Recibido 5 de Julio 2017 Aceptado 28 de Agosto 2017

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 pp 376 - 396 ISSN 1683-0768

Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmoacutesfera de una planta de generacioacuten de

electricidad a biomasa

Simulation of pollutant dispersion in the atmosphere of biomass power plant

Daniel Pereira-Pelaacuteez

Empresa GREENCON SRL Consultora en Desarrollo y Medio Ambiente Calle Andreacutes Muntildeoz Ndeg 2405 Sopocachi ciudad de La Paz Bolivia

danielpereiraiagmailcom

Resumen El presente trabajo consiste en la simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmoacutesfera de moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa en el marco de lo establecido en la Reglamento de Prevencioacuten y Control Ambiental (RPCA) de la Ley del Medio Ambiente Ndeg 1333 para el desarrollo de los Estudios de Evaluacioacuten de Impacto Ambiental (EEIAs) El aacuterea en estudio se encuentra en la regioacuten amazoacutenica de nuestro paiacutes realizaacutendose su clasificacioacuten climaacutetica y anaacutelisis de datos histoacutericos de paraacutemetros meteoroloacutegicos y un estudio de liacutenea base ambiental Se emplearon ecuaciones gaussianas apropiadas para gases y partiacuteculas en diferentes categoriacuteas de estabilidad atmosfeacuterica y las correcciones que corresponden considerando la rosa de vientos distribucioacuten de sus direcciones prevalentes elevacioacuten del penacho y flujos maacutesicos entre otros lo que permitioacute predecir y evaluar los impactos ambientales plantear medidas de mitigacioacuten y un Programa de Monitoreo Ambiental (PMA) Los resultados se aplicaraacuten en determinar las modificaciones en la calidad del aire evaluar efectividad de las medidas y si corresponde realizar ajustes al funcionamiento de la termoeleacutectrica

Palabras clave Dispersioacuten de contaminantes termoeleacutectrica biomasa

Abstract The present work consists in the simulation of the dispersion of pollutants in the atmosphere from biomass power plant within the framework of the Regulation of Prevention and Environmental Control (RPCA) of the Law of the Environment Ndeg 1333 for Environmental Impact Assessment Studies (EIAs) The study area is located in the Amazon region of our country with its climatic classification and analysis of historical data of meteorological parameters and an environmental baseline study Appropriate Gaussian equations were used for gases and particles in different categories of atmospheric stability and corresponding corrections considering the wind rose distribution of its prevailing directions plume rise and mass flows among others which allowed to predict and evaluate the environmental impacts and mitigation measures and an Environmental Monitoring Program (EMP) The results will be applied in determining the changes in the air quality evaluating the effectiveness of the

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 377

measures and if it is necessary to make adjustments to the operation of the biomass power plant

Keywords Dispersion of pollutants power plant biomass

1 Introduccioacuten

En la regioacuten amazoacutenica de Bolivia actualmente existen sistemas aislados para

la generacioacuten y distribucioacuten de la electricidad los que usualmente funcionan a

dieacutesel cuyo transporte debe ser garantizado para satisfacer la demanda cotidiana

sin embargo persisten las continuas quejas por cortes e interrupciones del

suministro de energiacutea eleacutectrica

Como una solucioacuten el Gobierno Nacional (GN) en los uacuteltimos antildeos fue

impulsando estudios de pre-inversioacuten para la generacioacuten de electricidad a partir de

energiacuteas renovables no convencionales implementando un moacutedulo de paneles

solares fotovoltaicos de 5 (MW) que se incorporoacute a un sistema aislado cuyo

funcionamiento actual es hiacutebrido Como una forma adicional de apoyar con la

generacioacuten de electricidad a este sistema y otros considerando las proyecciones de

demanda de electricidad se realizaron estudios para la implementacioacuten de moacutedulos

termoeleacutectricos a biomasa que en la regioacuten amazoacutenica estaacute compuesta por caacutescara

o residuos de las procesadoras de castantildea residuos generados por la actividad

maderera y tambieacuten como opcioacuten cultivos energeacuteticos en sitios desmontados y

localizados con el fin de no afectar la cobertura vegetal

En nuestro paiacutes desde hace maacutes de dos deacutecadas se cuenta con la Ley del

Medio Ambiente Ndeg 1333 (1992) y sus Reglamentos (1995) En el marco del

Reglamento de Prevencioacuten y Control Ambiental (RPCA) para la Categorizacioacuten

Ambiental de los Proyectos de Desarrollo se tiene claramente establecida una

metodologiacutea de sencilla aplicacioacuten para la Identificacioacuten de Impactos Ambientales

(IIA) y para el desarrollo de los Estudios de Evaluacioacuten de Impacto Ambiental

(EEIAs)-Categoriacuteas I y II se aplican distintas herramientas para predecir y evaluar

los impactos desde matrices diagramas de redes Sistemas de Informacioacuten

Geograacutefica (SIG) y modelacioacuten matemaacutetica

En el presente caso la metodologiacutea de Evaluacioacuten de Impacto Ambiental

(EIA) aplicada consiste en la clasificacioacuten climaacutetica del aacuterea en estudio el anaacutelisis

de datos histoacutericos de paraacutemetros meteoroloacutegicos estudio de liacutenea base y

aplicacioacuten de apropiados modelos matemaacuteticos de dispersioacuten de gases y partiacuteculas

en la atmoacutesfera para la prediccioacuten y evaluacioacuten de impactos planteamiento de

medidas de mitigacioacuten y un Programa de Monitoreo Ambiental

378middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

2 Ecuacioacuten de difusioacuten y modelo de dispersioacuten Gaussiano

Se realiza el balance de masa en un volumen de control aplicando una ecuacioacuten

de difusioacuten simplificada que describe una nube continua de la dispersioacuten de una

sustancia en un flujo turbulento

119889119862

119889119905+ 119880

119889119862

119889119909=

119889

119889119910(119870119910

119889119862

119889119910) +

119889

119889119911(119870119911

119889119862

119889119911) + 119878 (1)

Donde

x = Transporte del contaminante desde la fuente a lo largo de la coordenada x

por el flujo del viento (adveccioacuten) que presenta una velocidad media y sentido

o direccioacuten prevalente

y = difusioacuten del contaminante en la coordenada y (transversal)

z = difusioacuten del contaminante en la coordenada z (vertical) medida desde el

suelo

C (x y z) = Concentracioacuten media de la sustancia en un punto (kgm3)

(microgm3)

Ky Kz = Constantes de difusividad de Eddy en la direccioacuten de los ejes x y z

(m2s)

U = Velocidad media del viento a lo largo del eje x (ms)

S = Teacutermino fuentesumidero (kgm3s)

Las soluciones analiacuteticas de esta ecuacioacuten para el caso de dispersioacuten de

contaminantes pasivos en un flujo turbulento se obtuvieron por primera vez en los

antildeos 20 por Roberts (1923) y Richardson (1926) Las constantes de difusividad de

Eddy (Ky y Kz) son una forma de relacionar los flujos turbulentos de material con

los gradientes medios de concentracioacuten donde v y w son las velocidades medias de

viento lateral y vertical

120584prime119888prime = minus119870119910120597119862

120597119910 119908prime119888prime = minus119870119911

120597119862

120597119911 (2)

Las coordenadas se refieren a las fluctuaciones turbulentas de los teacuterminos

sobre sus valores medios Por ejemplo c (t) = C + c u (t) = U + u etc

Tiacutepicamente en la atmoacutesfera Ky gt Kz lo que explica por queacute la seccioacuten transversal

de una pluma adquiere a menudo una forma eliacuteptica

Una interpretacioacuten de la ecuacioacuten (1) es la siguiente

119889119862

119889119905+ 119880

119889119862

119889119909 Variacioacuten de la concentracioacuten en el tiempo y adveccioacuten en la

direccioacuten del viento

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 379

119889

119889119910(119870119910

119889119862

119889119910) 119890119905119888 Difusioacuten turbulenta referida al centro de la pluma del

contaminante (la pluma se expandiraacute con el tiempo debido a estos teacuterminos)

119878 Teacutermino que representa la produccioacuten neta (o destruccioacuten) del contaminante

debido a las fuentes (o mecanismos de remocioacuten)

La ecuacioacuten (1) se puede simplificar haciendo varias suposiciones

1 Las concentraciones de contaminantes no afectan al campo de flujo

(dispersioacuten pasiva)

2 La difusioacuten molecular y la difusioacuten longitudinal (a lo largo del viento) son

despreciables

3 El flujo es incompresible

4 Las velocidades y concentraciones del viento pueden descomponerse en una

media y fluctuar con el valor promedio de la fluctuacioacuten (estocaacutestico)

componente igual a cero Los valores medios se basan en promedios de

tiempo de 10-60 minutos

5 Los flujos turbulentos estaacuten linealmente relacionados con los gradientes de

las concentraciones medias como en la ecuacioacuten (2)

6 Las velocidades medias de viento lateral y vertical v y w son cero por lo que

tambieacuten restringimos el anaacutelisis al flujo constante del viento sobre un

terreno plano idealizado

El modelo de penacho gaussiano que estaacute en el nuacutecleo de casi todos los

modelos de dispersioacuten regulatorios se obtiene de la solucioacuten analiacutetica a la ecuacioacuten

(1) Para una fuente puntual continua liberada en el origen en un flujo turbulento

uniforme (homogeacuteneo) la solucioacuten de la Ecuacioacuten (1) es

119862(119909 119910 119911) = 119876

4120587radic119870119910119870119911exp (

minus1199102

4119870119910(119909119880) ) exp (

minus1199112

4119870119911(119909119880)) (3)

Donde Q es el flujo maacutesico en (gs) o (microgs) del contaminante que se

encuentra en la corriente del aire ldquoyrdquo es la dispersioacuten lateral en (m) ldquozrdquo es la

dispersioacuten vertical en (m) y U es la velocidad media del viento (ms)

Desafortunadamente las difusividades turbulentas Ky y Kz son desconocidas

en la mayoriacutea de los flujos y en la capa liacutemite atmosfeacuterica Kz no es constante sino

que aumenta con la altura sobre el suelo Ademaacutes Ky y Kz aumentan con la

distancia desde la fuente debido a que la difusioacuten es afectada por diferentes escalas

de turbulencia en la atmoacutesfera a medida que el penacho crece A pesar de estas

limitaciones frecuentemente se aplica la Ecuacioacuten (3) Definimos los siguientes

paraacutemetros gaussianos

380middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

120590119910 = radic2119870119910119909

119880 120590119911 = radic2119870119911

119909

119880 (4)

Entonces la forma final de la ecuacioacuten gaussiana para un penacho elevado

liberado en z = Hp donde σy y σz son coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical

respectivamente

119862(119909 119910 119911) = 119876

2120587119880119901120590119910120590119911exp (minus

1199102

21205901199102) [exp (minus

(119911minus119867119901)2

21205901199112 ) + exp (minus

(119911+119867119901)2

21205901199112 )](5)

En esta expresioacuten se ha antildeadido un segundo teacutermino exponencial para tener en

cuenta el hecho de que el contaminante no puede difundirse hacia abajo a traveacutes del

suelo en z = 0 Este teacutermino imagen puede visualizarse como una fuente

equivalente ubicada en z = -Hp por debajo del suelo

La ecuacioacuten (5) es la conocida ecuacioacuten gaussiana para una fuente puntual

continua (Turner 1994) La altura del penacho Hp es la suma de la altura real de la

chimenea Hs y su elevacioacuten por la flotabilidad y el momento cuando es liberada Δh

La velocidad del viento U se toma como la velocidad media del viento a la altura de

la chimenea Puesto que normalmente estamos interesados en las concentraciones

en el suelo (donde estaacuten los receptores como las personas) se asume z = 0 para

obtener

119862(119909 119910 119911 = 0) =119876

120587119880120590119910120590119911exp (minus

1199102

21205901199102) exp (minus

1198671199012

21205901199112) (6)

Si ademaacutes establecemos que Hp = 0 obtendremos la distribucioacuten vertical

debido a una fuente a nivel del suelo

119862(119909 119910 119911) =119876

120587119880120590119910120590119911exp (minus

1199102

21205901199102) exp (minus

1199112

21205901199112) (7)

Resulta que este uacuteltimo modelo no es muy preciso Para una liberacioacuten a nivel

del suelo el perfil vertical variacutea maacutes como exp (-z15) en lugar de la forma gaussiana

exp (-z2) debido a las grandes variaciones verticales de la difusividad Kz cerca del

suelo (Van Ulden 1978) Un modelo maacutes general no gaussiano que permite

determinar la variacioacuten vertical de Kz y la variacioacuten vertical del perfil de velocidad

se puede escribir como

119862(119909 119910 119911) =119876

radic2120587119880120590119910exp (minus

1199102

21205901199102) 119891(119911) (8)

El teacutermino f (z) es una funcioacuten normalizada que describe la distribucioacuten

vertical de la sustancia en el penacho Para asegurar la conservacioacuten de la masa

estos modelos deben satisfacer

∬ 119862119880119889119910119889119911 = 119876119910119911

(9)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 381

Donde la integracioacuten se toma sobre el plano y-z perpendicular al eje del

penacho

21 Factores que intervienen en la elevacioacuten del penacho

Las condiciones meteoroloacutegicas y la duracioacuten de la emisioacuten tienen una gran

importancia en el alcance de la dispersioacuten del penacho Los factores principales son

la velocidad del viento y la estabilidad atmosfeacuterica que estaacute definida en funcioacuten del

gradiente vertical de temperatura de las capas del aire tal como se presenta en la

Tabla 1

Categoriacuteas de Estabilidad Atmosfeacuterica de Pasquil-Gifford-Turner

Categoriacutea de Estabilidad Atmosfeacuterica

Factor de correccioacuten

A Extremadamente inestable lt -19

B Inestable -19 a -17

C Ligeramente inestable -17 a -15

D Neutro -15 a -05

E Ligeramente estable -05 a 4

F Estable gt 4

3 Dispersioacuten de material particulado en la atmoacutesfera

La cantidad de partiacuteculas que se puede descargar a la atmoacutesfera estaacute

reglamentada por la Ley del Medio Ambiente Ndeg 1333 para algunas industrias

especiacuteficas En estos casos se debe en general incluir alguacuten tipo de dispositivo de

control dentro de la corriente de flujo a fin de mantener los niveles de emisioacuten

dentro de los liacutemites establecidos Auacuten con tales dispositivos de control una

pequentildea porcioacuten del total de partiacuteculas en el gas se emitiraacute probablemente a la

atmoacutesfera A fin de planificar las normas de emisioacuten es importante tener en cuenta

la capacidad de pronosticar la tasa de deposicioacuten de las partiacuteculas a nivel del suelo

y a diversas distancias de la fuente

Uno de los meacutetodos utilizados para pronosticar la tasa de sedimentacioacuten de las

partiacuteculas resultantes de las emisiones por chimeneas es la modificacioacuten del modelo

gaussiano de dispersioacuten de gases utilizado para las emisiones gaseosas de las

chimeneas La dispersioacuten gaseosa desde una chimenea con altura equivalente H y

sin reflexioacuten estaacute dada por

119862(119909 119910 119911 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[(

119910

120590119910)

2

+ (119911minus119867

120590119911)

2] (10)

382middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Donde U es la velocidad promedio del viento y Q es la tasa de emisioacuten del

contaminante gaseoso en masa por tiempo unitario La expresioacuten ldquosin reflexioacutenrdquo es

muy importante puesto que para las emisiones de partiacuteculas el terreno actuacutea como

un sumidero para las partiacuteculas emitidas Para las emisiones gaseosas el terreno

actuacutea como una superficie reflectora en la mayoriacutea de los casos y esta reflexioacuten

intensifica la concentracioacuten en la fase gaseosa del contaminante

Ademaacutes de la correccioacuten para amortiguar la reflexioacuten es necesario efectuar

otra modificacioacuten en la ecuacioacuten de dispersioacuten del tipo gaussiano Los tipos de

contaminantes gaseosos no se ven afectados por la fuerza de la gravedad No

obstante el movimiento de las partiacuteculas soacutelidas estaacute muy afectado por la gravedad

asiacute como por las fuerzas sobre el fluido asociadas con el movimiento atmosfeacuterico

Por tanto la ecuacioacuten de dispersioacuten debe manifestar estas fuerzas Esencialmente

el efecto de la gravedad sobre la dispersioacuten de las partiacuteculas es hacer que la liacutenea

central de la emisioacuten parezca inclinarse hacia abajo seguacuten la corriente del

contaminante pasa maacutes adelante en la direccioacuten de la corriente (se debe tener en

cuenta el tamantildeo de las partiacuteculas y la gravedad que actuacutea sobre ellas) Comparada

con la liacutenea central del penacho que es sensiblemente horizontal para las emisiones

gaseosas la pluma de las partiacuteculas parece inclinarse hacia abajo con mayor

prontitud

A causa de la gravedad seraacute necesario usar una correccioacuten a la magnitud H en

la ecuacioacuten de dispersioacuten gaussiana para la deposicioacuten general del material

particulado La distancia de caiacuteda libre de una partiacutecula despueacutes que abandona la

chimenea con una Velocidad terminal Vt (o de sedimentacioacuten) es simplemente x

donde t es el tiempo que le toma a la corriente principal del contaminante para

alcanzar una distancia x en la direccioacuten del viento El tiempo t se expresa tambieacuten

por xu Por tanto la distancia de caiacuteda libre que es necesario aplicar como

correccioacuten a H es Vtxu esto equivale a desplazar la liacutenea central de la distribucioacuten

gaussiana en la direccioacuten z hacia abajo en una cantidad Vtxu Teniendo en cuenta

de esta manera el efecto gravitacional la concentracioacuten de las partiacuteculas en general

estaacute dada por

119862(119909 119910 119911 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[(

119910

120590119910)

2

+ (119911minus(119867minus

119881119905119909

119880)

120590119911)

2

] (11)

La concentracioacuten a nivel del suelo a lo largo de la liacutenea central tiene un especial

intereacutes Si hacemos que y=0 y z=0 se encuentra que

119862(119909 00 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[

(119867minus119881119905119909

119880)

120590119911]

2

(12)

Donde

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 383

Q es la tasa de emisioacuten de las partiacuteculas

Ademaacutes de evaluar la concentracioacuten C de las partiacuteculas en determinada

situacioacuten se pueden expresar los resultados de la dispersioacuten de las partiacuteculas en

teacuterminos de la masa depositada por tiempo y aacuterea unitaria W

119882 =119905119886119904119886 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886

aacute119903119890119886=

(119905119886119904119886 119907119900119897119906119898eacute119905119903119894119888119886)(119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899)

aacute119903119890119886 (13)

119882 = (119907119890119897119900119888119894119889119886119889)(119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899) = 119881119905 (14)

119898119886119904119886

119905119894119890119898119901119900 lowast aacute119903119890119886=

119898119886119904119886

119905119894119890119898119901119900 lowast aacute119903119890119886 119907119900119897119906119898119890119899

119907119900119897119906119898119890119899

[119882] = [119892

1198982119904] [119876] = [

119892

119904] [119862] = [

119892

1198983]

4 Clasificacioacuten climaacutetica y meteorologiacutea en el aacuterea en estudio

A comienzos del siglo XX el geoacutegrafo climatoacutelogo y botaacutenico alemaacuten nacido

en San Petersburgo Wladimir Koumlppen presentoacute una clasificacioacuten de los climas del

mundo basaacutendose en dos elementos climaacuteticos la temperatura del aire y la cantidad

de agua disponible en relacioacuten con las caracteriacutesticas fitogeograacuteficas La primera

letra o letra principal (Grupo climaacutetico) distingue cinco grupos climaacuteticos

principales definidos por umbrales teacutermicos y de precipitacioacuten que corresponden a

las grandes formaciones de vegetacioacuten Estos climas son designados con las

primeras letras del alfabeto escritas en mayuacutescula A B C D y E Al grupo tropical

le corresponde la letra A La segunda letra hace referencia al reacutegimen de

precipitaciones

Clasificacioacuten climaacutetica y precipitaciones

Af Ecuatorial Caacutelido y lluvioso todo el antildeo sin estaciones Es el clima de la selva lluviosa

Ninguacuten mes con precipitacioacuten por debajo de 60 mm

Am Monzoacutenico Caacutelido todo el antildeo con una estacioacuten seca corta seguida por una huacutemeda con fuertes lluvias Es el clima de los bosques monzoacutenicos

Con alguacuten mes por debajo de 60 mm y si la precipitacioacuten del mes maacutes seco es superior a la foacutermula [100-(Precipitacioacuten anual25)]

Aw Sabana Caacutelido todo el antildeo con estacioacuten seca Es el clima propio de la sabana

Con alguacuten mes por debajo de 60 mm y si la precipitacioacuten del mes maacutes seco es inferior a la foacutermula [100-(Precipitacioacuten anual25)]

A continuacioacuten se presenta un mapa del departamento de Pando con sus

aacutereas urbanas de color fucsia

384middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Clasificacioacuten climaacutetica del aacuterea en estudio y aacutereas urbanas

Fuente Estudio planta de generacioacuten de electricidad a partir de Biomasa

2016

Al aacuterea en estudio que comprende los municipios de Cobija y Porvenir (medio

rural) le corresponde un clima tropical huacutemedo caacutelido del tipo Am con periacuteodo

seco es decir con maacutes de un mes de precipitacioacuten menor a 60 mm (Ver

Meteorologiacutea ndash Clima diagrama) y una precipitacioacuten anual que sobrepasa la

evapotranspiracioacuten En la eacutepoca seca entre mayo y septiembre la invasioacuten de los

frentes friacuteos del sur (surazos) es frecuente causando caiacutedas bruscas de

temperaturas descendiendo desde 30ordmC hasta 15ordmC en pocas horas Sin embargo

estos son de corta duracioacuten entre dos y tres diacuteas

41 Meteorologiacutea

En el departamento de Pando cuentan con una Estacioacuten Meteoroloacutegica (EM)

de la Administracioacuten de Aeropuertos y Servicios Auxiliares a la Navegacioacuten Aeacuterea

(AASANA) y el Servicio Nacional de Meteorologiacutea e Hidrologiacutea (SENAMHI)

ubicada en el aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (municipio de Cobija) cuyos

registros de diez antildeos permitieron establecer que la precipitacioacuten promedio anual

variacutea entre 15902 (mm) a 3479 (mm) las temperaturas medias se encuentran entre

244 (ordmC) y 271 (ordmC) el periacuteodo seco o de estiaje comprende cinco meses que

usualmente ocurren entre mayo a septiembre Los meses maacutes caacutelidos son agosto y

septiembre que alcanzan los 334 degC (temperatura maacutexima media) mientras que

julio es el mes maacutes friacuteo con 177 degC (temperatura miacutenima media)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 385

Clima diagrama EM Aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (10 antildeos)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

42 Rosa de Vientos

Tambieacuten se preparoacute la denominada rosa de vientos para un periacuteodo de 10 antildeos

(Ver la Figura 3 inciso a) siendo que el viento en su mayor porcentaje (4567 ) de

prevalencia proviene de la direccioacuten Norte (N) y se dirige hacia el Sur (S) lo que

ocurre en sentido contrario en un 1811

Con respecto al comportamiento de los vientos en eacutepoca de estiaje que tiene

una duracioacuten de cinco meses (mayo-septiembre) se hizo un graacutefico de la

distribucioacuten de la frecuencia de la direccioacuten prevalente (Figura 3 inciso b) siendo la

direccioacuten Norte la que acumula un mayor porcentaje de 3750 seguida de la

direccioacuten Sur con un 3250 con un mayor porcentaje de velocidad media entre

21 (ms) y 36 ms

5 Emisiones a la atmoacutesfera de centrales termoeleacutectricas a biomasa

El material particulado estaacute compuesto por ceniza e inquemados (holliacuten) La

ceniza producto de la combustioacuten se clasifica como de fondo y volante la primera

se deposita en el fondo del hogar o caacutemara de combustioacuten es recogida y dispuesta

generalmente en patios o pilas donde puede ser re suspendida a la atmoacutesfera por

accioacuten del viento La ceniza volante es arrastrada y emitida a la atmoacutesfera por los

gases de combustioacuten Las partiacuteculas que se emiten a la atmoacutesfera son de variados

386middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

tamantildeos y composicioacuten lo cual depende de las caracteriacutesticas del combustible y

condiciones termodinaacutemicas de la combustioacuten

a)

b)

a) Rosa de Vientos (anual) b) Distribucioacuten de frecuencia de

vientos (Estiaje)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

En los sistemas con control de partiacuteculas de acuerdo con la eficiencia de

coleccioacuten del sistema la mayor parte de la ceniza volante es retenida y dispuesta

junto con la ceniza de fondo

Cabe destacar que los moacutedulos de generacioacuten termoeleacutectrica a biomasa

propuestos dentro del proyecto contaraacuten con un sistema de control de la emisioacuten

de partiacuteculas compuesto por un multicicloacuten y filtro de mangas (Ver la Figura 4)

que es imprescindible minimizar posibles alteraciones de la calidad ambiental en el

aacuterea en estudio y se podraacuten ubicar entre 12 (km) y 35 (km) de las aacutereas urbanas de

Cobija y Porvenir

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 387

Sistema de control de emisiones (gases y partiacuteculas)

Fuente Estudio Planta de Generacioacuten de Electricidad a partir de Biomasa

2016

6 Liacutemites permisibles de calidad del aire

Liacutemites Permisibles de Calidad del Aire

Contaminante FoacutermulaSigla Valor de

Concentracioacuten Periacuteodo de Muestreo

Monoacutexido de Carbono CO 10 mgm3 Media en 8 horas

40 mgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Azufre SO2 80 microgm3 Media aritmeacutetica anual

365 microgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Nitroacutegeno NO2 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

400 microgm3 Media en 1 hora

Partiacuteculas Suspendidas Totales

PST 260 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

75 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Partiacuteculas Menores de 10 micras

PM10 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

50 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Liacutemites permisibles de calidad del aire del Reglamento en materia de contaminacioacuten atmosfeacuterica (RMCA)

Fuente RMCA Ley del medio ambiente Ndeg 1333 1995

388middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

7 Modelacioacuten matemaacutetica de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas

A continuacioacuten se presenta las ecuaciones empleadas en la modelacioacuten

matemaacutetica de la dispersioacuten de contaminantes en la atmoacutesfera y los resultados

obtenidos Cabe mencionar que las fuentes se encuentran en medio rural con

sentido de dispersioacuten hacia las aacutereas peri-urbanas de Cobija y Porvenir

