La
dispersión y transporte de contaminantes pueden estar afectados por factores
climáticos y geográficos. Un ejemplo es la inversión térmica. Como se mencionó
anteriormente, la inversión térmica es una condición atmosférica causada por
una interrupción del perfil normal de la temperatura de la atmósfera.
La
inversión térmica puede retener el ascenso y dispersión de los contaminantes de
las capas más bajas de la atmósfera y causar un problema localizado de contaminación
del aire. Los episodios que tuvieron lugar en Londres, Inglaterra, y Donora,
Pennsylvania, fueron el resultado de inversiones térmicas
3.2
Circulación global de los contaminantes
El
transporte y dispersión de contaminantes del aire están influenciados por complejos factores.
Las variaciones globales y regionales del clima y las condiciones topográficas
locales afectan el transporte y dispersión de los Contaminantes. En una escala
mundial, las variaciones del clima influyen sobre el movimiento de los
contaminantes. Por ejemplo, la dirección predominante de los vientos en
Centroamérica y norte de Sudamérica es de este a oeste y en Norteamérica y sur
de Sudamérica es de oeste a este. En un nivel más local, los principales factores
del transporte y dispersión de partículas en la atmósfera son el viento y la temperatura.
La
dispersión de contaminantes de una fuente depende de la cantidad de turbulencia
en la atmósfera cercana. La turbulencia puede ser creada por el movimiento
horizontal y vertical de la atmósfera.
El
movimiento horizontal es lo que comúnmente se llamamos viento. La velocidad del
viento puede afectar en gran medida la concentración de contaminantes en un
área. Mientras mayor sea la velocidad del viento, menor será la concentración
de contaminantes en una zona determinada. El viento diluye y dispersa
rápidamente los contaminantes en el área circundante.
El
viento es causado por las diferencias en la presión atmosférica. La presión es
el peso de la atmósfera en un punto dado. La altura y temperatura de una columna
de aire determinan el peso atmosférico.
Debido
a que el aire frío pesa más que el caliente, la masa de alta presión está
constituida de aire frío y pesado. Por el contrario, una masa de baja presión
de aire está formada por aire más caliente y liviano. Las diferencias de presión
hacen que el aire se mueva de las áreas de alta presión a las de baja presión,
lo que da lugar al viento.
3.3.
Características generales de las plumas y chimeneas
La manera más común de dispersar los
contaminantes del aire es a través de
una chimenea. Esta a menudo se usa como un símbolo de la contaminación del
aire. Es una estructura que se ve comúnmente en la mayoría de industrias y tiene
el objetivo de dispersar los
contaminantes antes de que lleguen a las poblaciones.
Generalmente se diseñan teniendo en cuenta a
la comunidad circundante.
Mientras
más alta sea la chimenea, mayor será la probabilidad de que los contaminantes
se dispersen y diluyan antes de afectar a las poblaciones vecinas.
A
la emanación visible de una chimenea se le denomina pluma. La altura de la pluma está
determinada por la velocidad y empuje de los gases que salen por la chimenea. A
menudo, se añade energía calórica a los gases para aumentar la altura de la
pluma. Las fuerzas naturales hacen que la pluma tenga velocidad vertical, como
sucede con el humo de las chimeneas residenciales.
La
forma y la dirección de la pluma también dependen de las fuerzas verticales y
horizontales de la atmósfera. Como se mencionó anteriormente, la pluma está
afectada por las condiciones atmosféricas. Las condiciones inestables en la
atmósfera producirán una pluma “ ondulante”, mientras que las estables harán
que la pluma sea “ recta”. Los contaminantes emitidos por las chimeneas pueden
transportarse a largas distancias.
3.4
MODELOS DE DISPERSION
Los
modelos de dispersión son un método para calcular la concentración de contaminantes
a nivel del aire y a diversas distancias de la fuente. En la elaboración de
modelos se usan representaciones matemáticas de los factores que afectan la
dispersión de contaminantes. Las computadoras, mediante modelos, facilitan la
representación de los complejos sistemas que determinan el transporte y
dispersión de los contaminantes del aire.
