El incremento de la sensibilización ambiental y de la legislación ambiental, ha impulsado a las empresas a medir los contaminantes atmosféricos que emiten sus procesos productivos. La legislación ambiental avanza, y cada vez son más restrictivas las leyes atmosféricas que se están desarrollando a nivel europeo, y en particular en España.
Esta situación ha generado la necesidad de crear herramientas complementarias a los sistemas de control y medición industrial. Estas permiten de manera rápida, hacer cálculos predictivos para la toma de decisiones y de acciones correctivas.
Entre las herramientas más recientes encontramos muy interesantes en especial los modelos de dispersión atmosférica. Su mayor beneficio es disponer de datos anticipados de los efectos de las emisiones de partículas y gases. Esto aporta a los ingenieros del medio ambiente una ayuda muy potente para poder controlar, anticipar y proponer acciones correctivas. Estas acciones sirven para evitar futuras sanciones por incumplimiento de límites legales en materia de calidad del aire.
Las actividades potencialmente contaminadoras de la atmósfera deben ver en los modelos de dispersión de contaminantes como un gran aliado. Se trata de herramientas clave para el control de sus emisiones atmosféricas y de los efectos de la dispersión atmosférica.
Modelos para medir contaminantes atmosféricos
Los modelos de dispersión de contaminantes atmosféricos son modelos matemáticos que permiten hacer una estimación de la concentración de un contaminante en la atmósfera según un conjunto amplio de variables que interfieren en el proceso. Las principales variables que influyen en los modelos de dispersión atmosférica son:
💨 Variables meteorológicas (como la velocidad y dirección de los vientos, estabilidad atmosférica)
💨 Variables topográficas o de orografía del terreno
💨 Variables relativas a la emisión del contaminante
💨 Cantidad emitida
💨 Posición y altura del foco emisor
💨 Tipo de contaminante (Gases o Partículas)
💨 Temperatura de emisión.
💨 Velocidad de emisión
💨 Comportamiento químico del contaminante (como la vida media o reactividad química del compuesto)
Los modelos de dispersión de contaminantes en el aire son modelos simulan las condiciones físicas y químicas. Se buscan las condiciones que afectan a la dispersión atmosférica, lo que nos permite prever la concentración en diferentes puntos en el entorno de un foco emisor.
Para la realización de los modelos de dispersión atmosférica se emplean representaciones matemáticas que introducen en su fórmula las diferentes variables que afectan a la dispersión de contaminantes. Con el uso de equipos informáticos, los potentes cálculos se pueden realizar de manera relativamente sencilla. Esto permite hacer una representación de la calidad del aire en el entorno del foco emisor del contaminante.
Los datos para medir los contaminantes atmosféricos
Para hacer correr el modelo matemático de dispersión atmosférica, se recopila información diversa, como la ubicación del punto de emisión, la cantidad y tipo de contaminantes emitidos, condiciones del gas de la chimenea, altura de la chimenea, factores meteorológicos (velocidad del viento, temperatura ambiental y presión atmosférica). Esto permite estimar los niveles de concentración a distintas distancias del foco emisor y para diferentes direcciones.
Con objeto de que los resultados obtenidos con el modelo de dispersión de contaminantes en el aire puedan ser fiables y representativos es necesario contar también con valores de inmisión fondo, a los que se suman los valores de concentración obtenidos a partir de la modelización. Esto permite comparar los resultados con los límites de calidad del aire establecidos en la normativa aplicable.
Cual es el objetivo de los modelos de dispersión atmosférica
El principal objetivo que se persigue con un modelo de dispersión atmosférica es prever la concentración del contaminante en diferentes puntos del entorno del foco emisor y por tanto hacer predicciones de la calidad del aire. Los modelos de dispersión atmosférica son herramientas que se utilizan de manera frecuente en determinados estudios ambientales por técnicos expertos, para valorar las condiciones de calidad del aire previstas como consecuencia de una instalación emisora.
Por ejemplo los modelos de dispersión son trabajos indispensable en las Evaluaciones de Impacto Ambiental de una instalación, aunque también tienen otras muchas aplicaciones en el ámbito medioambiental.
El uso de los modelos de dispersión atmosférica
Las principales aplicaciones para estos modelos de dispersión serían:
💨 Estudios de calidad del aire en situación pre-operacional, previo a la implantación de una determinada actividad en un territorio.
💨 Estudio de emisiones y calidad del aire durante el funcionamiento de una determinada instalación
💨 Identificación de focos de emisión, potenciales problemas y planificación de emisiones correctoras.
💨 Delimitación de áreas sensibles y áreas contaminadas en la planificación territorial.
💨 Propuesta y análisis previo de medidas correctoras.
💨 Elaboración de inventarios de emisiones.
💨 Diseño de planes de acción.
💨 Cálculo de alturas de chimenea.
Las administraciones piden medir los contaminantes atmosféricos
Cada día es más frecuente, incluir los estudios de dispersión de contaminantes atmosféricos para los proyectos de instalaciones potencialmente contaminadoras de la atmósfera. De esta forma, se evaluar su viabilidad ambiental, facilita la obtención de permisos de actividad y se aprecian las medidas correctoras propuestas.
