en el centro geométrico interior de la chimeneao conducto. Para una medición completa, se colectarán doce (12) muestras individuales.

4.2.3 De la frecuencia de medición de emisiones al aire desde fuentes fijas de combustión

4.2.3.1 Las fuentes fijas que se determine requieran de monitoreo de sus emisiones al aire, efectuarán los respectivos trabajos de medición y reporte de resultados, al menos, una vez cada seis meses.

4.2.3.2 Requerimientos de Reporte.- Se elaborará un reporte con el contenido mínimo siguiente:

a) Identificación de la fuente fija (Nombre o razón social, responsable, dirección);

*b) ubicación de la fuente fija, incluyendo croquis de localización y descripción

de predios vecinos;

c) nombres del personal técnico que efectuó la medición;

d) introducción, la cual describirá el propósito y el lugar de la medición, fechas, contaminantes objeto de medición, identificación de observadores presentes, tanto de la fuente como representantes de la Entidad Ambiental de Control (de aplicarse);

e) resumen de resultados, incluyendo los resultados en sí obtenidos, datos del proceso de combustión, emisiones máximas permitidas para la fuente;

f) características de operación de la fuente fija, esto es, descripción del proceso y de equipos o técnicas de control o reducción de emisiones (de aplicarse), descripción de materias primas o combustibles utilizados, propiedades relevantes de estos, y cualquier información relevante para con la operación de la fuente;

g) métodos de muestreo y de análisis utilizados, describiendo la ubicación de los puertos de muestreo y de los puntos de medición al interior de la chimenea, descripción de los equipos y/o accesorios utilizados en la recolección de muestras o medición, procedimientos o certificados de calibración empleados, y una breve discusión de los procedimientos de muestreo y de análisis de resultados seguidos, incluyendo cualquier desviación en el procedimiento, y las debidas justificaciones técnicas;

h) anexos, los cuales incluirán cualquier información de respaldo.

Ca r lo s Pá e z Pérez <B. 2006 D-23


4.3 De los límites m áxim os permisibles de emisiones al aire p a ra procesos específicos

4.3.1 Elaboración de cemento

Tabla 6 Límites máximos permisibles de emisiones o/ aire para elaboración de cemento

Contaminante emitido Observaciones Fuentes existentes

Fuentes nuevas Unidades ni

Partículas Totales Horno de clinker Enfriador de clinker

150100

5050

mg/Nm3mg/Nm3

Óxidos de Nitrógeno - - 1 800 1 300 mg/Nm3

Dióxido de Azufre — 800 600 mg/Nm3Notas:ni mg/m3: miligramos por metro cúbico de gas, a condiciones normales de 1 013 milibares de presión y temperatura de 0 °C, en base seca y corregidos a 7% de oxígeno.

4.3.2 Elaboración de vidrio

Tabla 7 Límites máximos permisibles de emisiones al aire para elaboración de vidrio



Partículas Totales - - 250 200 mg/Nm3

Óxidos de Nitrógeno - - 1 200 1 000 mg/Nm3

Dióxido de Azufre — 1 800 1 500 mg/Nm3Notas:i'l mg/m3: miligramos por metro cúbico de gas, a condiciones normales de 1 013 milibares de presión y temperatura de 0 °C. en base seca y corregidos a 7% de oxígeno. Esta norma no se aplica cuando se utilice inyección de oxígeno en los quemadores.

D-24 C a r l o s Pá e z P é r e z ®, 2006


4.3.3 Elaboración de pulpa de papel

Tabla 8 Límites máximos permisibles de emisiones ol oiré poro elaboración de pulpa de papel



Partículas Totales Pasta por proceso kraft o por bisulfito

250 150 mg/Nm3 ni

Dióxido de Azufre - - 10 5 kg/ton pasta [2]

Notas:m m g /m 3: m iligramos por m etro cúb ico de gas, a cond ic iones normales de 1 013 milibares de presión y tem pera tu ra de 0 °C.(21 kg /ton pasta: kilogramos por tone lada de pasta.

4.3.4 Fundición de metales *

Tabla 9 Límites máximos permisibles de emisiones ol aire para fundición de metales

Contaminante emitido Observaciones. ...Fuentes exis

tentesFuentes nue

vas Unidades ni■ ■ * - ' ~-

Partículas Totales Cubilotes:de 1 a 5 t/h 600 250 mg/Nm3

mayor a 5 t/h 300 150 mg/Nm3

Arco eléctrico:menor 5 t 350 250 mg/Nm3mayor 5 t 150 120 mg/Nm3

Notas:ni m g/m 3: miligramos por metro cúbico de gas, a condiciones normales de 1 013 milibares de presión y temperatura de 0 °C, en base seca y corregidos a 7% de oxígeno.

Ca r lo s P á e z Pé rez ®, 2006 D-25

A n e x o D.- N o r m a d e E m is io n e s d e F u e n t e s Ç ij a s

4.3.5 Elaboración de azúcar: equipos de combustión que utilizan bagazo como combustible

Tabla 10 Límites máximos permisibles de emisiones al aire desde combustión de bagazo en equipos de instalaciones de elaboración de azúcar

Contaminante emitido Observaciones Fuentes exis

tentesFuentesnue- . . . . . m vas Unidades ni

Partículas Totales __ 300 150 m g/m 3 ni

Notas:ni m g /m 3: m iligramos por m etro c ú b ico de gas a cond ic iones normales de 1 013 milibares de presión y tem pera tu ra de 0 °C, corregidos a 12% de O2, en base seca.

4.3.6 Motores de Combustión Interna

Tabla 11 Límites máximos permisibles de emisiones al aire para motores de combustión interna

Contaminante emitido Observaciones Fuentes exis

tentesFuentes nue- Un¡dades m vas

Partículas Totales - - 350 150 m g/m 3

Óxidos de Nitrógeno - - 2 300 2 000 " m g/m 3

Dióxido de Azufre — 1 500 1 500 m g/m 3Notas:ni m g /m 3: m iligramos por m etro c u b ico de gas a cond ic iones normales de 1 013 milibares de presión y tem pera tu ra de 0 °C, corregidos a 15% de O2, en base seca.

D-26 Ca r l o s P á e z P ér ez ®. 2006


ANEXO

Figura 1 Requisitos paro ejecución de medición de emisiones al aire desde fuentes fijas

PASAMANOS DE SEGURIDAD

Al menos dos diámetros de chimenea por debajo de la cúspide.

Al menos ocho diámetros de chimenea sobre la última obstrucción.

PLATAFORMA DE TRABAJO

A. Plataforma con al menos 0,9 m de ancho (1,2 m para chimeneas con 3,0 m o más de diámetro) y capaz de soportar el peso de 3 personas y de 100 kg. de equipo.

B. La plataforma contará con pasamanos de seguridad y poseerá acceso mediante escalera, adecuada para el efecto

C. No debe existir ningún tipo de obstrucción a 0,9 m de distancia, por debajo de los puertos de muestreo.

Zona de maniobra Debe de medir 1,2 m de ancho y 0,9 m

Se deberá contar con una fuente de energía eléctrica para conectar los' equipos de medición.

Ca r l o s P á e z P é r e z ®. 2 0 0 6 D-27

A n e x o D.- N o r m a d e E m is io n e s d e F u e n t e s E ij a s

Figuro 2 Número de puntos de medición de emisiones al aire desde fuentes fijas

Diámetros de Ducto Corriente Arriba de Perturbación del Flujo * (Distancia A)0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

50

40

30

20

10

El número mayor es para chimeneas o ductos de sección rectangular

24 O 25 ‘

Dedse el punto hasta cualquier tipo de Perturbación (Codo, Expansión,

S Contracción, e tc .)

20

16

Sitio de Muestreo

Perturbación

Diámetro de la chimenea >0,61 m 12

8 o 9

Diámetro de la chimenea = 0,30 a 0,61 m

3 4 5 6 7 8 9 10Diámetros de Ducto Corriente Abajo de Perturbación del Flujo * (Distancia B)

D-28 Ca r lo s P á e z P é r e z <3. 2006


Figuro 3 Ejemplo de puntos de medición de emisiones al aire en conducto de sección rectangular (12 áreas iguales con punto de medición en centroide de cada área)

Ca r lo s Pá e z P é rez <&, 2006 D-29

ANEXO

ELIMITES Y METODOS DE

MEDICION DE EMISIONES DE VEHÍCULOS A GASOLINA

Extractos de la Normas Técnicas Ecuatorianas NTE INEN 2 204:98 y NTE INEN 2 203:99

LIMTES PERMITIDOS DE EMISIONES

1 OBJETO

1.1 Esta norma establece los límites permitidos de emisiones de contaminantes producidas por fuentes móviles terrestres (vehículos automotores) de gasolina.

2 ALCANCE%

2.1 Esta norma se aplica a las fuentes móviles terrestres de más de tres ruedas.

2.2 Esta norma no se aplica a las fuentes móviles que' utilicen combustible diferentes a gasolina.

C a r l o s p á e z P é r e z ® , 2 0 0 6 E-f

A n e x o e .- N o r m a d e E m is io n e s p a r a V e h íc u l o s a jSa s o l in a

2.3 Esta norma no se aplica a motores de pistón libre, motores fijos, motores náuticos, motores para tracción sobre rieles, motores para aeronaves, motores para tractores agrícolas, maquinarias y equipos para uso en construcciones y aplicaciones industriales.

3 DEFINICIONES

Para los efectos de esta norma se adoptan las siguientes definiciones:

3.1 Año modelo

Año que identifica el de producción del modelo de la fuente móvil.

3.2 Área frontal

Área determinada por la proyección geométrica de las distancias básicas de vehículo sobre su eje longitudinal el cual incluye llantas pero excluye espejos y detectores de aire a un plano perpendicular al eje longitudinal del vehículo.

3.3 Certificación de la casa fabricante

Documento expedido por la casa fabricante de un vehículo automotor en el cual se consignan los resultados de la medición de las emisiones de contaminantes del aire (por el escape y evaporativas) provenientes de los vehículos prototipo seleccionados corno representativos de los modelos nuevos que saldrán al mercado.

3.4 Ciclo

Es el tiempo necesario para que el vehículo alcance la temperatura normal de operación en condiciones de marcha mínima o ralentí. Para las fuente móviles equipadas con electro ventilador, es el período que transcurre entre el encendido del ventilador del sistema de enfriamiento y el momento en que el ventilador se detiene.

3.5 Ciclos de prueba

Un ciclo de prueba es una secuencia de operaciones estándar a las que es, sometido un vehículo automotor o un motor, para determinar el nivel de emisiones que produce Para los propósitos de esta norma los ciclos que se aplican son ios siguientes:

3.5.1 Ciclo ECE-15 + EUDC

Es el ciclo de prueba dinámico establecido por la Unión Europea para los vehículos livianos y medianos, de diesel o gasolina definidos en la directiva 93/59/EEC.

3.5.2 Ciclo FTP.75

E-2 Ca r l o s Pá e z P é r ez 2006

A n e x o E.- N o r m a d e E m is io n e s p a r a V e h íc u l o s a jG a s o l in a

Es el ciclo de prueba dinámico establecido por la Agencia de Protección de Medio Ambiente de los Estados Unidos (EPA), para los vehículos livianos y medianos, de gasolina o diesel, y publicado en el Código Federal de Regulaciones, partes 86 a 99.

3.5.3 Ciclo transiente pesado

Es el cicio de prueba de estado transitorio establecido por ia Agencia de Protección del Medio Ambiente de los Estados Unidos (EPA). para la medición de emisiones de motores diesel y gasolina utilizados en vehículos pesados y el cual se encuentra especificados en el Código Federal de Regulaciones de ese país: CFR, titulo 40, partes 86 a 99, subparte N..

3.6 Dinamómetro

Aparato utilizado para medir la potencia generada por un vehículo automotor o motor soio, a través de aplicaciones de velocidad y torque.

3.7 Emisión de escape

Es la descarga al aire de una o más sustancias en estado sólido, líquido o gaseosoo, de alguna combinación de estos, proveniente del sistema de escape de una fuente móvil.

3.8 Emisiones evaporativas

Es la descarga al aire de una o mas sustancias gaseosas, producto del funcionamiento normal del vehículo o de la volatilidad del combustible. Las emisiones evaporativas se desprenden desde varios puntos a lo largo del sistema de combustible de un vehículo automotor.

3.9 Equipo de medición

Es el conjunto completo de dispositivos, incluyendo todos los accesorios para la operación normal de medición de las emisiones.

3.10 Fuente móvil

Es la fuente de emisión que por razón de su uso o propósito es susceptible de desplazarse propulsando por su propia fuente motriz. Para propósitos de esta norma, son fuentes móviles todos los vehículos automotores.

3.11 Homologación

Es el reconocimiento de la autoridad ambiental competente a los procedimientos de evaluación de emisiones o a los equipos o sistemas de medición o de inspección de emisiones, que dan resultados comparables o equivalentes a los procedimientos, equipos o sistemas definidos en esta norma.

Ca r lo s Pá ez P érez <8>, 2006 E-3

A n e x o E.- N o r m a d e E m is io n e s p a r a V e h íc u l o s a .Ga s o l in a

3.12 informe técnico

Documento que contiene los resultados de la medición de las emisiones del motor, operando en las condiciones contempladas en esta norma.

3.13 M archa mínima o ralentí

Es la especificación de velocidad del motor establecida por el fabricante o ensamblador del vehículo, requeridas para mantenerlo funcionando sin carga y en neutro (para cajas manuales) y en parqueo (para cajas automáticas). Cuando no se disponga de la especificación del fabricante o ensamblador del vehículo! la condición de marcha mínima o ralentí se establecerá en un máximo de 1 100 rpm.

3.14 Masa m áxim a

Es la masa equivalente al peso bruto del vehículo.

3.15 M étodo SHED

Procedimiento aprobado por la Agencia de Protección Ambiental de los; Estados Unidos (EPA) para determinar las emisiones evaporativas en vehículos de gasolina mediante la recolección de estas en una cabina sellada en la que se ubica el vehículo sometido a prueba. SHED son las siglas correspondientes al nombre de dicho método (Sealed Housing for Evaporative Determination). Los procedimientos, equipos y métodos de medición utilizados se encuentran consignados en el Código Federal de Regulaciones en los Estados Unidos, partes 86 y 99; o en las directivas 91/441 EEC y 93/59 EEC.