Cuando
se hace un modelo del transporte y dispersión de contaminantes del aire se recopila
información específica de un punto de emisión. Esta información incluye la
ubicación del punto de emisión ( longitud y latitud), la cantidad y tipo de los
contaminantes emitidos, condiciones del g as de la chimenea, altura de la
chimenea y factores meteorológicos tales como la velocidad del viento, perfil
de la temperatura ambiental y presión atmosférica.
Los científicos usan estos datos como
insumo del modelo de computación y para predecir cómo los contaminantes se
dispersarán en la atmósfera. Los niveles de concentración pueden calcularse
para diversas distancias y dirección de la chimenea.
3.5
Los estimados de dispersión se determinan mediante ecuaciones de distribución y/o
modelos de calidad del aire. Estos es timados generalmente son válidos para la
capa de la atmósfera más cercana al suelo, donde se producen cambios frecuentes
de la temperatura y de la distribución de los vientos. Estas dos variables
tienen un importante efecto en la forma de dispersión de las plumas. Por lo
tanto, las ecuaciones de distribución y los modelos de calidad del aire mencionados
anteriormente deben incluir estos parámetros.
Los modelos de dispersión de calidad del aire
consisten en un grupo de ecuaciones matemáticas que sirven para interpretar y
predecir las concentraciones de contaminantes causadas por la dispersión y por
el impacto de las plumas. Estos modelos incluyen los estimados de dispersión
mencionados anteriormente y las diferentes condiciones meteorológicas,
incluidos los factores relacionados con la temperatura, la velocidad del
viento, la estabilidad y la topografía.
Existen
cuatro tipos genéricos de modelos: gausiano, numérico, estadístico y físico.
Los modelos gausianos emplean la ecuación de distribución gausiana y son
ampliamente usados para estimar el impacto de contaminantes no reactivos.
En
el caso de fuentes de áreas urbanas que presentan contaminantes reactivos, los
modelos numéricos son más apropiados que los gausianos pero requieren una información
extremadamente detallada sobre la fuente y los contaminantes, y no se usan mucho.
3.6
Calculo de la altura efectiva de la chimenea
Los
gases emitidos por las chimeneas muchas veces son impulsados por abanicos. A
medida que los gases de escape turbulentos son emitidos por la pluma, se
mezclan con el aire del ambiente. Esta mezcla del aire ambiental en la pluma se
denomina arrastre. Durante el arrastre en el aire, la pluma aumenta su diámetro
mientras viaja a sotavento.
Al entrar en la atmósfera, estos gases tienen
un momentum. Muchas veces se calientan y se vuelven más cálidos que el aire
externo. En estos casos, los gases emitidos son menos densos que el aire
exterior y, por lo tanto, flotantes. La combinación del momentum y la
flotabilidad de los gases hacen que estos se eleven. Este fenómeno, conocido
como elevación de la pluma, permite que los contaminantes emitidos al aire en
esta corriente de gas se eleven a una altura mayor en la atmósfera. Al estar en
una capa atmosférica más alta y más alejada del suelo, la pluma experimentará
una mayor dispersión antes de llegar a este.
La
altura final de la pluma, conocida como altura efectiva de chimenea (H),es la
suma de la altura física de la chimenea (hs) y la elevación de la pluma ( AH ).
Fórmulas
La elevación de las plumas ha
sido tema de estudio durante muchos años. Las fórmulas más usadas son las
desarrolladas por Gary A. Briggs. La ecuación 6-1 incluye una de estas, la que
se aplica a las plumas dominadas por la flotabilidad. Las fórmulas de la
elevación de la pluma se usan en plumas con temperaturas mayores que la del
aire ambiental. La fórmula de Briggs
para la elevación de la pluma es la siguiente:
|
|
Donde:
|
 |
=
|
Elevación de la pluma (sobre la chimenea)
|
|
F
|
=
|
Flujo de flotabilidad (véase a continuación)
|
|
 |
=
|
Velocidad promedio del viento
|
|
|
x
|
=
|
Distancia a sotavento de la chimenea/fuente
|
|
|
g
|
=
|
Aceleración debido a la gravedad (9,8 m/s2)
|
|
|
V
|
=
|
Tasa volumétrica del flujo del gas de la chimenea
|
|
|
Ts
|
=
|
Temperatura del gas de la chimenea
|
|
|
Ta
|
=
|
Temperatura del aire ambiental
|
|
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