71 Paraacutemetros de dispersioacuten de fuentes puntuales

Los paraacutemetros σy y σz (coeficientes de dispersioacuten) son las desviaciones tipo en

las direcciones lateral y vertical respectivamente Representan una medida de la

dispersioacuten del penacho en dichas direcciones Tales paraacutemetros son funcioacuten de la

distancia a la fuente emisora viento abajo y de la Categoriacutea de Estabilidad

Atmosfeacuterica (CEA) Estos coeficientes se suelen presentar en forma graacutefica o

pueden calcularse seguacuten formulas empiacutericas

Para calcular σy y σz (en metros) para el modo rural se utilizan ecuaciones que

se aproximan a las curvas de Pasquill-Gifford (Turner 1970) Las ecuaciones para

calcular σ son de la forma

120590119910 = 46511628(119909)119905119886119899(119879119867) (14)

Donde

119879119867 = 0017453293[119888 minus 119889119897119899(119909)] (15)

En la Tabla 4 vienen dados los coeficientes c y d

Coeficientes c y d medio rural

CEA c d

A 24167 25334

B 18333 18096

C 125 10857

D 8333 072382

E 625 054287

F 41667 036191

Fuente Turner 1970

En la ecuacioacuten (15) la distancia en la direccioacuten del viento estaacute en kiloacutemetros La

ecuacioacuten usada para calcular σz es de la forma

120590119911 = 119886119909119887 (16)

Donde la distancia en la direccioacuten del viento x estaacute en kiloacutemetros y σz estaacute en

metros Los coeficientes a y b vienen dados en la Tabla 6

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 389

72 Correccioacuten de la velocidad del viento

La velocidad del viento se acostumbra a medir a 10 metros de altura Esta

velocidad a niveles maacutes bajos de 10 metros se ve reducida notablemente debido a

los efectos de rozamiento Para niveles distintos de este valor la velocidad del

viento debe corregirse seguacuten la relacioacuten

119906119911 = 11990610 (119911

10)

119901 (17)

Donde uz = Velocidad del viento a la altura de la fuente emisora (ms) u10 =

Velocidad del viento a la altura de 10 metros de altura (ms) z = Altura de la

fuente emisora (m) y p = Coeficiente exponencial

En la Tabla 5 se presentan los valores de p (medio urbano y rural) que son

funcioacuten de la CEA y la rugosidad del suelo

Coeficientes de correccioacuten para la velocidad del viento

Clase de Estabilidad Atmosfeacuterica

Coeficiente exponencial atmosfeacuterico

Urbano Rural

A 015 007

B 015 007

C 02 01

D 025 015

E 03 035

F 03 035

Fuente Modelos de Dispersioacuten de Contaminantes en la Atmoacutesfera 1997

390middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Coeficientes a y b

CEA A a b CEA D a b CEAF a b

X (km) X (km) X (km)

lt01 1228 09447 lt03 34459 086974 lt02 15209 081558

01-015 15808 10542 031-1 32093 081066 021-070 14457 078407

016-02 17022 10932 101-3 32093 064403 071-1 13953 068465

021-025 17952 11262 301-10 33504 060486 101-2 13953 063227

026-030 21741 12644 1001-30 3665 056589 201-3 14823 054503

031-04 25889 14094 gt30 44053 051179 301-7 16187 04649

041-05 34675 17283 701-15 17836 041507

051-311 45385 21166 1501-30 22651 032681

gt311 se asume 5000 3001-60 27074 027436

gt60 34219 021716

Si el valor calculado de σz excede los 5000 metros σz es igual a 5000 metros

Donde σy estaacute en metros y x estaacute en kiloacutemetros

Fuente Turner 1970

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 391

73 Estimacioacuten de la elevacioacuten del penacho

La elevacioacuten del penacho (∆h) se define como la diferencia entre la altura de la

liacutenea central final del penacho y la altura inicial de la fuente Esta elevacioacuten esta

originada por la fuerza ascensional y el impulso vertical del efluente La temperatura

de salida del efluente en el caso de que supere en maacutes de 50 ordmC la temperatura

ambiental tiene mayor influencia que el impulso vertical en la determinacioacuten de la

altura que alcanzaraacute el penacho

Como regla general la elevacioacuten del penacho es directamente proporcional al

contenido caloriacutefico del efluente y la velocidad de salida del mismo e inversamente

proporcional a la velocidad local del viento

Una de las ecuaciones maacutes empleadas para el caacutelculo de esta elevacioacuten es la de

Holland (1953)

∆ℎ = 119881119904lowast119889

119880(15 + 268 lowast 10minus3 lowast 119875 lowast

119879119904minus119879119886

119879119904lowast 119889) (18)

Donde Δh es la elevacioacuten del penacho por encima de la fuente emisora (m) Vs

es la velocidad de salida o emisioacuten del contaminante (ms) d es el diaacutemetro interior

del conducto de emisioacuten (m) P es la presioacuten atmosfeacuterica (mbar) Ts es la

temperatura del contaminante (ordmK) y Ta es la temperatura ambiente atmosfeacuterica

(ordmK) y 26810-3 es una constante expresada en (mbarm)

Donde H es la altura efectiva de la emisioacuten e igual a h+∆h siendo h la altura

de la chimenea y ∆h la sobre elevacioacuten del penacho debida a la capacidad de

flotacioacuten de los gases calientes y a la cantidad de movimiento de los gases que salen

verticalmente al ser expulsados por la parte superior de la chimenea

Los valores de ∆h obtenidos con esta foacutermula deben corregirse (Ver Tabla 7)

multiplicando por un factor establecido por Pasquil-Gifford-Turner que es

funcioacuten de las condiciones meteoroloacutegicas que se describen maacutes adelante

Factor de Correccioacuten para Δh

CEA Factor de correccioacuten

A B 115

C 11

D 1

E F 085

Fuente Holland

392middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

74 Correccioacuten para C en funcioacuten del tiempo promedio seguacuten

concentraciones permisibles

Para realizar la correccioacuten en funcioacuten del tiempo promedio se utiliza la

siguiente foacutermula

119862119905 = 11986210 (10

119905)

05 (19)

Doacutende

Ct = Concentracioacuten para un tiempo promedio (μgm3)

C10 = Concentracioacuten para un tiempo de diez minutos (μgm3)

t = Tiempo en minutos (min)

75 Resultados

La modelacioacuten de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas en la atmoacutesfera se realizoacute

aplicando las ecuaciones (5) y (12) respectivamente Donde C es la concentracioacuten

en (microgm3) G es el flujo maacutesico de gas (kgseg) Q es la tasa de emisioacuten de las

partiacuteculas (gseg) σy y σz son los coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical (m) U

es la velocidad del viento (ms) que se obtuvo a partir de datos meteoroloacutegicos en

el aacuterea en estudio H es igual a la suma de altura fiacutesica de la chimenea (h) y Δh que

es la elevacioacuten de la pluma o penacho por flotabilidad (m) realizando correcciones

de acuerdo a la CEA tal como se presenta en la Tabla 8

Dispersioacuten de contaminantes gaseosos en la atmoacutesfera (NO2)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

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Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

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[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

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Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

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[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

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[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 377

measures and if it is necessary to make adjustments to the operation of the biomass power plant

Keywords Dispersion of pollutants power plant biomass

1 Introduccioacuten

En la regioacuten amazoacutenica de Bolivia actualmente existen sistemas aislados para

la generacioacuten y distribucioacuten de la electricidad los que usualmente funcionan a

dieacutesel cuyo transporte debe ser garantizado para satisfacer la demanda cotidiana

sin embargo persisten las continuas quejas por cortes e interrupciones del

suministro de energiacutea eleacutectrica

Como una solucioacuten el Gobierno Nacional (GN) en los uacuteltimos antildeos fue

impulsando estudios de pre-inversioacuten para la generacioacuten de electricidad a partir de

energiacuteas renovables no convencionales implementando un moacutedulo de paneles

solares fotovoltaicos de 5 (MW) que se incorporoacute a un sistema aislado cuyo

funcionamiento actual es hiacutebrido Como una forma adicional de apoyar con la

generacioacuten de electricidad a este sistema y otros considerando las proyecciones de

demanda de electricidad se realizaron estudios para la implementacioacuten de moacutedulos

termoeleacutectricos a biomasa que en la regioacuten amazoacutenica estaacute compuesta por caacutescara

o residuos de las procesadoras de castantildea residuos generados por la actividad

maderera y tambieacuten como opcioacuten cultivos energeacuteticos en sitios desmontados y

localizados con el fin de no afectar la cobertura vegetal

En nuestro paiacutes desde hace maacutes de dos deacutecadas se cuenta con la Ley del

Medio Ambiente Ndeg 1333 (1992) y sus Reglamentos (1995) En el marco del

Reglamento de Prevencioacuten y Control Ambiental (RPCA) para la Categorizacioacuten

Ambiental de los Proyectos de Desarrollo se tiene claramente establecida una

metodologiacutea de sencilla aplicacioacuten para la Identificacioacuten de Impactos Ambientales

(IIA) y para el desarrollo de los Estudios de Evaluacioacuten de Impacto Ambiental

(EEIAs)-Categoriacuteas I y II se aplican distintas herramientas para predecir y evaluar

los impactos desde matrices diagramas de redes Sistemas de Informacioacuten

Geograacutefica (SIG) y modelacioacuten matemaacutetica

En el presente caso la metodologiacutea de Evaluacioacuten de Impacto Ambiental

(EIA) aplicada consiste en la clasificacioacuten climaacutetica del aacuterea en estudio el anaacutelisis

de datos histoacutericos de paraacutemetros meteoroloacutegicos estudio de liacutenea base y

aplicacioacuten de apropiados modelos matemaacuteticos de dispersioacuten de gases y partiacuteculas

en la atmoacutesfera para la prediccioacuten y evaluacioacuten de impactos planteamiento de

medidas de mitigacioacuten y un Programa de Monitoreo Ambiental

378middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

2 Ecuacioacuten de difusioacuten y modelo de dispersioacuten Gaussiano

Se realiza el balance de masa en un volumen de control aplicando una ecuacioacuten

de difusioacuten simplificada que describe una nube continua de la dispersioacuten de una

sustancia en un flujo turbulento

119889119862

119889119905+ 119880

119889119862

119889119909=

119889

119889119910(119870119910

119889119862

119889119910) +

119889

119889119911(119870119911

119889119862

119889119911) + 119878 (1)

Donde

x = Transporte del contaminante desde la fuente a lo largo de la coordenada x

por el flujo del viento (adveccioacuten) que presenta una velocidad media y sentido

o direccioacuten prevalente

y = difusioacuten del contaminante en la coordenada y (transversal)

z = difusioacuten del contaminante en la coordenada z (vertical) medida desde el

suelo

C (x y z) = Concentracioacuten media de la sustancia en un punto (kgm3)

(microgm3)

Ky Kz = Constantes de difusividad de Eddy en la direccioacuten de los ejes x y z

(m2s)

U = Velocidad media del viento a lo largo del eje x (ms)

S = Teacutermino fuentesumidero (kgm3s)

Las soluciones analiacuteticas de esta ecuacioacuten para el caso de dispersioacuten de

contaminantes pasivos en un flujo turbulento se obtuvieron por primera vez en los

antildeos 20 por Roberts (1923) y Richardson (1926) Las constantes de difusividad de

Eddy (Ky y Kz) son una forma de relacionar los flujos turbulentos de material con

los gradientes medios de concentracioacuten donde v y w son las velocidades medias de

viento lateral y vertical

120584prime119888prime = minus119870119910120597119862

120597119910 119908prime119888prime = minus119870119911

120597119862

120597119911 (2)

Las coordenadas se refieren a las fluctuaciones turbulentas de los teacuterminos

sobre sus valores medios Por ejemplo c (t) = C + c u (t) = U + u etc

Tiacutepicamente en la atmoacutesfera Ky gt Kz lo que explica por queacute la seccioacuten transversal

de una pluma adquiere a menudo una forma eliacuteptica

Una interpretacioacuten de la ecuacioacuten (1) es la siguiente

119889119862

119889119905+ 119880

119889119862

119889119909 Variacioacuten de la concentracioacuten en el tiempo y adveccioacuten en la

direccioacuten del viento

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 379

119889

119889119910(119870119910

119889119862

119889119910) 119890119905119888 Difusioacuten turbulenta referida al centro de la pluma del

contaminante (la pluma se expandiraacute con el tiempo debido a estos teacuterminos)

119878 Teacutermino que representa la produccioacuten neta (o destruccioacuten) del contaminante

debido a las fuentes (o mecanismos de remocioacuten)

La ecuacioacuten (1) se puede simplificar haciendo varias suposiciones

1 Las concentraciones de contaminantes no afectan al campo de flujo

(dispersioacuten pasiva)

2 La difusioacuten molecular y la difusioacuten longitudinal (a lo largo del viento) son

despreciables

3 El flujo es incompresible

4 Las velocidades y concentraciones del viento pueden descomponerse en una

media y fluctuar con el valor promedio de la fluctuacioacuten (estocaacutestico)

componente igual a cero Los valores medios se basan en promedios de

tiempo de 10-60 minutos

5 Los flujos turbulentos estaacuten linealmente relacionados con los gradientes de

las concentraciones medias como en la ecuacioacuten (2)

6 Las velocidades medias de viento lateral y vertical v y w son cero por lo que

tambieacuten restringimos el anaacutelisis al flujo constante del viento sobre un

terreno plano idealizado

El modelo de penacho gaussiano que estaacute en el nuacutecleo de casi todos los

modelos de dispersioacuten regulatorios se obtiene de la solucioacuten analiacutetica a la ecuacioacuten

(1) Para una fuente puntual continua liberada en el origen en un flujo turbulento

uniforme (homogeacuteneo) la solucioacuten de la Ecuacioacuten (1) es

119862(119909 119910 119911) = 119876

4120587radic119870119910119870119911exp (

minus1199102

4119870119910(119909119880) ) exp (

minus1199112

4119870119911(119909119880)) (3)

Donde Q es el flujo maacutesico en (gs) o (microgs) del contaminante que se

encuentra en la corriente del aire ldquoyrdquo es la dispersioacuten lateral en (m) ldquozrdquo es la

dispersioacuten vertical en (m) y U es la velocidad media del viento (ms)

Desafortunadamente las difusividades turbulentas Ky y Kz son desconocidas

en la mayoriacutea de los flujos y en la capa liacutemite atmosfeacuterica Kz no es constante sino

que aumenta con la altura sobre el suelo Ademaacutes Ky y Kz aumentan con la

distancia desde la fuente debido a que la difusioacuten es afectada por diferentes escalas

de turbulencia en la atmoacutesfera a medida que el penacho crece A pesar de estas

limitaciones frecuentemente se aplica la Ecuacioacuten (3) Definimos los siguientes

paraacutemetros gaussianos

380middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

120590119910 = radic2119870119910119909

119880 120590119911 = radic2119870119911

119909

119880 (4)

Entonces la forma final de la ecuacioacuten gaussiana para un penacho elevado

liberado en z = Hp donde σy y σz son coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical

respectivamente

119862(119909 119910 119911) = 119876

2120587119880119901120590119910120590119911exp (minus

1199102

21205901199102) [exp (minus

(119911minus119867119901)2

21205901199112 ) + exp (minus

(119911+119867119901)2

21205901199112 )](5)

En esta expresioacuten se ha antildeadido un segundo teacutermino exponencial para tener en

cuenta el hecho de que el contaminante no puede difundirse hacia abajo a traveacutes del

suelo en z = 0 Este teacutermino imagen puede visualizarse como una fuente

equivalente ubicada en z = -Hp por debajo del suelo

La ecuacioacuten (5) es la conocida ecuacioacuten gaussiana para una fuente puntual

continua (Turner 1994) La altura del penacho Hp es la suma de la altura real de la

chimenea Hs y su elevacioacuten por la flotabilidad y el momento cuando es liberada Δh

La velocidad del viento U se toma como la velocidad media del viento a la altura de

la chimenea Puesto que normalmente estamos interesados en las concentraciones

en el suelo (donde estaacuten los receptores como las personas) se asume z = 0 para

obtener

119862(119909 119910 119911 = 0) =119876

120587119880120590119910120590119911exp (minus

1199102

21205901199102) exp (minus

1198671199012

21205901199112) (6)

Si ademaacutes establecemos que Hp = 0 obtendremos la distribucioacuten vertical

debido a una fuente a nivel del suelo

119862(119909 119910 119911) =119876

120587119880120590119910120590119911exp (minus

1199102

21205901199102) exp (minus

1199112

21205901199112) (7)

Resulta que este uacuteltimo modelo no es muy preciso Para una liberacioacuten a nivel

del suelo el perfil vertical variacutea maacutes como exp (-z15) en lugar de la forma gaussiana

exp (-z2) debido a las grandes variaciones verticales de la difusividad Kz cerca del

suelo (Van Ulden 1978) Un modelo maacutes general no gaussiano que permite

determinar la variacioacuten vertical de Kz y la variacioacuten vertical del perfil de velocidad

se puede escribir como

119862(119909 119910 119911) =119876

radic2120587119880120590119910exp (minus

1199102

21205901199102) 119891(119911) (8)

El teacutermino f (z) es una funcioacuten normalizada que describe la distribucioacuten

vertical de la sustancia en el penacho Para asegurar la conservacioacuten de la masa

estos modelos deben satisfacer

∬ 119862119880119889119910119889119911 = 119876119910119911

(9)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 381

Donde la integracioacuten se toma sobre el plano y-z perpendicular al eje del

penacho

21 Factores que intervienen en la elevacioacuten del penacho

Las condiciones meteoroloacutegicas y la duracioacuten de la emisioacuten tienen una gran

importancia en el alcance de la dispersioacuten del penacho Los factores principales son

la velocidad del viento y la estabilidad atmosfeacuterica que estaacute definida en funcioacuten del

gradiente vertical de temperatura de las capas del aire tal como se presenta en la

Tabla 1

Categoriacuteas de Estabilidad Atmosfeacuterica de Pasquil-Gifford-Turner

Categoriacutea de Estabilidad Atmosfeacuterica

Factor de correccioacuten

A Extremadamente inestable lt -19

B Inestable -19 a -17

C Ligeramente inestable -17 a -15

D Neutro -15 a -05

E Ligeramente estable -05 a 4

F Estable gt 4

3 Dispersioacuten de material particulado en la atmoacutesfera

La cantidad de partiacuteculas que se puede descargar a la atmoacutesfera estaacute

reglamentada por la Ley del Medio Ambiente Ndeg 1333 para algunas industrias

especiacuteficas En estos casos se debe en general incluir alguacuten tipo de dispositivo de

control dentro de la corriente de flujo a fin de mantener los niveles de emisioacuten

dentro de los liacutemites establecidos Auacuten con tales dispositivos de control una

pequentildea porcioacuten del total de partiacuteculas en el gas se emitiraacute probablemente a la

atmoacutesfera A fin de planificar las normas de emisioacuten es importante tener en cuenta

la capacidad de pronosticar la tasa de deposicioacuten de las partiacuteculas a nivel del suelo

y a diversas distancias de la fuente

Uno de los meacutetodos utilizados para pronosticar la tasa de sedimentacioacuten de las

partiacuteculas resultantes de las emisiones por chimeneas es la modificacioacuten del modelo

gaussiano de dispersioacuten de gases utilizado para las emisiones gaseosas de las

chimeneas La dispersioacuten gaseosa desde una chimenea con altura equivalente H y

sin reflexioacuten estaacute dada por

119862(119909 119910 119911 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[(

119910

120590119910)

2

+ (119911minus119867

120590119911)

2] (10)

382middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Donde U es la velocidad promedio del viento y Q es la tasa de emisioacuten del

contaminante gaseoso en masa por tiempo unitario La expresioacuten ldquosin reflexioacutenrdquo es

muy importante puesto que para las emisiones de partiacuteculas el terreno actuacutea como

un sumidero para las partiacuteculas emitidas Para las emisiones gaseosas el terreno

actuacutea como una superficie reflectora en la mayoriacutea de los casos y esta reflexioacuten

intensifica la concentracioacuten en la fase gaseosa del contaminante

Ademaacutes de la correccioacuten para amortiguar la reflexioacuten es necesario efectuar

otra modificacioacuten en la ecuacioacuten de dispersioacuten del tipo gaussiano Los tipos de

contaminantes gaseosos no se ven afectados por la fuerza de la gravedad No

obstante el movimiento de las partiacuteculas soacutelidas estaacute muy afectado por la gravedad

asiacute como por las fuerzas sobre el fluido asociadas con el movimiento atmosfeacuterico

Por tanto la ecuacioacuten de dispersioacuten debe manifestar estas fuerzas Esencialmente

el efecto de la gravedad sobre la dispersioacuten de las partiacuteculas es hacer que la liacutenea

central de la emisioacuten parezca inclinarse hacia abajo seguacuten la corriente del

contaminante pasa maacutes adelante en la direccioacuten de la corriente (se debe tener en

cuenta el tamantildeo de las partiacuteculas y la gravedad que actuacutea sobre ellas) Comparada

con la liacutenea central del penacho que es sensiblemente horizontal para las emisiones

gaseosas la pluma de las partiacuteculas parece inclinarse hacia abajo con mayor

prontitud

A causa de la gravedad seraacute necesario usar una correccioacuten a la magnitud H en

la ecuacioacuten de dispersioacuten gaussiana para la deposicioacuten general del material

particulado La distancia de caiacuteda libre de una partiacutecula despueacutes que abandona la

chimenea con una Velocidad terminal Vt (o de sedimentacioacuten) es simplemente x

donde t es el tiempo que le toma a la corriente principal del contaminante para

alcanzar una distancia x en la direccioacuten del viento El tiempo t se expresa tambieacuten

por xu Por tanto la distancia de caiacuteda libre que es necesario aplicar como

correccioacuten a H es Vtxu esto equivale a desplazar la liacutenea central de la distribucioacuten

gaussiana en la direccioacuten z hacia abajo en una cantidad Vtxu Teniendo en cuenta

de esta manera el efecto gravitacional la concentracioacuten de las partiacuteculas en general

estaacute dada por

119862(119909 119910 119911 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[(

119910

120590119910)

2

+ (119911minus(119867minus

119881119905119909

119880)

120590119911)

2

] (11)

La concentracioacuten a nivel del suelo a lo largo de la liacutenea central tiene un especial

intereacutes Si hacemos que y=0 y z=0 se encuentra que

119862(119909 00 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[

(119867minus119881119905119909

119880)

120590119911]

2

(12)

Donde

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 383

Q es la tasa de emisioacuten de las partiacuteculas

Ademaacutes de evaluar la concentracioacuten C de las partiacuteculas en determinada

situacioacuten se pueden expresar los resultados de la dispersioacuten de las partiacuteculas en

teacuterminos de la masa depositada por tiempo y aacuterea unitaria W

119882 =119905119886119904119886 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886

aacute119903119890119886=

(119905119886119904119886 119907119900119897119906119898eacute119905119903119894119888119886)(119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899)

aacute119903119890119886 (13)

119882 = (119907119890119897119900119888119894119889119886119889)(119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899) = 119881119905 (14)

119898119886119904119886

119905119894119890119898119901119900 lowast aacute119903119890119886=

119898119886119904119886

119905119894119890119898119901119900 lowast aacute119903119890119886 119907119900119897119906119898119890119899

119907119900119897119906119898119890119899

[119882] = [119892

1198982119904] [119876] = [

119892

119904] [119862] = [

119892

1198983]

4 Clasificacioacuten climaacutetica y meteorologiacutea en el aacuterea en estudio

A comienzos del siglo XX el geoacutegrafo climatoacutelogo y botaacutenico alemaacuten nacido

en San Petersburgo Wladimir Koumlppen presentoacute una clasificacioacuten de los climas del

mundo basaacutendose en dos elementos climaacuteticos la temperatura del aire y la cantidad

de agua disponible en relacioacuten con las caracteriacutesticas fitogeograacuteficas La primera

letra o letra principal (Grupo climaacutetico) distingue cinco grupos climaacuteticos

principales definidos por umbrales teacutermicos y de precipitacioacuten que corresponden a

las grandes formaciones de vegetacioacuten Estos climas son designados con las

primeras letras del alfabeto escritas en mayuacutescula A B C D y E Al grupo tropical

le corresponde la letra A La segunda letra hace referencia al reacutegimen de

precipitaciones

Clasificacioacuten climaacutetica y precipitaciones

Af Ecuatorial Caacutelido y lluvioso todo el antildeo sin estaciones Es el clima de la selva lluviosa

Ninguacuten mes con precipitacioacuten por debajo de 60 mm

Am Monzoacutenico Caacutelido todo el antildeo con una estacioacuten seca corta seguida por una huacutemeda con fuertes lluvias Es el clima de los bosques monzoacutenicos

Con alguacuten mes por debajo de 60 mm y si la precipitacioacuten del mes maacutes seco es superior a la foacutermula [100-(Precipitacioacuten anual25)]

Aw Sabana Caacutelido todo el antildeo con estacioacuten seca Es el clima propio de la sabana

Con alguacuten mes por debajo de 60 mm y si la precipitacioacuten del mes maacutes seco es inferior a la foacutermula [100-(Precipitacioacuten anual25)]

A continuacioacuten se presenta un mapa del departamento de Pando con sus

aacutereas urbanas de color fucsia

384middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Clasificacioacuten climaacutetica del aacuterea en estudio y aacutereas urbanas

Fuente Estudio planta de generacioacuten de electricidad a partir de Biomasa

2016

Al aacuterea en estudio que comprende los municipios de Cobija y Porvenir (medio

rural) le corresponde un clima tropical huacutemedo caacutelido del tipo Am con periacuteodo

seco es decir con maacutes de un mes de precipitacioacuten menor a 60 mm (Ver

Meteorologiacutea ndash Clima diagrama) y una precipitacioacuten anual que sobrepasa la

evapotranspiracioacuten En la eacutepoca seca entre mayo y septiembre la invasioacuten de los

frentes friacuteos del sur (surazos) es frecuente causando caiacutedas bruscas de

temperaturas descendiendo desde 30ordmC hasta 15ordmC en pocas horas Sin embargo

estos son de corta duracioacuten entre dos y tres diacuteas

41 Meteorologiacutea

En el departamento de Pando cuentan con una Estacioacuten Meteoroloacutegica (EM)

de la Administracioacuten de Aeropuertos y Servicios Auxiliares a la Navegacioacuten Aeacuterea