3.16 Motor

Es la principal fuente de poder de un vehículo automotor que convierte la energía de un combustible líquido o gaseoso en energía cinética.

3.17 Peso bruto del vehículo

Es el peso neto del vehículo más la capacidad de carga útil o de pasajeros definida en kilogramos.

3.18 Peso neto del vehículo

Es el peso real solo del vehículo en condiciones de operación normal con todo el equipo estándar de fábrica, más el combustible a la capacidad nominal del tanque.

3.19 Peso de referencia

Es el peso neto del vehículo más 100 kg.

E-4 Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2006


3.20 Peso de! vehículo cargado

Es e! peso neto del vehículo mas 156.08 kg (300 Ib)

3.21 Prueba estática

Es la medición de emisiones que se realiza con el vehículo a temperatura normal de operación, en marcha mínima (ralentí), sin carga, en neutro (para cajas manuales) y en parqueo (para cajas automáticas)

3.22 Prueba dinám ica

Es la medición de emisiones que se realiza con el vehículo o motor sobre un dinamómetro, aplicando los ciclos de prueba descritos en la presente norma.

3.23 Temperatura normal de operación

Es aquella que alcanza el motor después de operar un mínimo de 10 minutos en marcha mínima (ralenti), o cuando en estas mismas condiciones la temperatura del aceite en el cárter del motor alcance 75°C o más. En las fuentes móviles equipadas con electro ventilador esta condición es confirmada después de operar un ciclo.

3.24 Vehículo automotor

Vehículo de transporte terrestre, de carga o de pasajeros que se utiliza en la vía pública, propulsado por su propia fuente motriz.

3.25 Vehículo o motor prototipo o de certificación

Vehículo o motor de desarrollo o nuevo representativo de la producción de un nuevo modelo.

4 CLASIFICACIÓN

Para los propósitos de esta norma, se establece la siguiente clasificación de los vehículos automotores:

4.1 Según la agencia de protección ambiental de los Estados Unidos (EPA), la siguiente clasificación se aplica únicamente para los ciclos de prueba FTP- 75 y ciclo transiente pesado:

4.1.1 Vehículo liviano. Es aquel vehículo automotor tipo automóvil o derivado de éste, diseñado para transportar hasta 12 pasajeros.

4.1.2 Vehículo mediano. Es aquel vehículo automotor cuyo peso bruto vehicular es menor o igual a 3 860 kg, cuyo peso neto vehicular es menor o igual a 2 724 kg y cuya área frontal no exceda de 4.18 m2. Este vehículo debe estar diseñado para:

Ca r lo s Pá e z P é rez ®, 2006 E-5

A n e x o E.- N o r m a d e E m is io n e s p a r a V e h íc u l o s a j Ga s o l in a

4.1.2.1 Transportar carga o para convertirse en un derivado de vehículos de este tipo

4.1.2.2 Transportar más de 12 pasajeros

4.1.2.3 Ser utilizado u operado fuera de carreteras o autopistas y contar para ello con características especiales.

%

4.1.3 Vehículo pesado. Es aauel vehículo automotor cuyo peso bruto del vehículo sea superior a 3 860 kg o cuyo peso neto del vehículo sea superior a 2 724 kg, o cuya área frontal excede de 4,18 m2.

4.2 Según La Unión Europea, la siguiente clasificación se aplica únicamente para el ciclo de prueba ECE-15 +EUOC.

4.2.1 Categoría M. Vehículos automotores destinados al transporte de personas y que tengan por lo menos cuatro ruedas.

4.2.1.1 Categoría MI. Vehículos automotores destinados al transporte de hasta 8 personas más el conductor.

4.2.2 Categoría N. Vehículos automotores destinados al transporte de carga, aue tengan por lo menos cuatro ruedas.

4.2.2.1 Categoría NI. Vehículos automotores destinados al transporte de carga con una masa máxima no superior a 3,5 toneladas.

5 DISPOSICIONES GENERALES

5.1 Los importadores y ensambladores de vehículos nuevos deben obtener la certificación de emisiones expedida por la casa fabricante o propietaria del diseño del vehículo y avalada por la autoridad competente dei país de origen, o de un laboratorio autorizado por ella. Los procedimientos de evaluación base para las certificaciones ¿erán los establecidos para los ciclos FTP 75 ciclo transiente’ pesado ECE 15 + EUDC, SHEO (EEC 91/441 y 9*3/59 EEC); según las características del Vehículo.

5.2 Los importadores y ensambladores están obligados a suministrar copia de la certificación de emisiones a quienes adquieran los vehículos.

5.3 La autoridad competente podrá en cualquier momento verificar la legalidad de las certificaciones presentadas por los importadores y ensambladores sobre el cumplimiento de ios requisitos establecidos en esta norma, así como las características de funcionamiento de los equipos y procedimientos utilizados para la medición de las emisiones de escape, en condición de marcha mínima o ralentí.

E-6 Ca r l o s Pá e z P é r e z <B\ 2006

A n e x o E.- N o r m a d e E m is io n e s p a r a V e h íc u l o s a jGa s o l in a

6 REQUISITOS

6.1 Limites máximos de emisiones permitidos para fuentes móviles con motor de gasolina. Marcha mínima o ralentí (prueba estática).

ó.1.1 Toda fuente móvil con motor de gasolina, durante su funcionamiento en condición de marcha mínima o ralentí y a temperatura normal de operación, no debe emitir al aire monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos (HC) en cantidades superiores a las señaladas en la Tabla 1.

Tabla J Limites máximos de emisiones permitidos poro fuentes móviles con motor de gasolina. Marcha mínima o rolen ti (pruebo estático).

Año modelo0

%CO-1500** 1500 - 3000** 0-1500**

ppm HC1500 - 3000**

2000 y posteriores 1.0 1.0 200 2001990 a 1999 3.5 % 4.5 650 7501989 y anteriores 5.5 6.5 1000 1200* Volumen** Altitud metros sobre el nivel del mar (msnm)

6.2 Límites máximos de emisiones para fuentes móviles de gasolina. Ciclos FTP-75 y cicio transiente pesado (prueba dinámica).

6.2.1 Toda fuente móvil de gasolina que se importe o se ensamble en el país no podrá emitir al gire monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC), óxidos de nitrógeno (NOx) y emisiones evaporativas, en cantidades superiores a las indicadas en la Tabla 2.

Ca r lo s Pá e z P ér ez ®, 2006 E-7

A n e x o E.- N o r m a d e E m is io n e s p a r a V e h íc u l o s a -Ga s o l in a

Tabla 2 Limites máximos de emisiones para fuentes móviles con motor de gasolina (prueba dinámica/* a partir del año modelo 2000 (ciclos americanos).

Peso bru-0 * . todel Categorías #ehfcukl

Peso del vehículo cargado

g/i -'</ , CO

g/kmHC

g/kmNOx Ciclo de

g/km pruebas cuFnkg kg ' T ' '

Vehículoslivianos 2.10

%0.25 0.62

2

Vehículos =< 3860 =<1700 6.2 0.5 0.75 FTP-75 2Medianos 1700 -

3860 6.2 ' 0.5 1.1 2

Vehículos > 3860= Pesados** <6350

>6350

14.4

37.1

1.1

1.9

5.0

5.0

Transiente 3 pesado

4

* Prueba realizada a nivel de l mar** en g/bHP-h (gramos / brake Horse Power-hora)

6.3 Limites máximos de emisiones para fuentes móviles de gasolina. Ciclo ECE-15+ EUDC (prueba dinámica).

6.3.1 Toda fuente móvil con motor de gasolina no podrá emitir al aire monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC), óxidos de nitrógeno (NOx) y emisiones evaporativas en cantidades superiores a las indicadas en la Tabla 3.

Tabla 3 Límites máximos de emisiones para fuentes móviles con motor de gasolina (prueba dinámica)* a partir del año modelo 2000 (ciclos europeos]

Categorías'•V ' 4 ",

Peso bruto del vehícu

lo kg

Peso de referencia

kgHC+NOx

g/kmCiclos de prueba

Evaporativasg/ensayo

SHED

:< 3500 ;2.72 0.97

<1250 2.72 0.97>1250<

1700 5.17 1.4

> 1700 . 6.9 1.7

ECE16+EUDC

Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2006


MEDICION DE EMISIONES: PRUEBA ESTATICA

1. OBJETO

1.1 Esta norma establece el método de ensayo para determinar la concentración de las emisiones provenientes del sistema de escape de vehículos equipados con motor de encendido por chispa, en condiciones de marcha mínima o "ralenti".

2. ALCANCE

2.1 Esta norma se aplica a los vehículos automotores cuyo combustible es gasolina.

3. DEFINICIONES

3.1 Para los efectos de esta norma se adoptan las definiciones contempladas en la NTE INEN 2204, y las que a continuación se detallan:

3.1.1 Aislamiento electrom agnético

Característica del equipo de medición que impide la alteración en sus lecturas por causa de radiaciones electromagnéticas externas.

3.1.2 Calibración de un equipo de medición

Operación destinada a llevar un instrumento de medida al estado de funcionamiento especificado por el fabricante para su utilización.

3.1.3 Motor de encendido por chispa

Es aquel en el cual la reacción de la mezcla aire / combustible se produce a partir de un punto caliente, generalmente una chispa eléctrica.

3.1.4 Gas patrón

Gas o mezcla de gases de concentración conocida, certificada por el fabricante del mismo, y que se emplea para la calibración de equipos de medición de emisiones de escape.

3.1.5 Auto calibración

Es la rutina en la cual el equipo verifica el funcionamiento optimo de todos sus componentes instrumentales y realiza una comparación con los patrones internos incorporados por e! fabricante del mismo.

3.1.6 Exactitud

Grado de concordancia (la mayor o menor cercanía) entre el resultado de una medición y un valor verdadero del mensurando.

Ca r l o s P á e z P é r e z <&), 2 0 0 6 E-9

A n e x o E.- N o r m a d e E m is io n e s p a r a V e h íc u l o s a -Ga s o l in a

3.1.7 Repetibilidad

Grado de concordancia de resultados de sucesivas mediciones de la misma variable, realizadas en ¡guales condiciones de medida.

3.1.8 Tiempo de calentam iento del equipo de ensayo

Es el periodo en segundos entre el momento en que el equipo es energizado o encendido y el momento en que cumple con los requerimientos de estabilidad, para realizar la lectura de la variable.

3.1.9 Tiempo de respuesta del equipo de medición

Es el periodo en segundos que el equipo requiere para medir y entregar los resultados de los ensayos realizados.

3.1.10 Sonda de prueba

Tubo o manguera que se introduce a la salida del sistema de escape del vehículo automotor para tomar una muestra de las emisiones.

4. DISPOSICIONES GENERALES

4.1 Los importadores y distribuidores de equipos de medición de emisiones deben obtener una certificación de cumplimiento, expedida por la casa fabricante o propietaria del diseño del equipo o de un laboratorio autorizado por ella y avalada por la autoridad competente del país de origen. El procedimiento de evaluación base para certificar los epuipos de medición a ser utilizados debe cumplir con la International Recommendation OIML R 99.

4.2 Los importadores y distribuidores están obligados a suministrar copia de la certificación establecida en el numeral 4.1, a quienes adquieran los equipos.

4.3 La autoridad competente podrá en cualquier momento verificar la legalidad de Tas certificaciones presentadas por los importadores y distribuidores, sobre él cum-‘ plimiénto de los requisitos establecidos en esta norma, así como las características de funcionamiento de los equipos y procedimientos utilizados para determinar la concentración de emisiones de escape en condiciones de marcha mínima o "ralenti", prueba estática.

5. MÉTODO DE ENSAYO

5.1 Fundamento

5.1.1 El principio de operación se basa en la absorción de luz infrarroja no dispersa de gases para la determinación de hidrocarburos, monóxido y dióxido de carbono.

E-ÍO Ca r l o s Pá e z P é r e z <S>, 2006

A n e x o E.- N o r m a d e E m is io n e s p a r a V e h íc u l o s a jGa s o l j n a

5.1.1.1 El oxigeno se mide utilizando una celda de combustible (fue/ cellj. Esto no excluye el uso de equipos con otro principio de operación, siempre y cuando sean homologados.

5.2 Equipos

5.2.1 Ver numeral 4. Disposiciones Generales.

5.2.2 Capacidad de auto calibración. Los equipos de medición deben tener incorporada la función propia de auto calibración, la cual se debe realizar automática mente cada vez que el equipo es encendido, o manualmente cada vez que el usuario lo requiera.

5.2.3 Los equipos de medición deben contar con un dispositivo de impresión directa de los resultadosy de la identificación del vehículo automotor medido.

5.2.4 Los equipos deben contar con un tacómetro para la medición de las revoluciones del motor.

5.2.5 El equipo debe disponer de características de seguridad que garanticen la protección del operador.

5.3 C a lib rac ión

5.3.1 La calibración del equipo se debe realizar siguiendo estrictamente las especificaciones de frecuencia del fabricante del equipo. En caso que éstas, no estén disponibles, fa calibración se debe realizar, como máximo, cada tres meses.

5.3.2 El equipo se debe calibrar luego de cada mantenimiento correctivo.

5.3.3 La calibración anterior es independiente de la autocalibración automática que realiza el equipo cada vez que es encendido.

5.3.4 El gas de calibración debe cumplir con los requisitos establecidos en la norma ISO 6145. Este gas debe contar con una certificación emitida por el fabricante, de acuerdo con lo establecido en la norma anteriormente indicada.

5.4 Procedimiento de medición

5.4.1 Antes de lo pruebo, realizar las verificaciones siguientes:

5.4.1.1 Someter al equipo a un periodo de calentamiento y estabilización, según las especificaciones del fabricante.

Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 2 0 0 6 E-1 1

A n e x o E.- N o r m a d e E m is io n e s p a r a V e h íc u l o s a G a s o l in a

5.4.1.2 Retirar todo material en forma de partículas y eliminar toda sustancia extrañao agua, que se hayan acumulado en la sonda de prueba y que puedan alterar las lecturas de la muestra.

