sesion 4_Dispersión de Contaminates II - scrib.pptx

La dispersión de contaminantes se refiere a su movimiento y distribución en la atmósfera, un proceso influenciado por las condiciones meteorológicas como el viento y la temperatura, así como por las características de la emisión (velocidad, temperatura del gas). Este proceso puede modelarse con herramientas matemáticas y computacionales que predicen la concentración de contaminantes en diferentes puntos para evaluar la calidad del aire y la salud pública.

1. TÍTULO: Difusión y dispersión de contaminantes atmosféricos II I www.uct.edu.pe

2. www.uct.edu.pe CONTENIDO

3. ACTIVIDAD inicial: Vemos el video https://www.youtube.com/watch?v=XjGpqVC_8lo https://www.youtube.com/watch?v=o1wY7I6EYJo

4. En función del tipo de estudio a realizar el fenómeno de la dispersión se corresponderá con una escala distinta . (según EEA- European Environment Agency)

5. Componentes de un modelo de calidad del aire: La intensidad de la información que emite el contaminante se obtiene de medidas directas, en otras ocasiones hay que proceder al empleo de estimación de datos mediante la aplicación de factores de emisión o modelos de emisión. Estiman los campos de vientos y otras variables meteorológicas que aportan la información sobre el transporte de los contaminantes y el estado turbulento de la atmósfera y como estas variables afectan a la dispersión de contaminantes . Se basan en las ecuaciones fundamentales de la dinámica, gases ideales, conservación de masa, momento lineal y energía. Mediante ecuaciones y parametrizaciones específicas aportan la información de cuando, cuanto y donde los contaminantes emitidos son eliminados de la atmósfera. Modelo meteorológico 1 Modelos de emisiones 2 3 Modelo de deposición

6. Modelo Fotoquímico Se utilizan para determinar contaminantes secundarios en función de diversos parámetros como: Concentración de otros compuestos catalizadores de la reacción o variables meteorológicas específicas. Aplicado para estimar la contaminación ácida. 4

7. Existen diferentes tipos de modelos para evaluación de contaminantes, se diferencian entre sí por su aplicabilidad, los datos que se deben conocer y por las limitaciones de cada uno; así como su fundamento matemático. Clasificación de modelos Modelo Ventajas Desventajas Modelo de celda fija (homogéneo) Su formulación matemática es sencilla No se requiere conocer muchos datos Hipótesis ideales, ejemplo: mezclado uniforme Modelo de dispersión (Gaussiano) Formulación matemática de complejidad media Hipótesis ideales, ejemplo: no hay reacción química por parte de contaminantes Modelo de celda múltiples (Combinado) Se considera reacción química de los contaminantes, de gran utilidad para el caso de ozono Se requieren conocer una serie amplia de datos

8. y x MODELOS GAUSSIANO DE DISPERSIÓN (vertidos puntuales) MODELOS DE CELDA FIJA (vertidos homogéneos) MODELOS COMBINADOS (celda múltiples, etc.) z

9. a) Modelos de celda fija estacionaria: Ciudad Modelos de celda fija estacionaria: Se utilizan para obtener estimaciones de concentración de contaminante para emisiones difusas, diseminadas a lo largo de una determinada superficie, como es el caso de una ciudad. Viento dominante Entrada de aire contaminado (o limpio). Concentración de fondo de contaminantes, b Concentración de contaminantes en el aire urbano, c Emisiones difusas, Q Altura máxima de mezclado

10. Ciudad Q Velocidad del viento u Concentración de fondo b L H Concentración “ c ” w x y z Modelos de celda fija estacionaria:

11. La ciudad se representa por una caja cuya base es un rectángulo con dimensiones W y L , con uno de sus lados paralelo a la dirección del viento (normalmente L ) y su altura la de la capa de mezcla, H Las emisiones se producen con una tasa Q (masa/tiempo) y se mezclan de forma homogénea en toda la caja, dando una concentración uniforme , C e El aire entra a la caja por una de sus caras , con velocidad u y nivel de concentración b (nivel de fondo ) y sale por la cara opuesta , con velocidad u y Ciudad Q concentración C e ( nivel de equilibrio ) Concentración de fondo: b x y z L W Velocidad del viento : u C e C e H : Altura de la capa de mezcla) (Perpendicular a la dirección del viento)

12. Modelos de celda fija estacionaria: Hipótesis esenciales. Ciudad Q Concentración de fondo: b x y La turbulencia atmosférica produce el mezclado completo y total del contaminante hasta la altura de mezcla (H) y no hay mezcla por encima de esa altura por lo que se puede asumir que existe una concentración homogénea, C e , que es igual en todo el volumen de aire de la celda (concentración de equilibrio). El viento sopla en la dirección “x” con velocidad “u”, constante e independiente del tiempo, lugar o elevación por encima del suelo. z L W Velocidad del viento : u C e C e H : Altura de la capa de mezcla) (Perpendicular a la dirección del viento)