(AASANA) y el Servicio Nacional de Meteorologiacutea e Hidrologiacutea (SENAMHI)

ubicada en el aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (municipio de Cobija) cuyos

registros de diez antildeos permitieron establecer que la precipitacioacuten promedio anual

variacutea entre 15902 (mm) a 3479 (mm) las temperaturas medias se encuentran entre

244 (ordmC) y 271 (ordmC) el periacuteodo seco o de estiaje comprende cinco meses que

usualmente ocurren entre mayo a septiembre Los meses maacutes caacutelidos son agosto y

septiembre que alcanzan los 334 degC (temperatura maacutexima media) mientras que

julio es el mes maacutes friacuteo con 177 degC (temperatura miacutenima media)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 385

Clima diagrama EM Aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (10 antildeos)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

42 Rosa de Vientos

Tambieacuten se preparoacute la denominada rosa de vientos para un periacuteodo de 10 antildeos

(Ver la Figura 3 inciso a) siendo que el viento en su mayor porcentaje (4567 ) de

prevalencia proviene de la direccioacuten Norte (N) y se dirige hacia el Sur (S) lo que

ocurre en sentido contrario en un 1811

Con respecto al comportamiento de los vientos en eacutepoca de estiaje que tiene

una duracioacuten de cinco meses (mayo-septiembre) se hizo un graacutefico de la

distribucioacuten de la frecuencia de la direccioacuten prevalente (Figura 3 inciso b) siendo la

direccioacuten Norte la que acumula un mayor porcentaje de 3750 seguida de la

direccioacuten Sur con un 3250 con un mayor porcentaje de velocidad media entre

21 (ms) y 36 ms

5 Emisiones a la atmoacutesfera de centrales termoeleacutectricas a biomasa

El material particulado estaacute compuesto por ceniza e inquemados (holliacuten) La

ceniza producto de la combustioacuten se clasifica como de fondo y volante la primera

se deposita en el fondo del hogar o caacutemara de combustioacuten es recogida y dispuesta

generalmente en patios o pilas donde puede ser re suspendida a la atmoacutesfera por

accioacuten del viento La ceniza volante es arrastrada y emitida a la atmoacutesfera por los

gases de combustioacuten Las partiacuteculas que se emiten a la atmoacutesfera son de variados

386middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

tamantildeos y composicioacuten lo cual depende de las caracteriacutesticas del combustible y

condiciones termodinaacutemicas de la combustioacuten

a)

b)

a) Rosa de Vientos (anual) b) Distribucioacuten de frecuencia de

vientos (Estiaje)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

En los sistemas con control de partiacuteculas de acuerdo con la eficiencia de

coleccioacuten del sistema la mayor parte de la ceniza volante es retenida y dispuesta

junto con la ceniza de fondo

Cabe destacar que los moacutedulos de generacioacuten termoeleacutectrica a biomasa

propuestos dentro del proyecto contaraacuten con un sistema de control de la emisioacuten

de partiacuteculas compuesto por un multicicloacuten y filtro de mangas (Ver la Figura 4)

que es imprescindible minimizar posibles alteraciones de la calidad ambiental en el

aacuterea en estudio y se podraacuten ubicar entre 12 (km) y 35 (km) de las aacutereas urbanas de

Cobija y Porvenir

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 387

Sistema de control de emisiones (gases y partiacuteculas)

Fuente Estudio Planta de Generacioacuten de Electricidad a partir de Biomasa

2016

6 Liacutemites permisibles de calidad del aire

Liacutemites Permisibles de Calidad del Aire

Contaminante FoacutermulaSigla Valor de

Concentracioacuten Periacuteodo de Muestreo

Monoacutexido de Carbono CO 10 mgm3 Media en 8 horas

40 mgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Azufre SO2 80 microgm3 Media aritmeacutetica anual

365 microgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Nitroacutegeno NO2 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

400 microgm3 Media en 1 hora

Partiacuteculas Suspendidas Totales

PST 260 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

75 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Partiacuteculas Menores de 10 micras

PM10 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

50 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Liacutemites permisibles de calidad del aire del Reglamento en materia de contaminacioacuten atmosfeacuterica (RMCA)

Fuente RMCA Ley del medio ambiente Ndeg 1333 1995

388middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

7 Modelacioacuten matemaacutetica de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas

A continuacioacuten se presenta las ecuaciones empleadas en la modelacioacuten

matemaacutetica de la dispersioacuten de contaminantes en la atmoacutesfera y los resultados

obtenidos Cabe mencionar que las fuentes se encuentran en medio rural con

sentido de dispersioacuten hacia las aacutereas peri-urbanas de Cobija y Porvenir

71 Paraacutemetros de dispersioacuten de fuentes puntuales

Los paraacutemetros σy y σz (coeficientes de dispersioacuten) son las desviaciones tipo en

las direcciones lateral y vertical respectivamente Representan una medida de la

dispersioacuten del penacho en dichas direcciones Tales paraacutemetros son funcioacuten de la

distancia a la fuente emisora viento abajo y de la Categoriacutea de Estabilidad

Atmosfeacuterica (CEA) Estos coeficientes se suelen presentar en forma graacutefica o

pueden calcularse seguacuten formulas empiacutericas

Para calcular σy y σz (en metros) para el modo rural se utilizan ecuaciones que

se aproximan a las curvas de Pasquill-Gifford (Turner 1970) Las ecuaciones para

calcular σ son de la forma

120590119910 = 46511628(119909)119905119886119899(119879119867) (14)

Donde

119879119867 = 0017453293[119888 minus 119889119897119899(119909)] (15)

En la Tabla 4 vienen dados los coeficientes c y d

Coeficientes c y d medio rural

CEA c d

A 24167 25334

B 18333 18096

C 125 10857

D 8333 072382

E 625 054287

F 41667 036191

Fuente Turner 1970

En la ecuacioacuten (15) la distancia en la direccioacuten del viento estaacute en kiloacutemetros La

ecuacioacuten usada para calcular σz es de la forma

120590119911 = 119886119909119887 (16)

Donde la distancia en la direccioacuten del viento x estaacute en kiloacutemetros y σz estaacute en

metros Los coeficientes a y b vienen dados en la Tabla 6

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 389

72 Correccioacuten de la velocidad del viento

La velocidad del viento se acostumbra a medir a 10 metros de altura Esta

velocidad a niveles maacutes bajos de 10 metros se ve reducida notablemente debido a

los efectos de rozamiento Para niveles distintos de este valor la velocidad del

viento debe corregirse seguacuten la relacioacuten

119906119911 = 11990610 (119911

10)

119901 (17)

Donde uz = Velocidad del viento a la altura de la fuente emisora (ms) u10 =

Velocidad del viento a la altura de 10 metros de altura (ms) z = Altura de la

fuente emisora (m) y p = Coeficiente exponencial

En la Tabla 5 se presentan los valores de p (medio urbano y rural) que son

funcioacuten de la CEA y la rugosidad del suelo

Coeficientes de correccioacuten para la velocidad del viento

Clase de Estabilidad Atmosfeacuterica

Coeficiente exponencial atmosfeacuterico

Urbano Rural

A 015 007

B 015 007

C 02 01

D 025 015

E 03 035

F 03 035

Fuente Modelos de Dispersioacuten de Contaminantes en la Atmoacutesfera 1997

390middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Coeficientes a y b

CEA A a b CEA D a b CEAF a b

X (km) X (km) X (km)

lt01 1228 09447 lt03 34459 086974 lt02 15209 081558

01-015 15808 10542 031-1 32093 081066 021-070 14457 078407

016-02 17022 10932 101-3 32093 064403 071-1 13953 068465

021-025 17952 11262 301-10 33504 060486 101-2 13953 063227

026-030 21741 12644 1001-30 3665 056589 201-3 14823 054503

031-04 25889 14094 gt30 44053 051179 301-7 16187 04649

041-05 34675 17283 701-15 17836 041507

051-311 45385 21166 1501-30 22651 032681

gt311 se asume 5000 3001-60 27074 027436

gt60 34219 021716

Si el valor calculado de σz excede los 5000 metros σz es igual a 5000 metros

Donde σy estaacute en metros y x estaacute en kiloacutemetros

Fuente Turner 1970

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 391

73 Estimacioacuten de la elevacioacuten del penacho

La elevacioacuten del penacho (∆h) se define como la diferencia entre la altura de la

liacutenea central final del penacho y la altura inicial de la fuente Esta elevacioacuten esta

originada por la fuerza ascensional y el impulso vertical del efluente La temperatura

de salida del efluente en el caso de que supere en maacutes de 50 ordmC la temperatura

ambiental tiene mayor influencia que el impulso vertical en la determinacioacuten de la

altura que alcanzaraacute el penacho

Como regla general la elevacioacuten del penacho es directamente proporcional al

contenido caloriacutefico del efluente y la velocidad de salida del mismo e inversamente

proporcional a la velocidad local del viento

Una de las ecuaciones maacutes empleadas para el caacutelculo de esta elevacioacuten es la de

Holland (1953)

∆ℎ = 119881119904lowast119889

119880(15 + 268 lowast 10minus3 lowast 119875 lowast

119879119904minus119879119886

119879119904lowast 119889) (18)

Donde Δh es la elevacioacuten del penacho por encima de la fuente emisora (m) Vs

es la velocidad de salida o emisioacuten del contaminante (ms) d es el diaacutemetro interior

del conducto de emisioacuten (m) P es la presioacuten atmosfeacuterica (mbar) Ts es la

temperatura del contaminante (ordmK) y Ta es la temperatura ambiente atmosfeacuterica

(ordmK) y 26810-3 es una constante expresada en (mbarm)

Donde H es la altura efectiva de la emisioacuten e igual a h+∆h siendo h la altura

de la chimenea y ∆h la sobre elevacioacuten del penacho debida a la capacidad de

flotacioacuten de los gases calientes y a la cantidad de movimiento de los gases que salen

verticalmente al ser expulsados por la parte superior de la chimenea

Los valores de ∆h obtenidos con esta foacutermula deben corregirse (Ver Tabla 7)

multiplicando por un factor establecido por Pasquil-Gifford-Turner que es

funcioacuten de las condiciones meteoroloacutegicas que se describen maacutes adelante

Factor de Correccioacuten para Δh

CEA Factor de correccioacuten

A B 115

C 11

D 1

E F 085

Fuente Holland

392middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

74 Correccioacuten para C en funcioacuten del tiempo promedio seguacuten

concentraciones permisibles

Para realizar la correccioacuten en funcioacuten del tiempo promedio se utiliza la

siguiente foacutermula

119862119905 = 11986210 (10

119905)

05 (19)

Doacutende

Ct = Concentracioacuten para un tiempo promedio (μgm3)

C10 = Concentracioacuten para un tiempo de diez minutos (μgm3)

t = Tiempo en minutos (min)

75 Resultados

La modelacioacuten de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas en la atmoacutesfera se realizoacute

aplicando las ecuaciones (5) y (12) respectivamente Donde C es la concentracioacuten

en (microgm3) G es el flujo maacutesico de gas (kgseg) Q es la tasa de emisioacuten de las

partiacuteculas (gseg) σy y σz son los coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical (m) U

es la velocidad del viento (ms) que se obtuvo a partir de datos meteoroloacutegicos en

el aacuterea en estudio H es igual a la suma de altura fiacutesica de la chimenea (h) y Δh que

es la elevacioacuten de la pluma o penacho por flotabilidad (m) realizando correcciones

de acuerdo a la CEA tal como se presenta en la Tabla 8

Dispersioacuten de contaminantes gaseosos en la atmoacutesfera (NO2)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

378middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

2 Ecuacioacuten de difusioacuten y modelo de dispersioacuten Gaussiano

Se realiza el balance de masa en un volumen de control aplicando una ecuacioacuten

de difusioacuten simplificada que describe una nube continua de la dispersioacuten de una

sustancia en un flujo turbulento

119889119862

119889119905+ 119880

119889119862

119889119909=

119889

119889119910(119870119910

119889119862

119889119910) +

119889

119889119911(119870119911

119889119862

119889119911) + 119878 (1)

Donde

x = Transporte del contaminante desde la fuente a lo largo de la coordenada x

por el flujo del viento (adveccioacuten) que presenta una velocidad media y sentido

o direccioacuten prevalente

y = difusioacuten del contaminante en la coordenada y (transversal)

z = difusioacuten del contaminante en la coordenada z (vertical) medida desde el

suelo

C (x y z) = Concentracioacuten media de la sustancia en un punto (kgm3)

(microgm3)

Ky Kz = Constantes de difusividad de Eddy en la direccioacuten de los ejes x y z

(m2s)

U = Velocidad media del viento a lo largo del eje x (ms)

S = Teacutermino fuentesumidero (kgm3s)

Las soluciones analiacuteticas de esta ecuacioacuten para el caso de dispersioacuten de

contaminantes pasivos en un flujo turbulento se obtuvieron por primera vez en los

antildeos 20 por Roberts (1923) y Richardson (1926) Las constantes de difusividad de

Eddy (Ky y Kz) son una forma de relacionar los flujos turbulentos de material con

los gradientes medios de concentracioacuten donde v y w son las velocidades medias de

viento lateral y vertical

120584prime119888prime = minus119870119910120597119862

120597119910 119908prime119888prime = minus119870119911

120597119862

120597119911 (2)

Las coordenadas se refieren a las fluctuaciones turbulentas de los teacuterminos

sobre sus valores medios Por ejemplo c (t) = C + c u (t) = U + u etc

Tiacutepicamente en la atmoacutesfera Ky gt Kz lo que explica por queacute la seccioacuten transversal

de una pluma adquiere a menudo una forma eliacuteptica

Una interpretacioacuten de la ecuacioacuten (1) es la siguiente

119889119862

119889119905+ 119880

119889119862

119889119909 Variacioacuten de la concentracioacuten en el tiempo y adveccioacuten en la

direccioacuten del viento

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 379

119889

119889119910(119870119910

119889119862

119889119910) 119890119905119888 Difusioacuten turbulenta referida al centro de la pluma del

contaminante (la pluma se expandiraacute con el tiempo debido a estos teacuterminos)

119878 Teacutermino que representa la produccioacuten neta (o destruccioacuten) del contaminante

debido a las fuentes (o mecanismos de remocioacuten)

La ecuacioacuten (1) se puede simplificar haciendo varias suposiciones

1 Las concentraciones de contaminantes no afectan al campo de flujo

(dispersioacuten pasiva)

2 La difusioacuten molecular y la difusioacuten longitudinal (a lo largo del viento) son

despreciables

3 El flujo es incompresible

4 Las velocidades y concentraciones del viento pueden descomponerse en una

media y fluctuar con el valor promedio de la fluctuacioacuten (estocaacutestico)

componente igual a cero Los valores medios se basan en promedios de

tiempo de 10-60 minutos

5 Los flujos turbulentos estaacuten linealmente relacionados con los gradientes de

las concentraciones medias como en la ecuacioacuten (2)

6 Las velocidades medias de viento lateral y vertical v y w son cero por lo que

tambieacuten restringimos el anaacutelisis al flujo constante del viento sobre un

terreno plano idealizado

El modelo de penacho gaussiano que estaacute en el nuacutecleo de casi todos los

modelos de dispersioacuten regulatorios se obtiene de la solucioacuten analiacutetica a la ecuacioacuten

(1) Para una fuente puntual continua liberada en el origen en un flujo turbulento

uniforme (homogeacuteneo) la solucioacuten de la Ecuacioacuten (1) es

119862(119909 119910 119911) = 119876

4120587radic119870119910119870119911exp (

minus1199102

4119870119910(119909119880) ) exp (

minus1199112

4119870119911(119909119880)) (3)

Donde Q es el flujo maacutesico en (gs) o (microgs) del contaminante que se

encuentra en la corriente del aire ldquoyrdquo es la dispersioacuten lateral en (m) ldquozrdquo es la

dispersioacuten vertical en (m) y U es la velocidad media del viento (ms)

Desafortunadamente las difusividades turbulentas Ky y Kz son desconocidas

en la mayoriacutea de los flujos y en la capa liacutemite atmosfeacuterica Kz no es constante sino

que aumenta con la altura sobre el suelo Ademaacutes Ky y Kz aumentan con la

distancia desde la fuente debido a que la difusioacuten es afectada por diferentes escalas

de turbulencia en la atmoacutesfera a medida que el penacho crece A pesar de estas

limitaciones frecuentemente se aplica la Ecuacioacuten (3) Definimos los siguientes

paraacutemetros gaussianos

380middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

120590119910 = radic2119870119910119909

119880 120590119911 = radic2119870119911

119909

119880 (4)

Entonces la forma final de la ecuacioacuten gaussiana para un penacho elevado

liberado en z = Hp donde σy y σz son coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical

respectivamente

119862(119909 119910 119911) = 119876

2120587119880119901120590119910120590119911exp (minus

1199102

21205901199102) [exp (minus

(119911minus119867119901)2

21205901199112 ) + exp (minus

(119911+119867119901)2

21205901199112 )](5)

En esta expresioacuten se ha antildeadido un segundo teacutermino exponencial para tener en

cuenta el hecho de que el contaminante no puede difundirse hacia abajo a traveacutes del

suelo en z = 0 Este teacutermino imagen puede visualizarse como una fuente

equivalente ubicada en z = -Hp por debajo del suelo

La ecuacioacuten (5) es la conocida ecuacioacuten gaussiana para una fuente puntual

continua (Turner 1994) La altura del penacho Hp es la suma de la altura real de la

chimenea Hs y su elevacioacuten por la flotabilidad y el momento cuando es liberada Δh

La velocidad del viento U se toma como la velocidad media del viento a la altura de

la chimenea Puesto que normalmente estamos interesados en las concentraciones

en el suelo (donde estaacuten los receptores como las personas) se asume z = 0 para

obtener

119862(119909 119910 119911 = 0) =119876

120587119880120590119910120590119911exp (minus

1199102

21205901199102) exp (minus

1198671199012

21205901199112) (6)

Si ademaacutes establecemos que Hp = 0 obtendremos la distribucioacuten vertical

debido a una fuente a nivel del suelo

119862(119909 119910 119911) =119876

120587119880120590119910120590119911exp (minus

1199102

21205901199102) exp (minus

1199112

21205901199112) (7)

Resulta que este uacuteltimo modelo no es muy preciso Para una liberacioacuten a nivel

del suelo el perfil vertical variacutea maacutes como exp (-z15) en lugar de la forma gaussiana

exp (-z2) debido a las grandes variaciones verticales de la difusividad Kz cerca del

suelo (Van Ulden 1978) Un modelo maacutes general no gaussiano que permite

determinar la variacioacuten vertical de Kz y la variacioacuten vertical del perfil de velocidad

se puede escribir como

119862(119909 119910 119911) =119876

radic2120587119880120590119910exp (minus

1199102

21205901199102) 119891(119911) (8)

El teacutermino f (z) es una funcioacuten normalizada que describe la distribucioacuten

vertical de la sustancia en el penacho Para asegurar la conservacioacuten de la masa

estos modelos deben satisfacer

∬ 119862119880119889119910119889119911 = 119876119910119911

(9)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 381

Donde la integracioacuten se toma sobre el plano y-z perpendicular al eje del

penacho

21 Factores que intervienen en la elevacioacuten del penacho

Las condiciones meteoroloacutegicas y la duracioacuten de la emisioacuten tienen una gran

importancia en el alcance de la dispersioacuten del penacho Los factores principales son

la velocidad del viento y la estabilidad atmosfeacuterica que estaacute definida en funcioacuten del

gradiente vertical de temperatura de las capas del aire tal como se presenta en la

Tabla 1

Categoriacuteas de Estabilidad Atmosfeacuterica de Pasquil-Gifford-Turner

Categoriacutea de Estabilidad Atmosfeacuterica

Factor de correccioacuten

A Extremadamente inestable lt -19

B Inestable -19 a -17

C Ligeramente inestable -17 a -15

D Neutro -15 a -05

E Ligeramente estable -05 a 4

F Estable gt 4

3 Dispersioacuten de material particulado en la atmoacutesfera

La cantidad de partiacuteculas que se puede descargar a la atmoacutesfera estaacute

reglamentada por la Ley del Medio Ambiente Ndeg 1333 para algunas industrias

especiacuteficas En estos casos se debe en general incluir alguacuten tipo de dispositivo de

control dentro de la corriente de flujo a fin de mantener los niveles de emisioacuten

dentro de los liacutemites establecidos Auacuten con tales dispositivos de control una

pequentildea porcioacuten del total de partiacuteculas en el gas se emitiraacute probablemente a la

atmoacutesfera A fin de planificar las normas de emisioacuten es importante tener en cuenta

la capacidad de pronosticar la tasa de deposicioacuten de las partiacuteculas a nivel del suelo

y a diversas distancias de la fuente

Uno de los meacutetodos utilizados para pronosticar la tasa de sedimentacioacuten de las

partiacuteculas resultantes de las emisiones por chimeneas es la modificacioacuten del modelo

gaussiano de dispersioacuten de gases utilizado para las emisiones gaseosas de las

chimeneas La dispersioacuten gaseosa desde una chimenea con altura equivalente H y

sin reflexioacuten estaacute dada por

119862(119909 119910 119911 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[(

119910

120590119910)

2

+ (119911minus119867

120590119911)

2] (10)

382middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Donde U es la velocidad promedio del viento y Q es la tasa de emisioacuten del

contaminante gaseoso en masa por tiempo unitario La expresioacuten ldquosin reflexioacutenrdquo es

muy importante puesto que para las emisiones de partiacuteculas el terreno actuacutea como

un sumidero para las partiacuteculas emitidas Para las emisiones gaseosas el terreno

actuacutea como una superficie reflectora en la mayoriacutea de los casos y esta reflexioacuten

intensifica la concentracioacuten en la fase gaseosa del contaminante

Ademaacutes de la correccioacuten para amortiguar la reflexioacuten es necesario efectuar

otra modificacioacuten en la ecuacioacuten de dispersioacuten del tipo gaussiano Los tipos de

contaminantes gaseosos no se ven afectados por la fuerza de la gravedad No

obstante el movimiento de las partiacuteculas soacutelidas estaacute muy afectado por la gravedad

asiacute como por las fuerzas sobre el fluido asociadas con el movimiento atmosfeacuterico

Por tanto la ecuacioacuten de dispersioacuten debe manifestar estas fuerzas Esencialmente

el efecto de la gravedad sobre la dispersioacuten de las partiacuteculas es hacer que la liacutenea

central de la emisioacuten parezca inclinarse hacia abajo seguacuten la corriente del

contaminante pasa maacutes adelante en la direccioacuten de la corriente (se debe tener en

cuenta el tamantildeo de las partiacuteculas y la gravedad que actuacutea sobre ellas) Comparada

con la liacutenea central del penacho que es sensiblemente horizontal para las emisiones

gaseosas la pluma de las partiacuteculas parece inclinarse hacia abajo con mayor

prontitud

A causa de la gravedad seraacute necesario usar una correccioacuten a la magnitud H en

la ecuacioacuten de dispersioacuten gaussiana para la deposicioacuten general del material

particulado La distancia de caiacuteda libre de una partiacutecula despueacutes que abandona la

chimenea con una Velocidad terminal Vt (o de sedimentacioacuten) es simplemente x

donde t es el tiempo que le toma a la corriente principal del contaminante para

alcanzar una distancia x en la direccioacuten del viento El tiempo t se expresa tambieacuten

por xu Por tanto la distancia de caiacuteda libre que es necesario aplicar como

correccioacuten a H es Vtxu esto equivale a desplazar la liacutenea central de la distribucioacuten

gaussiana en la direccioacuten z hacia abajo en una cantidad Vtxu Teniendo en cuenta

de esta manera el efecto gravitacional la concentracioacuten de las partiacuteculas en general

estaacute dada por

119862(119909 119910 119911 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[(

119910

120590119910)

2

+ (119911minus(119867minus

119881119905119909

119880)

120590119911)

2

] (11)

La concentracioacuten a nivel del suelo a lo largo de la liacutenea central tiene un especial

intereacutes Si hacemos que y=0 y z=0 se encuentra que

119862(119909 00 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[

(119867minus119881119905119909

119880)

120590119911]

2

(12)

Donde

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 383

Q es la tasa de emisioacuten de las partiacuteculas

Ademaacutes de evaluar la concentracioacuten C de las partiacuteculas en determinada

situacioacuten se pueden expresar los resultados de la dispersioacuten de las partiacuteculas en

teacuterminos de la masa depositada por tiempo y aacuterea unitaria W

119882 =119905119886119904119886 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886

aacute119903119890119886=

(119905119886119904119886 119907119900119897119906119898eacute119905119903119894119888119886)(119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899)

aacute119903119890119886 (13)

119882 = (119907119890119897119900119888119894119889119886119889)(119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899) = 119881119905 (14)

119898119886119904119886

119905119894119890119898119901119900 lowast aacute119903119890119886=

119898119886119904119886

119905119894119890119898119901119900 lowast aacute119903119890119886 119907119900119897119906119898119890119899

119907119900119897119906119898119890119899

[119882] = [119892

1198982119904] [119876] = [

119892

119904] [119862] = [

119892

1198983]

4 Clasificacioacuten climaacutetica y meteorologiacutea en el aacuterea en estudio

A comienzos del siglo XX el geoacutegrafo climatoacutelogo y botaacutenico alemaacuten nacido

en San Petersburgo Wladimir Koumlppen presentoacute una clasificacioacuten de los climas del

mundo basaacutendose en dos elementos climaacuteticos la temperatura del aire y la cantidad

de agua disponible en relacioacuten con las caracteriacutesticas fitogeograacuteficas La primera

letra o letra principal (Grupo climaacutetico) distingue cinco grupos climaacuteticos

principales definidos por umbrales teacutermicos y de precipitacioacuten que corresponden a

las grandes formaciones de vegetacioacuten Estos climas son designados con las

primeras letras del alfabeto escritas en mayuacutescula A B C D y E Al grupo tropical

le corresponde la letra A La segunda letra hace referencia al reacutegimen de

precipitaciones

Clasificacioacuten climaacutetica y precipitaciones

Af Ecuatorial Caacutelido y lluvioso todo el antildeo sin estaciones Es el clima de la selva lluviosa

Ninguacuten mes con precipitacioacuten por debajo de 60 mm

Am Monzoacutenico Caacutelido todo el antildeo con una estacioacuten seca corta seguida por una huacutemeda con fuertes lluvias Es el clima de los bosques monzoacutenicos

Con alguacuten mes por debajo de 60 mm y si la precipitacioacuten del mes maacutes seco es superior a la foacutermula [100-(Precipitacioacuten anual25)]

Aw Sabana Caacutelido todo el antildeo con estacioacuten seca Es el clima propio de la sabana