5.4.1.3 Revisar que la transmisión del vehículo esté en neutro (transmisión manual) o parqueo: (transmisión automática).

5.4.1.4 Revisar que el control manual dei ahogador (choque), no se encuentre en operación, y que los accesorios del vehículo (luces, aire acondicionado, etc.), estén apagados.

5.4.1.5 Revisar en el vehículo que el sistema de escape se encuentre en perfectas condiciones de funcionamiento y sin ninguna salida adicional a las del diseño que provoque dilución de los gases de escape o fugas de los mismos. Las salidas adicionales a las contempladas en el diseño original no deben ser aceptadas, aunque éstas se encuentren bloqueadas al momento de la prueba.

5.4.1.6 Si el vehículo no cumple con las condiciones establecidas en el numeral 5.4.1.5, la prueba no se debe realizar hasta gue se corrijan aquellas.

5.4.1.7 Revisar que el nivel de aceite en el cárter esté entre el mínimo y máximo recomendado por el fabricante, con el motor apagado y el vehículo en posición horizontal.

5.4.1.8 Encender el motor del vehículo y verificar que se encuentre a la temperatura normal de operación

5.4.2 Medición

5.4.2.1 Conectar el tacómetro del equipo de medición al sistema de encendido del motor y verificar las condiciones de marcha mínima o "ralenti".

5.4.2.2 Con el motor a temperatura normal de operación y en condición de marcha mínima o "ralenti", introducir la sonda de prueba en el punto de salida del sistema, de escape del vehículo' Tener la seguridad de que la sonda permanezca fija dentro del sistema de escape mientras dure la prueba.

5.4.2.3 Esperar el tiempo de respuesta del equipo de medición dado por cada fabricante.

5.4.2.4 Imprimir las lecturas estabilizadas de las emisiones medidas.

5.4.2.5 Si, por diseño, el vehículo tiene doble sistema de escape, medir por separado cada salida. El valor del resultado final será la mayor lectura registrada.

E-12 Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2006

A n e x o E.- N o r m a d e E m is io n e s p a r a V e h íc u l o s a jGa s q l in a

5.5 Informe de resultados

5.5.1 El resultado final será la mayor lectura registrada de los valores de las lecturas obtenidas en el numeral 5.4.2.4.

5.5.2 La institución que realiza la prueba debe emitir un informe técnico con los resultados de ia misma, adjuntado el documento de impresión directa del equipo de medición.

Ca r lo s Pá e z Pér ez ®, 2006 E-13

ANEXO

LIMITES Y METODOS DE MEDICION DE EMISIONES DE

VEHICULOS A DIESELExtractos de la Normas Técnicas Ecuatorianas NTE INEN 2 207:98 y NTE INEN 2 202:99

LIMITES PERMITIDOS DE EMISIONES

1 OBJETO

1.1 Esta norma establece los límites permitidos de emisiones de contaminantes producidas por fuentes móviles terrestres (vehículos automotores) de diesel.

2 ALCANCE

2.1 Esta norma se aplica a las fuentes móviles terrestres de más de tres ruedas.

2.2 Esta norma no se aplica a las fuentes móviles que utilicen combustibles diferentes a diesel

C a r l o s P á e z P é r e z ® , 2 0 0 6 F-1

A n e x o f .- N o r m a d e E m is io n es p a r a V e h íc u lo s A d i e s e l

2.3 Esta norma no se aplica a motores de pistón libre, motores fijos, motores náuticos, motores para tracción sobre rieles, motores para aeronaves, motores para tractores agrícolas, maquinarias y equipos para uso en construcciones y aplicaciones industriales.

3 DEFINICIONES

Para los efectos de esta norma se adoptan tas siguientes definiciones:

3.1 Aceleración libre

Es el alimento de revoluciones del motor de la fuente móvil, llevado rápidamente a máxima aceleración estable, sin carga y en neutro (para cajas manuales) y en parqueo (para cajas automáticas).

3.2 Año modelo

Año que identifica el de producción del modelo de la fuente móvil.

3.3 Área frontal

Área determinada por la proyección geométrica de las distancias básicas del vehículo sobre su eje longitudinal el cual incluye llantas pero excluye espejos y detectores de aire a un plano perpendicular al eje longitudinal del vehículo.

3.4 Certificación de la casa fabricante

Documento expedido por la casa fabricante de un vehículo automotor en el cual se consignan los resultados de la medición de las emisiones de contaminantes del aire (por el escape y evaporativas) provenientes de los vehículos prototipo seleccionados como representativos de los modelos nuevos que saldrán al mercado.

3.5 Ciclo

Es el tiempo necesario para que el vehículo alcance la temperatura normal de operación en condiciones de marcha mínima o ralenti. Para las fuentes móviles equipadas con electro ventilador, es el perioclo que transcurre entre el encendido del ventilador del sistema de enfriamiento y el momento en que el ventilador se detiene.

3.6 Ciclos de prueba

Un ciclo de prueba es una secuencia de operaciones estándar a las que es sometido un vehículo automotor o un motor, para determinar el nivel de emisiones que produce. Para los propósitos de esta norma, los ciclos que se aplican son los siguientes:

F-2 Ca r l o s Pá e z P é r e z 2006

A n e x o f .- N o r m a d e E m is io n e s p a r a V e h íc u l o s a D ie s e l

3.6.1 Ciclo ECE-15 + EUOC

Es el ciclo de prueba dinámico establecido por la Unión Europea para los vehículos livianos y medianos de gasolina o diesel, definidos en la directiva 93/59/EEC.

3.6.2 Ciclo ECE-49

Es el ciclo de prueba estacionario establecido por la Unión Europea para los vehículos pesados de diesel, definido en la directiva 88/77/EEC.

3.6.3 Ciclo FTP- 75

Es el ciclo de prueba dinámico establecido por la Agencia de Protección del Medio Ambiente de los Estados Unidos (EPA), para los vehículos livianos y medianos de gasolina o diese! y publicado en el Código Federal de Regulaciones partes 86 a 99.

3.6.4 Ciclo transiente pesado*Es el ciclo de prueba de estado transitorio establecido por la Agencia de Protección del Medio Ambiente de los Estados Unidos (EPA). Para la medición de emisiones de motores diesel y gasolina utilizados en vehículos pesados y el cual se encuentra especificados en el Código Federal de Regulaciones de ese país, CFR, titulo 10, partes 86 a 99, subparte N.

3.7 Dinamómetro

Aparato utilizado para medir la potencia generada por un vehículo automotor o motor solo, a través de aplicaciones de velocidad y torque.

3.8 Equipo de medición

Es el conjunto completo de dispositivos, incluyendo todos los accesorios, para la operación normal de medición de las emisiones.

3.9 Emisión de escape

Es la descarga al aire de una o más sustancias, en estado sólido, líquido o gaseosoo, de alguna combinación de estos, proveniente del sistema de escape de una fuente móvil.

3.10 Fuente móvil

Es la fuente de emisión que por razón de su uso o propósito es susceptible de desplazarse propulsado por su propia fuente motriz. Para propósitos de esta norma, son fuentes móviles todos los vehículos automotores.

C a r l o s P á e z P é r e z ®, 2 0 0 6 F-3


3.11 Humo

Residuo resultante de la combustión incompleta, que se compone en su mayoría de carbón, cenizas y de partículas sólidas visibles en el medio ambiente.

3.12 Homologación

Es el reconocimiento de la autoridad ambiental competente a los procedimientos de evaluación de emisiones o a los equipos-o sistemas de medición o de inspección de emisiones, que dan resultados comparables o equivalentes a los procedimientos, equipos o sistemas definidos en esta norma.

3.13 Informe técnico

Documento que contiene los resultados de la medición de las emisiones del motor, operando en las condiciones contempladas en esta norma.

3.14 M archa mínima o ralenti

Es la especificación de velocidad del motor establecida por el fabricante o ensamblador del vehículo, requerida para mantenerlo funcionando sin carga y en neutro (para cajas manuales) y en parqueo (para cajas automáticas). Cuando no se disponga de la especificación del fabricante o ensamblador del vehículo, la condición de marcha mínima o ralenti se establecerá en un máximo de 1 100 rpm.

3.15 Masa m áxim a

Es la masa equivalente al peso bruto del vehículo.

3.16 Motor

Es la principal fuente de poder de un vehículo automotor que convierte la energía de un combustible líquido o gaseoso en energía cinética.

3.17 O pacidad

Grado de reducción de la intensidad de la. luz visible que ocasiona una sustancia al pasar aquélla a través de esla. -

3.18 Partículas

Son sustancias sólidas emitidas a través del escape de un vehículo automotor o de un motor en prueba, producto de una combustión incompleta o de la presencia de elementos extraños en el combustible.

3.19 Peso bruto del vehículo

Es el peso neto del vehículo más la capacidad de carga útil o de pasajeros, definida en kilogramos.

F-4 Ca r l o s Pá e z P é r e z <S>, 2006

A n e x o F.- N o r m a d e E m is io n e s p a r a V e h íc u l o s a D ie s e l

3.20 Peso neto de! vehículo

Es el peso real solo del vehículo en condiciones de operación normal con todo el equipo estándar de fábrica, más el combustible a la capacidad nominal del tanque.

3.21 Peso de referencia

Es el peso neto del vehículo más 100 kg.

3.22 Peso del vehículo cargado

Es el peso neto del vehículo más 136,08 kg (300 Ib.)

3.23 Porcentaje de opacidad

Unidad de medición que define el grado de opacidad del gas de escape de una fuente móvil emisora.

3.24 Prueba dinám ica

Es la medición de emisiones que se realiza con el vehículo o motor sobre un dinamómetro, aplicando los ciclos de prueba descritos en la presente norma.

3.25 Temperatura normal de operación

Es aquella que alcanza el motor después de operar un mínimo de 10 minutos en marcha mínima (ralenti), o cuando en estas mismas condiciones la temperatura del aceite en el cárter del motor alcance 75° C o más. En las fuentes móviles equipadas con electro ventilador esta condición es confirmada después de operar un ciclo.

3.26 Vehículo automotor

Vehículo de transporte terrestre, de carga o de pasajeros, que se utiliza en la vía publica, propulsado por su propia fuente motriz.

3.27 Vehículo o motor prototipo o de certificación

Vehículo o motor de desarrollo o nuevo, representativo de la producción de un nuevo modelo.

4 CLASIFICACIÓN

Para los propósitos de esta norma, se establece la siguiente clasificación de los vehículos automotores:

4.1 Según la agencia de protección ambiental de los estados unidos (EPA), la siguiente clasificación se aplica únicamente para ios ciclos de prueba FTP- 75 y ciclo transiente pesado.

C a r l o s Pá e z P érez ®, 2006 F-5

a n e x o f .- N o r m a d e E m is io n e s p a r a V e h íc u l o s a D ie s e l

4.1.1 Vehículos livianos. Es aquel vehículo automotor tipo automóvil o derivado de éste, diseñado para transportar hasta 12 pasajeros.

4.1.2 Vehículos medianos. Es aquel vehículo automotor cuyo peso bruto vehicular es menor o igual a 3 8ó0 Kg„ cuyo peso neto vehicular es menor o igual a 2 724 Kg. y cuya área frontal no exceda de 4-18 m2. Este vehículo debe estar diseñado para:

%

4.1.2.1 Transportar carga o para convertirse en un derivado de vehículos de este tipo

4.1.2.2 Transportar más de 12 pasajeros

4.1.2.3 Ser utilizado u operado fuera de carreteras o autopistas y contar para ello con características especiales.

4.1.3 Vehículos pesados. Es aquel vehículo automotor cuyo peso bruto del vehículo sea superior a 3 860 Kg., o cuyo peso neto del vehículo sea superior a 2 724 kg, o cuya área frontal excede de 4,18 m2.

4.2 Según la Unión Europea, estas definiciones se aplican únicamente para los ciclos de prueba ECE- 49 y ECE-15 + EUOC.

4.2.1 Categoría M. Vehículos automotores destinados al transporte de personas y que tengan por lo menos cuatro ruedas.

4.2.1.1 Categoría M I, Vehículos automotores destinados al transporte de hasta 8 personas más el conductor.

4.2.1.2 Categoría M2. Vehículos automotores destinados al transporte de más de 8 personas más el conductor y cuya masa máxima no supere las 5 toneladas.

4.2.1.3 Categoría M3. Vehículos destinados al transporte de más de 8 personas más el conductor y cuya masa máxima supere las 5 toneladas.

4.2.2 Categoría N. Vehículos automotores destinados al transporte de carga, que tengan por lo menos cuatro ruedas.

4.2.2.1 Categoría NI. Vehículos automotores destinados al transporte de carga con una masa máxima no superior a 3.5 toneladas.

4.2.2.2 Categoría N2. Vehículos automotores destinados al transporte de carga con una masa máxima superior a 12 toneladas.

F-6 Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2006


4.2.2.3 Categoría N3. Vehículos automotores destinados al transporte de carga con una masa máxima superior a 12 toneladas.

5. DISPOSICIONES GENERALES

5.1 Los importadores y ensambladores de vehículos nuevos deben obtener la certificación de emisiones expedida por !a casa fabricante o propietaria del diseño del vehículo y avalada por la autoridad competente del país de origen o de un laboratorio autorizado por ella. Los procedimientos de evaluación base para las certificaciones serán los ciclos FTP-75, ciclo transiente pesado ECE 15+ EUDC o ECE 49, según las características del vehículo.

5.2 Los importadores y ensambladores están obligados a suministrar copia de la certificación de emisiones a quienes adquieran los vehículos.

5.3 La autoridad competente podrá en cualquier momento verificar la legalidad de las certificaciones presentadas por los importadores y ensambladores sobre el cumplimiento de los requisitos establecidos en esta norma, así como las características de funcionamiento de ios equipos y procedimientos utilizados para ia medición de la opacidad en aceleración libre.

6. REQUISITOS

6.1 Límites máximos de emisiones para fuentes móviles de diesel. Ciclos FTP-75 y ciclo transiente pesado (prueba dinámica).

6.1.1 Toda fuente móvil de diesel que se importe o se ensamble en el país no podrá emitir al aire monóxido de carbono (CO) , hidrocarburos (HC), óxidos de nitrógeno (NOx) y partículas en cantidades superiores a las indicadas en la tabla 1.

