Sesión 5 - Influencia de los factores meteorológicos en la calidad de l aire - scrib.pptx

Los principales factores meteorológicos que afectan la calidad del aire son la temperatura, el viento, la humedad y las precipitaciones. La temperatura influye en las reacciones químicas que forman contaminantes como el ozono. El viento dispersa o concentra los contaminantes. La humedad puede facilitar reacciones químicas y la formación de aerosoles, mientras que las precipitaciones pueden "lavar" la atmósfera de partículas.

1. TÍTULO : Influencia de los factores meteorológicos en la calidad del aire www.uct.edu.pe

2. Dispersión de contaminantes en la atmósfera La concentración y el transporte de contaminantes en la atmósfera, varían en escalas espaciales y temporales dependiendo de: Las fuentes de contaminantes. Las condiciones meteorológicas predominantes. Las características topográficas en los alrededores.

3. El enfriamiento en el ascenso es menor (del orden de la mitad) debido a la aparición de calor por la condensación de vapor de agua. El calentamiento en descenso es también menor debido al calor perdido por la evaporación. El coeficiente γ sat depende realmente de la humedad, pero se toma un promedio 2) Procesos adiabático saturado

4. Definición de estabilidad: Se define la estabilidad atmosférica, Cuando hay equilibrio estable o indiferente en la atmosfera . O cuando una masa de aire se resiste a moverse verticalmente, volviendo a su posición inicial si se desplaza. Atmosfera inestable: El aire ascendente está a más Temperatura que el circundante: sigue subiendo

5. Tipos de estabilidad ESTABILIDAD: El volumen de aire regresa a su posición inicial, oponiéndose a los movimientos verticales. INESTABILIDAD: continúa el desplazamiento vertical (ascendiendo o descendiendo), aún cuando la fuerza que lo ha impulsado cese. INESTABILIDAD condicional: se resiste al desplazamiento vertical hasta un determinado punto, a partir del cual se mueve espontáneamente, sin la ayuda de fuerzas externas. ESTABILIDAD indiferente: por causa del forzamiento inicial, se desplaza hasta un determinado nivel, en el cual se detiene. Equilibrio inestable Equilibrio estable Representación analógica mecánica con una bolita Equilibrio indiferente

6. Estabilidad: α : gradiente térmico de la curva de estado, en ºC/km γ : gradiente térmico de la curva adiabática, en ºC/km α < γ: ESTABILIDAD. Una burbuja que sube y que se expande adiabáticamente (γ), se enfría más rápidamente que su entorno (α), γ > α se hace más pesada que él, y retorna. α γ Curva de estado Curva adiabática Temperatura ºC Altura ft Burbuja: γ Entorno: α α < γ

7. Inestabilidad: α : gradiente térmico de la curva de estado, en ºC/km γ : gradiente térmico de la curva adiabática, en ºC/km α < γ: INESTABILIDAD. Una burbuja que sube y que se expande adiabáticamente (γ), se enfría más rápidamente que su entorno (α), γ < α se hace más ligera que él, y sigue subiendo. γ α > γ Curva de estado Curva adiabática Temperatura ºC Altura ft α Entorno: α Burbuja : γ

8. α : gradiente térmico de la curva de estado. γ : gradiente térmico de la curva adiabática seca. α γ γ > α > γ s Curva de estado Curva adiabática Temperatura ºC Altura ft γ s : gradiente térmico de la curva adiabática saturada. A partir del nivel de condensación: γ s > α : Estable. Debajo del nivel de condensación: γ > α : Estable. Caso Sobresaliente: La atmosfera estándar (ISA) α = α ISA γ s Nivel de condensación “Si la parcela parte desde el suelo y llega por algún forzamiento al nivel condensación, se inestabiliza y forman nubes” Inestabilidad condicional:

9. Penachos de una chimenea según estabilidad atmosférica: Atmósfera estable Atmósfera inestable

10. Estabilidad y Plumas: El grado de estabilidad atmosférica y la altura de mezcla resultante tienen un importante efecto en las concentraciones de contaminantes en el aire ambiental. 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.

11. Se produce en condiciones muy inestables debido a la turbulencia causada por el acelerado giro del aire. Algunas veces se pueden producir altas concentraciones momentáneas al nivel del suelo. Espirales:

12. Condiciones estables Una inversión impide el movimiento vertical pero no el horizontal y el penacho se puede extender varios km a sotavento de la fuente. Las plumas de abanico ocurren con frecuencia en las primeras horas de la mañana durante una inversión por radiación. Abanico:

13. Es característica de las condiciones neutrales o ligeramente estables. Mayor probabilidad de producirse entre la interrupción de una inversión por radiación y el desarrollo de condiciones diurnas inestables. Cono:

14. 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. Cuando las condiciones son inestables sobre una inversión, la descarga de una pluma sobre esta da lugar a una dispersión efectiva sin concentraciones notorias en el nivel del suelo alrededor de la fuente. Flotación:

15. Se forma justo debajo de una capa de inversión, es probable que se desarrolle una grave situación de contaminación 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. Fumigación:

16. Modelo Gaussiano de dispersión Los modelos de difusión tratan de estimar de forma matemática la distribución de los contaminantes en el aire. Los modelos pueden ser de diversos tipos (caja, multicaja, gausianos, numéricos), siendo los gausianos los más utilizados. Para focos puntuales elevados (chimeneas) el modelo gausiano más aceptado es el de Pasquill. El modelo considera que el transporte del contaminante se produce por dos causas en principio independientes: Por el viento y por la turbulencia atmosférica. Sin viento Sin turbulencia

17. 11.1. Mecanismos e hipótesis considerados en los modelos gaussianos: Mecanismos considerados Hipotesis Dilución Emisión de los contaminantes constante La contaminación no disminuye por depósito o transformación química Velocidad del viento constante en tiempo y elevación y superiores a 2 m ⋅ s- 1 Terreno relativamente llano y sin obstáculos Escala de tiempo de 10 a 20 minutos Reflexión turbulenta cerca del suelo Estabilidad térmica Principio de continuidad (efecto fuente) Dispersión turbulenta Los modelos gaussianos se basan en hipótesis relativamente sencillas de acuerdo con la naturaleza estocástica de la turbulencia y la dispersión del contaminante.

18. Son muy utilizados debido a que son muy intuitivos, fáciles y manejables. Estos modelos de difusión son válidos sólo en el límite de largos tiempos de difusión y en condiciones estacionarias y homogéneas. Se presuponen para su desarrollo condiciones meteorológicas estacionarias, una turbulencia homogénea y vientos constantes. Asumen que la distribución del contaminante dentro de la emisión sigue una distribución gaussiana (campana de Gauss).

19. Nomenclatura del modelo gaussiano: h O  h h aire contaminado z velocidad vertical inicial aire emitido caliente Fórmula de Holland: v s = velocidad de salida del gas en m/s D = diámetro de la chimenea en m u = velocidad del viento en m/s P = presión en milibares T s = temperatura de la chimenea en K T a = temperatura atmosférica en K k 1 = 1.5, k 2 = 2.68 x 1O - 3 v s D  h = (T s - T a ) P D } u T s { k 1 + k 2 (en metros) Objetivo del modelo: ¿Cuál es la concentración en un punto (x,y,z ) ?

20. Representación esquemática de una pluma gaussiana z = Dirección vertical x = Distancia en dirección del viento y = Dirección ortogonal al plano xz  h = Sobreelevación del penacho h = Altura de chimenea H = Altura efectiva = h + D h Doble distribución gaussiana en las direcciones y - z El coeficiente de dispersión se mide en metros e indica cuánto se ha dispersado la masa inicial cuando la pluma alcanzan una distancia dada desde la fuente de emisión  h

21. Doble distribución gaussiana en las direcciones y - z  h z = Dirección vertical x = Distancia en dirección del viento y = Dirección ortogonal al plano xz  h = Sobreelevación del penacho h = Altura de chimenea H = Altura efectiva = h + D h El modelo se basa en la difusión de la masa del contaminante en las direcciones y , z cuando un elemento fluido es arrastrado por el viento en la dirección del eje x con una velocidad u Aunque la pluma tiene su origen a una altura “ h ” (la de la chimenea), se eleva una altura adicional “  h ”, debido a la capacidad de flotación de los gases que salen a mayor temperatura que la de su entorno atmosférico y a la cantidad de movimiento cuando salen verticalmente de la chimenea con una velocidad “ V s ”  la pluma aparece como si se originara en una fuente puntual a una altura mayor, “ H ”, llamada altura efectiva o equivalente de la chimenea H = h +  h; donde  h expresa la elevación de la pluma

22. Estado estacionario  C ≠ C(t) y u = cte ( en el tiempo y en altura ) La fuente tiene una emisión constante de un contaminante que es conservador (no se descompone, reacciona o sedimenta) El terreno es relativamente plano y no se producen efectos de absorción u otros. Hipótesis del modelo gaussiano

23. Concentración de contaminante en un punto de coordenadas ( x, y, z ) para la emisión de un foco de altura efectiva “H” (sin considerar reflexiones en el suelo): Donde: Cj ( x,y,z ): concentración en g/m 3 del contaminante “ j ” en un punto del espacio de coordenadas x, y, z , siendo: x: distancia al foco emisor y: separación de la línea de emisión marcada por la dirección de viento z: altura sobre el suelo

24. Qj: ratio de emisión del contaminante “j” en g/s σ y y σ z: coeficiente gaussiano dispersión transversal y vertical para las distintas “ x ” del foco. u: velocidad media del viento ( m/s ) en la boca de la chimenea. H: altura efectiva de dispersión ( m ); este valor se obtiene: H= Hg + ΔH: siendo Hg la altura de la chimenea ΔH la altura del impulso termoconvectivo Doble distribución gaussiana en las direcciones y - z  h

25. www.uct.edu.pe Tarea: Informe: La importancia de las estaciones meteorológicas en la calidad del aire. ¿Qué es?, ¿Qué equipos lo integran?, ¿Cuál es su utilidad?, etc. Fecha : 22/09/25 Hora: 11:59 pm Producto Académico Facultad de Ingeniería y Arquitectura