Con alguacuten mes por debajo de 60 mm y si la precipitacioacuten del mes maacutes seco es inferior a la foacutermula [100-(Precipitacioacuten anual25)]

A continuacioacuten se presenta un mapa del departamento de Pando con sus

aacutereas urbanas de color fucsia

384middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Clasificacioacuten climaacutetica del aacuterea en estudio y aacutereas urbanas

Fuente Estudio planta de generacioacuten de electricidad a partir de Biomasa

2016

Al aacuterea en estudio que comprende los municipios de Cobija y Porvenir (medio

rural) le corresponde un clima tropical huacutemedo caacutelido del tipo Am con periacuteodo

seco es decir con maacutes de un mes de precipitacioacuten menor a 60 mm (Ver

Meteorologiacutea ndash Clima diagrama) y una precipitacioacuten anual que sobrepasa la

evapotranspiracioacuten En la eacutepoca seca entre mayo y septiembre la invasioacuten de los

frentes friacuteos del sur (surazos) es frecuente causando caiacutedas bruscas de

temperaturas descendiendo desde 30ordmC hasta 15ordmC en pocas horas Sin embargo

estos son de corta duracioacuten entre dos y tres diacuteas

41 Meteorologiacutea

En el departamento de Pando cuentan con una Estacioacuten Meteoroloacutegica (EM)

de la Administracioacuten de Aeropuertos y Servicios Auxiliares a la Navegacioacuten Aeacuterea

(AASANA) y el Servicio Nacional de Meteorologiacutea e Hidrologiacutea (SENAMHI)

ubicada en el aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (municipio de Cobija) cuyos

registros de diez antildeos permitieron establecer que la precipitacioacuten promedio anual

variacutea entre 15902 (mm) a 3479 (mm) las temperaturas medias se encuentran entre

244 (ordmC) y 271 (ordmC) el periacuteodo seco o de estiaje comprende cinco meses que

usualmente ocurren entre mayo a septiembre Los meses maacutes caacutelidos son agosto y

septiembre que alcanzan los 334 degC (temperatura maacutexima media) mientras que

julio es el mes maacutes friacuteo con 177 degC (temperatura miacutenima media)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 385

Clima diagrama EM Aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (10 antildeos)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

42 Rosa de Vientos

Tambieacuten se preparoacute la denominada rosa de vientos para un periacuteodo de 10 antildeos

(Ver la Figura 3 inciso a) siendo que el viento en su mayor porcentaje (4567 ) de

prevalencia proviene de la direccioacuten Norte (N) y se dirige hacia el Sur (S) lo que

ocurre en sentido contrario en un 1811

Con respecto al comportamiento de los vientos en eacutepoca de estiaje que tiene

una duracioacuten de cinco meses (mayo-septiembre) se hizo un graacutefico de la

distribucioacuten de la frecuencia de la direccioacuten prevalente (Figura 3 inciso b) siendo la

direccioacuten Norte la que acumula un mayor porcentaje de 3750 seguida de la

direccioacuten Sur con un 3250 con un mayor porcentaje de velocidad media entre

21 (ms) y 36 ms

5 Emisiones a la atmoacutesfera de centrales termoeleacutectricas a biomasa

El material particulado estaacute compuesto por ceniza e inquemados (holliacuten) La

ceniza producto de la combustioacuten se clasifica como de fondo y volante la primera

se deposita en el fondo del hogar o caacutemara de combustioacuten es recogida y dispuesta

generalmente en patios o pilas donde puede ser re suspendida a la atmoacutesfera por

accioacuten del viento La ceniza volante es arrastrada y emitida a la atmoacutesfera por los

gases de combustioacuten Las partiacuteculas que se emiten a la atmoacutesfera son de variados

386middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

tamantildeos y composicioacuten lo cual depende de las caracteriacutesticas del combustible y

condiciones termodinaacutemicas de la combustioacuten

a)

b)

a) Rosa de Vientos (anual) b) Distribucioacuten de frecuencia de

vientos (Estiaje)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

En los sistemas con control de partiacuteculas de acuerdo con la eficiencia de

coleccioacuten del sistema la mayor parte de la ceniza volante es retenida y dispuesta

junto con la ceniza de fondo

Cabe destacar que los moacutedulos de generacioacuten termoeleacutectrica a biomasa

propuestos dentro del proyecto contaraacuten con un sistema de control de la emisioacuten

de partiacuteculas compuesto por un multicicloacuten y filtro de mangas (Ver la Figura 4)

que es imprescindible minimizar posibles alteraciones de la calidad ambiental en el

aacuterea en estudio y se podraacuten ubicar entre 12 (km) y 35 (km) de las aacutereas urbanas de

Cobija y Porvenir

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 387

Sistema de control de emisiones (gases y partiacuteculas)

Fuente Estudio Planta de Generacioacuten de Electricidad a partir de Biomasa

2016

6 Liacutemites permisibles de calidad del aire

Liacutemites Permisibles de Calidad del Aire

Contaminante FoacutermulaSigla Valor de

Concentracioacuten Periacuteodo de Muestreo

Monoacutexido de Carbono CO 10 mgm3 Media en 8 horas

40 mgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Azufre SO2 80 microgm3 Media aritmeacutetica anual

365 microgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Nitroacutegeno NO2 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

400 microgm3 Media en 1 hora

Partiacuteculas Suspendidas Totales

PST 260 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

75 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Partiacuteculas Menores de 10 micras

PM10 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

50 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Liacutemites permisibles de calidad del aire del Reglamento en materia de contaminacioacuten atmosfeacuterica (RMCA)

Fuente RMCA Ley del medio ambiente Ndeg 1333 1995

388middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

7 Modelacioacuten matemaacutetica de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas

A continuacioacuten se presenta las ecuaciones empleadas en la modelacioacuten

matemaacutetica de la dispersioacuten de contaminantes en la atmoacutesfera y los resultados

obtenidos Cabe mencionar que las fuentes se encuentran en medio rural con

sentido de dispersioacuten hacia las aacutereas peri-urbanas de Cobija y Porvenir

71 Paraacutemetros de dispersioacuten de fuentes puntuales

Los paraacutemetros σy y σz (coeficientes de dispersioacuten) son las desviaciones tipo en

las direcciones lateral y vertical respectivamente Representan una medida de la

dispersioacuten del penacho en dichas direcciones Tales paraacutemetros son funcioacuten de la

distancia a la fuente emisora viento abajo y de la Categoriacutea de Estabilidad

Atmosfeacuterica (CEA) Estos coeficientes se suelen presentar en forma graacutefica o

pueden calcularse seguacuten formulas empiacutericas

Para calcular σy y σz (en metros) para el modo rural se utilizan ecuaciones que

se aproximan a las curvas de Pasquill-Gifford (Turner 1970) Las ecuaciones para

calcular σ son de la forma

120590119910 = 46511628(119909)119905119886119899(119879119867) (14)

Donde

119879119867 = 0017453293[119888 minus 119889119897119899(119909)] (15)

En la Tabla 4 vienen dados los coeficientes c y d

Coeficientes c y d medio rural

CEA c d

A 24167 25334

B 18333 18096

C 125 10857

D 8333 072382

E 625 054287

F 41667 036191

Fuente Turner 1970

En la ecuacioacuten (15) la distancia en la direccioacuten del viento estaacute en kiloacutemetros La

ecuacioacuten usada para calcular σz es de la forma

120590119911 = 119886119909119887 (16)

Donde la distancia en la direccioacuten del viento x estaacute en kiloacutemetros y σz estaacute en

metros Los coeficientes a y b vienen dados en la Tabla 6

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 389

72 Correccioacuten de la velocidad del viento

La velocidad del viento se acostumbra a medir a 10 metros de altura Esta

velocidad a niveles maacutes bajos de 10 metros se ve reducida notablemente debido a

los efectos de rozamiento Para niveles distintos de este valor la velocidad del

viento debe corregirse seguacuten la relacioacuten

119906119911 = 11990610 (119911

10)

119901 (17)

Donde uz = Velocidad del viento a la altura de la fuente emisora (ms) u10 =

Velocidad del viento a la altura de 10 metros de altura (ms) z = Altura de la

fuente emisora (m) y p = Coeficiente exponencial

En la Tabla 5 se presentan los valores de p (medio urbano y rural) que son

funcioacuten de la CEA y la rugosidad del suelo

Coeficientes de correccioacuten para la velocidad del viento

Clase de Estabilidad Atmosfeacuterica

Coeficiente exponencial atmosfeacuterico

Urbano Rural

A 015 007

B 015 007

C 02 01

D 025 015

E 03 035

F 03 035

Fuente Modelos de Dispersioacuten de Contaminantes en la Atmoacutesfera 1997

390middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Coeficientes a y b

CEA A a b CEA D a b CEAF a b

X (km) X (km) X (km)

lt01 1228 09447 lt03 34459 086974 lt02 15209 081558

01-015 15808 10542 031-1 32093 081066 021-070 14457 078407

016-02 17022 10932 101-3 32093 064403 071-1 13953 068465

021-025 17952 11262 301-10 33504 060486 101-2 13953 063227

026-030 21741 12644 1001-30 3665 056589 201-3 14823 054503

031-04 25889 14094 gt30 44053 051179 301-7 16187 04649

041-05 34675 17283 701-15 17836 041507

051-311 45385 21166 1501-30 22651 032681

gt311 se asume 5000 3001-60 27074 027436

gt60 34219 021716

Si el valor calculado de σz excede los 5000 metros σz es igual a 5000 metros

Donde σy estaacute en metros y x estaacute en kiloacutemetros

Fuente Turner 1970

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 391

73 Estimacioacuten de la elevacioacuten del penacho

La elevacioacuten del penacho (∆h) se define como la diferencia entre la altura de la

liacutenea central final del penacho y la altura inicial de la fuente Esta elevacioacuten esta

originada por la fuerza ascensional y el impulso vertical del efluente La temperatura

de salida del efluente en el caso de que supere en maacutes de 50 ordmC la temperatura

ambiental tiene mayor influencia que el impulso vertical en la determinacioacuten de la

altura que alcanzaraacute el penacho

Como regla general la elevacioacuten del penacho es directamente proporcional al

contenido caloriacutefico del efluente y la velocidad de salida del mismo e inversamente

proporcional a la velocidad local del viento

Una de las ecuaciones maacutes empleadas para el caacutelculo de esta elevacioacuten es la de

Holland (1953)

∆ℎ = 119881119904lowast119889

119880(15 + 268 lowast 10minus3 lowast 119875 lowast

119879119904minus119879119886

119879119904lowast 119889) (18)

Donde Δh es la elevacioacuten del penacho por encima de la fuente emisora (m) Vs

es la velocidad de salida o emisioacuten del contaminante (ms) d es el diaacutemetro interior

del conducto de emisioacuten (m) P es la presioacuten atmosfeacuterica (mbar) Ts es la

temperatura del contaminante (ordmK) y Ta es la temperatura ambiente atmosfeacuterica

(ordmK) y 26810-3 es una constante expresada en (mbarm)

Donde H es la altura efectiva de la emisioacuten e igual a h+∆h siendo h la altura

de la chimenea y ∆h la sobre elevacioacuten del penacho debida a la capacidad de

flotacioacuten de los gases calientes y a la cantidad de movimiento de los gases que salen

verticalmente al ser expulsados por la parte superior de la chimenea

Los valores de ∆h obtenidos con esta foacutermula deben corregirse (Ver Tabla 7)

multiplicando por un factor establecido por Pasquil-Gifford-Turner que es

funcioacuten de las condiciones meteoroloacutegicas que se describen maacutes adelante

Factor de Correccioacuten para Δh

CEA Factor de correccioacuten

A B 115

C 11

D 1

E F 085

Fuente Holland

392middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

74 Correccioacuten para C en funcioacuten del tiempo promedio seguacuten

concentraciones permisibles

Para realizar la correccioacuten en funcioacuten del tiempo promedio se utiliza la

siguiente foacutermula

119862119905 = 11986210 (10

119905)

05 (19)

Doacutende

Ct = Concentracioacuten para un tiempo promedio (μgm3)

C10 = Concentracioacuten para un tiempo de diez minutos (μgm3)

t = Tiempo en minutos (min)

75 Resultados

La modelacioacuten de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas en la atmoacutesfera se realizoacute

aplicando las ecuaciones (5) y (12) respectivamente Donde C es la concentracioacuten

en (microgm3) G es el flujo maacutesico de gas (kgseg) Q es la tasa de emisioacuten de las

partiacuteculas (gseg) σy y σz son los coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical (m) U

es la velocidad del viento (ms) que se obtuvo a partir de datos meteoroloacutegicos en

el aacuterea en estudio H es igual a la suma de altura fiacutesica de la chimenea (h) y Δh que

es la elevacioacuten de la pluma o penacho por flotabilidad (m) realizando correcciones

de acuerdo a la CEA tal como se presenta en la Tabla 8

Dispersioacuten de contaminantes gaseosos en la atmoacutesfera (NO2)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 379

119889

119889119910(119870119910

119889119862

119889119910) 119890119905119888 Difusioacuten turbulenta referida al centro de la pluma del

contaminante (la pluma se expandiraacute con el tiempo debido a estos teacuterminos)

119878 Teacutermino que representa la produccioacuten neta (o destruccioacuten) del contaminante

debido a las fuentes (o mecanismos de remocioacuten)

La ecuacioacuten (1) se puede simplificar haciendo varias suposiciones

1 Las concentraciones de contaminantes no afectan al campo de flujo

(dispersioacuten pasiva)

2 La difusioacuten molecular y la difusioacuten longitudinal (a lo largo del viento) son

despreciables

3 El flujo es incompresible

4 Las velocidades y concentraciones del viento pueden descomponerse en una

media y fluctuar con el valor promedio de la fluctuacioacuten (estocaacutestico)

componente igual a cero Los valores medios se basan en promedios de

tiempo de 10-60 minutos

5 Los flujos turbulentos estaacuten linealmente relacionados con los gradientes de

las concentraciones medias como en la ecuacioacuten (2)

6 Las velocidades medias de viento lateral y vertical v y w son cero por lo que

tambieacuten restringimos el anaacutelisis al flujo constante del viento sobre un

terreno plano idealizado

El modelo de penacho gaussiano que estaacute en el nuacutecleo de casi todos los

modelos de dispersioacuten regulatorios se obtiene de la solucioacuten analiacutetica a la ecuacioacuten

(1) Para una fuente puntual continua liberada en el origen en un flujo turbulento

uniforme (homogeacuteneo) la solucioacuten de la Ecuacioacuten (1) es

119862(119909 119910 119911) = 119876

4120587radic119870119910119870119911exp (

minus1199102

4119870119910(119909119880) ) exp (

minus1199112

4119870119911(119909119880)) (3)

Donde Q es el flujo maacutesico en (gs) o (microgs) del contaminante que se

encuentra en la corriente del aire ldquoyrdquo es la dispersioacuten lateral en (m) ldquozrdquo es la

dispersioacuten vertical en (m) y U es la velocidad media del viento (ms)

Desafortunadamente las difusividades turbulentas Ky y Kz son desconocidas

en la mayoriacutea de los flujos y en la capa liacutemite atmosfeacuterica Kz no es constante sino

que aumenta con la altura sobre el suelo Ademaacutes Ky y Kz aumentan con la

distancia desde la fuente debido a que la difusioacuten es afectada por diferentes escalas

de turbulencia en la atmoacutesfera a medida que el penacho crece A pesar de estas

limitaciones frecuentemente se aplica la Ecuacioacuten (3) Definimos los siguientes

paraacutemetros gaussianos

380middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

120590119910 = radic2119870119910119909

119880 120590119911 = radic2119870119911

119909

119880 (4)

Entonces la forma final de la ecuacioacuten gaussiana para un penacho elevado

liberado en z = Hp donde σy y σz son coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical

respectivamente

119862(119909 119910 119911) = 119876

2120587119880119901120590119910120590119911exp (minus

1199102

21205901199102) [exp (minus

(119911minus119867119901)2

21205901199112 ) + exp (minus

(119911+119867119901)2

21205901199112 )](5)

En esta expresioacuten se ha antildeadido un segundo teacutermino exponencial para tener en

cuenta el hecho de que el contaminante no puede difundirse hacia abajo a traveacutes del

suelo en z = 0 Este teacutermino imagen puede visualizarse como una fuente

equivalente ubicada en z = -Hp por debajo del suelo

La ecuacioacuten (5) es la conocida ecuacioacuten gaussiana para una fuente puntual

continua (Turner 1994) La altura del penacho Hp es la suma de la altura real de la

chimenea Hs y su elevacioacuten por la flotabilidad y el momento cuando es liberada Δh

La velocidad del viento U se toma como la velocidad media del viento a la altura de

la chimenea Puesto que normalmente estamos interesados en las concentraciones

en el suelo (donde estaacuten los receptores como las personas) se asume z = 0 para

obtener

119862(119909 119910 119911 = 0) =119876

120587119880120590119910120590119911exp (minus

1199102

21205901199102) exp (minus

1198671199012

21205901199112) (6)

Si ademaacutes establecemos que Hp = 0 obtendremos la distribucioacuten vertical

debido a una fuente a nivel del suelo

119862(119909 119910 119911) =119876

120587119880120590119910120590119911exp (minus

1199102

21205901199102) exp (minus

1199112

21205901199112) (7)

Resulta que este uacuteltimo modelo no es muy preciso Para una liberacioacuten a nivel

del suelo el perfil vertical variacutea maacutes como exp (-z15) en lugar de la forma gaussiana

exp (-z2) debido a las grandes variaciones verticales de la difusividad Kz cerca del

suelo (Van Ulden 1978) Un modelo maacutes general no gaussiano que permite

determinar la variacioacuten vertical de Kz y la variacioacuten vertical del perfil de velocidad

se puede escribir como

119862(119909 119910 119911) =119876

radic2120587119880120590119910exp (minus

1199102

21205901199102) 119891(119911) (8)

El teacutermino f (z) es una funcioacuten normalizada que describe la distribucioacuten

vertical de la sustancia en el penacho Para asegurar la conservacioacuten de la masa

estos modelos deben satisfacer

∬ 119862119880119889119910119889119911 = 119876119910119911

(9)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 381

Donde la integracioacuten se toma sobre el plano y-z perpendicular al eje del

penacho

21 Factores que intervienen en la elevacioacuten del penacho

Las condiciones meteoroloacutegicas y la duracioacuten de la emisioacuten tienen una gran

importancia en el alcance de la dispersioacuten del penacho Los factores principales son

la velocidad del viento y la estabilidad atmosfeacuterica que estaacute definida en funcioacuten del

gradiente vertical de temperatura de las capas del aire tal como se presenta en la

Tabla 1

Categoriacuteas de Estabilidad Atmosfeacuterica de Pasquil-Gifford-Turner

Categoriacutea de Estabilidad Atmosfeacuterica

Factor de correccioacuten

A Extremadamente inestable lt -19

B Inestable -19 a -17

C Ligeramente inestable -17 a -15

D Neutro -15 a -05

E Ligeramente estable -05 a 4

F Estable gt 4

3 Dispersioacuten de material particulado en la atmoacutesfera

La cantidad de partiacuteculas que se puede descargar a la atmoacutesfera estaacute

reglamentada por la Ley del Medio Ambiente Ndeg 1333 para algunas industrias

especiacuteficas En estos casos se debe en general incluir alguacuten tipo de dispositivo de

control dentro de la corriente de flujo a fin de mantener los niveles de emisioacuten

dentro de los liacutemites establecidos Auacuten con tales dispositivos de control una

pequentildea porcioacuten del total de partiacuteculas en el gas se emitiraacute probablemente a la

atmoacutesfera A fin de planificar las normas de emisioacuten es importante tener en cuenta

la capacidad de pronosticar la tasa de deposicioacuten de las partiacuteculas a nivel del suelo

y a diversas distancias de la fuente

Uno de los meacutetodos utilizados para pronosticar la tasa de sedimentacioacuten de las

partiacuteculas resultantes de las emisiones por chimeneas es la modificacioacuten del modelo

gaussiano de dispersioacuten de gases utilizado para las emisiones gaseosas de las

chimeneas La dispersioacuten gaseosa desde una chimenea con altura equivalente H y

sin reflexioacuten estaacute dada por

119862(119909 119910 119911 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[(

119910

120590119910)

2

+ (119911minus119867

120590119911)

2] (10)

382middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Donde U es la velocidad promedio del viento y Q es la tasa de emisioacuten del

contaminante gaseoso en masa por tiempo unitario La expresioacuten ldquosin reflexioacutenrdquo es

muy importante puesto que para las emisiones de partiacuteculas el terreno actuacutea como

un sumidero para las partiacuteculas emitidas Para las emisiones gaseosas el terreno

actuacutea como una superficie reflectora en la mayoriacutea de los casos y esta reflexioacuten

intensifica la concentracioacuten en la fase gaseosa del contaminante

Ademaacutes de la correccioacuten para amortiguar la reflexioacuten es necesario efectuar

otra modificacioacuten en la ecuacioacuten de dispersioacuten del tipo gaussiano Los tipos de

contaminantes gaseosos no se ven afectados por la fuerza de la gravedad No

obstante el movimiento de las partiacuteculas soacutelidas estaacute muy afectado por la gravedad

asiacute como por las fuerzas sobre el fluido asociadas con el movimiento atmosfeacuterico

Por tanto la ecuacioacuten de dispersioacuten debe manifestar estas fuerzas Esencialmente

el efecto de la gravedad sobre la dispersioacuten de las partiacuteculas es hacer que la liacutenea

central de la emisioacuten parezca inclinarse hacia abajo seguacuten la corriente del

contaminante pasa maacutes adelante en la direccioacuten de la corriente (se debe tener en

cuenta el tamantildeo de las partiacuteculas y la gravedad que actuacutea sobre ellas) Comparada

con la liacutenea central del penacho que es sensiblemente horizontal para las emisiones

gaseosas la pluma de las partiacuteculas parece inclinarse hacia abajo con mayor

prontitud

A causa de la gravedad seraacute necesario usar una correccioacuten a la magnitud H en

la ecuacioacuten de dispersioacuten gaussiana para la deposicioacuten general del material

particulado La distancia de caiacuteda libre de una partiacutecula despueacutes que abandona la

chimenea con una Velocidad terminal Vt (o de sedimentacioacuten) es simplemente x

donde t es el tiempo que le toma a la corriente principal del contaminante para

alcanzar una distancia x en la direccioacuten del viento El tiempo t se expresa tambieacuten

por xu Por tanto la distancia de caiacuteda libre que es necesario aplicar como

correccioacuten a H es Vtxu esto equivale a desplazar la liacutenea central de la distribucioacuten

gaussiana en la direccioacuten z hacia abajo en una cantidad Vtxu Teniendo en cuenta

de esta manera el efecto gravitacional la concentracioacuten de las partiacuteculas en general

estaacute dada por

119862(119909 119910 119911 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[(

119910

120590119910)

2

+ (119911minus(119867minus

119881119905119909

119880)

120590119911)

2

] (11)

La concentracioacuten a nivel del suelo a lo largo de la liacutenea central tiene un especial

intereacutes Si hacemos que y=0 y z=0 se encuentra que

119862(119909 00 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[

(119867minus119881119905119909

119880)

120590119911]

2

(12)

Donde

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 383

Q es la tasa de emisioacuten de las partiacuteculas

Ademaacutes de evaluar la concentracioacuten C de las partiacuteculas en determinada

situacioacuten se pueden expresar los resultados de la dispersioacuten de las partiacuteculas en

teacuterminos de la masa depositada por tiempo y aacuterea unitaria W

119882 =119905119886119904119886 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886

aacute119903119890119886=

(119905119886119904119886 119907119900119897119906119898eacute119905119903119894119888119886)(119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899)

aacute119903119890119886 (13)

119882 = (119907119890119897119900119888119894119889119886119889)(119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899) = 119881119905 (14)

119898119886119904119886

119905119894119890119898119901119900 lowast aacute119903119890119886=

119898119886119904119886

119905119894119890119898119901119900 lowast aacute119903119890119886 119907119900119897119906119898119890119899

119907119900119897119906119898119890119899

[119882] = [119892

1198982119904] [119876] = [

119892

119904] [119862] = [

119892

1198983]

4 Clasificacioacuten climaacutetica y meteorologiacutea en el aacuterea en estudio

A comienzos del siglo XX el geoacutegrafo climatoacutelogo y botaacutenico alemaacuten nacido

en San Petersburgo Wladimir Koumlppen presentoacute una clasificacioacuten de los climas del

mundo basaacutendose en dos elementos climaacuteticos la temperatura del aire y la cantidad

de agua disponible en relacioacuten con las caracteriacutesticas fitogeograacuteficas La primera

letra o letra principal (Grupo climaacutetico) distingue cinco grupos climaacuteticos

principales definidos por umbrales teacutermicos y de precipitacioacuten que corresponden a

las grandes formaciones de vegetacioacuten Estos climas son designados con las

primeras letras del alfabeto escritas en mayuacutescula A B C D y E Al grupo tropical

le corresponde la letra A La segunda letra hace referencia al reacutegimen de

precipitaciones

Clasificacioacuten climaacutetica y precipitaciones

Af Ecuatorial Caacutelido y lluvioso todo el antildeo sin estaciones Es el clima de la selva lluviosa

Ninguacuten mes con precipitacioacuten por debajo de 60 mm

Am Monzoacutenico Caacutelido todo el antildeo con una estacioacuten seca corta seguida por una huacutemeda con fuertes lluvias Es el clima de los bosques monzoacutenicos

Con alguacuten mes por debajo de 60 mm y si la precipitacioacuten del mes maacutes seco es superior a la foacutermula [100-(Precipitacioacuten anual25)]

Aw Sabana Caacutelido todo el antildeo con estacioacuten seca Es el clima propio de la sabana

Con alguacuten mes por debajo de 60 mm y si la precipitacioacuten del mes maacutes seco es inferior a la foacutermula [100-(Precipitacioacuten anual25)]

A continuacioacuten se presenta un mapa del departamento de Pando con sus

aacutereas urbanas de color fucsia

384middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Clasificacioacuten climaacutetica del aacuterea en estudio y aacutereas urbanas