Ca r lo s Pá e z P érez <B>, 2006 F-7


Tabla 1 Límites máximos de emisiones permitidos para fuentes móviles con motor de diesel ¡prueba dinámica)' a partir del año modelo 2000 (ciclos

americanos!

Pesobru-

Cnteaorías to d e lCategorías vehícuIo

Peso del vehículo cargado

k

: i ■Partículas

g/kmCiclo d e pruebas

Vehículos livianos

VehículosMedianos

VehículosPesados**

2.10 0.25 0.62i

=< 3860 =<1700 6.2 - 0.5 0.75 0.16

1700-3860

6.2 0.5 1.1 0.08

>3860 15.5 1.3 5.0 0.1***

FTP-75

Transientepesado

* Prueba realizada a nivel del mar** en g/bHP-h (gramos / grake horse Power - hora)*** para buses urbanos el valor es 0.07 g/bHP-h

6.2 Limites máximos de emisiones para! fuentes móviles de diesel. Ciclos ECE-15+ EUDC o ECE-49 (prueba dinámica).

6.2.1 Toda fuente móvil con motor de diesel no podrá emitir al aire monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HG) óxidos de nitrógeno (NOx) y partículas en cantidades superiores a las indicadas en la tabla 2.

F-8 C a r lo s Páez P é re z 2006


Tabla 2 Límites máximos de emisiones paro fuentes móviles con motor de diesel (prueba dinámica). a partir del año modelo 2000 (ciclos europeosj.

CategoríasPeso bru

to del vehículo

Kg.

Peso del vehículo cargado Kg.

coG/km

HC NOx G/km G/km

PartículasG/km

..Cíelo de pruebas,-v **

Mi m =<3500 2.72 0.97 <4> 0.14Mi (2), NI <1250

>1250<17002.725.17

0.97 <4) 1.4<4>

0.140.19

ECE-15

>1700 6.9 • 1.7<4) 0.25N2, N3, M2, M3 >3500 4.0 1.1 7.0 0.15 ECE-49

* Prueba realizada a nivel del marni Vehículos que transportan hasta 5 pasajeros mas el conductor y con un peso bruto del vehículo menor o igual a 2.5 toneladas(2) Vehículos que transportan mas de 5 pasajeros mas el conductor o cuyo peso bruto del vehículo excede 2.5 toneladas *(3> Unidad g/kWh mi HC+NOx

6.3 Requisitos máximos de opacidad de humos para fuentes móviles de diesel. Prueba de aceleración libre.

6.3.1 Toda fuente móvil con motor de diesel en condición de aceleración libre, no podrá descargar al aire humos en cantidades superiores a las indicadas en la Tabla3.

Tabla 3 Límites máximos de opacidad de emisiones para fuentes móviles con motor de diese' ¡prueba de aceleración libre]

Año modelo % Opacidad

•2000 y posteriores 501999 y anteriores 60

Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 2 0 0 6 F-9

ANEXO F.- NORMA DE EMISIONES PARA VEHÍCULOS A DIESEL

MEDICION DE EMISIONES: ACELERACIÓN LIBRE

1 OBJETO

1 .1 Esta norma establece el método de ensayo para determinar el porcentaje de opacidad de las emisiones de escape de las fuentes móviles con motor de diesel mediante el método de aceleración libre.

■k

2 ALCANCE

2.1 Esta norma se aplica a los vehículos automotores cuyo combustible es diese!.

3 DEFINICIONES

3.1 Para los efectos de esta norma se adoptan las definiciones contempladas en la NTE INEN 2207, y las que a continuación se detallan:

V3.1.1 Aceleración libre

Es el aumento de revoluciones del motor de la fuente móvil, llevado rápidamente desde marcha mínima a máxima revoluciones; sin carga y en neutro (para transmisiones manuales) y en parqueo (para transmisiones automáticas).

3.1.2 Auto calibración

Es la rutina en la cual el equipo verifica el funcionamiento óptimo de todos sus componentes instrumentales y realiza una comparación con los patrones internos incorporados por el fabricante.

3.1.3 Calibración de un equipo de medición

Operación destinada a llevar un instrumento de medida al estado de funcionamiento especificado por el fabricante para su utilización.

3.1.4 Exactitud*

Grado de. concordancia (la mayor o menor cercanía) entre el resultado de una medición y un valor verdadero del mensurando.

3.1.5 O pacidad

Grado de reducción de la intensidad de la luz visible que ocasiona una sustancia al pasar aquella a través de ésta.

3.1.6 O pacím etro

Instrumento de medición que opera sobre el principio de reducción de la intensidad de la luz que se utiliza para determinar el porcentaje de opacidad.

F-IO Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2006

A n e x o F.~ N o r m a d e E m is io n es p a r a V e h íc u lo s a D ie s e l

3.1.7 Porcentaje de opacidad

Unidad de medición que determina el grado de opacidad de las emisiones de escape de una fuente móvil a diesel.

3.1.8 Repetibilidad

Grado de concordancia de resultados de sucesivas mediciones de la misma variable, realizadas en iguales condiciones de medida.

3.1.9 Tiempo de calentam iento del equipo de ensayo

Es el período en segundos entre el momento en que el equipo es energizado o encendido y el momento en que cumple con los requerimientos de estabilidad, para realizar la lectura de la variable.

3.1.10 Tiempo de respuesta del equipo de medición

Es el periodo en segundos que el equipo requiere para medir y entregar los resultados de los ensayos realizados.

%

3.1.11 Sonda de prueba

Tubo o manguera que se introduce a la salida del sistema de escape del vehículo automotor para tomar una muestra de las emisiones.

4 DISPOSICIONES GENERALES

4.1 Los importadores y distribuidores de opacímetros deben obtener una certificación de cumplimiento, expedida por la casa fabricante o propietaria del diseño del equipo o de un laboratorio autorizado por ella y avalada por la autoridad com petente del país de origen. El procedimiento de evaluación base para certificar los opacímetros a ser utilizados debe cumplir con la Norma ISO 11614.

4.2 Los importadores y distribuidores, están obligados a suministrar copia de ía certificación establecida en el numeral 4.1, a quienes adquieran los opacímetros.

4.3 La autoridad competente, podrá en cualquier momento verificar la legalidad de las certificaciones presentadas por los importadores y distribuidores, sobre e! cumplimiento de los requisitos establecidos en esta norma, así como las características de funcionamiento de ios equipos y procedimientos utilizados para medir ía opacidad en aceleración libre.

Car lo s Pá e z P é r ez ®, 2006 F~11


5 METODO DE ENSAYO

5.1 Fundamento.

5.1.1 Este método de ensayo se basa en la determinación del porcentaje de luz visible Que se absorbe, y refleja cuando un haz de ésta atraviesa la corriente de las emisiones provenientes del’ sistema de escape.

*

5.2 Equipos

5.2.1 Ver numeral 4, Disposiciones Generales.

5.2.2 Capacidad de auto calibración. Los opacímetros deben tener incorporada esta función propia, la cual se debe realizar automáticamente cada vez que el opacímetro es encendido, o manualmente, cada vez que el.usuario lo requiera.

5.2.3 Los opacímetros deben contar con un dispositivo de impresión directa de los resultados y de la identificación del vehículo automotor medido.

5.2.4 El equipo debe disponer de las características de seguridad que garanticen la protección del operador.

5.3 Calibración

5.3.1 Calibración del O %. El circuito eléctrico de la fuente de luz y del receptor deben ser ajustados de tal manera que la lectura de salida marque cero cuando el flujo de luz pase a través de la zona de medición en ausencia de emisiones de escape.

5.3.2 Calibración del 100 %. Utilizar un filtro de densidad óptica neutral y colocar éste perpendicularmente al haz de luz con un valor que corresponda al 100 % de opacidad o una pantalla que permita bloquear completamente la fuente de luz, en ausencia de emisiones de escape.

5.3.3'Calibración intermedia. Utilizar por lo menos tres filtros calibrados de densidad neutra, con valores representativos en el rango de O a 100 %, en ausencia de emisiones de escape.

5.3.3.1 Insertar los filtros en la trayectoria de la luz, perpendicularmente al haz emitido

5.3.3.2 El error de lectura no deberá superar a +-1 % del valor conocido.

5.3.4 La calibración del opacímetro se debe realizar siguiendo estrictamente las especificaciones de frecuencia del fabricante del equipo.

F-Í2 Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2006

A n e x o F.- n o r m a d e E m is io n es p a r a V e h íc u lo s a D ie s e l

5.3.4.] En el caso de que esas especificaciones no estén disponibles, ia calibración se debe realizar por lo menos cada tres meses.

5.3.4.2 Adicionalmente, calibrar el equipo' luego de cada mantenimiento correctivo. Esta calibración es independiente de la autocalibración automática que realiza el equipo cada vez que es encendido.

5.4 Procedimiento de medición

5.4.1 Antes de la prueba.

5.4.I.] Verificar que el sistema de escape del vehículo se encuentre en perfectas condiciones de funcionamiento y sin ninguna salida adicional a las del diseño, que provoque dilución de los gases de escape o fugas de los mismos. Las salidas adicionales a las contempladas en el diseño original no deben ser aceptadas, aunque éstas se encuentren bloqueadas al momento de la prueba.

5.4.1.2 Verificar que el nivel de aceite en el cárter del motor del vehículo esté entre el minimo y el máximo recomendado por el fabricante del vehículo, con el motor apagado y el vehículo en posición horizontal.

5.4.1.3 Verificar que el motor del vehículo se encuentre en la temperatura normal de operación.

5.4.1.4 Verificar que la transmisión del vehículo se encuentre en neutro (transmisión manual) o en parqueo (transmisión automática).

5.4.1.5 Si el vehículo no cumple con las condiciones determinadas anteriormente, la prueba no se debe realizar, hasta que se corrijan las fallas correspondientes.

5.4.1.6 Someter al equipo de medición a un periodo de calentamiento y estabilización, según las especificaciones del fabricante.

5.4.1.7 Verificar que se haya realizado el proceso de auto calibración en el equipo.

5.4.1.8 Verificar que el opacímetro marque cero en ia lectura.

5.4.2.1 Verificar que no exista ningún impedimento físico para el libre movimiento del acelerador.

5.4.2.2 Con el motor funcionando en "ralenti", realizar por lo menos tres aceleraciones consecutivas, desde la posición de "ralenti” hasta la posición de máximas revoluciones, con el fin de limpiar el tubo de escape.

Ca r lo s Pá e z P érez ®, 2006 F-13

AN EX O

GPLAN DE MANEJO DE LA CALIDAD DEL AIRE DEL

DISTRITO METROPOLITANO DE QUITO 2005 - 201 O

Este texto corresponde al Resumen Ejecutivo del PMCA-Q. La versión íntegra puede ser descargada de www.corpaire.org

La situación actual de la calidad del aire en el Distrito Metropolitano de Quito exige un esfuerzo de reflexión sobre las acciones adicionales que deben enfrentarse para el mejoramiento sostenido de la calidad del recurso atmosférico. Es necesario optimizar las medidas y priorizar los recursos, a partir de una visión integral del reto que implica el manejo técnico-científico de la calidad del aire y la atención apropiada a sus aristas sociales, económicas, tecnológicas y políticas. El presente Plan de Manejo de ¡a Calidad aei Aire (PMCA-Q), apunta en esa dirección.

O b j e t iv o y e s t r a t e g ia s

El objetivo principal del presente Plan de Manejo de la Calidad del Aire (PMCA-Q) es el de lograr la efectiva ejecución del Plan Maestro de Gestión Ambiental del Distrito Metropolitano de Quito, en lo referente al recurso aire, a fin de prevenir y evitar

Ca r l o s P á e z P é r e z ® f 2 0 0 6


a n e x o G.- P l a n d e M a n e j o d e l a C a l i d a d d e l A ir e d m q

los daños que se puedan ocasionar a la salud humana, a los recursos naturales y al patrimonio cultural en su territorio, derivados de la calidad del aire, durante el período 2005 - 2010.

Para ello, es preciso impulsar las siguientes estrategias que permitan garantizar la continuidad de los programas propuestos y una mayor efectividad de sus logros:

1. Coordinación institucional: sostener una coordinación permanente con todas las instancias municipales que tienen, a través de sus actividades, incidencia en la calidad atmosférica de Quito, articulando acciones que garanticen la efectividad de los programas establecidos.

2. Fortalecimiento de la gestión ambiental local: contribuir al fortalecimiento de la gestión ambiental local, propendiendo a racionalizar el ejercicio de las competencias de ias diferentes instituciones y consolidando un marco jurídico e institucional apropiado para enfrentar la contaminación atmosférica del Distrito.

3. Sostenibilidad del PMCA-Q: asegurar la sostenibilidad de las acciones propuestas en el PMCA-Q y de sus logros, a través de la concertación entre todos los sectores involucrados, la búsqueda de fuentes de financiamiento permanentes; y, la ejecución integral, sistemática, y sostenida del PMCA de Quito.

4. Desarrollar el conocim iento local: promover e incentivar la actividad investigati- va en los diferentes espacios educativos, con el objeto de incrementar el conocimiento y configurar una capacidad técnica local sobre el manejo de la calidad del aire en el DMQ.

5. Consideración de los problemas ambientales globales: tomar en cuenta la situación de los problemas ambientales mundiales y de las iniciativas que a nivel internacional se adoptan para abordarlos. Especial interés merece para el país los procesos de cambio climático y desertización, que en la actualidad están incidiendo en el deterioro de los recursos naturales y de la calidad de vida de la población.

E l m a r c o j u r í d i c o e i n s t it u c i o n a l p a r a l a g e s t ió n d e l r e c u r s o

Como consecuencia del "status" legal del Distrito Metropolitano de Quito, la principal normatividad adjetiva local para la calidad del aire se encuentra en las Ordenanzas Metropolitanas para el control de emisiones por fuentes fijas y móviles.