13. 3. La concentración de fondo, “b” , del contaminante es constante y representa la aportación del entorno de la celda a la concentración de equilibrio. Se denomina concentración de fondo a la concentración ambiente debida al aporte de otras fuentes distintas a las analizadas y puede ser fruto del aporte de fuentes naturales o de otras fuentes que contribuyan a la contaminación ambiental en la zona de estudio, identificadas o no. 4. La tasa de emisión por unidad de área, “q” , es constante y no varía con el viento (se da, por ej., en g s -1 m - 2 ) con lo que la tasa de emisión total, “Q” , es Ciudad Q y z L W C e C e H : Altura de la capa de mezcla) (Perpendicular a la dirección del viento) masa TOTAL por unidad de tiempo (g s - 1 ) Índice de emisiones : Q = q w Concentración de fondo: b L Velocidad del viento : u masa por unidad de tiempo y unidad de superficie (g s - 1 m - 2 ) x

14. 5. No entra o sale ningún contaminante por los lados perpendiculares a la dirección del viento, ni por el lado superior. Ciudad Q y z L W C e C e H : Altura de la capa de mezcla) (Perpendicular a la dirección del viento) masa TOTAL por unidad de tiempo (g s - 1 ) Índice de emisiones: Q = q w Concentración de fondo: b L Velocidad del viento : u masa por unidad de tiempo y unidad de superficie (g s - 1 m - 2 ) 6. El contaminante es estable ( no se destruye ni crea en la atmósfera, la única fuente son las emisiones ). Suponemos que se ha alcanzado equilibrio estacionario (la concentración no varía con el tiempo): Suponemos que el contaminante es estable (no se destruye ni crea en la atmósfera, la única fuente son las emisiones) x

15. Velocidad de acumulación O Velocidad de entrada Velocidad de Salida Velocidad de creación O Velocidad de destrucción O = - + - Ciudad Q Concentración de fondo: b y Cantidad que entra = cantidad que sale z L W Velocidad del viento : u C e C e H : Altura de la capa de mezcla) (Perpendicular a la dirección del viento) x

16. Modelos de celda fija no estacionaria: Para cada contaminante, por unidad de tiempo, el balance de materia es: Cantidad que entra + cantidad que se crea - cantidad que sale = cantidad que se acumula

17. B) Modelos de dispersión: Modelo Gaussiano: Son aquellos modelos que se utilizan para estimar la concentración de contaminante producida por una fuente puntual, por ejemplo, la chimenea de una fábrica, o el escape de un depósito. La función de las chimeneas es descargar los contaminantes a suficiente altura para que puedan dispersarse bien en la atmósfera antes de llegar al suelo. Las chimeneas más altas dispersan mejor los contaminantes debido a que estos tienen que viajar a través de una capa atmosférica más profunda antes de llegar al nivel del suelo. A medida que el contaminante viaja, se extiende y dispersa. Los gases emitidos por las chimeneas forman una estructura gaseosa en forma de abanico llamada penacho o pluma.

18. La combinación de la “fuerza” de emisión, la velocidad del viento y la turbulencia atmosférica da lugar a la formación de una estructura característica, que se denomina “penacho” (“plume” en inglés).

19. Sea en un caso u en otro, el modelo Gaussiano corresponde a un promedio sobre cierto intervalo de tiempo: Además, estos son útiles para distancias de hasta 20 Km. No sirven para problemas como la lluvia ácida, que implican cientos de Km.

20. c) Modelos de celdas múltiples. Son los que se utilizan en la práctica para estimar concentraciones de contaminante en regiones definidas (ciudades, por ejemplo). Dividen el volumen total de aire en pequeñas celdas en las que se almacena, de manera numérica, las concentraciones de varios contaminantes. El modelo tiene en cuenta la estabilidad de los contaminantes (vidas medias, constantes cinéticas) así como los flujos de materia que pasan de una celda a sus vecinas. X y z

21. 3- Cálculo de la dispersión 4- Cinética química Protocolo del modelo de celdas múltiples: Condiciones atmosféricas, (vientos, humedad) 5- Nuevas concentraciones t = t +  t Insolación (intensidad de luz, nubes) Emisiones Concentraciones iniciales (t=O) (modelos gaussianos) (constantes cinéticas)

22. Los movimientos verticales del aire, aún siendo de menor escala que los movimientos horizontales , juegan un papel muy importante en la producción o disipación de nubes, precipitación, turbulencia y otros fenómenos que afectan a la Aviación. Se considera que un volumen de aire , debido a la rapidez de sus ascensos o descensos, no se mezcla con los alrededores, y que los procesos de expansión (ascensos) y compresión (descensos) que tienen lugar en dichos movimientos son adiabáticos. Movimientos atmosféricos:

23. Se considera que el aire es seco ya que el agua que contiene permanece en estado gaseoso. La comprensión de lugar al calentamiento, y la expansión al enfriamiento 1) Procesos adiabático seco. Siempre que una porción de aire seco ascienda en la atmosfera , se enfriara en el gradiente 1ºC/100 m, Una porción de aire seco al descender se calienta 1ºC/100 . Para ambos casos, independientemente de cual haya sido su Tº inicial o del aire circundante.

24. En los procesos de ascenso (enfriamiento) y descenso (calentamiento) de aire no se produce condensación ni evaporación. https://www.youtube.com/watch?v=IHxSzQ-C7NA

25. www.uct.edu.pe Facultad de Ingeniería y Arquitectura Retroalimentación

26. www.uct.edu.pe Tarea: Informe sobre 02 modelos usados para evaluar la dispersión de contaminantes en el aire Fecha : 20/09/25 Hora: 11:59 pm Producto Académico