Fuente Estudio planta de generacioacuten de electricidad a partir de Biomasa

2016

Al aacuterea en estudio que comprende los municipios de Cobija y Porvenir (medio

rural) le corresponde un clima tropical huacutemedo caacutelido del tipo Am con periacuteodo

seco es decir con maacutes de un mes de precipitacioacuten menor a 60 mm (Ver

Meteorologiacutea ndash Clima diagrama) y una precipitacioacuten anual que sobrepasa la

evapotranspiracioacuten En la eacutepoca seca entre mayo y septiembre la invasioacuten de los

frentes friacuteos del sur (surazos) es frecuente causando caiacutedas bruscas de

temperaturas descendiendo desde 30ordmC hasta 15ordmC en pocas horas Sin embargo

estos son de corta duracioacuten entre dos y tres diacuteas

41 Meteorologiacutea

En el departamento de Pando cuentan con una Estacioacuten Meteoroloacutegica (EM)

de la Administracioacuten de Aeropuertos y Servicios Auxiliares a la Navegacioacuten Aeacuterea

(AASANA) y el Servicio Nacional de Meteorologiacutea e Hidrologiacutea (SENAMHI)

ubicada en el aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (municipio de Cobija) cuyos

registros de diez antildeos permitieron establecer que la precipitacioacuten promedio anual

variacutea entre 15902 (mm) a 3479 (mm) las temperaturas medias se encuentran entre

244 (ordmC) y 271 (ordmC) el periacuteodo seco o de estiaje comprende cinco meses que

usualmente ocurren entre mayo a septiembre Los meses maacutes caacutelidos son agosto y

septiembre que alcanzan los 334 degC (temperatura maacutexima media) mientras que

julio es el mes maacutes friacuteo con 177 degC (temperatura miacutenima media)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 385

Clima diagrama EM Aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (10 antildeos)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

42 Rosa de Vientos

Tambieacuten se preparoacute la denominada rosa de vientos para un periacuteodo de 10 antildeos

(Ver la Figura 3 inciso a) siendo que el viento en su mayor porcentaje (4567 ) de

prevalencia proviene de la direccioacuten Norte (N) y se dirige hacia el Sur (S) lo que

ocurre en sentido contrario en un 1811

Con respecto al comportamiento de los vientos en eacutepoca de estiaje que tiene

una duracioacuten de cinco meses (mayo-septiembre) se hizo un graacutefico de la

distribucioacuten de la frecuencia de la direccioacuten prevalente (Figura 3 inciso b) siendo la

direccioacuten Norte la que acumula un mayor porcentaje de 3750 seguida de la

direccioacuten Sur con un 3250 con un mayor porcentaje de velocidad media entre

21 (ms) y 36 ms

5 Emisiones a la atmoacutesfera de centrales termoeleacutectricas a biomasa

El material particulado estaacute compuesto por ceniza e inquemados (holliacuten) La

ceniza producto de la combustioacuten se clasifica como de fondo y volante la primera

se deposita en el fondo del hogar o caacutemara de combustioacuten es recogida y dispuesta

generalmente en patios o pilas donde puede ser re suspendida a la atmoacutesfera por

accioacuten del viento La ceniza volante es arrastrada y emitida a la atmoacutesfera por los

gases de combustioacuten Las partiacuteculas que se emiten a la atmoacutesfera son de variados

386middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

tamantildeos y composicioacuten lo cual depende de las caracteriacutesticas del combustible y

condiciones termodinaacutemicas de la combustioacuten

a)

b)

a) Rosa de Vientos (anual) b) Distribucioacuten de frecuencia de

vientos (Estiaje)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

En los sistemas con control de partiacuteculas de acuerdo con la eficiencia de

coleccioacuten del sistema la mayor parte de la ceniza volante es retenida y dispuesta

junto con la ceniza de fondo

Cabe destacar que los moacutedulos de generacioacuten termoeleacutectrica a biomasa

propuestos dentro del proyecto contaraacuten con un sistema de control de la emisioacuten

de partiacuteculas compuesto por un multicicloacuten y filtro de mangas (Ver la Figura 4)

que es imprescindible minimizar posibles alteraciones de la calidad ambiental en el

aacuterea en estudio y se podraacuten ubicar entre 12 (km) y 35 (km) de las aacutereas urbanas de

Cobija y Porvenir

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 387

Sistema de control de emisiones (gases y partiacuteculas)

Fuente Estudio Planta de Generacioacuten de Electricidad a partir de Biomasa

2016

6 Liacutemites permisibles de calidad del aire

Liacutemites Permisibles de Calidad del Aire

Contaminante FoacutermulaSigla Valor de

Concentracioacuten Periacuteodo de Muestreo

Monoacutexido de Carbono CO 10 mgm3 Media en 8 horas

40 mgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Azufre SO2 80 microgm3 Media aritmeacutetica anual

365 microgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Nitroacutegeno NO2 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

400 microgm3 Media en 1 hora

Partiacuteculas Suspendidas Totales

PST 260 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

75 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Partiacuteculas Menores de 10 micras

PM10 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

50 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Liacutemites permisibles de calidad del aire del Reglamento en materia de contaminacioacuten atmosfeacuterica (RMCA)

Fuente RMCA Ley del medio ambiente Ndeg 1333 1995

388middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

7 Modelacioacuten matemaacutetica de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas

A continuacioacuten se presenta las ecuaciones empleadas en la modelacioacuten

matemaacutetica de la dispersioacuten de contaminantes en la atmoacutesfera y los resultados

obtenidos Cabe mencionar que las fuentes se encuentran en medio rural con

sentido de dispersioacuten hacia las aacutereas peri-urbanas de Cobija y Porvenir

71 Paraacutemetros de dispersioacuten de fuentes puntuales

Los paraacutemetros σy y σz (coeficientes de dispersioacuten) son las desviaciones tipo en

las direcciones lateral y vertical respectivamente Representan una medida de la

dispersioacuten del penacho en dichas direcciones Tales paraacutemetros son funcioacuten de la

distancia a la fuente emisora viento abajo y de la Categoriacutea de Estabilidad

Atmosfeacuterica (CEA) Estos coeficientes se suelen presentar en forma graacutefica o

pueden calcularse seguacuten formulas empiacutericas

Para calcular σy y σz (en metros) para el modo rural se utilizan ecuaciones que

se aproximan a las curvas de Pasquill-Gifford (Turner 1970) Las ecuaciones para

calcular σ son de la forma

120590119910 = 46511628(119909)119905119886119899(119879119867) (14)

Donde

119879119867 = 0017453293[119888 minus 119889119897119899(119909)] (15)

En la Tabla 4 vienen dados los coeficientes c y d

Coeficientes c y d medio rural

CEA c d

A 24167 25334

B 18333 18096

C 125 10857

D 8333 072382

E 625 054287

F 41667 036191

Fuente Turner 1970

En la ecuacioacuten (15) la distancia en la direccioacuten del viento estaacute en kiloacutemetros La

ecuacioacuten usada para calcular σz es de la forma

120590119911 = 119886119909119887 (16)

Donde la distancia en la direccioacuten del viento x estaacute en kiloacutemetros y σz estaacute en

metros Los coeficientes a y b vienen dados en la Tabla 6

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 389

72 Correccioacuten de la velocidad del viento

La velocidad del viento se acostumbra a medir a 10 metros de altura Esta

velocidad a niveles maacutes bajos de 10 metros se ve reducida notablemente debido a

los efectos de rozamiento Para niveles distintos de este valor la velocidad del

viento debe corregirse seguacuten la relacioacuten

119906119911 = 11990610 (119911

10)

119901 (17)

Donde uz = Velocidad del viento a la altura de la fuente emisora (ms) u10 =

Velocidad del viento a la altura de 10 metros de altura (ms) z = Altura de la

fuente emisora (m) y p = Coeficiente exponencial

En la Tabla 5 se presentan los valores de p (medio urbano y rural) que son

funcioacuten de la CEA y la rugosidad del suelo

Coeficientes de correccioacuten para la velocidad del viento

Clase de Estabilidad Atmosfeacuterica

Coeficiente exponencial atmosfeacuterico

Urbano Rural

A 015 007

B 015 007

C 02 01

D 025 015

E 03 035

F 03 035

Fuente Modelos de Dispersioacuten de Contaminantes en la Atmoacutesfera 1997

390middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Coeficientes a y b

CEA A a b CEA D a b CEAF a b

X (km) X (km) X (km)

lt01 1228 09447 lt03 34459 086974 lt02 15209 081558

01-015 15808 10542 031-1 32093 081066 021-070 14457 078407

016-02 17022 10932 101-3 32093 064403 071-1 13953 068465

021-025 17952 11262 301-10 33504 060486 101-2 13953 063227

026-030 21741 12644 1001-30 3665 056589 201-3 14823 054503

031-04 25889 14094 gt30 44053 051179 301-7 16187 04649

041-05 34675 17283 701-15 17836 041507

051-311 45385 21166 1501-30 22651 032681

gt311 se asume 5000 3001-60 27074 027436

gt60 34219 021716

Si el valor calculado de σz excede los 5000 metros σz es igual a 5000 metros

Donde σy estaacute en metros y x estaacute en kiloacutemetros

Fuente Turner 1970

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 391

73 Estimacioacuten de la elevacioacuten del penacho

La elevacioacuten del penacho (∆h) se define como la diferencia entre la altura de la

liacutenea central final del penacho y la altura inicial de la fuente Esta elevacioacuten esta

originada por la fuerza ascensional y el impulso vertical del efluente La temperatura

de salida del efluente en el caso de que supere en maacutes de 50 ordmC la temperatura

ambiental tiene mayor influencia que el impulso vertical en la determinacioacuten de la

altura que alcanzaraacute el penacho

Como regla general la elevacioacuten del penacho es directamente proporcional al

contenido caloriacutefico del efluente y la velocidad de salida del mismo e inversamente

proporcional a la velocidad local del viento

Una de las ecuaciones maacutes empleadas para el caacutelculo de esta elevacioacuten es la de

Holland (1953)

∆ℎ = 119881119904lowast119889

119880(15 + 268 lowast 10minus3 lowast 119875 lowast

119879119904minus119879119886

119879119904lowast 119889) (18)

Donde Δh es la elevacioacuten del penacho por encima de la fuente emisora (m) Vs

es la velocidad de salida o emisioacuten del contaminante (ms) d es el diaacutemetro interior

del conducto de emisioacuten (m) P es la presioacuten atmosfeacuterica (mbar) Ts es la

temperatura del contaminante (ordmK) y Ta es la temperatura ambiente atmosfeacuterica

(ordmK) y 26810-3 es una constante expresada en (mbarm)

Donde H es la altura efectiva de la emisioacuten e igual a h+∆h siendo h la altura

de la chimenea y ∆h la sobre elevacioacuten del penacho debida a la capacidad de

flotacioacuten de los gases calientes y a la cantidad de movimiento de los gases que salen

verticalmente al ser expulsados por la parte superior de la chimenea

Los valores de ∆h obtenidos con esta foacutermula deben corregirse (Ver Tabla 7)

multiplicando por un factor establecido por Pasquil-Gifford-Turner que es

funcioacuten de las condiciones meteoroloacutegicas que se describen maacutes adelante

Factor de Correccioacuten para Δh

CEA Factor de correccioacuten

A B 115

C 11

D 1

E F 085

Fuente Holland

392middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

74 Correccioacuten para C en funcioacuten del tiempo promedio seguacuten

concentraciones permisibles

Para realizar la correccioacuten en funcioacuten del tiempo promedio se utiliza la

siguiente foacutermula

119862119905 = 11986210 (10

119905)

05 (19)

Doacutende

Ct = Concentracioacuten para un tiempo promedio (μgm3)

C10 = Concentracioacuten para un tiempo de diez minutos (μgm3)

t = Tiempo en minutos (min)

75 Resultados

La modelacioacuten de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas en la atmoacutesfera se realizoacute

aplicando las ecuaciones (5) y (12) respectivamente Donde C es la concentracioacuten

en (microgm3) G es el flujo maacutesico de gas (kgseg) Q es la tasa de emisioacuten de las

partiacuteculas (gseg) σy y σz son los coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical (m) U

es la velocidad del viento (ms) que se obtuvo a partir de datos meteoroloacutegicos en

el aacuterea en estudio H es igual a la suma de altura fiacutesica de la chimenea (h) y Δh que

es la elevacioacuten de la pluma o penacho por flotabilidad (m) realizando correcciones

de acuerdo a la CEA tal como se presenta en la Tabla 8

Dispersioacuten de contaminantes gaseosos en la atmoacutesfera (NO2)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

380middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

120590119910 = radic2119870119910119909

119880 120590119911 = radic2119870119911

119909

119880 (4)

Entonces la forma final de la ecuacioacuten gaussiana para un penacho elevado

liberado en z = Hp donde σy y σz son coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical

respectivamente

119862(119909 119910 119911) = 119876

2120587119880119901120590119910120590119911exp (minus

1199102

21205901199102) [exp (minus

(119911minus119867119901)2

21205901199112 ) + exp (minus

(119911+119867119901)2

21205901199112 )](5)

En esta expresioacuten se ha antildeadido un segundo teacutermino exponencial para tener en

cuenta el hecho de que el contaminante no puede difundirse hacia abajo a traveacutes del

suelo en z = 0 Este teacutermino imagen puede visualizarse como una fuente

equivalente ubicada en z = -Hp por debajo del suelo

La ecuacioacuten (5) es la conocida ecuacioacuten gaussiana para una fuente puntual

continua (Turner 1994) La altura del penacho Hp es la suma de la altura real de la

chimenea Hs y su elevacioacuten por la flotabilidad y el momento cuando es liberada Δh

La velocidad del viento U se toma como la velocidad media del viento a la altura de

la chimenea Puesto que normalmente estamos interesados en las concentraciones

en el suelo (donde estaacuten los receptores como las personas) se asume z = 0 para

obtener

119862(119909 119910 119911 = 0) =119876

120587119880120590119910120590119911exp (minus

1199102

21205901199102) exp (minus

1198671199012

21205901199112) (6)

Si ademaacutes establecemos que Hp = 0 obtendremos la distribucioacuten vertical

debido a una fuente a nivel del suelo

119862(119909 119910 119911) =119876

120587119880120590119910120590119911exp (minus

1199102

21205901199102) exp (minus

1199112

21205901199112) (7)

Resulta que este uacuteltimo modelo no es muy preciso Para una liberacioacuten a nivel

del suelo el perfil vertical variacutea maacutes como exp (-z15) en lugar de la forma gaussiana

exp (-z2) debido a las grandes variaciones verticales de la difusividad Kz cerca del

suelo (Van Ulden 1978) Un modelo maacutes general no gaussiano que permite

determinar la variacioacuten vertical de Kz y la variacioacuten vertical del perfil de velocidad

se puede escribir como

119862(119909 119910 119911) =119876

radic2120587119880120590119910exp (minus

1199102

21205901199102) 119891(119911) (8)

El teacutermino f (z) es una funcioacuten normalizada que describe la distribucioacuten

vertical de la sustancia en el penacho Para asegurar la conservacioacuten de la masa

estos modelos deben satisfacer

∬ 119862119880119889119910119889119911 = 119876119910119911

(9)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 381

Donde la integracioacuten se toma sobre el plano y-z perpendicular al eje del

penacho

21 Factores que intervienen en la elevacioacuten del penacho

Las condiciones meteoroloacutegicas y la duracioacuten de la emisioacuten tienen una gran

importancia en el alcance de la dispersioacuten del penacho Los factores principales son

la velocidad del viento y la estabilidad atmosfeacuterica que estaacute definida en funcioacuten del

gradiente vertical de temperatura de las capas del aire tal como se presenta en la

Tabla 1

Categoriacuteas de Estabilidad Atmosfeacuterica de Pasquil-Gifford-Turner

Categoriacutea de Estabilidad Atmosfeacuterica

Factor de correccioacuten

A Extremadamente inestable lt -19

B Inestable -19 a -17

C Ligeramente inestable -17 a -15

D Neutro -15 a -05

E Ligeramente estable -05 a 4

F Estable gt 4

3 Dispersioacuten de material particulado en la atmoacutesfera

La cantidad de partiacuteculas que se puede descargar a la atmoacutesfera estaacute

reglamentada por la Ley del Medio Ambiente Ndeg 1333 para algunas industrias

especiacuteficas En estos casos se debe en general incluir alguacuten tipo de dispositivo de

control dentro de la corriente de flujo a fin de mantener los niveles de emisioacuten

dentro de los liacutemites establecidos Auacuten con tales dispositivos de control una

pequentildea porcioacuten del total de partiacuteculas en el gas se emitiraacute probablemente a la

atmoacutesfera A fin de planificar las normas de emisioacuten es importante tener en cuenta

la capacidad de pronosticar la tasa de deposicioacuten de las partiacuteculas a nivel del suelo

y a diversas distancias de la fuente

Uno de los meacutetodos utilizados para pronosticar la tasa de sedimentacioacuten de las

partiacuteculas resultantes de las emisiones por chimeneas es la modificacioacuten del modelo

gaussiano de dispersioacuten de gases utilizado para las emisiones gaseosas de las

chimeneas La dispersioacuten gaseosa desde una chimenea con altura equivalente H y

sin reflexioacuten estaacute dada por

119862(119909 119910 119911 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[(

119910

120590119910)

2

+ (119911minus119867

120590119911)

2] (10)

382middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Donde U es la velocidad promedio del viento y Q es la tasa de emisioacuten del

contaminante gaseoso en masa por tiempo unitario La expresioacuten ldquosin reflexioacutenrdquo es

muy importante puesto que para las emisiones de partiacuteculas el terreno actuacutea como

un sumidero para las partiacuteculas emitidas Para las emisiones gaseosas el terreno

actuacutea como una superficie reflectora en la mayoriacutea de los casos y esta reflexioacuten

intensifica la concentracioacuten en la fase gaseosa del contaminante

Ademaacutes de la correccioacuten para amortiguar la reflexioacuten es necesario efectuar

otra modificacioacuten en la ecuacioacuten de dispersioacuten del tipo gaussiano Los tipos de

contaminantes gaseosos no se ven afectados por la fuerza de la gravedad No

obstante el movimiento de las partiacuteculas soacutelidas estaacute muy afectado por la gravedad

asiacute como por las fuerzas sobre el fluido asociadas con el movimiento atmosfeacuterico

Por tanto la ecuacioacuten de dispersioacuten debe manifestar estas fuerzas Esencialmente

el efecto de la gravedad sobre la dispersioacuten de las partiacuteculas es hacer que la liacutenea

central de la emisioacuten parezca inclinarse hacia abajo seguacuten la corriente del

contaminante pasa maacutes adelante en la direccioacuten de la corriente (se debe tener en

cuenta el tamantildeo de las partiacuteculas y la gravedad que actuacutea sobre ellas) Comparada

con la liacutenea central del penacho que es sensiblemente horizontal para las emisiones

gaseosas la pluma de las partiacuteculas parece inclinarse hacia abajo con mayor

prontitud

A causa de la gravedad seraacute necesario usar una correccioacuten a la magnitud H en

la ecuacioacuten de dispersioacuten gaussiana para la deposicioacuten general del material

particulado La distancia de caiacuteda libre de una partiacutecula despueacutes que abandona la

chimenea con una Velocidad terminal Vt (o de sedimentacioacuten) es simplemente x

donde t es el tiempo que le toma a la corriente principal del contaminante para

alcanzar una distancia x en la direccioacuten del viento El tiempo t se expresa tambieacuten

por xu Por tanto la distancia de caiacuteda libre que es necesario aplicar como

correccioacuten a H es Vtxu esto equivale a desplazar la liacutenea central de la distribucioacuten

gaussiana en la direccioacuten z hacia abajo en una cantidad Vtxu Teniendo en cuenta

de esta manera el efecto gravitacional la concentracioacuten de las partiacuteculas en general

estaacute dada por

119862(119909 119910 119911 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[(

119910

120590119910)

2

+ (119911minus(119867minus

119881119905119909

119880)

120590119911)

2

] (11)

La concentracioacuten a nivel del suelo a lo largo de la liacutenea central tiene un especial

intereacutes Si hacemos que y=0 y z=0 se encuentra que

119862(119909 00 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[

(119867minus119881119905119909

119880)

120590119911]

2

(12)

Donde

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 383

Q es la tasa de emisioacuten de las partiacuteculas

Ademaacutes de evaluar la concentracioacuten C de las partiacuteculas en determinada

situacioacuten se pueden expresar los resultados de la dispersioacuten de las partiacuteculas en

teacuterminos de la masa depositada por tiempo y aacuterea unitaria W

119882 =119905119886119904119886 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886

aacute119903119890119886=

(119905119886119904119886 119907119900119897119906119898eacute119905119903119894119888119886)(119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899)

aacute119903119890119886 (13)

119882 = (119907119890119897119900119888119894119889119886119889)(119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899) = 119881119905 (14)

119898119886119904119886

119905119894119890119898119901119900 lowast aacute119903119890119886=

119898119886119904119886

119905119894119890119898119901119900 lowast aacute119903119890119886 119907119900119897119906119898119890119899

119907119900119897119906119898119890119899

[119882] = [119892

1198982119904] [119876] = [

119892

119904] [119862] = [

119892

1198983]

4 Clasificacioacuten climaacutetica y meteorologiacutea en el aacuterea en estudio

A comienzos del siglo XX el geoacutegrafo climatoacutelogo y botaacutenico alemaacuten nacido

en San Petersburgo Wladimir Koumlppen presentoacute una clasificacioacuten de los climas del

mundo basaacutendose en dos elementos climaacuteticos la temperatura del aire y la cantidad

de agua disponible en relacioacuten con las caracteriacutesticas fitogeograacuteficas La primera

letra o letra principal (Grupo climaacutetico) distingue cinco grupos climaacuteticos

principales definidos por umbrales teacutermicos y de precipitacioacuten que corresponden a

las grandes formaciones de vegetacioacuten Estos climas son designados con las

primeras letras del alfabeto escritas en mayuacutescula A B C D y E Al grupo tropical

le corresponde la letra A La segunda letra hace referencia al reacutegimen de

precipitaciones

Clasificacioacuten climaacutetica y precipitaciones

Af Ecuatorial Caacutelido y lluvioso todo el antildeo sin estaciones Es el clima de la selva lluviosa

Ninguacuten mes con precipitacioacuten por debajo de 60 mm

Am Monzoacutenico Caacutelido todo el antildeo con una estacioacuten seca corta seguida por una huacutemeda con fuertes lluvias Es el clima de los bosques monzoacutenicos

Con alguacuten mes por debajo de 60 mm y si la precipitacioacuten del mes maacutes seco es superior a la foacutermula [100-(Precipitacioacuten anual25)]

Aw Sabana Caacutelido todo el antildeo con estacioacuten seca Es el clima propio de la sabana

Con alguacuten mes por debajo de 60 mm y si la precipitacioacuten del mes maacutes seco es inferior a la foacutermula [100-(Precipitacioacuten anual25)]

A continuacioacuten se presenta un mapa del departamento de Pando con sus

aacutereas urbanas de color fucsia

384middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Clasificacioacuten climaacutetica del aacuterea en estudio y aacutereas urbanas

Fuente Estudio planta de generacioacuten de electricidad a partir de Biomasa

2016

Al aacuterea en estudio que comprende los municipios de Cobija y Porvenir (medio

rural) le corresponde un clima tropical huacutemedo caacutelido del tipo Am con periacuteodo

seco es decir con maacutes de un mes de precipitacioacuten menor a 60 mm (Ver

Meteorologiacutea ndash Clima diagrama) y una precipitacioacuten anual que sobrepasa la

evapotranspiracioacuten En la eacutepoca seca entre mayo y septiembre la invasioacuten de los

frentes friacuteos del sur (surazos) es frecuente causando caiacutedas bruscas de

temperaturas descendiendo desde 30ordmC hasta 15ordmC en pocas horas Sin embargo

estos son de corta duracioacuten entre dos y tres diacuteas

41 Meteorologiacutea

En el departamento de Pando cuentan con una Estacioacuten Meteoroloacutegica (EM)

de la Administracioacuten de Aeropuertos y Servicios Auxiliares a la Navegacioacuten Aeacuterea

(AASANA) y el Servicio Nacional de Meteorologiacutea e Hidrologiacutea (SENAMHI)

ubicada en el aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (municipio de Cobija) cuyos

registros de diez antildeos permitieron establecer que la precipitacioacuten promedio anual

variacutea entre 15902 (mm) a 3479 (mm) las temperaturas medias se encuentran entre

244 (ordmC) y 271 (ordmC) el periacuteodo seco o de estiaje comprende cinco meses que

usualmente ocurren entre mayo a septiembre Los meses maacutes caacutelidos son agosto y

septiembre que alcanzan los 334 degC (temperatura maacutexima media) mientras que

julio es el mes maacutes friacuteo con 177 degC (temperatura miacutenima media)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 385

Clima diagrama EM Aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (10 antildeos)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

42 Rosa de Vientos

Tambieacuten se preparoacute la denominada rosa de vientos para un periacuteodo de 10 antildeos

(Ver la Figura 3 inciso a) siendo que el viento en su mayor porcentaje (4567 ) de

prevalencia proviene de la direccioacuten Norte (N) y se dirige hacia el Sur (S) lo que

ocurre en sentido contrario en un 1811

Con respecto al comportamiento de los vientos en eacutepoca de estiaje que tiene

una duracioacuten de cinco meses (mayo-septiembre) se hizo un graacutefico de la

distribucioacuten de la frecuencia de la direccioacuten prevalente (Figura 3 inciso b) siendo la

direccioacuten Norte la que acumula un mayor porcentaje de 3750 seguida de la

direccioacuten Sur con un 3250 con un mayor porcentaje de velocidad media entre

21 (ms) y 36 ms

5 Emisiones a la atmoacutesfera de centrales termoeleacutectricas a biomasa

El material particulado estaacute compuesto por ceniza e inquemados (holliacuten) La

ceniza producto de la combustioacuten se clasifica como de fondo y volante la primera

se deposita en el fondo del hogar o caacutemara de combustioacuten es recogida y dispuesta

generalmente en patios o pilas donde puede ser re suspendida a la atmoacutesfera por

accioacuten del viento La ceniza volante es arrastrada y emitida a la atmoacutesfera por los

gases de combustioacuten Las partiacuteculas que se emiten a la atmoacutesfera son de variados

386middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

tamantildeos y composicioacuten lo cual depende de las caracteriacutesticas del combustible y

condiciones termodinaacutemicas de la combustioacuten

a)

b)

a) Rosa de Vientos (anual) b) Distribucioacuten de frecuencia de

vientos (Estiaje)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

En los sistemas con control de partiacuteculas de acuerdo con la eficiencia de

coleccioacuten del sistema la mayor parte de la ceniza volante es retenida y dispuesta

junto con la ceniza de fondo

Cabe destacar que los moacutedulos de generacioacuten termoeleacutectrica a biomasa

propuestos dentro del proyecto contaraacuten con un sistema de control de la emisioacuten

de partiacuteculas compuesto por un multicicloacuten y filtro de mangas (Ver la Figura 4)

que es imprescindible minimizar posibles alteraciones de la calidad ambiental en el

aacuterea en estudio y se podraacuten ubicar entre 12 (km) y 35 (km) de las aacutereas urbanas de