En el aspecto institucional, la creación de entidades relacionadas con el Municipio, como CORPAIRE, Corporación para el Mejoramiento del Aire de Quito (en cuyo nacimiento intervino el Municipio junto a otras instituciones públicas y privadas), así como la de la Red de Monitoreo de la Calidad del Aire (que hoy es parte de COR- PAIRE), llamadas a actuar en coordinación con el resto del andamiaje municipal, son experiencias pioneras en el país, que buscan dar un manejo integral a esta temática, así como un tratamiento ágil y efectivo a las tareas de control.

Ca r l o s p á e z P é r e z ®. 2 0 0 6

A n e x o G .- P l a n d e M a n e j o d e l a C a l i d a d d e l A ir e D M Q

E l e s t a d o a c t u a l d e l r e c u r s o a ir e

La actual capacidad instalada garantiza una buena evaluación del estado de la calidad del aire, y es una referencia objetiva para medir los avances en materia de prevención y control de la contaminación.

lom ando como año de referencia el 2004, la REMMAQ ha registrado un total de excesos en 17 ocasiones en que se han rebasado los límites máximos permitidos fijados en la Norma, en uno o más contaminantes comunes del aire. Estos excesos ocurrieron en 13 días, lo cual representa el 3.6% del tiempo. En 9 de esos 13 días, el exceso se produjo en ozono. De todas las ocasiones en que se sobrepasó la Norma, solamente una llegó al nivel de alerta fijado en la misma Norma, lo cual ocurrió para el material particulado PMio, que en la estación Jipijapa registró un valor de 336,53 ug/m 3 el 5 de marzo del 2004.

En el caso de los contaminantes comunes del aire para los cuales existe un límite relacionado con tiempos de exposición de largo plazo (promedios anuales), es notorio el hecho de que en las estaciones Belisario y Jipijapa, ubicadas en la zona norte de Quito, los promedios anuales de material particulado PMio superan la norma, mientras que para el material particulado fino (PM 2.5), aunque el período de monitoreo es limitado a cuatro meses, se observa una tendencia ai incumplimiento del límite en las estaciones Turubamba, Belisario y El Camal. En los casos de los dióxidos de azufre y de nitrógeno, no se registran promedios elevados con respecto a la norma. La situación descrita se puede resumir señalando que los principales contaminantes con los que tiene que lidiar la dudad de Quito y sus valles aledaños son el ozono y el material particulado PM 10 y PM2.5.

Finalmente, se debe anotar que la DMMA y CORPAIRE han diseñado un instrumento de difusión amplia de la calidad del aire, denominado índice Quiteño de Calidad del Aire (IQCA), que transforma las mediciones en unidades y términos de ingeniería a una escala adimensional y un código de colores que facilita la comprensión de la información, especialmente para los episodios críticos de contam inación fijados en la normatividad ecuatoriana.

L a s f u e n t e s e m is o r a s d e c o n t a m in a n t e s

La información preliminar procesada por CORPAIRE evidencia que las principales contribuyentes de cargas contaminantes a la atmósfera quiteña son las fuentes móviles (vehículos particulares y públicos, tanto de gasolina como diesel), aunque también es significativa la contribución de las centrales de generación termoeléctrica, particularmente para el caso de los óxidos de nitrógeno y el dióxido de azufre. Para este último contaminante, el aporte de las otras fuentes fijas (chimeneas industriales) también es significativo.

En esta sección es importante destacar el papel de la calidad de los combustibles para las emisiones de las fuentes mencionadas. En efecto, para la gasolina, es noto

Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 2006 G-3

A n e x o G.- P l a n d e M a n e j o d e l a C a l i d a d d e l A ir e D M Q

rio que el bajo octanaje y el alto contenido de azufre, afectan el rendimiento de los motores y la eficiencia de los convertidores catalíticos, lo que redunda en un incremento de las emisiones. Por su lado, para el diesel, el caso del azufre constituye un determinante para la tecnología vehicular que es posible utilizar, con la consiguiente limitación que esto implica en la reducción de emisiones de este tipo de vehículos.

LOS PROGRAMAS PROPUESTOS*

Los objetivos del PMCA-Q constituyen el primer criterio de definición de la programación propuesta, habiéndose identificado tres componentes básicos, vinculados a la gestión pública y social del recurso, la vigilancia de su estado y a las medidas técnicas orientadas a la reducción de emisiones.

Hay que notar que esta programación no es una "camisa de fuerza" para los actores involucrados en la gestión del recurso; por el contrario, constituye una sistematización de sus propias expectativas, dentro de un contexto integral, de manera de optimizar los recursos y potenciar los impactos positivos.

Los componentes y programas son los siguientes:

1. Gestión ambiental pública y participación social (GPS):GPS01 Consolidación de la autoridad ambiental local.GPS02 Definición e implementación del plan de contingencias ante episodios

críticos de contam inación del aire.GPS03 Comunicación, educación y participación ciudadana.

2. Vigilancia de la calidad del aire (VCA):VCA01 Fortalecimiento de la Red de Monitoreo Atmosférico de Quito.VCA02 Construcción y actualización del inventario de emisiones del DMQ VCA03 Fortalecimiento del Centro de Capacitación e Investigación sobre Con

trol de Emisiones Vehiculares.VCA04 Nuevas investigaciones sobre impactos de la contaminación-atmosféri

ca. • . ' •

3. Medidas técnicas para la reducción de emisiones (MTR):MTR01 Mejoramiento continuo del programa de verificación vehicular obliga

toria.MTR02 Reducción progresiva del volumen de emisiones contaminantes del

parque vehicular del Distrito Metropolitano de Quito.MTR03 Cambio modal de la transportación.MTR04 Mejoramiento de la calidad de los combustibles que se comercializan

en el DMQ.MTR05 Mejoramiento de las prestaciones tecnológicas y aplicación de proce

sos de producción más limpia en industrias

G-4 Ca r l o s Pá e z P é r e z 2 0 0 6

A n e x o G .- P l a n d e M a n e j o d e l a C a l i d a d d e l A ir e D M Q

MTR06 Consolidación del control público de los establecimientos industriales, comerciales y de servicios ubicados en el DMQ

MTR07 Control de radiación electromagnética no ionizante,MTR08 Control a fuentes fijas de área y biogénicasMTR09 Reducción de emisiones atmosféricas de centrales termoeléctricas MTR10 Control y recuperación de emisiones evaporativas en estaciones de ser

vicio y aimacenadotas de combustibles MTR11 Reducción de los niveles de ruido intraurbano

Cada uno de estos programas ha sido debidamente detallado dentro del Plan, con el señalamiento de los objetivos, resultados esperados, principales actividades, cronograma valorado y responsabilidades de ¡os distintos actores.

S e g u i m ie n t o y e v a l u a c ió n d e l P l a n

Un plan multianual como éste, en el que además están involucrados un conjunto de actores de distinta naturaleza, requiere un sólido esfuerzo de seguimiento y evaluación para determinar de manera objetiva los logros o retrasos, con la finalidad de tomar los correctivos necesarios y fortalecer el nivel de cumplimiento de sus objetivos.

En este sentido, se han propuesto indicadores que permitirán evaluar este PMCA-Q. Algunos de éstos pueden ser empleados directamente; en otros casos, es necesario desarrollar las capacidades para su determinación, lo cual derivará de la ejecución de los programas que forman parte de este Plan. Estos indicadores tiene que ver con: (a) la calidad del aire, (b) las emisiones; y, (c) los impactos de la contam inación atmosférica.

La estrategia de seguimiento y evaluación del PMCA-Q se ilustra en la siguiente figura, donde se identifican ios actores y sus responsabilidades en el proceso:

instancias ejecutoras(ejecución y reporte)

DMMA(sistematización e informe)

Instancia técnica asesora(evaluación y recomendación}

Instancia política: Comisión Medio Ambiente del Concejo(evaluación y recomendación)

Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 200 6 G-5

A n e x o G.- P l a n d e M a n e j o d e l a . C a l i d a d d e l A ir e D M Q

B e n e f i c i o s , c o s t o s y f i n a n c i a m i e n t o

Para asegurar el cumplimiento de los objetivos generales y específicos de este Plan, así como la ejecución de los programas, es fundamental que se asegure el financiamiento requerido. Con esta perspectiva y de manera previa, se presenta un análisis cualitativo de los beneficios derivados de la implementación de este Plan:

- Una reducción significativa de las afectaciones a la salud y bienestar de la población y a la economía de la sociedad por efectos de la contam inación del aire, reflejada en la reducción de afecciones respiratorias, ausentismos laborales y costos en servicios de salud.

- Una reducción de los riesgos de degradación de los edificios y monumentos del Centro Histórico de Quito y del resto de la ciudad, al limitar los niveles de concentración de óxidos de nitrógeno y azufre/precursores de la lluvia ácida, que afecta los materiales de construcción pétreos y metálicos.

- Un mejoramiento tecnológico global del parque vehicular que circula en el DMQ, fundam entado en una mejor calidad de los combustibles, y en una planificación del transporte, que incorpore la variable ambiental dentro de sus prioridades.

- Experiencias exitosas de participación pública concertada en la gestión de la calidad del aire, incluyendo el fortalecimiento de la capac idad científica y técnica local sobre esta problemática.

- Una contribución al esfuerzo mundial por reducir la emisión de gases de efecto invernadero.

- Información sobre calidad del aire y su gestión, como fundamento para la elaboración del segunda PMCA que complemente y dé continuidad a las accio nes iniciadas.

- Un. ejemplo nacional de buena gestión del recurso atmosférico, que sirva com o referente para esfuerzos similares en otras ciudades del país.

En cuanto a los costos, en términos generales se refieren básicamente a las actividades de planificación y estudios técnicos de factibilidad, fiscalización, control y difusión, entendidas como tareas inherentes a esas instituciones del poder público; así como a la implementación de medidas en el ámbito de responsabilidad municipal. En este marco, para la implementación del PMCA-Q a lo largo del período 2005 - 2010, se ha estimado un costo institucional de USD 4,5 millones, de los cuales está financiado un 40,8%. Hay que aclarar que este monto es mucho mayor si se considera la integralidad de la implementación de las medidas.

El señalamiento de las posibilidades de financiamiento para la implementación de este PMCA-Q se basa en la consideración de los siguientes criterios generales:

C-6 Ca r l o s p á e z Pé r e z ®, 2 0 0 6

a n e x o G.- P l a n o e M a n e j o d e l a C a l i d a d d e l A ir e D M Q

- La obligación constitucional del Estado de garantizar un medio ambiente sano, lo que implica necesariamente destinar recursos económicos del Presupuesto General y canalizar otros, posiblemente provenientes de la cooperación internacional o ¡os organismos multilaterales de crédito, a la rehabilitación o protección de los recursos, com o es el caso del aire.

- El principio universal de equidad ambiental, de que quien contam ina paga. En este caso, ios costos de remediar ios daños o prevenir el deterioro del recurso.

- La decisión de los ciudadanos de Quito, am parada en el marco jurídico vigente, de destinar parte de su impuesto a la renta al mejoramiento de la calidad ambiental, de manera de preservar su salud.

En este planteamiento, la responsabilidad de financiar la implementación de este PMCA-Q recae también en el Gobierno Nacional, sobre la base del reconocimiento de que la calidad del aire de Quito ha sido cata logada com o un problema ambiental nacional y de que sus soluciones tendrán impactos positivos en otras ciudades y regiones. Igualmente, el Municipio del Distrito Metropolitano de Quito, como gobierno loca!, tiene también una responsabilidad protagónica en el tema.

Complementariamente, se analizan algunas opciones de financiamiento que han sido utilizadas en otros países para el efecto, o para otros temas vinculados a la gestión urbana, entre ellas: un fideicomiso ambiental, vinculado con el uso de combustibles vehiculares, la participación de los recursos derivados de la donación del 25% del impuesto a la renta, que actualmente maneja la Corporación de Salud Ambiental Vida para Quito; utilización de los fondos GEF (Global Environmental Facility) para los proyectos vinculados a la reducción de emisiones de gases invernadero; y, otros de menor envergadura, como los recursos provenientes de las multas en el proceso de RTV o las donaciones de la cooperación internacional.

Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 200 6 G-7

ANEXO

HMEDICION DE PARAMETROS

METEOROLOGICOS

La medición y el registro de las variables meteorológicas permiten obtener información necesaria para controlar la descarga de los contaminantes del aire en la a tmósfera y para comprender el transporte y la dispersión de los contaminantes emitidos al aire. Estas variables pueden servir para hacer predicciones cualitativas y cuantitativas sobre las concentraciones de contaminantes en el aire en exteriores.

El tema central de este anexo es revisar el instrumental requerido para medir las variables meteorológicas más útiles en los estudios de contam inación del aire; es decir, la velocidad y la dirección del viento, la temperatura ambiental y la diferencia de la temperatura vertical, la radiación solar y la altura de mezcla. La elección de los sensores apropiados depende del tipo de aplicación que se les dará a los datos. Además de los sensores, podrán necesitarse otros equipos para el condicionam iento de la señal y la grabación y tal vez, para el registro electrónico de los datos. Para asegurar la recolección de datos representativos, es necesario seguir rigurosos procedimientos de identificación, instalación y mantenimiento de los instrumentos.

La mejor referencia para este tema constituye la publicación “ Guía de instrumentos y métodos de observación meteorológicos” , editada por la Organización Meteorológica Mundial en 1995 (sexta edición en español). En este texto, a más de información sobre el instrumental se presenta una amplia discusión sobre los procedimientos de instalación, operación y mantenimiento de los equipos y sobre el procesamiento de la información.

C a r lo s Pá e z P é r e z ®, 2 0 0 6 H - í

A n e x o h .- M e d ic ió n d e p a r á m e t r o s m e t e o r o l ó g ic o s

Figura H. I Emplazamiento de una estación meteorológica automática en el techo de una cabina de estación de monitoreo de la calidad del aire en Quito

H. 1 V e l o c id a d d e l v ie n t o

Si bien el viento es una cantidad vectorial y se puede considerar una variable primaria por naturaleza, por lo general en velocidad (la magnitud del vector) y dirección (la orientación del vector) se consideran variables independientes. La velocidad del viento determina la cantidad de dilución inicial que experimenta una pluma. Por lo tanto, la concentración de .contaminantes en una pluma está directamente relacionada con la velocidad del viento. Esta también influye en la altura de la elevación de la pluma después de ser emitida. A m edida que la velocidad del viento aumenta, la elevación de la pluma disminuye al ser deform ada por el viento. Esto hace que disminuya la altura de la pluma, que se mantiene más cerca del suelo y puede causar un im pacto a distancias más cortas a sotavento. Por lo general, la velocidad del viento se usa junto con otras variables para derivar las categorías de la estabilidad atmosférica usadas en las aplicaciones de los modelos de la calidad del aire.