Cuando suceden episodios de contaminación o se supera el limite de calidad del aire, los modelos de dispersión atmosférica se vuelven imprescindibles. Su aplicación facilita elaborar informes sobre los niveles previstos y escribir protocolos de contaminación. También, hace más sencillo tomar medidas en la aplicación de planes de acción a corto plazo.
El objetivo que se persigue la administración pública con una modelización de la dispersión atmosférica es garantizar mediante un estudio previo y fiable. Las condiciones de contaminación previstas como consecuencia de la instalación de un foco emisor, no ponen en riesgo la calidad del aire del entorno. Así que, estimar el cumplimiento futuro de los límites de calidad del aire da seguridad a los ciudadanos.
Factores a considerar para medir contaminantes atmosféricos
Una vez que un contaminante es emitido a la atmósfera a través de una chimenea puede ser dispersado y transportado en la dirección del viento predominante. Este proceso no es sencillo. Existen muchas variables que afectan. Por eso, la utilización de herramientas de simulación matemáticas de dispersión de contaminantes atmosféricos supone una gran ayuda.
Los factore que se deben considerar siempre para determinar la dispersión de contaminantes en la atmósfera son:
💨 Viento: la velocidad del viento es una de las variables que afecta a la concentración de contaminantes en la atmósfera. A mayor velocidad del viento, menor será la concentración de contaminantes, puesto que el viento ayuda a dispersar en las zona de afección.
💨 Estabilidad Atmosférica: el movimiento vertical se denomina “estabilidad atmosférica”, que tiene una alta influencia sobre la dispersión de los contaminantes en la atmósfera. Cuanto mayor inestabilidad la dispersión aumenta.
💨 Radiación Solar: influyen en la formación de ozono, ya que permiten la reacción de vapores orgánicos con los óxidos de nitrógeno.
💨 Precipitación: la lluvia arrastra y lava las partículas contaminantes del aire.
💨 Topografía: una topografía del terreno compleja con valles zonas montañosas a menudo experimentan altas concentraciones de contaminantes del aire.
El penacho en la contaminación atmosférica
La columna de humos, que se transporta en la atmósfera, es lo que denominamos penacho de contaminantes. Depende tanto de las condiciones de emisión como de la atmósfera que lo recibe.
Otra forma de explicarlo es la siguiente. La combinación del ascenso vertical inicial de la columna de humo, junto con la velocidad del viento y la turbulencia en la atmósfera generan una estructura gaseosa característica. Este fenómeno recibe el nombre de penacho.
Tipos de penachos
En función de las condiciones metereologicas, los penachos pueden tener diferentes formas:
💨 Penacho de espiral: cuando se dan condiciones inestables, lo cual favorece la dispersión
💨 Penacho de abanico: se da en condiciones estables
💨 Penacho de cono: condiciones neutrales o ligeramente estables
Tipos de modelos de dispersión atmosférica
Existen principalmente cinco tipos de modelos matemáticos de cálculos en los que se basan los modelos de dispersión atmosférica:
Modelos de dispersión atmosférica de caja
Según este modelo los contaminantes tienen una distribución de tipo homogénea dentro de una caja y en base a esta asunción se calcula la concentración de contaminantes en cualquier zona dentro de esa área.
Modelos Gaussianos
El modelo de dispersión Gaussiano es el modelo más utilizado. El modelo se basa en la asunción de que la dispersión de contaminantes sigue una distribución Gaussiana.
Modelos Lagrangianos
Los Lagrangianos son modelos matemáticos que siguen la contaminación de un penacho en parcelas o “partículas”, y como las parcelas o partículas se mueven por la atmósfera, modelando el movimiento de las partículas como un movimiento de trayectoria aleatoria. Se basa en el cálculo de las estadística de las trayectorias de un gran número de partículas de penacho y usa un sistema móvil de referencia.
Modelos Eulerianos
El modelo de dispersión Euleriano sigue el movimiento de un gran número de parcelas o partículas del penacho desde que se mueven de su posición inicial. En estos modelos se utiliza una referencia tridimensional cartesiana fija.
Modelos de gas pesado o de gas denso
Estos modelos simulan la dispersión de penachos de contaminantes de gas denso (más pesado que el aire).
El modelos gaussiano para medir contaminantes atmosféricos
El modelo de dispersión gaussiano considera que el penacho de contaminantes emitido por una chimenea sigue una distribución gaussiana.
Los modelos gaussianos son los más antiguos y más empleados en el caso de que queramos calcular los efectos de un foco emisor a distancias no demasiado largas.
Estos modelos de dispersión atmosférica son adecuados si queremos estimar las concentraciones en distancias más largas. Estos modelos se suelen utilizar en los cálculos de concentración de un contaminante no reactivo producida por una fuente puntual, por ejemplo, la chimenea de una fábrica.
Medir contaminantes atmosféricos, y aplicar los datos en este tipo de modelos permite elaborar estudios ambientales precisos. Estos pueden ser utilizados como medida preventiva y definir cambios en el proyecto. También, facilita la toma de decisión de acciones correctivas previas a la instalación del foco, que eviten la superación de los límites de la calidad del aire.