Cobija y Porvenir

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 387

Sistema de control de emisiones (gases y partiacuteculas)

Fuente Estudio Planta de Generacioacuten de Electricidad a partir de Biomasa

2016

6 Liacutemites permisibles de calidad del aire

Liacutemites Permisibles de Calidad del Aire

Contaminante FoacutermulaSigla Valor de

Concentracioacuten Periacuteodo de Muestreo

Monoacutexido de Carbono CO 10 mgm3 Media en 8 horas

40 mgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Azufre SO2 80 microgm3 Media aritmeacutetica anual

365 microgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Nitroacutegeno NO2 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

400 microgm3 Media en 1 hora

Partiacuteculas Suspendidas Totales

PST 260 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

75 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Partiacuteculas Menores de 10 micras

PM10 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

50 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Liacutemites permisibles de calidad del aire del Reglamento en materia de contaminacioacuten atmosfeacuterica (RMCA)

Fuente RMCA Ley del medio ambiente Ndeg 1333 1995

388middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

7 Modelacioacuten matemaacutetica de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas

A continuacioacuten se presenta las ecuaciones empleadas en la modelacioacuten

matemaacutetica de la dispersioacuten de contaminantes en la atmoacutesfera y los resultados

obtenidos Cabe mencionar que las fuentes se encuentran en medio rural con

sentido de dispersioacuten hacia las aacutereas peri-urbanas de Cobija y Porvenir

71 Paraacutemetros de dispersioacuten de fuentes puntuales

Los paraacutemetros σy y σz (coeficientes de dispersioacuten) son las desviaciones tipo en

las direcciones lateral y vertical respectivamente Representan una medida de la

dispersioacuten del penacho en dichas direcciones Tales paraacutemetros son funcioacuten de la

distancia a la fuente emisora viento abajo y de la Categoriacutea de Estabilidad

Atmosfeacuterica (CEA) Estos coeficientes se suelen presentar en forma graacutefica o

pueden calcularse seguacuten formulas empiacutericas

Para calcular σy y σz (en metros) para el modo rural se utilizan ecuaciones que

se aproximan a las curvas de Pasquill-Gifford (Turner 1970) Las ecuaciones para

calcular σ son de la forma

120590119910 = 46511628(119909)119905119886119899(119879119867) (14)

Donde

119879119867 = 0017453293[119888 minus 119889119897119899(119909)] (15)

En la Tabla 4 vienen dados los coeficientes c y d

Coeficientes c y d medio rural

CEA c d

A 24167 25334

B 18333 18096

C 125 10857

D 8333 072382

E 625 054287

F 41667 036191

Fuente Turner 1970

En la ecuacioacuten (15) la distancia en la direccioacuten del viento estaacute en kiloacutemetros La

ecuacioacuten usada para calcular σz es de la forma

120590119911 = 119886119909119887 (16)

Donde la distancia en la direccioacuten del viento x estaacute en kiloacutemetros y σz estaacute en

metros Los coeficientes a y b vienen dados en la Tabla 6

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 389

72 Correccioacuten de la velocidad del viento

La velocidad del viento se acostumbra a medir a 10 metros de altura Esta

velocidad a niveles maacutes bajos de 10 metros se ve reducida notablemente debido a

los efectos de rozamiento Para niveles distintos de este valor la velocidad del

viento debe corregirse seguacuten la relacioacuten

119906119911 = 11990610 (119911

10)

119901 (17)

Donde uz = Velocidad del viento a la altura de la fuente emisora (ms) u10 =

Velocidad del viento a la altura de 10 metros de altura (ms) z = Altura de la

fuente emisora (m) y p = Coeficiente exponencial

En la Tabla 5 se presentan los valores de p (medio urbano y rural) que son

funcioacuten de la CEA y la rugosidad del suelo

Coeficientes de correccioacuten para la velocidad del viento

Clase de Estabilidad Atmosfeacuterica

Coeficiente exponencial atmosfeacuterico

Urbano Rural

A 015 007

B 015 007

C 02 01

D 025 015

E 03 035

F 03 035

Fuente Modelos de Dispersioacuten de Contaminantes en la Atmoacutesfera 1997

390middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Coeficientes a y b

CEA A a b CEA D a b CEAF a b

X (km) X (km) X (km)

lt01 1228 09447 lt03 34459 086974 lt02 15209 081558

01-015 15808 10542 031-1 32093 081066 021-070 14457 078407

016-02 17022 10932 101-3 32093 064403 071-1 13953 068465

021-025 17952 11262 301-10 33504 060486 101-2 13953 063227

026-030 21741 12644 1001-30 3665 056589 201-3 14823 054503

031-04 25889 14094 gt30 44053 051179 301-7 16187 04649

041-05 34675 17283 701-15 17836 041507

051-311 45385 21166 1501-30 22651 032681

gt311 se asume 5000 3001-60 27074 027436

gt60 34219 021716

Si el valor calculado de σz excede los 5000 metros σz es igual a 5000 metros

Donde σy estaacute en metros y x estaacute en kiloacutemetros

Fuente Turner 1970

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 391

73 Estimacioacuten de la elevacioacuten del penacho

La elevacioacuten del penacho (∆h) se define como la diferencia entre la altura de la

liacutenea central final del penacho y la altura inicial de la fuente Esta elevacioacuten esta

originada por la fuerza ascensional y el impulso vertical del efluente La temperatura

de salida del efluente en el caso de que supere en maacutes de 50 ordmC la temperatura

ambiental tiene mayor influencia que el impulso vertical en la determinacioacuten de la

altura que alcanzaraacute el penacho

Como regla general la elevacioacuten del penacho es directamente proporcional al

contenido caloriacutefico del efluente y la velocidad de salida del mismo e inversamente

proporcional a la velocidad local del viento

Una de las ecuaciones maacutes empleadas para el caacutelculo de esta elevacioacuten es la de

Holland (1953)

∆ℎ = 119881119904lowast119889

119880(15 + 268 lowast 10minus3 lowast 119875 lowast

119879119904minus119879119886

119879119904lowast 119889) (18)

Donde Δh es la elevacioacuten del penacho por encima de la fuente emisora (m) Vs

es la velocidad de salida o emisioacuten del contaminante (ms) d es el diaacutemetro interior

del conducto de emisioacuten (m) P es la presioacuten atmosfeacuterica (mbar) Ts es la

temperatura del contaminante (ordmK) y Ta es la temperatura ambiente atmosfeacuterica

(ordmK) y 26810-3 es una constante expresada en (mbarm)

Donde H es la altura efectiva de la emisioacuten e igual a h+∆h siendo h la altura

de la chimenea y ∆h la sobre elevacioacuten del penacho debida a la capacidad de

flotacioacuten de los gases calientes y a la cantidad de movimiento de los gases que salen

verticalmente al ser expulsados por la parte superior de la chimenea

Los valores de ∆h obtenidos con esta foacutermula deben corregirse (Ver Tabla 7)

multiplicando por un factor establecido por Pasquil-Gifford-Turner que es

funcioacuten de las condiciones meteoroloacutegicas que se describen maacutes adelante

Factor de Correccioacuten para Δh

CEA Factor de correccioacuten

A B 115

C 11

D 1

E F 085

Fuente Holland

392middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

74 Correccioacuten para C en funcioacuten del tiempo promedio seguacuten

concentraciones permisibles

Para realizar la correccioacuten en funcioacuten del tiempo promedio se utiliza la

siguiente foacutermula

119862119905 = 11986210 (10

119905)

05 (19)

Doacutende

Ct = Concentracioacuten para un tiempo promedio (μgm3)

C10 = Concentracioacuten para un tiempo de diez minutos (μgm3)

t = Tiempo en minutos (min)

75 Resultados

La modelacioacuten de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas en la atmoacutesfera se realizoacute

aplicando las ecuaciones (5) y (12) respectivamente Donde C es la concentracioacuten

en (microgm3) G es el flujo maacutesico de gas (kgseg) Q es la tasa de emisioacuten de las

partiacuteculas (gseg) σy y σz son los coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical (m) U

es la velocidad del viento (ms) que se obtuvo a partir de datos meteoroloacutegicos en

el aacuterea en estudio H es igual a la suma de altura fiacutesica de la chimenea (h) y Δh que

es la elevacioacuten de la pluma o penacho por flotabilidad (m) realizando correcciones

de acuerdo a la CEA tal como se presenta en la Tabla 8

Dispersioacuten de contaminantes gaseosos en la atmoacutesfera (NO2)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

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[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

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PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

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Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

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[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 381

Donde la integracioacuten se toma sobre el plano y-z perpendicular al eje del

penacho

21 Factores que intervienen en la elevacioacuten del penacho

Las condiciones meteoroloacutegicas y la duracioacuten de la emisioacuten tienen una gran

importancia en el alcance de la dispersioacuten del penacho Los factores principales son

la velocidad del viento y la estabilidad atmosfeacuterica que estaacute definida en funcioacuten del

gradiente vertical de temperatura de las capas del aire tal como se presenta en la

Tabla 1

Categoriacuteas de Estabilidad Atmosfeacuterica de Pasquil-Gifford-Turner

Categoriacutea de Estabilidad Atmosfeacuterica

Factor de correccioacuten

A Extremadamente inestable lt -19

B Inestable -19 a -17

C Ligeramente inestable -17 a -15

D Neutro -15 a -05

E Ligeramente estable -05 a 4

F Estable gt 4

3 Dispersioacuten de material particulado en la atmoacutesfera

La cantidad de partiacuteculas que se puede descargar a la atmoacutesfera estaacute

reglamentada por la Ley del Medio Ambiente Ndeg 1333 para algunas industrias

especiacuteficas En estos casos se debe en general incluir alguacuten tipo de dispositivo de

control dentro de la corriente de flujo a fin de mantener los niveles de emisioacuten

dentro de los liacutemites establecidos Auacuten con tales dispositivos de control una

pequentildea porcioacuten del total de partiacuteculas en el gas se emitiraacute probablemente a la

atmoacutesfera A fin de planificar las normas de emisioacuten es importante tener en cuenta

la capacidad de pronosticar la tasa de deposicioacuten de las partiacuteculas a nivel del suelo

y a diversas distancias de la fuente

Uno de los meacutetodos utilizados para pronosticar la tasa de sedimentacioacuten de las

partiacuteculas resultantes de las emisiones por chimeneas es la modificacioacuten del modelo

gaussiano de dispersioacuten de gases utilizado para las emisiones gaseosas de las

chimeneas La dispersioacuten gaseosa desde una chimenea con altura equivalente H y

sin reflexioacuten estaacute dada por

119862(119909 119910 119911 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[(

119910

120590119910)

2

+ (119911minus119867

120590119911)

2] (10)

382middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Donde U es la velocidad promedio del viento y Q es la tasa de emisioacuten del

contaminante gaseoso en masa por tiempo unitario La expresioacuten ldquosin reflexioacutenrdquo es

muy importante puesto que para las emisiones de partiacuteculas el terreno actuacutea como

un sumidero para las partiacuteculas emitidas Para las emisiones gaseosas el terreno

actuacutea como una superficie reflectora en la mayoriacutea de los casos y esta reflexioacuten

intensifica la concentracioacuten en la fase gaseosa del contaminante

Ademaacutes de la correccioacuten para amortiguar la reflexioacuten es necesario efectuar

otra modificacioacuten en la ecuacioacuten de dispersioacuten del tipo gaussiano Los tipos de

contaminantes gaseosos no se ven afectados por la fuerza de la gravedad No

obstante el movimiento de las partiacuteculas soacutelidas estaacute muy afectado por la gravedad

asiacute como por las fuerzas sobre el fluido asociadas con el movimiento atmosfeacuterico

Por tanto la ecuacioacuten de dispersioacuten debe manifestar estas fuerzas Esencialmente

el efecto de la gravedad sobre la dispersioacuten de las partiacuteculas es hacer que la liacutenea

central de la emisioacuten parezca inclinarse hacia abajo seguacuten la corriente del

contaminante pasa maacutes adelante en la direccioacuten de la corriente (se debe tener en

cuenta el tamantildeo de las partiacuteculas y la gravedad que actuacutea sobre ellas) Comparada

con la liacutenea central del penacho que es sensiblemente horizontal para las emisiones

gaseosas la pluma de las partiacuteculas parece inclinarse hacia abajo con mayor

prontitud

A causa de la gravedad seraacute necesario usar una correccioacuten a la magnitud H en

la ecuacioacuten de dispersioacuten gaussiana para la deposicioacuten general del material

particulado La distancia de caiacuteda libre de una partiacutecula despueacutes que abandona la

chimenea con una Velocidad terminal Vt (o de sedimentacioacuten) es simplemente x

donde t es el tiempo que le toma a la corriente principal del contaminante para

alcanzar una distancia x en la direccioacuten del viento El tiempo t se expresa tambieacuten

por xu Por tanto la distancia de caiacuteda libre que es necesario aplicar como

correccioacuten a H es Vtxu esto equivale a desplazar la liacutenea central de la distribucioacuten

gaussiana en la direccioacuten z hacia abajo en una cantidad Vtxu Teniendo en cuenta

de esta manera el efecto gravitacional la concentracioacuten de las partiacuteculas en general

estaacute dada por

119862(119909 119910 119911 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[(

119910

120590119910)

2

+ (119911minus(119867minus

119881119905119909

119880)

120590119911)

2

] (11)

La concentracioacuten a nivel del suelo a lo largo de la liacutenea central tiene un especial

intereacutes Si hacemos que y=0 y z=0 se encuentra que

119862(119909 00 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[

(119867minus119881119905119909

119880)

120590119911]

2

(12)

Donde

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 383

Q es la tasa de emisioacuten de las partiacuteculas

Ademaacutes de evaluar la concentracioacuten C de las partiacuteculas en determinada

situacioacuten se pueden expresar los resultados de la dispersioacuten de las partiacuteculas en

teacuterminos de la masa depositada por tiempo y aacuterea unitaria W

119882 =119905119886119904119886 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886

aacute119903119890119886=

(119905119886119904119886 119907119900119897119906119898eacute119905119903119894119888119886)(119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899)

aacute119903119890119886 (13)

119882 = (119907119890119897119900119888119894119889119886119889)(119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899) = 119881119905 (14)

119898119886119904119886

119905119894119890119898119901119900 lowast aacute119903119890119886=

119898119886119904119886

119905119894119890119898119901119900 lowast aacute119903119890119886 119907119900119897119906119898119890119899

119907119900119897119906119898119890119899

[119882] = [119892

1198982119904] [119876] = [

119892

119904] [119862] = [

119892

1198983]

4 Clasificacioacuten climaacutetica y meteorologiacutea en el aacuterea en estudio

A comienzos del siglo XX el geoacutegrafo climatoacutelogo y botaacutenico alemaacuten nacido

en San Petersburgo Wladimir Koumlppen presentoacute una clasificacioacuten de los climas del

mundo basaacutendose en dos elementos climaacuteticos la temperatura del aire y la cantidad

de agua disponible en relacioacuten con las caracteriacutesticas fitogeograacuteficas La primera

letra o letra principal (Grupo climaacutetico) distingue cinco grupos climaacuteticos

principales definidos por umbrales teacutermicos y de precipitacioacuten que corresponden a

las grandes formaciones de vegetacioacuten Estos climas son designados con las

primeras letras del alfabeto escritas en mayuacutescula A B C D y E Al grupo tropical

le corresponde la letra A La segunda letra hace referencia al reacutegimen de

precipitaciones

Clasificacioacuten climaacutetica y precipitaciones

Af Ecuatorial Caacutelido y lluvioso todo el antildeo sin estaciones Es el clima de la selva lluviosa

Ninguacuten mes con precipitacioacuten por debajo de 60 mm

Am Monzoacutenico Caacutelido todo el antildeo con una estacioacuten seca corta seguida por una huacutemeda con fuertes lluvias Es el clima de los bosques monzoacutenicos

Con alguacuten mes por debajo de 60 mm y si la precipitacioacuten del mes maacutes seco es superior a la foacutermula [100-(Precipitacioacuten anual25)]

Aw Sabana Caacutelido todo el antildeo con estacioacuten seca Es el clima propio de la sabana

Con alguacuten mes por debajo de 60 mm y si la precipitacioacuten del mes maacutes seco es inferior a la foacutermula [100-(Precipitacioacuten anual25)]

A continuacioacuten se presenta un mapa del departamento de Pando con sus

aacutereas urbanas de color fucsia

384middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Clasificacioacuten climaacutetica del aacuterea en estudio y aacutereas urbanas

Fuente Estudio planta de generacioacuten de electricidad a partir de Biomasa

2016

Al aacuterea en estudio que comprende los municipios de Cobija y Porvenir (medio

rural) le corresponde un clima tropical huacutemedo caacutelido del tipo Am con periacuteodo

seco es decir con maacutes de un mes de precipitacioacuten menor a 60 mm (Ver

Meteorologiacutea ndash Clima diagrama) y una precipitacioacuten anual que sobrepasa la

evapotranspiracioacuten En la eacutepoca seca entre mayo y septiembre la invasioacuten de los

frentes friacuteos del sur (surazos) es frecuente causando caiacutedas bruscas de

temperaturas descendiendo desde 30ordmC hasta 15ordmC en pocas horas Sin embargo

estos son de corta duracioacuten entre dos y tres diacuteas

41 Meteorologiacutea

En el departamento de Pando cuentan con una Estacioacuten Meteoroloacutegica (EM)

de la Administracioacuten de Aeropuertos y Servicios Auxiliares a la Navegacioacuten Aeacuterea

(AASANA) y el Servicio Nacional de Meteorologiacutea e Hidrologiacutea (SENAMHI)

ubicada en el aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (municipio de Cobija) cuyos

registros de diez antildeos permitieron establecer que la precipitacioacuten promedio anual

variacutea entre 15902 (mm) a 3479 (mm) las temperaturas medias se encuentran entre

244 (ordmC) y 271 (ordmC) el periacuteodo seco o de estiaje comprende cinco meses que

usualmente ocurren entre mayo a septiembre Los meses maacutes caacutelidos son agosto y

septiembre que alcanzan los 334 degC (temperatura maacutexima media) mientras que

julio es el mes maacutes friacuteo con 177 degC (temperatura miacutenima media)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 385

Clima diagrama EM Aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (10 antildeos)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

42 Rosa de Vientos

Tambieacuten se preparoacute la denominada rosa de vientos para un periacuteodo de 10 antildeos

(Ver la Figura 3 inciso a) siendo que el viento en su mayor porcentaje (4567 ) de

prevalencia proviene de la direccioacuten Norte (N) y se dirige hacia el Sur (S) lo que

ocurre en sentido contrario en un 1811

Con respecto al comportamiento de los vientos en eacutepoca de estiaje que tiene

una duracioacuten de cinco meses (mayo-septiembre) se hizo un graacutefico de la

distribucioacuten de la frecuencia de la direccioacuten prevalente (Figura 3 inciso b) siendo la

direccioacuten Norte la que acumula un mayor porcentaje de 3750 seguida de la

direccioacuten Sur con un 3250 con un mayor porcentaje de velocidad media entre

21 (ms) y 36 ms

5 Emisiones a la atmoacutesfera de centrales termoeleacutectricas a biomasa

El material particulado estaacute compuesto por ceniza e inquemados (holliacuten) La

ceniza producto de la combustioacuten se clasifica como de fondo y volante la primera

se deposita en el fondo del hogar o caacutemara de combustioacuten es recogida y dispuesta

generalmente en patios o pilas donde puede ser re suspendida a la atmoacutesfera por

accioacuten del viento La ceniza volante es arrastrada y emitida a la atmoacutesfera por los

gases de combustioacuten Las partiacuteculas que se emiten a la atmoacutesfera son de variados

386middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

tamantildeos y composicioacuten lo cual depende de las caracteriacutesticas del combustible y

condiciones termodinaacutemicas de la combustioacuten

a)

b)

a) Rosa de Vientos (anual) b) Distribucioacuten de frecuencia de

vientos (Estiaje)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

En los sistemas con control de partiacuteculas de acuerdo con la eficiencia de

coleccioacuten del sistema la mayor parte de la ceniza volante es retenida y dispuesta

junto con la ceniza de fondo

Cabe destacar que los moacutedulos de generacioacuten termoeleacutectrica a biomasa

propuestos dentro del proyecto contaraacuten con un sistema de control de la emisioacuten

de partiacuteculas compuesto por un multicicloacuten y filtro de mangas (Ver la Figura 4)

que es imprescindible minimizar posibles alteraciones de la calidad ambiental en el

aacuterea en estudio y se podraacuten ubicar entre 12 (km) y 35 (km) de las aacutereas urbanas de

Cobija y Porvenir

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 387

Sistema de control de emisiones (gases y partiacuteculas)

Fuente Estudio Planta de Generacioacuten de Electricidad a partir de Biomasa

2016

6 Liacutemites permisibles de calidad del aire

Liacutemites Permisibles de Calidad del Aire

Contaminante FoacutermulaSigla Valor de

Concentracioacuten Periacuteodo de Muestreo

Monoacutexido de Carbono CO 10 mgm3 Media en 8 horas

40 mgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Azufre SO2 80 microgm3 Media aritmeacutetica anual

365 microgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Nitroacutegeno NO2 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

400 microgm3 Media en 1 hora

Partiacuteculas Suspendidas Totales

PST 260 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

75 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Partiacuteculas Menores de 10 micras

PM10 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

50 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Liacutemites permisibles de calidad del aire del Reglamento en materia de contaminacioacuten atmosfeacuterica (RMCA)

Fuente RMCA Ley del medio ambiente Ndeg 1333 1995

388middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

7 Modelacioacuten matemaacutetica de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas

A continuacioacuten se presenta las ecuaciones empleadas en la modelacioacuten

matemaacutetica de la dispersioacuten de contaminantes en la atmoacutesfera y los resultados

obtenidos Cabe mencionar que las fuentes se encuentran en medio rural con

sentido de dispersioacuten hacia las aacutereas peri-urbanas de Cobija y Porvenir

71 Paraacutemetros de dispersioacuten de fuentes puntuales

Los paraacutemetros σy y σz (coeficientes de dispersioacuten) son las desviaciones tipo en

las direcciones lateral y vertical respectivamente Representan una medida de la

dispersioacuten del penacho en dichas direcciones Tales paraacutemetros son funcioacuten de la

distancia a la fuente emisora viento abajo y de la Categoriacutea de Estabilidad

Atmosfeacuterica (CEA) Estos coeficientes se suelen presentar en forma graacutefica o

pueden calcularse seguacuten formulas empiacutericas

Para calcular σy y σz (en metros) para el modo rural se utilizan ecuaciones que

se aproximan a las curvas de Pasquill-Gifford (Turner 1970) Las ecuaciones para

calcular σ son de la forma

120590119910 = 46511628(119909)119905119886119899(119879119867) (14)

Donde

119879119867 = 0017453293[119888 minus 119889119897119899(119909)] (15)

En la Tabla 4 vienen dados los coeficientes c y d

Coeficientes c y d medio rural

CEA c d

A 24167 25334

B 18333 18096

C 125 10857

D 8333 072382

E 625 054287

F 41667 036191

Fuente Turner 1970

En la ecuacioacuten (15) la distancia en la direccioacuten del viento estaacute en kiloacutemetros La

ecuacioacuten usada para calcular σz es de la forma

120590119911 = 119886119909119887 (16)

Donde la distancia en la direccioacuten del viento x estaacute en kiloacutemetros y σz estaacute en

metros Los coeficientes a y b vienen dados en la Tabla 6

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 389

72 Correccioacuten de la velocidad del viento

La velocidad del viento se acostumbra a medir a 10 metros de altura Esta

velocidad a niveles maacutes bajos de 10 metros se ve reducida notablemente debido a

los efectos de rozamiento Para niveles distintos de este valor la velocidad del

viento debe corregirse seguacuten la relacioacuten

119906119911 = 11990610 (119911

10)

119901 (17)

Donde uz = Velocidad del viento a la altura de la fuente emisora (ms) u10 =

Velocidad del viento a la altura de 10 metros de altura (ms) z = Altura de la

fuente emisora (m) y p = Coeficiente exponencial

En la Tabla 5 se presentan los valores de p (medio urbano y rural) que son

funcioacuten de la CEA y la rugosidad del suelo

Coeficientes de correccioacuten para la velocidad del viento

Clase de Estabilidad Atmosfeacuterica

Coeficiente exponencial atmosfeacuterico

Urbano Rural

A 015 007

B 015 007

C 02 01

D 025 015

E 03 035

F 03 035

Fuente Modelos de Dispersioacuten de Contaminantes en la Atmoacutesfera 1997

390middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Coeficientes a y b

CEA A a b CEA D a b CEAF a b

X (km) X (km) X (km)

lt01 1228 09447 lt03 34459 086974 lt02 15209 081558

01-015 15808 10542 031-1 32093 081066 021-070 14457 078407

016-02 17022 10932 101-3 32093 064403 071-1 13953 068465

021-025 17952 11262 301-10 33504 060486 101-2 13953 063227

026-030 21741 12644 1001-30 3665 056589 201-3 14823 054503

031-04 25889 14094 gt30 44053 051179 301-7 16187 04649

041-05 34675 17283 701-15 17836 041507

051-311 45385 21166 1501-30 22651 032681

gt311 se asume 5000 3001-60 27074 027436

gt60 34219 021716

Si el valor calculado de σz excede los 5000 metros σz es igual a 5000 metros

Donde σy estaacute en metros y x estaacute en kiloacutemetros

Fuente Turner 1970

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 391

73 Estimacioacuten de la elevacioacuten del penacho

La elevacioacuten del penacho (∆h) se define como la diferencia entre la altura de la

liacutenea central final del penacho y la altura inicial de la fuente Esta elevacioacuten esta

originada por la fuerza ascensional y el impulso vertical del efluente La temperatura

de salida del efluente en el caso de que supere en maacutes de 50 ordmC la temperatura

ambiental tiene mayor influencia que el impulso vertical en la determinacioacuten de la

altura que alcanzaraacute el penacho

Como regla general la elevacioacuten del penacho es directamente proporcional al

contenido caloriacutefico del efluente y la velocidad de salida del mismo e inversamente

proporcional a la velocidad local del viento

Una de las ecuaciones maacutes empleadas para el caacutelculo de esta elevacioacuten es la de