Los dos principales tipos de instrumentos usados para medir la velocidad del viento son el anemómetro rotativo de cubeta y el anemómetro de hélice (ilustrado en la Figura H.2). Ambos tipos de anemómetros constan de dos subconjuntos; el sensor y el transductor. El sensor es el dispositivo que rota por acción de la fuerza del viento.

Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2 0 0 6

A n e x o H.- M e d ic ió n d e p a r á m e t r o s m e t e o r o l ó g ic o s

mientras que el transductor es el que genera la señal que se grabará. Un paquete completo de instrumentos también puede incluir un sistema electrónico para captar y grabar las señales electrónicas que genera el transductor. Por ejemplo, es probable que se necesite acondicionar la señal de modo que produzca una cantidad reportable. Para ello se debe usar un acondicionador de señal. Por último, para usar la señal acondicionada, esta deberá ser registrada y/o grabada a través de grabadores y registradores.

Anemómetros rotativos de cubetas

El anemómetro rotativo de cubetas generalmente consta de tres cubetas cónicas o hemisféricas montadas simétricamente sobre un eje vertical de rotación. La tasa de rotación de las cubetas generalmente es lineal sobre el rango normal de medidas, con una velocidad lineal del viento de aproximadamente 2 a 3 veces la velocidad lineal de un punto en el centro de una cubeta, según sea su ensamblaje.

Anemómetros con paletas de orientación y hélices con montura fija

El anemómetro con paletas de orientación consta generalmente de una hélice de dos, tres o cuatro paletas radiales que rota sobre un eje de giro horizontal frente al viento. Existen varios anemómetros de hélice que emplean moldes ligeros de plástico o de espuma de poliestireno para que las paletas de la hélice alcancen bajas velocidades umbrales al inicio. Algunos anemómetros de hélice no tienen paletas móviles (véase la Figura H.3). E n cambio, para determinar los componentes vectoriales (esto es, la velocidad y la dirección) del viento horizontal se usan hélices ortogonales de montura. Para determinar ei com ponente vertical del viento, se puede emplear una tercera hélice con una montura fija que gira sobre un eje vertical.

Ca r l o s p á e z Pé r e z ®, 2 0 0 6 H-3

A n e x o HL- M e d ic ió n d e p a r á m e t r o s m e t e o r o l ó g ic o s

Figura H.3 Anemómetro (uvwj con montura fija

Transductores de velocidad del viento

Existen varios mecanismos para convertir la tasa de rotación de las cubetas o hélices en una señal eléctrica adecuada para el registro y/o procesamiento. La selección de un transductor depende de la naturaleza del programa de monitoreo -es decir, del grado de sensibilidad requerido y del tipo de registro o lectura de datos que se necesita. Los cuatro transductores más utilizados son: el generador DC, el AC, el contacto eléctrico y el rayo luminoso interrumpido. Muchos tipos de generadores DC y AC de uso frecuente tienen algunas limitaciones para lograr un nivel umbral bajo y respuestas rápidas. Es importante usar instrumentos con bajos niveles umbrales al inicio como los anemómetros que emplean generadores DC miniaturizados. Los transductores con generadores AC eliminan la fricción de la escobilla pero se debe diseñar cuidadosamente el circuito de acondicionam iento de la señal para evitar la alteración de las oscilaciones en la señal de salida que se puede producir ante velocidades bajas del viento.

Los transductores de contacto eléctrico se usan para medir el pasaje total del viento (flujo continuo del viento) en lugar de velocidades instantáneas, y se pueden emplear para determinar la velocidad promedio del viento en un determinado período. En general, no se recomienda usar estos dispositivos en los estudios sobre dispersión de contaminantes del aire. El transductor de rayo luminoso interrumpido (troceador de luz) generalmente se usa en aplicaciones de calidad del aire porque presenta menos fricción y, por lo tanto, es más sensible a velocidades menores del viento. Este tipo de transductor usa un eje o disco ranurado, un emisor y un detector de imágenes. El ensamblaje de la cubeta o

H-4 Ca r l o s Pá e z P é r e z ®. 2 0 0 6


hélice hace rotar el eje o disco ranurado, con lo que crea un pulso cada vez que la luz pasa a través de una ranura y llega al detector de imágenes.

La frecuencia de salida de un generador AC o transductor troceador de luz se puede transmitir a través de un acondicionador de señal y convertirse en una señal analógica para diversos dispositivos de registro, tales como el registrador continuo de banda de papel o de multipuntos, o de un convertidor analógico digital (A/D) a un registro digital con microprocesador. Varios registradores modernos de datos pueden aceptar directamente la señal por el tipo de frecuencia y, de este modo es posible eliminar la necesidad de un acondicionam iento adicional de la señal. El diseño de un programa de monitoreo debe incluir el registro y el procesamiento de datos.

H .2 D ir e c c i ó n d e l v i e n t o

Por lo general, la dirección del viento se define como la orientación del vector del viento en la horizontal. Para propósitos meteorológicos, la dirección del viento se define como la dirección desde la cual sopla el viento, y se mide en grados en la dirección de las agujas del reloj a partir del norte verdadero. Por ejemplo, un viento del oeste sopla del oeste, a 270° del norte. Un viento del norte sopla desde una dirección de 360°. La dirección del viento determina la del transporte de una pluma emitida.

Figure H.4 Paletas de viento

Paletas de viento

El instrumento más común para medir la dirección del viento es la paleta de viento. Las paletas de viento señalan la dirección desde la cual este sopla. Pueden ser de formas y tamaños diferentes: algunas con dos platos juntos en sus aristas directas y dispersas en un ángulo (paletas separadas), otras con un solo

Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 200 6 H-5

A n e x o h .- M e d ic ió n d e p a r á m e t r o s m e t e o r o l ó g ic o s

platillo plano o una superficie aerodinámica vertical. Por lo general, son de acero inoxidable, aluminio o plástico. Al igual que con los anemómetros, se debe tener cuidado al seleccionar un sensor a fin de asegurar una durabilidad y sensibilidad adecuadas para una determ inada aplicación. La Figura H.4 muestra ejemplos de paletas de viento.

Los componentes horizontales (azimuth) y verticales (elevación) de la dirección del viento se pueden medir con una paleta bidireccional. Por lo general, esta paleta consta de una aleta anular y dos aletas planas perpendiculares entre sí, contrapesadas y montadas sobre un cardán de modo que cada una puede rotar libremente, tanto en sentido horizontal como vertical.

Anemómetros de hélice con montura fija

Otro m étodo para medir la dirección horizontal y/o vertical del viento es mediante anemómetros de hélice de montura fija (mencionados anteriormente). La dirección horizontal del viento se puede determinar mediante programas de cóm puto a partir de los componentes ortogonales de la velocidad del viento. La velocidad vertical también puede ser medida al agregar una tercera hélice m ontada verticalmente. Este dispositivo generalmente se conoce com o anemómetro UVW.

Transductores de dirección del viento

Muchos transductores del tipo conmutador simple se valen del contacto del cepillo para dividir la dirección del viento en 8 ó 16 sectores del compás. Sin embargo, para el estudio de la calidad del aire es mejor usar transductores que provean al menos una resolución de 10° (36 sectores del compás) en la medición de la dirección del viento.

Un transductor comúnmente usado para las aplicaciones de los modelos de la ca lidad del aire es el potenciómetro. El voltaje del_ potenciómetro varía directamente con-la dirección del viento. Un potenciómetro es un resistor variable. Cuando la dirección del viento cambia, el eje de la paleta del viento se mueve y hace que la resistencia del potenciómetro varíe. Esta modificación está directamente relacionada con la dirección del viento.

Ubicación y exposición de los instrumentos de medición del viento

Para obtener datos meteorológicos representativos en los estudios sobre la contaminación del aire es clave la ubicación adecuada de los instrumentos. Estos se deben colocar lejos de obstrucciones que puedan influir en las mediciones. No se debe permitir que consideraciones secundarias, como la accesibilidad y la seguridad, comprometan la calidad de los datos. La altura estándar de exposición de los instrumentos de viento en un terreno abierto es 10 m sobre el suelo. El terreno abierto se define como un área donde la distancia entre el instru-

H-6 Ca r l o s p á e z P é r e z ®, 2 0 0 6


mentó y cualquier obstrucción (árboles, edificios, etc.) es al menos 10 veces la altura de la obstrucción (véase la Figura H.5).

Figura H.5 Criterios de distancia para la ubicación de los instrumentos de medición delviento.

En los casos en que las descargas de emisión se producen generalmente sobre 10 m, es probable que se requieran mediciones adicionales del viento en mayores elevaciones. Se deberían establecer alturas adecuadas de medición a partir de cada caso y según la aplicación. Se recomienda, en lo posible, co locar los instrumentos de viento sobre una torre de rejas. Además, se deben ubicar en la parte superior de esta o, si están en un lado de la torre, se deben ubicar en botavaras a una distancia de al menos dos veces el diámetro/diagonal de la torre, extendidas hacia afuera en dirección del viento prevalente (véase la Figura H.6).

§t§w&T"“ "

(a) Instrumentos de medición del viento colocados en la parte superior de una torre

(b) Instrumentos de medición del viento colocados a un

lado de la torre

Figure H.6 Ubicaciones recomendadas para colocar los instrumentos de viento

C a r lo s P á e z P é r e z <S>, 2 0 0 6 H -7


H .3 L a t e m p e r a t u r a y l a d i f e r e n c i a d e l a t e m p e r a t u r a

Para los estudios de contam inación del aire son útiles tanto la temperatura del aire ambiental en un solo nivel (generalmente 1.5 a 2 m sobre el suelo) com o la diferencia de temperatura entre dos niveles (generalmente 2 m y 10 m). Estas medidas sirven para realizar cálculos sobre la elevación de la pluma y para determinar la estabilidad atmosférica.

Clases de sensores de temperatura

Las tres clases principales de sensores de temperatura se basan en: (1) la expansión térmica, (2) el cam bio de resistencia y (3) las propiedades termoeléctricas de diversas sustancias como una función de la temperatura. Los termómetros de mercurio y alcohol son ejemplos comunes de sensores de expansión térmica. Sin embargo, su valor es limitado en redes de monitoreo in situ o remotas debido a que no tienen la capac idad de registrar datos automatizados.

Un tipo de sensor común en los programas de medición meteorológica in situ es el detector de temperatura por resistencia (DTR). El DTR opera sobre la base de los cambios de resistencia de ciertos metales, principalmente el platino o el cobre, com o una función de la temperatura. Estos dos metales son los más usados

■porque su resistencia muestra un aumento rigurosamente lineal con el incremento de la temperatura. Otro tipo de termómetro de cam bio de resistencia es el termistor, hecho a partir de una mezcla de óxidos metálicos fusionados entre sí. Por lo general, el termistor arroja un cambio de resistencia con la temperatura mayor que el DTR. Como la relación entre la resistencia y la temperatura para un termistor no es lineal, estos sistemas generalmente están diseñados para usar una combinación de dos o más termistores y resistores fijos que permitan obtener una respuesta casi lineal sobre un rango específico de temperatura.

El principio de operación de los sensores termoeléctricos es el flujo de corriente eléctrica entre dos metales diferentes y depende de la temperatura. La instalación de tales sensores, llamados termopares, exige requerimientos especiales para evitar corrientes de inducción de fuentes cercanas de corriente alterna que podrían ocasionar errores en la medición. Los termopares también son susceptibles al voltaje espurio causado por la humedad. Por estas razones, su uso es limitado en las mediciones rutinarias de campo.

Diferencia de temperatura

Los requisitos básicos de los sensores destinados a medir ia diferencia de la temperatura vertical son fundamentalmente iguales para todas las mediciones de temperatura ambiental. Sin embargo, para lograr una medición con la exactitud deseada se requieren sensores acoplados y una calibración cuidadosa.

H-8 Ca r l o s Pá e z P é r e z 2 0 0 6


Ubicación y exposición de los instrumentos para medir la temperatura y la diferencia de temperatura

La temperatura del aire ambiental (superficial) se debe medir a una altura de 2 m. La altura estándar para medir la diferencia de temperatura es 2 y 10 m. Si los niveles de emisión son considerables, puede ser apropiado efectuar mediciones adicionales de la temperatura en elevaciones más altas. Estas elevaciones estarían determinadas según el caso y la aplicación. El sensor de la temperatura se debe ubicar en una área abierta, plana y bien ventilada de al menos 9 m de diámetro. Además, los sensores de temperatura se deben colocar a una distancia de al menos cuatro veces la altura de cualquier obstrucción y al menos a 30 m de áreas pavimentadas amplias. La superficie donde se localice el sensor debe estar cubierta por una capa natural de tierra o pasto y estar lejos de áreas con agua estancada. Los instrumentos deben estar blindados para protegerlos de la radiación térmica y bien ventilados con sistemas apropiados.

H .4 R a d ia c ió n s o l a r

%

La radiación solar está relacionada con la estabilidad de la atmósfera. Los datos sobre la cobertura y la altitud de las nubes (altura de la base de la cima de la nube que obscurece casi la mitad del cielo) proporcionan una estimación indirecta de los efectos de la radiación solar y se usan junto con la velocidad del viento para derivar una categoría de estabilidad atmosférica. El instrumento más usado en la medición de la radiación solar es el piranómetro, ilustrado en la Figura H.7. El piranóme- tro mide la radiación directa y difusa sobre una superficie horizontal.

Figura H. 7 Piranómetro

Consta de un pequeño disco plano con sectores pintados alternativamente de blanco y negro. Cuando el aparato es expuesto a la radiación solar, los sectores negros se vuelven más cálidos que los blancos. Esta diferencia de temperatura se puede detectar electrónicamente. Se produce un voltaje eléctrico proporcional a la radiación solar incidente. Se instala una cúpula de vidrio óptico estándar sobre el disco que es transparente a longitudes de onda que oscilan aproximadamente entre 280 y 2 800 nm. Algunos piranómetros usan una cúpula de vidrio de silicio para medir la radiación en diferentes intervalos espectrales.