Holland (1953)

∆ℎ = 119881119904lowast119889

119880(15 + 268 lowast 10minus3 lowast 119875 lowast

119879119904minus119879119886

119879119904lowast 119889) (18)

Donde Δh es la elevacioacuten del penacho por encima de la fuente emisora (m) Vs

es la velocidad de salida o emisioacuten del contaminante (ms) d es el diaacutemetro interior

del conducto de emisioacuten (m) P es la presioacuten atmosfeacuterica (mbar) Ts es la

temperatura del contaminante (ordmK) y Ta es la temperatura ambiente atmosfeacuterica

(ordmK) y 26810-3 es una constante expresada en (mbarm)

Donde H es la altura efectiva de la emisioacuten e igual a h+∆h siendo h la altura

de la chimenea y ∆h la sobre elevacioacuten del penacho debida a la capacidad de

flotacioacuten de los gases calientes y a la cantidad de movimiento de los gases que salen

verticalmente al ser expulsados por la parte superior de la chimenea

Los valores de ∆h obtenidos con esta foacutermula deben corregirse (Ver Tabla 7)

multiplicando por un factor establecido por Pasquil-Gifford-Turner que es

funcioacuten de las condiciones meteoroloacutegicas que se describen maacutes adelante

Factor de Correccioacuten para Δh

CEA Factor de correccioacuten

A B 115

C 11

D 1

E F 085

Fuente Holland

392middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

74 Correccioacuten para C en funcioacuten del tiempo promedio seguacuten

concentraciones permisibles

Para realizar la correccioacuten en funcioacuten del tiempo promedio se utiliza la

siguiente foacutermula

119862119905 = 11986210 (10

119905)

05 (19)

Doacutende

Ct = Concentracioacuten para un tiempo promedio (μgm3)

C10 = Concentracioacuten para un tiempo de diez minutos (μgm3)

t = Tiempo en minutos (min)

75 Resultados

La modelacioacuten de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas en la atmoacutesfera se realizoacute

aplicando las ecuaciones (5) y (12) respectivamente Donde C es la concentracioacuten

en (microgm3) G es el flujo maacutesico de gas (kgseg) Q es la tasa de emisioacuten de las

partiacuteculas (gseg) σy y σz son los coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical (m) U

es la velocidad del viento (ms) que se obtuvo a partir de datos meteoroloacutegicos en

el aacuterea en estudio H es igual a la suma de altura fiacutesica de la chimenea (h) y Δh que

es la elevacioacuten de la pluma o penacho por flotabilidad (m) realizando correcciones

de acuerdo a la CEA tal como se presenta en la Tabla 8

Dispersioacuten de contaminantes gaseosos en la atmoacutesfera (NO2)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

382middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Donde U es la velocidad promedio del viento y Q es la tasa de emisioacuten del

contaminante gaseoso en masa por tiempo unitario La expresioacuten ldquosin reflexioacutenrdquo es

muy importante puesto que para las emisiones de partiacuteculas el terreno actuacutea como

un sumidero para las partiacuteculas emitidas Para las emisiones gaseosas el terreno

actuacutea como una superficie reflectora en la mayoriacutea de los casos y esta reflexioacuten

intensifica la concentracioacuten en la fase gaseosa del contaminante

Ademaacutes de la correccioacuten para amortiguar la reflexioacuten es necesario efectuar

otra modificacioacuten en la ecuacioacuten de dispersioacuten del tipo gaussiano Los tipos de

contaminantes gaseosos no se ven afectados por la fuerza de la gravedad No

obstante el movimiento de las partiacuteculas soacutelidas estaacute muy afectado por la gravedad

asiacute como por las fuerzas sobre el fluido asociadas con el movimiento atmosfeacuterico

Por tanto la ecuacioacuten de dispersioacuten debe manifestar estas fuerzas Esencialmente

el efecto de la gravedad sobre la dispersioacuten de las partiacuteculas es hacer que la liacutenea

central de la emisioacuten parezca inclinarse hacia abajo seguacuten la corriente del

contaminante pasa maacutes adelante en la direccioacuten de la corriente (se debe tener en

cuenta el tamantildeo de las partiacuteculas y la gravedad que actuacutea sobre ellas) Comparada

con la liacutenea central del penacho que es sensiblemente horizontal para las emisiones

gaseosas la pluma de las partiacuteculas parece inclinarse hacia abajo con mayor

prontitud

A causa de la gravedad seraacute necesario usar una correccioacuten a la magnitud H en

la ecuacioacuten de dispersioacuten gaussiana para la deposicioacuten general del material

particulado La distancia de caiacuteda libre de una partiacutecula despueacutes que abandona la

chimenea con una Velocidad terminal Vt (o de sedimentacioacuten) es simplemente x

donde t es el tiempo que le toma a la corriente principal del contaminante para

alcanzar una distancia x en la direccioacuten del viento El tiempo t se expresa tambieacuten

por xu Por tanto la distancia de caiacuteda libre que es necesario aplicar como

correccioacuten a H es Vtxu esto equivale a desplazar la liacutenea central de la distribucioacuten

gaussiana en la direccioacuten z hacia abajo en una cantidad Vtxu Teniendo en cuenta

de esta manera el efecto gravitacional la concentracioacuten de las partiacuteculas en general

estaacute dada por

119862(119909 119910 119911 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[(

119910

120590119910)

2

+ (119911minus(119867minus

119881119905119909

119880)

120590119911)

2

] (11)

La concentracioacuten a nivel del suelo a lo largo de la liacutenea central tiene un especial

intereacutes Si hacemos que y=0 y z=0 se encuentra que

119862(119909 00 119867) =119876

2120587119880120590119910120590119911exp minus

1

2[

(119867minus119881119905119909

119880)

120590119911]

2

(12)

Donde

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 383

Q es la tasa de emisioacuten de las partiacuteculas

Ademaacutes de evaluar la concentracioacuten C de las partiacuteculas en determinada

situacioacuten se pueden expresar los resultados de la dispersioacuten de las partiacuteculas en

teacuterminos de la masa depositada por tiempo y aacuterea unitaria W

119882 =119905119886119904119886 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886

aacute119903119890119886=

(119905119886119904119886 119907119900119897119906119898eacute119905119903119894119888119886)(119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899)

aacute119903119890119886 (13)

119882 = (119907119890119897119900119888119894119889119886119889)(119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899) = 119881119905 (14)

119898119886119904119886

119905119894119890119898119901119900 lowast aacute119903119890119886=

119898119886119904119886

119905119894119890119898119901119900 lowast aacute119903119890119886 119907119900119897119906119898119890119899

119907119900119897119906119898119890119899

[119882] = [119892

1198982119904] [119876] = [

119892

119904] [119862] = [

119892

1198983]

4 Clasificacioacuten climaacutetica y meteorologiacutea en el aacuterea en estudio

A comienzos del siglo XX el geoacutegrafo climatoacutelogo y botaacutenico alemaacuten nacido

en San Petersburgo Wladimir Koumlppen presentoacute una clasificacioacuten de los climas del

mundo basaacutendose en dos elementos climaacuteticos la temperatura del aire y la cantidad

de agua disponible en relacioacuten con las caracteriacutesticas fitogeograacuteficas La primera

letra o letra principal (Grupo climaacutetico) distingue cinco grupos climaacuteticos

principales definidos por umbrales teacutermicos y de precipitacioacuten que corresponden a

las grandes formaciones de vegetacioacuten Estos climas son designados con las

primeras letras del alfabeto escritas en mayuacutescula A B C D y E Al grupo tropical

le corresponde la letra A La segunda letra hace referencia al reacutegimen de

precipitaciones

Clasificacioacuten climaacutetica y precipitaciones

Af Ecuatorial Caacutelido y lluvioso todo el antildeo sin estaciones Es el clima de la selva lluviosa

Ninguacuten mes con precipitacioacuten por debajo de 60 mm

Am Monzoacutenico Caacutelido todo el antildeo con una estacioacuten seca corta seguida por una huacutemeda con fuertes lluvias Es el clima de los bosques monzoacutenicos

Con alguacuten mes por debajo de 60 mm y si la precipitacioacuten del mes maacutes seco es superior a la foacutermula [100-(Precipitacioacuten anual25)]

Aw Sabana Caacutelido todo el antildeo con estacioacuten seca Es el clima propio de la sabana

Con alguacuten mes por debajo de 60 mm y si la precipitacioacuten del mes maacutes seco es inferior a la foacutermula [100-(Precipitacioacuten anual25)]

A continuacioacuten se presenta un mapa del departamento de Pando con sus

aacutereas urbanas de color fucsia

384middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Clasificacioacuten climaacutetica del aacuterea en estudio y aacutereas urbanas

Fuente Estudio planta de generacioacuten de electricidad a partir de Biomasa

2016

Al aacuterea en estudio que comprende los municipios de Cobija y Porvenir (medio

rural) le corresponde un clima tropical huacutemedo caacutelido del tipo Am con periacuteodo

seco es decir con maacutes de un mes de precipitacioacuten menor a 60 mm (Ver

Meteorologiacutea ndash Clima diagrama) y una precipitacioacuten anual que sobrepasa la

evapotranspiracioacuten En la eacutepoca seca entre mayo y septiembre la invasioacuten de los

frentes friacuteos del sur (surazos) es frecuente causando caiacutedas bruscas de

temperaturas descendiendo desde 30ordmC hasta 15ordmC en pocas horas Sin embargo

estos son de corta duracioacuten entre dos y tres diacuteas

41 Meteorologiacutea

En el departamento de Pando cuentan con una Estacioacuten Meteoroloacutegica (EM)

de la Administracioacuten de Aeropuertos y Servicios Auxiliares a la Navegacioacuten Aeacuterea

(AASANA) y el Servicio Nacional de Meteorologiacutea e Hidrologiacutea (SENAMHI)

ubicada en el aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (municipio de Cobija) cuyos

registros de diez antildeos permitieron establecer que la precipitacioacuten promedio anual

variacutea entre 15902 (mm) a 3479 (mm) las temperaturas medias se encuentran entre

244 (ordmC) y 271 (ordmC) el periacuteodo seco o de estiaje comprende cinco meses que

usualmente ocurren entre mayo a septiembre Los meses maacutes caacutelidos son agosto y

septiembre que alcanzan los 334 degC (temperatura maacutexima media) mientras que

julio es el mes maacutes friacuteo con 177 degC (temperatura miacutenima media)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 385

Clima diagrama EM Aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (10 antildeos)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

42 Rosa de Vientos

Tambieacuten se preparoacute la denominada rosa de vientos para un periacuteodo de 10 antildeos

(Ver la Figura 3 inciso a) siendo que el viento en su mayor porcentaje (4567 ) de

prevalencia proviene de la direccioacuten Norte (N) y se dirige hacia el Sur (S) lo que

ocurre en sentido contrario en un 1811

Con respecto al comportamiento de los vientos en eacutepoca de estiaje que tiene

una duracioacuten de cinco meses (mayo-septiembre) se hizo un graacutefico de la

distribucioacuten de la frecuencia de la direccioacuten prevalente (Figura 3 inciso b) siendo la

direccioacuten Norte la que acumula un mayor porcentaje de 3750 seguida de la

direccioacuten Sur con un 3250 con un mayor porcentaje de velocidad media entre

21 (ms) y 36 ms

5 Emisiones a la atmoacutesfera de centrales termoeleacutectricas a biomasa

El material particulado estaacute compuesto por ceniza e inquemados (holliacuten) La

ceniza producto de la combustioacuten se clasifica como de fondo y volante la primera

se deposita en el fondo del hogar o caacutemara de combustioacuten es recogida y dispuesta

generalmente en patios o pilas donde puede ser re suspendida a la atmoacutesfera por

accioacuten del viento La ceniza volante es arrastrada y emitida a la atmoacutesfera por los

gases de combustioacuten Las partiacuteculas que se emiten a la atmoacutesfera son de variados

386middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

tamantildeos y composicioacuten lo cual depende de las caracteriacutesticas del combustible y

condiciones termodinaacutemicas de la combustioacuten

a)

b)

a) Rosa de Vientos (anual) b) Distribucioacuten de frecuencia de

vientos (Estiaje)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

En los sistemas con control de partiacuteculas de acuerdo con la eficiencia de

coleccioacuten del sistema la mayor parte de la ceniza volante es retenida y dispuesta

junto con la ceniza de fondo

Cabe destacar que los moacutedulos de generacioacuten termoeleacutectrica a biomasa

propuestos dentro del proyecto contaraacuten con un sistema de control de la emisioacuten

de partiacuteculas compuesto por un multicicloacuten y filtro de mangas (Ver la Figura 4)

que es imprescindible minimizar posibles alteraciones de la calidad ambiental en el

aacuterea en estudio y se podraacuten ubicar entre 12 (km) y 35 (km) de las aacutereas urbanas de

Cobija y Porvenir

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 387

Sistema de control de emisiones (gases y partiacuteculas)

Fuente Estudio Planta de Generacioacuten de Electricidad a partir de Biomasa

2016

6 Liacutemites permisibles de calidad del aire

Liacutemites Permisibles de Calidad del Aire

Contaminante FoacutermulaSigla Valor de

Concentracioacuten Periacuteodo de Muestreo

Monoacutexido de Carbono CO 10 mgm3 Media en 8 horas

40 mgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Azufre SO2 80 microgm3 Media aritmeacutetica anual

365 microgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Nitroacutegeno NO2 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

400 microgm3 Media en 1 hora

Partiacuteculas Suspendidas Totales

PST 260 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

75 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Partiacuteculas Menores de 10 micras

PM10 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

50 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Liacutemites permisibles de calidad del aire del Reglamento en materia de contaminacioacuten atmosfeacuterica (RMCA)

Fuente RMCA Ley del medio ambiente Ndeg 1333 1995

388middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

7 Modelacioacuten matemaacutetica de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas

A continuacioacuten se presenta las ecuaciones empleadas en la modelacioacuten

matemaacutetica de la dispersioacuten de contaminantes en la atmoacutesfera y los resultados

obtenidos Cabe mencionar que las fuentes se encuentran en medio rural con

sentido de dispersioacuten hacia las aacutereas peri-urbanas de Cobija y Porvenir

71 Paraacutemetros de dispersioacuten de fuentes puntuales

Los paraacutemetros σy y σz (coeficientes de dispersioacuten) son las desviaciones tipo en

las direcciones lateral y vertical respectivamente Representan una medida de la

dispersioacuten del penacho en dichas direcciones Tales paraacutemetros son funcioacuten de la

distancia a la fuente emisora viento abajo y de la Categoriacutea de Estabilidad

Atmosfeacuterica (CEA) Estos coeficientes se suelen presentar en forma graacutefica o

pueden calcularse seguacuten formulas empiacutericas

Para calcular σy y σz (en metros) para el modo rural se utilizan ecuaciones que

se aproximan a las curvas de Pasquill-Gifford (Turner 1970) Las ecuaciones para

calcular σ son de la forma

120590119910 = 46511628(119909)119905119886119899(119879119867) (14)

Donde

119879119867 = 0017453293[119888 minus 119889119897119899(119909)] (15)

En la Tabla 4 vienen dados los coeficientes c y d

Coeficientes c y d medio rural

CEA c d

A 24167 25334

B 18333 18096

C 125 10857

D 8333 072382

E 625 054287

F 41667 036191

Fuente Turner 1970

En la ecuacioacuten (15) la distancia en la direccioacuten del viento estaacute en kiloacutemetros La

ecuacioacuten usada para calcular σz es de la forma

120590119911 = 119886119909119887 (16)

Donde la distancia en la direccioacuten del viento x estaacute en kiloacutemetros y σz estaacute en

metros Los coeficientes a y b vienen dados en la Tabla 6

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 389

72 Correccioacuten de la velocidad del viento

La velocidad del viento se acostumbra a medir a 10 metros de altura Esta

velocidad a niveles maacutes bajos de 10 metros se ve reducida notablemente debido a

los efectos de rozamiento Para niveles distintos de este valor la velocidad del

viento debe corregirse seguacuten la relacioacuten

119906119911 = 11990610 (119911

10)

119901 (17)

Donde uz = Velocidad del viento a la altura de la fuente emisora (ms) u10 =

Velocidad del viento a la altura de 10 metros de altura (ms) z = Altura de la

fuente emisora (m) y p = Coeficiente exponencial

En la Tabla 5 se presentan los valores de p (medio urbano y rural) que son

funcioacuten de la CEA y la rugosidad del suelo

Coeficientes de correccioacuten para la velocidad del viento

Clase de Estabilidad Atmosfeacuterica

Coeficiente exponencial atmosfeacuterico

Urbano Rural

A 015 007

B 015 007

C 02 01

D 025 015

E 03 035

F 03 035

Fuente Modelos de Dispersioacuten de Contaminantes en la Atmoacutesfera 1997

390middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Coeficientes a y b

CEA A a b CEA D a b CEAF a b

X (km) X (km) X (km)

lt01 1228 09447 lt03 34459 086974 lt02 15209 081558

01-015 15808 10542 031-1 32093 081066 021-070 14457 078407

016-02 17022 10932 101-3 32093 064403 071-1 13953 068465

021-025 17952 11262 301-10 33504 060486 101-2 13953 063227

026-030 21741 12644 1001-30 3665 056589 201-3 14823 054503

031-04 25889 14094 gt30 44053 051179 301-7 16187 04649

041-05 34675 17283 701-15 17836 041507

051-311 45385 21166 1501-30 22651 032681

gt311 se asume 5000 3001-60 27074 027436

gt60 34219 021716

Si el valor calculado de σz excede los 5000 metros σz es igual a 5000 metros

Donde σy estaacute en metros y x estaacute en kiloacutemetros

Fuente Turner 1970

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 391

73 Estimacioacuten de la elevacioacuten del penacho

La elevacioacuten del penacho (∆h) se define como la diferencia entre la altura de la

liacutenea central final del penacho y la altura inicial de la fuente Esta elevacioacuten esta

originada por la fuerza ascensional y el impulso vertical del efluente La temperatura

de salida del efluente en el caso de que supere en maacutes de 50 ordmC la temperatura

ambiental tiene mayor influencia que el impulso vertical en la determinacioacuten de la

altura que alcanzaraacute el penacho

Como regla general la elevacioacuten del penacho es directamente proporcional al

contenido caloriacutefico del efluente y la velocidad de salida del mismo e inversamente

proporcional a la velocidad local del viento

Una de las ecuaciones maacutes empleadas para el caacutelculo de esta elevacioacuten es la de

Holland (1953)

∆ℎ = 119881119904lowast119889

119880(15 + 268 lowast 10minus3 lowast 119875 lowast

119879119904minus119879119886

119879119904lowast 119889) (18)

Donde Δh es la elevacioacuten del penacho por encima de la fuente emisora (m) Vs

es la velocidad de salida o emisioacuten del contaminante (ms) d es el diaacutemetro interior

del conducto de emisioacuten (m) P es la presioacuten atmosfeacuterica (mbar) Ts es la

temperatura del contaminante (ordmK) y Ta es la temperatura ambiente atmosfeacuterica

(ordmK) y 26810-3 es una constante expresada en (mbarm)

Donde H es la altura efectiva de la emisioacuten e igual a h+∆h siendo h la altura

de la chimenea y ∆h la sobre elevacioacuten del penacho debida a la capacidad de

flotacioacuten de los gases calientes y a la cantidad de movimiento de los gases que salen

verticalmente al ser expulsados por la parte superior de la chimenea

Los valores de ∆h obtenidos con esta foacutermula deben corregirse (Ver Tabla 7)

multiplicando por un factor establecido por Pasquil-Gifford-Turner que es

funcioacuten de las condiciones meteoroloacutegicas que se describen maacutes adelante

Factor de Correccioacuten para Δh

CEA Factor de correccioacuten

A B 115

C 11

D 1

E F 085

Fuente Holland

392middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

74 Correccioacuten para C en funcioacuten del tiempo promedio seguacuten

concentraciones permisibles

Para realizar la correccioacuten en funcioacuten del tiempo promedio se utiliza la

siguiente foacutermula

119862119905 = 11986210 (10

119905)

05 (19)

Doacutende

Ct = Concentracioacuten para un tiempo promedio (μgm3)

C10 = Concentracioacuten para un tiempo de diez minutos (μgm3)

t = Tiempo en minutos (min)

75 Resultados

La modelacioacuten de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas en la atmoacutesfera se realizoacute

aplicando las ecuaciones (5) y (12) respectivamente Donde C es la concentracioacuten

en (microgm3) G es el flujo maacutesico de gas (kgseg) Q es la tasa de emisioacuten de las

partiacuteculas (gseg) σy y σz son los coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical (m) U

es la velocidad del viento (ms) que se obtuvo a partir de datos meteoroloacutegicos en

el aacuterea en estudio H es igual a la suma de altura fiacutesica de la chimenea (h) y Δh que

es la elevacioacuten de la pluma o penacho por flotabilidad (m) realizando correcciones

de acuerdo a la CEA tal como se presenta en la Tabla 8

Dispersioacuten de contaminantes gaseosos en la atmoacutesfera (NO2)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 383

Q es la tasa de emisioacuten de las partiacuteculas

Ademaacutes de evaluar la concentracioacuten C de las partiacuteculas en determinada

situacioacuten se pueden expresar los resultados de la dispersioacuten de las partiacuteculas en

teacuterminos de la masa depositada por tiempo y aacuterea unitaria W

119882 =119905119886119904119886 119889119890 119905119903119886119899119904119901119900119903119905119890 119889119890 119898119886119904119886

aacute119903119890119886=

(119905119886119904119886 119907119900119897119906119898eacute119905119903119894119888119886)(119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899)

aacute119903119890119886 (13)

119882 = (119907119890119897119900119888119894119889119886119889)(119888119900119899119888119890119899119905119903119886119888119894oacute119899) = 119881119905 (14)

119898119886119904119886

119905119894119890119898119901119900 lowast aacute119903119890119886=

119898119886119904119886

119905119894119890119898119901119900 lowast aacute119903119890119886 119907119900119897119906119898119890119899

119907119900119897119906119898119890119899

[119882] = [119892

1198982119904] [119876] = [

119892

119904] [119862] = [

119892

1198983]

4 Clasificacioacuten climaacutetica y meteorologiacutea en el aacuterea en estudio

A comienzos del siglo XX el geoacutegrafo climatoacutelogo y botaacutenico alemaacuten nacido

en San Petersburgo Wladimir Koumlppen presentoacute una clasificacioacuten de los climas del

mundo basaacutendose en dos elementos climaacuteticos la temperatura del aire y la cantidad

de agua disponible en relacioacuten con las caracteriacutesticas fitogeograacuteficas La primera

letra o letra principal (Grupo climaacutetico) distingue cinco grupos climaacuteticos

principales definidos por umbrales teacutermicos y de precipitacioacuten que corresponden a

las grandes formaciones de vegetacioacuten Estos climas son designados con las

primeras letras del alfabeto escritas en mayuacutescula A B C D y E Al grupo tropical

le corresponde la letra A La segunda letra hace referencia al reacutegimen de

precipitaciones

Clasificacioacuten climaacutetica y precipitaciones

Af Ecuatorial Caacutelido y lluvioso todo el antildeo sin estaciones Es el clima de la selva lluviosa

Ninguacuten mes con precipitacioacuten por debajo de 60 mm

Am Monzoacutenico Caacutelido todo el antildeo con una estacioacuten seca corta seguida por una huacutemeda con fuertes lluvias Es el clima de los bosques monzoacutenicos

Con alguacuten mes por debajo de 60 mm y si la precipitacioacuten del mes maacutes seco es superior a la foacutermula [100-(Precipitacioacuten anual25)]

Aw Sabana Caacutelido todo el antildeo con estacioacuten seca Es el clima propio de la sabana

Con alguacuten mes por debajo de 60 mm y si la precipitacioacuten del mes maacutes seco es inferior a la foacutermula [100-(Precipitacioacuten anual25)]

A continuacioacuten se presenta un mapa del departamento de Pando con sus

aacutereas urbanas de color fucsia

384middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Clasificacioacuten climaacutetica del aacuterea en estudio y aacutereas urbanas

Fuente Estudio planta de generacioacuten de electricidad a partir de Biomasa

2016

Al aacuterea en estudio que comprende los municipios de Cobija y Porvenir (medio

rural) le corresponde un clima tropical huacutemedo caacutelido del tipo Am con periacuteodo

seco es decir con maacutes de un mes de precipitacioacuten menor a 60 mm (Ver

Meteorologiacutea ndash Clima diagrama) y una precipitacioacuten anual que sobrepasa la

evapotranspiracioacuten En la eacutepoca seca entre mayo y septiembre la invasioacuten de los

frentes friacuteos del sur (surazos) es frecuente causando caiacutedas bruscas de

temperaturas descendiendo desde 30ordmC hasta 15ordmC en pocas horas Sin embargo

estos son de corta duracioacuten entre dos y tres diacuteas

41 Meteorologiacutea

En el departamento de Pando cuentan con una Estacioacuten Meteoroloacutegica (EM)

de la Administracioacuten de Aeropuertos y Servicios Auxiliares a la Navegacioacuten Aeacuterea

(AASANA) y el Servicio Nacional de Meteorologiacutea e Hidrologiacutea (SENAMHI)

ubicada en el aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (municipio de Cobija) cuyos

registros de diez antildeos permitieron establecer que la precipitacioacuten promedio anual

variacutea entre 15902 (mm) a 3479 (mm) las temperaturas medias se encuentran entre

244 (ordmC) y 271 (ordmC) el periacuteodo seco o de estiaje comprende cinco meses que

usualmente ocurren entre mayo a septiembre Los meses maacutes caacutelidos son agosto y

septiembre que alcanzan los 334 degC (temperatura maacutexima media) mientras que

julio es el mes maacutes friacuteo con 177 degC (temperatura miacutenima media)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 385

Clima diagrama EM Aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (10 antildeos)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

42 Rosa de Vientos

Tambieacuten se preparoacute la denominada rosa de vientos para un periacuteodo de 10 antildeos