Ca r l o s P á e z P é r e z 2006 H-9


Otro tipo de sensor es el radiómetro neto, diseñado para medir la diferencia entre la radiación ascendente (solar) y la descendente (terrestre), a través de una superficie horizontal. La aplicación básica de un radiómetro neto es determinar la radiación diurna y nocturna com o un indicador de la estabilidad. Sin embargo, las categorías de estabilidad nocturnas generalmente usadas en los estudios de contaminación del aire se basan exclusivamente en la velocidad del viento y en el aspecto del cie- 1°.

Ubicación y exposición de los instrumentos para medir la radiación solar

Los piranómetros usados para medir la radiación incidente (solar) se deben colocar en áreas abiertas con una amplia vista del cielo hacia todas las direcciones y durante todas las estaciones. Deben localizarse en puntos donde no se produzcan obstrucciones que proyecten una sombra sobre el sensor en cualquier momento. Además, se debe evitar colocarlos cerca de paredes de colores ciaros y fuentes artificiales de radiación. La altura del sensor no es un factor determinante para los piranómetros. Una ubicación recom endable es sobre una plataforma elevada. Los radiómetros netos se deben colocar aproximadamente a 1 m sobre el nivel del suelo. El subsuelo que está bajo el instrumento debe ser representativo del área general. También se deben colocar radiómetros netos para evitar obstrucciones en el cam po de vista tanto ascendente como descendente.

H .5 A l t u r a d e m e z c l a

La profundidad vertical de la atmósfera donde se produce el mezclado se denomina capa de mezcla. La parte superior de esta capa se conoce com o altura de mezcla. Esta determina el a lcance vertical del proceso de dispersión de los contaminantes liberados debajo de ella. Se trata de una variable importante para los estudios de calidad del aire ya que limita la dispersión vertical de los contaminantes. Si bien las alturas de mezcla generalmente no se miden directamente, es posible obtener cálculos aproximados a partir de las mediciones meteorológicas rutinarias.

Por lo general, las alturas de mezclado producidas por la m añana y por la tarde se estiman a partir de los perfiles tanto de temperatura vertical tomados a la salida y puesta del sol, com o de temperatura superficial. Los perfiles de la temperatura vertical se miden con radiosondas, instrumentos transportados elevados a través de globos más ligeros que el aire (esto es, globos generalmente llenos de hidrógeno o helio). Para los modelos de la calidad del aire, las alturas de mezcla por hora se pueden estimar a partir de los valores de altura de mezcla tomados dos veces al día -a la salida y la puesta del sol- y las categorías de estabilidad atmosférica de cada hora.

Los sistemas SODAR (acrónimo para Sound Detection And Ranging [detección y exploración del sonido]) y radar perfilador de vientos Doppler están adquiriendo im

H-10 Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2 0 0 6

A n e x o H.- m e d ic ió n d e p a r á m e t r o s m e t e o r o l ó g ic o s

portando como herramientas eficaces para efectuar mediciones remotas de variables meteorológicas en alturas que alcanzan varios cientos de metros sobre la superficie. Un SODAR transmite un fuerte pulso acústico a la atmósfera y capta la parte del pulso que se expande y regresa. Un radar perfilador de vientos usa principios de operación semipares al SODAR, pero en vez de trasmitir pulsos acústicos, se trasmite pulsos electromagnéticos. Se observa un creciente interés en el uso del SODAR y del radar perfilador de vientos para el desarrollo de bases de datos meteorológicos requeridas como aporte para los modelos de dispersión. El análisis de los retornos de SODAR y de los radares perfiladores de viento también puede servir para estimar la altura de mezclado.

Figura H.8 Emplazamiento de un Sodar RAAS en el Aeropuerto In ternacional Mariscal Su- . ere de Quito

H . 6 D e s e m p e ñ o d e l s i s t e m a

En un programa de monitoreo es muy importante monitorear las variables meteorológicas adecuadas, que son representativas de las condiciones de dispersión a tmosférica en una determinada ubicación. Así mismo, es importante asegurar un desempeño adecuado del monitoreo para la obtención de datos representativos. La exactitud y las características de las respuestas de los sistemas de monitoreo meteorológico son factores importantes para definir el desempeño del sistema.

Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 2006 H-í í


Exactitud del sistema

La exactitud del sistema es el monto en que una variable medida se desvía de un valor acep tado como válido o estándar. La exactitud se puede concebir para un com ponente individual o para el sistema general. Por ejemplo, la exactitud general de un sistema de medición del viento incluye las exactitudes del com ponente individual de un anemómetro de cubeta o de hélice, circuito electrónico co locado com o un condicionador de señal y registrador de datos.*

La Tabla H.l enumera valores de exactitud recomendados para los sistemas in situ de monitoreo meteorológico destinados a aplicaciones de estudios de calidad del aire. Están establecidos en función de los valores de exactitud del sistema general, ya que los datos usados en los análisis de calidad del aire son los del sistema de medición. La Tabla H.l también incluye las resoluciones recomendadas de medición; es decir, los aumentos mínimos visibles. Estas resoluciones son necesarias para mantener los valores recomendados de exactitud.

Las especificaciones y resoluciones relativas a la exactitud se pueden aplicar al sistema primario de medición (el más recomendable es uno digital basado en un microprocesador). En el caso de los sistemas análogos usados com o reservas o backrups, los límites de exactitud recomendados en la Tabla H.l pueden aumentar en 50%. Las resoluciones de estos sistemas deben ser adecuadas para mantener los valores recomendados de exactitud.

Tabla H. 1 Valores de exactitud y resoluciones recomendadas para el sistema

' ̂ ■■ V . ^Variable meteorológica

: ■ . ■ . . . . . . . . .

Exactitud de la Resolución de variable la medición

Velocidad del viento ± (0,2 m/s + 5% del observado) 0, l m/sDirección del viento ± 5 grados l gradoTemperatura ambiental ± 0,5 °C 0, l °CDiferencia de Id temperatura vertical ±0,1 °C * 0,02 °CRadiación solar ± 5% del observado 10 W/m2Tiempo ± 5 minutos

Características de las respuestas de los sensores meteorológicos in situ

Las características de las respuestas ayudan a definir la velocidad con la que un instrumento responderá a los cambios de las variables meteorológicas. Es necesario conocer algunas características de las respuestas de los sensores meteorológicos propuestos para los programas de monitoreo in situ a fin de garantizar que los datos recolectados sean apropiados para la aplicación deseada.

H-12 Ca r lo s p á e z Pé r e z ®, 2 0 0 6


Las siguientes definiciones se aplican para términos generalmente relacionados con las características de respuesta del instrumento y las propiedades inherentes a los sensores meteorológicos:

- Calma - Cualquier velocidad promedio del viento por debajo del nivel umbral de inicio de la velocidad del viento o del sensor de dirección, el que sea

- Razón de amortiguamiento - El movimiento de una paleta de viento es una oscilación amortiguada y la razón en la que disminuye la amplitud de las oscilaciones sucesivas es independiente de la velocidad del viento. La razón de amortiguamiento es la razón de la oscilación real y la oscilación crítica, que es la medida de una resistencia mecánica de la paleta al movimiento.

- Distancia de retardo - Es la longitud de una columna de aire aue pasa por una paleta de viento tal que esta responderá a 50% de un cam bio angular repentino en la dirección del viento.

- Constante de distancia - La constante de distancia de un sensor es la longitud por donde pasa el fluido requerido para causar una respuesta a un determinado cam bio en la velocidad del viento. La constante de distancia es una característica de los anemómetros de cubeta y de hélice (rotativos).

- Rango - Es un término general usado para identificar los límites de operación de un

- sensor, dentro del cual muchas veces se especifica la exactitud.

- Nivel umbral (velocidad inicial) - La velocidad del viento a la que un anemómetro o paleta empieza a trabajar según sus especificaciones.

- Constante de tiempo - Período requerido para obtener la respuesta de un sensor a un determinado cambio en el parámetro que mide.

La Tabla H.2 enumera las características recomendadas para las respuestas delos sensores con miras a aplicarlas en modelos de regulación.

Tabla H.2 Características recom endadas de las respuestas para los sensores m eteorológicos

mayor.

Velocidad del viento Velocidad inicial £ 0,5 m/s Constante de la distancia £ 5 m

Dirección del vientoVelocidad inicial £ 0,5 m/s

Razón de amortiguamiento 0,4 a 0,7 Distancia de retardo £ 5 m

Temperatura ambiental Constante de tiempo £ 1 min

Diferencia de la temperatura vertical Constante de tiempo £ 1 min

Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 2 0 0 6 H-13


Variable meteorológica Especificaciones del sensor

Radiación solar

Constante de tiempo - 5 segundos Rango de la temperatura de operación -20 °C a +40 °C en un valor específico de exac

titud

H .7 A s e g u r a m i e n t o y c o n t r o l d e l a c a l i d a d*

El aseguramiento de la calidad (AC) aplicado al monitoreo meteorológico abarca tanto “el sistema de actividades destinado a proporcionar un producto de calidad" (control tradicional de la calidad) como “ el sistema de actividades destinado a proporcionar el aseguramiento del desempeño adecuado del sistema de control de calidad" (aseguramiento tradicional de la calidad) (Finkelstein, P.L. y otros, 1983). La primera de estas funciones de control de calidad (CC) consiste en aquellas actividades realizadas directamente por los operadores del equipo con los instrumentos; por ejemplo, el mantenimiento preventivo, las calibraciones, etc. La finalidad del segundo grupo de actividades es manejar la calidad de los datos y tomar las medidas correctivas necesarias para asegurar que se cumplan los requerimientos correspondientes.

Los planes oficiales para el aseguramiento de la calidad se deben presentar en un documento llamado "Plan AC". Este docum ento enumera todos los procedimientos necesarios relacionados con la calidad e indica la frecuencia con la que se deben llevar a cabo. Es imprescindible elaborar y seguir un plan AC para asegurar la obtención de datos representativos de buena calidad. Un plan AC debe contener la siguiente información:

- Responsabilidades del personal del proyecto: responsabilidades del personal que realiza tareas relacionadas con la calidad de los datos.

- Procedimientos para el informe de datos: breve descripción de cómo se producen los datos y cómo se realizan las actividades durqnte cada paso de la secuencia del procesamiento.

- Procedimientos de validación de los datos: lista detallada de criterios que se deben aplicar a los datos para probar su validez, cóm o se debe llevar a cabo el proceso de validación y el tratamiento de datos calificados como cuestionables o no válidos.

- Procedimientos de auditoría: descripción de qué auditorías se deben llevar a cabo, con qué frecuencia, y detalle de un procedim iento de auditoría (con referencia a procedimientos que involucren documentos, cuando sea posible). Además, supone una descripción de sistemas de auditoría internos y externos, incluyendo inspecciones del sitio por personal de supervisión u otros.

- Procedimientos de calibración: descripción detallada de técnicas y de la frecuencia de calibración de cada uno de los sensores o instrumentos que se utili

H-14 Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2 0 0 6


zan. Es necesario definir tanto las calibraciones completas com o las verificaciones del cero y del punto final de la escala de medición.

- Cronograma de mantenimiento preventivo: lista detallada de las funciones específicas de mantenimiento preventivo y de la frecuencia con que se deben ejercer. No sólo incluye la inspección rutinaria del equipo y la reposición de. repuestos, sino también texto de funciones que se realizan en equipo.

- Informes de calidad: cronograma y contenido de informes presentados a la administración que describen el estado del programa de aseguramiento de la calidad.

Este programa incluye la im plementadón de todas las funciones especificadas en el plan AC. Esta im plem entadón involucra al personal de todos los niveles de la organización. Los técnicos que operan con el equipo deben llevar a cabo un mantenimiento preventivo y verificaciones de CC en los sistemas de mediciones que están bajo su responsabilidad. Deben realizar calibraciones y, cuando se requiera, participar en auditorías internas de estaciones operadas por otros técnicos. Estos supervisores inmediatos deben verificar la ejecución de todas las tareas de AC y revisar los apuntes y cuadros de control para asegurar la corrección de los problemas potenciales antes de que se produzca una pérdida de datos importantes.

Ca r l o s P á e z P é r e z ®, 20 0 6 H-15

ANEXO

IINDICE QUITEÑO DE CALIDAD

DEL AIRE1.1 A n t e c e d e n t e s

El Municipio del Distrito Metropolitano de Quito (MDMQ), a través de la Red Metropolitana de Monitoreo Atmosférico (REMMAQ) de la CORPAIRE1 trabaja para hacer conocer a las autoridades competentes y la ciudadanía en general, información confiable sobre la calidad del aire ambiental como uno de los varios pasos que está ejecutando para hacer realidad e! derecho de la población a vivir en un ambiente sano y, de esta manera, contribuir al mejoramiento de su calidad de vida.

El monitoreo del aire es una herramienta básica de ja gestión ambiental y la información que produce debe ser utilizada para ei diseño, implementación y evaluación de las políticas de control de las fuentes generadoras de emisiones y de las acciones orientadas al mejoramiento de la calidad del recurso, más aún en ciudades de altura como Quito, donde las condiciones climáticas, topográficas y de operación de ios equipos de combustión, ias vuelven más sensibles a experimentar episodios graves de contaminación atmosférica, que conllevan peligros potenciales para la salud de sus habitantes.

1 C orporación para el M ejoram iento del Aire de Quito, c rea d a por in icia tiva dei M unicip io del Distrito M etropo litano de Quito, e l l 7 de febrero del 2004, com o una organización de de recho privado.

Ca r lo s P á e z P é r e z ® , 2 0 0 6 i - i

A n e x o i .- ín d ic e Q u it e ñ o d e c a l id a d d e l a ir e

La REMMAQ por medio de sus estaciones remotas ubicadas en el área urbana de la ciudad de Quito y los valles aledaños, está en capacidad de medir de manera continua la concentración en el aire ambiente de cinco de los denominados contaminantes comunes2: material particulado fino (P M 2 .5 ), óxidos de nitrógeno expresados como dióxido de nitrógeno ( N O 2 ) , dióxido de azufre ( S O 2 ) , monóxido de carbono (CO) y oxidantes fotoquímicos expresados como ozono (O3).

Un aspecto clave de la difusión de la información es que el público pueda entenderla y esté en capacidad de aceptar y/o adoptar las medidas requeridas para evitar o minimizar los riesgos sobre la salud asociados a la contaminación atmosférica, incluyendo potenciales restricciones a las actividades generadoras de contaminantes. En este contexto, una herramienta útil constituye el índice Quiteño de la Calidad del Aire (IQCA), construido de acuerdo a los criterios que se exponen a continuación.

Cabe señalar que índices similares al IQCA han sido adoptados en otras ciudades desde hace varios años y han demostrado su efectividad en el cumplimiento de los objetivos arriba señalados; por ello, para el caso de Quito se ha tomado como referencia el Air Quality Index o AQI vigente en los Estados Unidos desde 19763.

1.2 O b j e t i v o s d e l IQ C A

El IQCA ha sido diseñado por el MDMQ para proporcionar información confiable, oportuna y fácilmente entendióle sobre los niveles diarios de contaminación del aire. Su simplicidad radica en el hecho de que se traducen los términos técnicos de la ingeniería ambiental a expresiones de uso más generalizado, convirtiendo las concentraciones medidas de los contaminantes del aire, expresadas en microgramos por metro cúbico (u otras unidades equivalentes como partes por millón, por ejemplo) y en rangos específicos para cada caso, a una escala numérica y de colores común para todos esos contaminantes, con rangos establecidos en función de los efectos que sobre la salud humana tienen los diferentes niveles de contaminación.

La oportunidad y utilidad del IQCA se manifiesta en que para cada rango se describen de manera ilustrativa las principales medidas de precaución que deberían ser adoptadas por la población para minimizar la magnitud de esos efectos nocivos, así como las medidas de control que deberían tomarse de manera urgente para reducir los niveles de contaminación bajo los niveles de precaución.

2 Esta denominación ha sido adoptada en la Norma de Calidad del Aire Ambiente fijada en el Libro VI, Anexo 4 del Texto Unificado de la Legislación Ambiental Secundaria, según el Decreto Ejecutivo 3399, publicado en el Registro Oficial 725 del 16/12/02 (Ministerio del Ambiente, 2002).

3 El AQI constituye una versión actualizada del Pollutant Standard Index (PS/j establecido por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA) en 1976 para ser usado en todo su territorio de manera voluntaria. En la actualidad la divulgación del AQI es obligatorio para todas las regiones metropolitanas con más de 350 mil habitantes (EPA, 2000).

1-2 Ca r lo s Pá e z Pé r e z <B>, 2 0 0 6

A n e x o i .- Ín d ic e q u it e ñ o d e c a l id a d d e l a ir e

Debe señalarse que el IQCA es un instrumento local y específico de difusión pública de ¡a información de calidad del aire, que busca facilitar la comprensión de la misma, por lo que no debe entenderse como una sustitución de la norma nacional o de los parámetros y unidades técnicas de medición internacionalmente aceptados.

1.3 V a l o r e s d e l IQCA

El IQCA es una escala numérica entre 0 y 500, con rangos intermedios expresados también en diferentes colores. Mientras más alto es el valor del IQCA, mayor es el nivel de contaminación atmosférica y, consecuentemente, los peligros para la salud de las personas.

La base de la construcción del IQCA es que un valor de 100 corresponde a los límites máximos permitidos en la norma nacional de calidad del aire4 para los distintos contaminantes o, en su defecto, la guía recomendada por la Organización Mundial de la Salud (OMS), de manera de que valores del IQCA comprendidos entre 0 y 100 se consideran inofensivos para la salud humana y, por tanto, no requieren ninguna medida preventiva o de control adicional a las políticas y planes que regularmente se ejecutan en la perspectiva de mejorarla calidad del aire o prevenir su deterioro.

A partir de esta consideración básica, se han definido seis niveles o categorías5, tomando como límites superiores para cada una de ellas los siguientes criterios:

- Para las dos primeras categorías (deseable u óptimo y aceptable o bueno) sehan considerado los valores correspondientes al 50% (la mitad) y el 100% (la totalidad) del límite máximo permitido establecido en la norma ecuatoriana o la guía de la OMS, para los períodos de medición utilizados en la definición de los niveles de alerta, alarma y emergencia de la misma norma6.

- El nivel deseable (óptimo) se ha introducido como un indicativo de la mejorcondición que se podría alcanzar, y con ello incentivar el cumplimiento de lasmedidas regulares o normales de control, definidas por las autoridades y la so

4 Sección 4.1.2 dei Libro VI, Anexo 4 del Texto U nificado de la Legislación Am bienta l Secundaria (Ministerio del Am biente, 2002).

5 Los nombres de ias distintas categorías se basan en las definiciones fijadas en el d icc iona rio de la Real A ca d e m ia Española.

6 En 4 casos (CO, O 3, SO2 y PM2.5) esos límites máximos permitidos y los de los niveles de a lerta, a larm a y em ergenc ia están fijados en ias Secciones 4.1.2 y 4.1.3, respectivam ente, del Libro Vi, Anexo 4 del Texto U nificado de la Legislación Am biental Secundaria (Ministerio del Am biente, 2002). En el caso de l NO2, el límite m áximo perm itido en la norma se refiere a concentrac iones en 24 horas, mientras que los límites de a lerta, a larm a y em ergencia se refieren a concentrac iones p rom edio en 1 hora, por lo que para el IQCA se ha escog ido com o límite máximo perm itido el criterio de la concentrac ión p rom ed io en 1 hora fijado por la OMS.

Ca r lo s Pá e z Pérez ®, 2006 1-3

A n e x o I.- ín d ic e Q u it e ñ o d e c a l id a d d e l ArRE

ciedad. El nivel aceptable (bueno) indica el cumplimiento con la norma de calidad.

- Entre el límite máximo permitido (norma) y el nivel de alerta, se ha introducido un nivel denominado de precaución, que si bien no indica la ocurrencia de un episodio crítico de contaminación7, muestra una excedencia que debe ser reportada.

- Para las tres siguientes categorías (alerta, alarma y emergencia), se adoptan los valores establecidos en la Norma Ecuatoriana de Calidad del Aire correspondientes a las concentraciones que definen los niveles de alerta, alarma y emergencia ante episodios críticos de contaminación del aire8.

La Figura 1.1 presenta las categorías del IQCA y sus valores límites, para cada contaminante común de la atmósfera, junto con el código de colores a ser utilizado.

Rango Categoría CO1 0*: MO¿£ SO:5 PMai*

0-50 cteseabie u cp&no 0-5COO 0-80 0-100 0-175 0-33

101-200 K ^ d r preraudcn ;• 10 COI-1 5 0 » • 181-200:. 200-1230 5.51 -8D0 So- ISO

; 201 - seo Nvs de alerta /; 1SCC1-3CMC 301-cCC 1 201-2 3CC 801 -1 SCO : *51-250

Hoias: : 5* r*4m z- ts. prcmab «a í masi s* f z « «ai&atrxfón ptmvfo «a t noa c. se •a b c&MirsnsoR pí9K€úc m t sa*3 c , ss núm * » -m som A pwsmafe «a u« Sé «¿fem s te crcmeáie «n 24 toras

Figura 1.1 Límites numéricos de cada categoría del IQCA

Dada la naturaleza y lógica de este índice, en el caso de que los límites máximos permitidos o los que definen los distintos niveles se modifiquen en la legislación nocional, o local respectiva, el IQCA podrá Incorporar esos cambios, manteniendo' el diseño conceptual original.

7 Según la Norma Ecuatoriana de C a lidad del Aire, un episodio crítico de co n tam in a c ió n se de fine com o “ la presencia de altas concentrac iones de con tam inantes com unes de l a ire y por períodos cortos de tiem po, co m o resultado de cond ic iones m eteoro lógicas desfavorables que im p iden la dispersión de con tam inantes p rev iam en te em itidos” , que ob liga a la im p lem en tac ión d e planes de con tin ge n c ia para prevenir los potencia les im pactos nocivos sobre la salud.

8 En el caso del m ateria l pa rticu lado , los niveles d e alerta, a larm a y e m ergenc ia están defin idos en la Norma de C a lid a d de l Aire so lam ente para el PM10; sin em bargo , a te n d ie n d o al reconoc im ien to científico de que son las partículas pequeñas las que mayores im pactos generan sobre la salud hum ana y a la c a p a c id a d insta lada en la REMMAQ, se ha escog ido para el IQCA al PM2.5 y lo valores correspondientes establecidos en el AQI de los EEUU.

f-4 C a r lo s Páez P é re z ®, 2006

A n e x o i .- Ín d ic e Q u it e ñ o d e c a l id a d d e l a ir e

En la Figura 1.2 se incluye el significado para cada categoría desde el punto de vista de las preocupaciones para la salud de las personas y además un código de colores que posibilita una más rápida asimilación del mensaje que se pretende comunicar. Estos colores han sido adaptados en asocio con la comunicación de alertas utilizada para el caso de las erupciones volcánicas, sobre lo que existe alguna experiencia en Quito.

Rangos Condición oesa'e ei pumo ck m ia cíe te s¿fud Color ríe identificación

Optírra. Blanco

200-300 Uo saludable para.individuos sensibles, (snfermcs); Ar ñ r lo

1 0 0 —200No saludable para individuos extremadamente sensible mos.crónicos y convalecientes).

- í enfer*

Figura 1.2 Rangos, significados y colores de las categorías del IQCA

El término "individuos sensibles" que se utiliza en este contexto se refiere a los contenidos expresados en la Figura 1.3, que ha sido elaborada sobre la base de investigaciones realizadas por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos.

Ccntefrwnaníe Individuos sensMes

OlOno Niños que pss an temoc en extaricres. adultos que realzan acfrvidas f sica sip icssiva en exteriores e individuas con enfermedades ?eso;'na'Gnas ca m ei asma:.

Material particiadc Personas que presentan sníennedajes de los o^nones c ai corazón, tales corso asna. ctsH iccik pulmón?/ crónica. cenges’&nes cardiacas asimilares. Niños anéanos y mue-es enbarazadas

y^réxiáD de cartera Personas cor enfermedades ca^ícvasculares. tales comc angina c amellas con afecsasicnes o-e ccmtxmetm a ios sistemas cardiovascular y ressira&^c [ser eterno o. ranas ccnger. vas «si corazón.. enfermedades censfcrovcissujarss. aneim obstrucción crónica de! pulmón) y las mujeres embarazadas. ios recés en gestación y recien nacidos

Dióxido de azufre Niños, adultos con asma u otras enfemacades respiratorias crón .cas y personas oue balizan scüv- dades "iscas en exteriores

Dióxido de ni’/cçeno Niños y -a & to con: enfermedades respiratorias conce! asma

Figura 1.2 Identificación de individuos sensibles por tipo de contaminante del aire

C a r l o s P á e z P é r e z ® , 2 0 0 6 ¡-5

A n e x o L- In d ic e Q u it e ñ o d e cA L íD kü d e l a ír e

1.4 E l C Á L C U L O D E L IQ CA

Las mediciones de las concentraciones de los contaminantes comunes del aire realizadas por los analizadores automáticos de las estaciones remotas de la REMMAQ se convierten a los valores del IQCA utilizando simples relaciones lineales para cada contaminante, según se muestra en la Figura 1.4.

Contaminante Expresiones matemáticas para, caria rango de concentración

C0 {concentración promedio en £ horas, m#m3)

G <£<10 10 < Ci < 15 !5 < Oí < 30 3ü < uiaoÁ*iG & ICCA = 2CCI- tCO.CC OCA»Ó.S7Gí+«Glj0í CICA «ICO

Os (concentración promedio en í hora, ug/m*)

0 < Ci < 1€0 160 < Ci < 303 SCO < a< 800 m< cíIGCA-0.8250CÍ IOClA «0.714XÍ -14.29 tCCA = G.3333.c ̂1CO..OO !::wCh ~ V..5-Á¿C>í

NOi {concentración promedio en 1 hora, ugi’m3}

®<a<12C0 1 2CC < Cr< 2 300 2 300 < Ci

IQCA* 033000 iQDA * i.iossa - mm IQCA. * Cf.080£*C: + 90.91 IQCA-0.1429CÍ-25.57

SO- (concentración promedio en 24 horas, ug/m*)

0 < Ci £ 3 50 350 < Ci < S02 300 < &.<t 1 600 « dIGCA = 0.2357 Ci ilQQA = §.22220? * 22.23 OCA = GLI25GCI ■* 100.00 IQCA - 0.2OGOCI - 20.00

Pifes (concentración prometo en 24- horas, ug/m«

0<C¡<85 85 < Ci < 150 150 <CIIQCA =1.53350’ ¡OCA = U 7S£C¡ .*• -2321 IQCA - Di-í- 5&C$

Figura 1.4 Expresiones matemáticos poro el cálculo del IQCA

El siguiente ejemplo ¡lustra la forma de cálculo.

Suponiendo que en un cierto dio en lo Estación Turubombo se determino que lo máximo concentración promedio en uno horo de los oxidantes fotoquimicos expresados com o ozono, es de 354.8 /jg//m el valor correspondiente del IQCA será de 218, según lo ilustro lo Figura 1 y lo explico el razonamiento siguiente:Paro el coso del ozono, como 354.8 es mayor que 300, se escoge lo ecuación que corresponde ol rango de Ci comprendido entre 300 y 600 \jg /m 3, lo que equivale o decir que el IQCA = 0.3333 * 354.8 - 100.00 = 2 18.26, que se redondeo o 218.

Figura 1.5 Ejemplo de cálculo del IQCA

1-6 Ca r l o s Pá e z P é r e z ®, 2006

A n e x o I.- Ín d ic e Q u it e ñ o d e c a l id a d d e l a ir e

De la misma forma pueden ser calculados los valores del IQCA para cada uno de los contaminantes en una determinada estación. El valor más alto de los IQCA parciales (es decir, de cada contaminante común del aire) será el IQCA para el área de influencia de dicha estación.

Ca r lo s P á e z P é r ez <g>, 2006 1-7

gestión de la calidad del aire

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