(Ver la Figura 3 inciso a) siendo que el viento en su mayor porcentaje (4567 ) de

prevalencia proviene de la direccioacuten Norte (N) y se dirige hacia el Sur (S) lo que

ocurre en sentido contrario en un 1811

Con respecto al comportamiento de los vientos en eacutepoca de estiaje que tiene

una duracioacuten de cinco meses (mayo-septiembre) se hizo un graacutefico de la

distribucioacuten de la frecuencia de la direccioacuten prevalente (Figura 3 inciso b) siendo la

direccioacuten Norte la que acumula un mayor porcentaje de 3750 seguida de la

direccioacuten Sur con un 3250 con un mayor porcentaje de velocidad media entre

21 (ms) y 36 ms

5 Emisiones a la atmoacutesfera de centrales termoeleacutectricas a biomasa

El material particulado estaacute compuesto por ceniza e inquemados (holliacuten) La

ceniza producto de la combustioacuten se clasifica como de fondo y volante la primera

se deposita en el fondo del hogar o caacutemara de combustioacuten es recogida y dispuesta

generalmente en patios o pilas donde puede ser re suspendida a la atmoacutesfera por

accioacuten del viento La ceniza volante es arrastrada y emitida a la atmoacutesfera por los

gases de combustioacuten Las partiacuteculas que se emiten a la atmoacutesfera son de variados

386middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

tamantildeos y composicioacuten lo cual depende de las caracteriacutesticas del combustible y

condiciones termodinaacutemicas de la combustioacuten

a)

b)

a) Rosa de Vientos (anual) b) Distribucioacuten de frecuencia de

vientos (Estiaje)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

En los sistemas con control de partiacuteculas de acuerdo con la eficiencia de

coleccioacuten del sistema la mayor parte de la ceniza volante es retenida y dispuesta

junto con la ceniza de fondo

Cabe destacar que los moacutedulos de generacioacuten termoeleacutectrica a biomasa

propuestos dentro del proyecto contaraacuten con un sistema de control de la emisioacuten

de partiacuteculas compuesto por un multicicloacuten y filtro de mangas (Ver la Figura 4)

que es imprescindible minimizar posibles alteraciones de la calidad ambiental en el

aacuterea en estudio y se podraacuten ubicar entre 12 (km) y 35 (km) de las aacutereas urbanas de

Cobija y Porvenir

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 387

Sistema de control de emisiones (gases y partiacuteculas)

Fuente Estudio Planta de Generacioacuten de Electricidad a partir de Biomasa

2016

6 Liacutemites permisibles de calidad del aire

Liacutemites Permisibles de Calidad del Aire

Contaminante FoacutermulaSigla Valor de

Concentracioacuten Periacuteodo de Muestreo

Monoacutexido de Carbono CO 10 mgm3 Media en 8 horas

40 mgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Azufre SO2 80 microgm3 Media aritmeacutetica anual

365 microgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Nitroacutegeno NO2 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

400 microgm3 Media en 1 hora

Partiacuteculas Suspendidas Totales

PST 260 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

75 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Partiacuteculas Menores de 10 micras

PM10 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

50 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Liacutemites permisibles de calidad del aire del Reglamento en materia de contaminacioacuten atmosfeacuterica (RMCA)

Fuente RMCA Ley del medio ambiente Ndeg 1333 1995

388middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

7 Modelacioacuten matemaacutetica de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas

A continuacioacuten se presenta las ecuaciones empleadas en la modelacioacuten

matemaacutetica de la dispersioacuten de contaminantes en la atmoacutesfera y los resultados

obtenidos Cabe mencionar que las fuentes se encuentran en medio rural con

sentido de dispersioacuten hacia las aacutereas peri-urbanas de Cobija y Porvenir

71 Paraacutemetros de dispersioacuten de fuentes puntuales

Los paraacutemetros σy y σz (coeficientes de dispersioacuten) son las desviaciones tipo en

las direcciones lateral y vertical respectivamente Representan una medida de la

dispersioacuten del penacho en dichas direcciones Tales paraacutemetros son funcioacuten de la

distancia a la fuente emisora viento abajo y de la Categoriacutea de Estabilidad

Atmosfeacuterica (CEA) Estos coeficientes se suelen presentar en forma graacutefica o

pueden calcularse seguacuten formulas empiacutericas

Para calcular σy y σz (en metros) para el modo rural se utilizan ecuaciones que

se aproximan a las curvas de Pasquill-Gifford (Turner 1970) Las ecuaciones para

calcular σ son de la forma

120590119910 = 46511628(119909)119905119886119899(119879119867) (14)

Donde

119879119867 = 0017453293[119888 minus 119889119897119899(119909)] (15)

En la Tabla 4 vienen dados los coeficientes c y d

Coeficientes c y d medio rural

CEA c d

A 24167 25334

B 18333 18096

C 125 10857

D 8333 072382

E 625 054287

F 41667 036191

Fuente Turner 1970

En la ecuacioacuten (15) la distancia en la direccioacuten del viento estaacute en kiloacutemetros La

ecuacioacuten usada para calcular σz es de la forma

120590119911 = 119886119909119887 (16)

Donde la distancia en la direccioacuten del viento x estaacute en kiloacutemetros y σz estaacute en

metros Los coeficientes a y b vienen dados en la Tabla 6

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 389

72 Correccioacuten de la velocidad del viento

La velocidad del viento se acostumbra a medir a 10 metros de altura Esta

velocidad a niveles maacutes bajos de 10 metros se ve reducida notablemente debido a

los efectos de rozamiento Para niveles distintos de este valor la velocidad del

viento debe corregirse seguacuten la relacioacuten

119906119911 = 11990610 (119911

10)

119901 (17)

Donde uz = Velocidad del viento a la altura de la fuente emisora (ms) u10 =

Velocidad del viento a la altura de 10 metros de altura (ms) z = Altura de la

fuente emisora (m) y p = Coeficiente exponencial

En la Tabla 5 se presentan los valores de p (medio urbano y rural) que son

funcioacuten de la CEA y la rugosidad del suelo

Coeficientes de correccioacuten para la velocidad del viento

Clase de Estabilidad Atmosfeacuterica

Coeficiente exponencial atmosfeacuterico

Urbano Rural

A 015 007

B 015 007

C 02 01

D 025 015

E 03 035

F 03 035

Fuente Modelos de Dispersioacuten de Contaminantes en la Atmoacutesfera 1997

390middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Coeficientes a y b

CEA A a b CEA D a b CEAF a b

X (km) X (km) X (km)

lt01 1228 09447 lt03 34459 086974 lt02 15209 081558

01-015 15808 10542 031-1 32093 081066 021-070 14457 078407

016-02 17022 10932 101-3 32093 064403 071-1 13953 068465

021-025 17952 11262 301-10 33504 060486 101-2 13953 063227

026-030 21741 12644 1001-30 3665 056589 201-3 14823 054503

031-04 25889 14094 gt30 44053 051179 301-7 16187 04649

041-05 34675 17283 701-15 17836 041507

051-311 45385 21166 1501-30 22651 032681

gt311 se asume 5000 3001-60 27074 027436

gt60 34219 021716

Si el valor calculado de σz excede los 5000 metros σz es igual a 5000 metros

Donde σy estaacute en metros y x estaacute en kiloacutemetros

Fuente Turner 1970

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 391

73 Estimacioacuten de la elevacioacuten del penacho

La elevacioacuten del penacho (∆h) se define como la diferencia entre la altura de la

liacutenea central final del penacho y la altura inicial de la fuente Esta elevacioacuten esta

originada por la fuerza ascensional y el impulso vertical del efluente La temperatura

de salida del efluente en el caso de que supere en maacutes de 50 ordmC la temperatura

ambiental tiene mayor influencia que el impulso vertical en la determinacioacuten de la

altura que alcanzaraacute el penacho

Como regla general la elevacioacuten del penacho es directamente proporcional al

contenido caloriacutefico del efluente y la velocidad de salida del mismo e inversamente

proporcional a la velocidad local del viento

Una de las ecuaciones maacutes empleadas para el caacutelculo de esta elevacioacuten es la de

Holland (1953)

∆ℎ = 119881119904lowast119889

119880(15 + 268 lowast 10minus3 lowast 119875 lowast

119879119904minus119879119886

119879119904lowast 119889) (18)

Donde Δh es la elevacioacuten del penacho por encima de la fuente emisora (m) Vs

es la velocidad de salida o emisioacuten del contaminante (ms) d es el diaacutemetro interior

del conducto de emisioacuten (m) P es la presioacuten atmosfeacuterica (mbar) Ts es la

temperatura del contaminante (ordmK) y Ta es la temperatura ambiente atmosfeacuterica

(ordmK) y 26810-3 es una constante expresada en (mbarm)

Donde H es la altura efectiva de la emisioacuten e igual a h+∆h siendo h la altura

de la chimenea y ∆h la sobre elevacioacuten del penacho debida a la capacidad de

flotacioacuten de los gases calientes y a la cantidad de movimiento de los gases que salen

verticalmente al ser expulsados por la parte superior de la chimenea

Los valores de ∆h obtenidos con esta foacutermula deben corregirse (Ver Tabla 7)

multiplicando por un factor establecido por Pasquil-Gifford-Turner que es

funcioacuten de las condiciones meteoroloacutegicas que se describen maacutes adelante

Factor de Correccioacuten para Δh

CEA Factor de correccioacuten

A B 115

C 11

D 1

E F 085

Fuente Holland

392middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

74 Correccioacuten para C en funcioacuten del tiempo promedio seguacuten

concentraciones permisibles

Para realizar la correccioacuten en funcioacuten del tiempo promedio se utiliza la

siguiente foacutermula

119862119905 = 11986210 (10

119905)

05 (19)

Doacutende

Ct = Concentracioacuten para un tiempo promedio (μgm3)

C10 = Concentracioacuten para un tiempo de diez minutos (μgm3)

t = Tiempo en minutos (min)

75 Resultados

La modelacioacuten de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas en la atmoacutesfera se realizoacute

aplicando las ecuaciones (5) y (12) respectivamente Donde C es la concentracioacuten

en (microgm3) G es el flujo maacutesico de gas (kgseg) Q es la tasa de emisioacuten de las

partiacuteculas (gseg) σy y σz son los coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical (m) U

es la velocidad del viento (ms) que se obtuvo a partir de datos meteoroloacutegicos en

el aacuterea en estudio H es igual a la suma de altura fiacutesica de la chimenea (h) y Δh que

es la elevacioacuten de la pluma o penacho por flotabilidad (m) realizando correcciones

de acuerdo a la CEA tal como se presenta en la Tabla 8

Dispersioacuten de contaminantes gaseosos en la atmoacutesfera (NO2)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

384middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Clasificacioacuten climaacutetica del aacuterea en estudio y aacutereas urbanas

Fuente Estudio planta de generacioacuten de electricidad a partir de Biomasa

2016

Al aacuterea en estudio que comprende los municipios de Cobija y Porvenir (medio

rural) le corresponde un clima tropical huacutemedo caacutelido del tipo Am con periacuteodo

seco es decir con maacutes de un mes de precipitacioacuten menor a 60 mm (Ver

Meteorologiacutea ndash Clima diagrama) y una precipitacioacuten anual que sobrepasa la

evapotranspiracioacuten En la eacutepoca seca entre mayo y septiembre la invasioacuten de los

frentes friacuteos del sur (surazos) es frecuente causando caiacutedas bruscas de

temperaturas descendiendo desde 30ordmC hasta 15ordmC en pocas horas Sin embargo

estos son de corta duracioacuten entre dos y tres diacuteas

41 Meteorologiacutea

En el departamento de Pando cuentan con una Estacioacuten Meteoroloacutegica (EM)

de la Administracioacuten de Aeropuertos y Servicios Auxiliares a la Navegacioacuten Aeacuterea

(AASANA) y el Servicio Nacional de Meteorologiacutea e Hidrologiacutea (SENAMHI)

ubicada en el aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (municipio de Cobija) cuyos

registros de diez antildeos permitieron establecer que la precipitacioacuten promedio anual

variacutea entre 15902 (mm) a 3479 (mm) las temperaturas medias se encuentran entre

244 (ordmC) y 271 (ordmC) el periacuteodo seco o de estiaje comprende cinco meses que

usualmente ocurren entre mayo a septiembre Los meses maacutes caacutelidos son agosto y

septiembre que alcanzan los 334 degC (temperatura maacutexima media) mientras que

julio es el mes maacutes friacuteo con 177 degC (temperatura miacutenima media)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 385

Clima diagrama EM Aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (10 antildeos)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

42 Rosa de Vientos

Tambieacuten se preparoacute la denominada rosa de vientos para un periacuteodo de 10 antildeos

(Ver la Figura 3 inciso a) siendo que el viento en su mayor porcentaje (4567 ) de

prevalencia proviene de la direccioacuten Norte (N) y se dirige hacia el Sur (S) lo que

ocurre en sentido contrario en un 1811

Con respecto al comportamiento de los vientos en eacutepoca de estiaje que tiene

una duracioacuten de cinco meses (mayo-septiembre) se hizo un graacutefico de la

distribucioacuten de la frecuencia de la direccioacuten prevalente (Figura 3 inciso b) siendo la

direccioacuten Norte la que acumula un mayor porcentaje de 3750 seguida de la

direccioacuten Sur con un 3250 con un mayor porcentaje de velocidad media entre

21 (ms) y 36 ms

5 Emisiones a la atmoacutesfera de centrales termoeleacutectricas a biomasa

El material particulado estaacute compuesto por ceniza e inquemados (holliacuten) La

ceniza producto de la combustioacuten se clasifica como de fondo y volante la primera

se deposita en el fondo del hogar o caacutemara de combustioacuten es recogida y dispuesta

generalmente en patios o pilas donde puede ser re suspendida a la atmoacutesfera por

accioacuten del viento La ceniza volante es arrastrada y emitida a la atmoacutesfera por los

gases de combustioacuten Las partiacuteculas que se emiten a la atmoacutesfera son de variados

386middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

tamantildeos y composicioacuten lo cual depende de las caracteriacutesticas del combustible y

condiciones termodinaacutemicas de la combustioacuten

a)

b)

a) Rosa de Vientos (anual) b) Distribucioacuten de frecuencia de

vientos (Estiaje)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

En los sistemas con control de partiacuteculas de acuerdo con la eficiencia de

coleccioacuten del sistema la mayor parte de la ceniza volante es retenida y dispuesta

junto con la ceniza de fondo

Cabe destacar que los moacutedulos de generacioacuten termoeleacutectrica a biomasa

propuestos dentro del proyecto contaraacuten con un sistema de control de la emisioacuten

de partiacuteculas compuesto por un multicicloacuten y filtro de mangas (Ver la Figura 4)

que es imprescindible minimizar posibles alteraciones de la calidad ambiental en el

aacuterea en estudio y se podraacuten ubicar entre 12 (km) y 35 (km) de las aacutereas urbanas de

Cobija y Porvenir

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 387

Sistema de control de emisiones (gases y partiacuteculas)

Fuente Estudio Planta de Generacioacuten de Electricidad a partir de Biomasa

2016

6 Liacutemites permisibles de calidad del aire

Liacutemites Permisibles de Calidad del Aire

Contaminante FoacutermulaSigla Valor de

Concentracioacuten Periacuteodo de Muestreo

Monoacutexido de Carbono CO 10 mgm3 Media en 8 horas

40 mgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Azufre SO2 80 microgm3 Media aritmeacutetica anual

365 microgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Nitroacutegeno NO2 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

400 microgm3 Media en 1 hora

Partiacuteculas Suspendidas Totales

PST 260 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

75 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Partiacuteculas Menores de 10 micras

PM10 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

50 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Liacutemites permisibles de calidad del aire del Reglamento en materia de contaminacioacuten atmosfeacuterica (RMCA)

Fuente RMCA Ley del medio ambiente Ndeg 1333 1995

388middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

7 Modelacioacuten matemaacutetica de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas

A continuacioacuten se presenta las ecuaciones empleadas en la modelacioacuten

matemaacutetica de la dispersioacuten de contaminantes en la atmoacutesfera y los resultados

obtenidos Cabe mencionar que las fuentes se encuentran en medio rural con

sentido de dispersioacuten hacia las aacutereas peri-urbanas de Cobija y Porvenir

71 Paraacutemetros de dispersioacuten de fuentes puntuales

Los paraacutemetros σy y σz (coeficientes de dispersioacuten) son las desviaciones tipo en

las direcciones lateral y vertical respectivamente Representan una medida de la

dispersioacuten del penacho en dichas direcciones Tales paraacutemetros son funcioacuten de la

distancia a la fuente emisora viento abajo y de la Categoriacutea de Estabilidad

Atmosfeacuterica (CEA) Estos coeficientes se suelen presentar en forma graacutefica o

pueden calcularse seguacuten formulas empiacutericas

Para calcular σy y σz (en metros) para el modo rural se utilizan ecuaciones que

se aproximan a las curvas de Pasquill-Gifford (Turner 1970) Las ecuaciones para

calcular σ son de la forma

120590119910 = 46511628(119909)119905119886119899(119879119867) (14)

Donde

119879119867 = 0017453293[119888 minus 119889119897119899(119909)] (15)

En la Tabla 4 vienen dados los coeficientes c y d

Coeficientes c y d medio rural

CEA c d

A 24167 25334

B 18333 18096

C 125 10857

D 8333 072382

E 625 054287

F 41667 036191

Fuente Turner 1970

En la ecuacioacuten (15) la distancia en la direccioacuten del viento estaacute en kiloacutemetros La

ecuacioacuten usada para calcular σz es de la forma

120590119911 = 119886119909119887 (16)

Donde la distancia en la direccioacuten del viento x estaacute en kiloacutemetros y σz estaacute en

metros Los coeficientes a y b vienen dados en la Tabla 6

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 389

72 Correccioacuten de la velocidad del viento

La velocidad del viento se acostumbra a medir a 10 metros de altura Esta

velocidad a niveles maacutes bajos de 10 metros se ve reducida notablemente debido a

los efectos de rozamiento Para niveles distintos de este valor la velocidad del

viento debe corregirse seguacuten la relacioacuten

119906119911 = 11990610 (119911

10)

119901 (17)

Donde uz = Velocidad del viento a la altura de la fuente emisora (ms) u10 =

Velocidad del viento a la altura de 10 metros de altura (ms) z = Altura de la

fuente emisora (m) y p = Coeficiente exponencial

En la Tabla 5 se presentan los valores de p (medio urbano y rural) que son

funcioacuten de la CEA y la rugosidad del suelo

Coeficientes de correccioacuten para la velocidad del viento

Clase de Estabilidad Atmosfeacuterica

Coeficiente exponencial atmosfeacuterico

Urbano Rural

A 015 007

B 015 007

C 02 01

D 025 015

E 03 035

F 03 035

Fuente Modelos de Dispersioacuten de Contaminantes en la Atmoacutesfera 1997

390middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Coeficientes a y b

CEA A a b CEA D a b CEAF a b

X (km) X (km) X (km)

lt01 1228 09447 lt03 34459 086974 lt02 15209 081558

01-015 15808 10542 031-1 32093 081066 021-070 14457 078407

016-02 17022 10932 101-3 32093 064403 071-1 13953 068465

021-025 17952 11262 301-10 33504 060486 101-2 13953 063227

026-030 21741 12644 1001-30 3665 056589 201-3 14823 054503

031-04 25889 14094 gt30 44053 051179 301-7 16187 04649

041-05 34675 17283 701-15 17836 041507

051-311 45385 21166 1501-30 22651 032681

gt311 se asume 5000 3001-60 27074 027436

gt60 34219 021716

Si el valor calculado de σz excede los 5000 metros σz es igual a 5000 metros

Donde σy estaacute en metros y x estaacute en kiloacutemetros

Fuente Turner 1970

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 391

73 Estimacioacuten de la elevacioacuten del penacho

La elevacioacuten del penacho (∆h) se define como la diferencia entre la altura de la

liacutenea central final del penacho y la altura inicial de la fuente Esta elevacioacuten esta

originada por la fuerza ascensional y el impulso vertical del efluente La temperatura

de salida del efluente en el caso de que supere en maacutes de 50 ordmC la temperatura

ambiental tiene mayor influencia que el impulso vertical en la determinacioacuten de la

altura que alcanzaraacute el penacho

Como regla general la elevacioacuten del penacho es directamente proporcional al

contenido caloriacutefico del efluente y la velocidad de salida del mismo e inversamente

proporcional a la velocidad local del viento

Una de las ecuaciones maacutes empleadas para el caacutelculo de esta elevacioacuten es la de

Holland (1953)

∆ℎ = 119881119904lowast119889

119880(15 + 268 lowast 10minus3 lowast 119875 lowast

119879119904minus119879119886

119879119904lowast 119889) (18)

Donde Δh es la elevacioacuten del penacho por encima de la fuente emisora (m) Vs

es la velocidad de salida o emisioacuten del contaminante (ms) d es el diaacutemetro interior

del conducto de emisioacuten (m) P es la presioacuten atmosfeacuterica (mbar) Ts es la

temperatura del contaminante (ordmK) y Ta es la temperatura ambiente atmosfeacuterica

(ordmK) y 26810-3 es una constante expresada en (mbarm)

Donde H es la altura efectiva de la emisioacuten e igual a h+∆h siendo h la altura

de la chimenea y ∆h la sobre elevacioacuten del penacho debida a la capacidad de

flotacioacuten de los gases calientes y a la cantidad de movimiento de los gases que salen

verticalmente al ser expulsados por la parte superior de la chimenea

Los valores de ∆h obtenidos con esta foacutermula deben corregirse (Ver Tabla 7)

multiplicando por un factor establecido por Pasquil-Gifford-Turner que es

funcioacuten de las condiciones meteoroloacutegicas que se describen maacutes adelante

Factor de Correccioacuten para Δh

CEA Factor de correccioacuten

A B 115

C 11

D 1

E F 085

Fuente Holland

392middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

74 Correccioacuten para C en funcioacuten del tiempo promedio seguacuten

concentraciones permisibles

Para realizar la correccioacuten en funcioacuten del tiempo promedio se utiliza la

siguiente foacutermula

119862119905 = 11986210 (10

119905)

05 (19)

Doacutende

Ct = Concentracioacuten para un tiempo promedio (μgm3)

C10 = Concentracioacuten para un tiempo de diez minutos (μgm3)

t = Tiempo en minutos (min)

75 Resultados

La modelacioacuten de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas en la atmoacutesfera se realizoacute

aplicando las ecuaciones (5) y (12) respectivamente Donde C es la concentracioacuten

en (microgm3) G es el flujo maacutesico de gas (kgseg) Q es la tasa de emisioacuten de las

partiacuteculas (gseg) σy y σz son los coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical (m) U

es la velocidad del viento (ms) que se obtuvo a partir de datos meteoroloacutegicos en

el aacuterea en estudio H es igual a la suma de altura fiacutesica de la chimenea (h) y Δh que

es la elevacioacuten de la pluma o penacho por flotabilidad (m) realizando correcciones

de acuerdo a la CEA tal como se presenta en la Tabla 8

Dispersioacuten de contaminantes gaseosos en la atmoacutesfera (NO2)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 385

Clima diagrama EM Aeropuerto Cap Aniacutebal Arab Fabul (10 antildeos)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

42 Rosa de Vientos

Tambieacuten se preparoacute la denominada rosa de vientos para un periacuteodo de 10 antildeos

(Ver la Figura 3 inciso a) siendo que el viento en su mayor porcentaje (4567 ) de

prevalencia proviene de la direccioacuten Norte (N) y se dirige hacia el Sur (S) lo que

ocurre en sentido contrario en un 1811

Con respecto al comportamiento de los vientos en eacutepoca de estiaje que tiene

una duracioacuten de cinco meses (mayo-septiembre) se hizo un graacutefico de la

distribucioacuten de la frecuencia de la direccioacuten prevalente (Figura 3 inciso b) siendo la

direccioacuten Norte la que acumula un mayor porcentaje de 3750 seguida de la

direccioacuten Sur con un 3250 con un mayor porcentaje de velocidad media entre

21 (ms) y 36 ms

5 Emisiones a la atmoacutesfera de centrales termoeleacutectricas a biomasa

El material particulado estaacute compuesto por ceniza e inquemados (holliacuten) La

ceniza producto de la combustioacuten se clasifica como de fondo y volante la primera

se deposita en el fondo del hogar o caacutemara de combustioacuten es recogida y dispuesta

generalmente en patios o pilas donde puede ser re suspendida a la atmoacutesfera por

accioacuten del viento La ceniza volante es arrastrada y emitida a la atmoacutesfera por los

gases de combustioacuten Las partiacuteculas que se emiten a la atmoacutesfera son de variados

386middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

tamantildeos y composicioacuten lo cual depende de las caracteriacutesticas del combustible y

condiciones termodinaacutemicas de la combustioacuten

a)

b)

a) Rosa de Vientos (anual) b) Distribucioacuten de frecuencia de

vientos (Estiaje)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

En los sistemas con control de partiacuteculas de acuerdo con la eficiencia de

coleccioacuten del sistema la mayor parte de la ceniza volante es retenida y dispuesta

junto con la ceniza de fondo

Cabe destacar que los moacutedulos de generacioacuten termoeleacutectrica a biomasa

propuestos dentro del proyecto contaraacuten con un sistema de control de la emisioacuten

de partiacuteculas compuesto por un multicicloacuten y filtro de mangas (Ver la Figura 4)

que es imprescindible minimizar posibles alteraciones de la calidad ambiental en el

aacuterea en estudio y se podraacuten ubicar entre 12 (km) y 35 (km) de las aacutereas urbanas de

Cobija y Porvenir

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 387

Sistema de control de emisiones (gases y partiacuteculas)

Fuente Estudio Planta de Generacioacuten de Electricidad a partir de Biomasa

2016

6 Liacutemites permisibles de calidad del aire

Liacutemites Permisibles de Calidad del Aire

Contaminante FoacutermulaSigla Valor de

Concentracioacuten Periacuteodo de Muestreo

Monoacutexido de Carbono CO 10 mgm3 Media en 8 horas

40 mgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Azufre SO2 80 microgm3 Media aritmeacutetica anual

365 microgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Nitroacutegeno NO2 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

400 microgm3 Media en 1 hora

Partiacuteculas Suspendidas Totales

PST 260 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

75 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Partiacuteculas Menores de 10 micras

PM10 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

50 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Liacutemites permisibles de calidad del aire del Reglamento en materia de contaminacioacuten atmosfeacuterica (RMCA)

Fuente RMCA Ley del medio ambiente Ndeg 1333 1995

388middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

7 Modelacioacuten matemaacutetica de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas

A continuacioacuten se presenta las ecuaciones empleadas en la modelacioacuten

matemaacutetica de la dispersioacuten de contaminantes en la atmoacutesfera y los resultados

obtenidos Cabe mencionar que las fuentes se encuentran en medio rural con

sentido de dispersioacuten hacia las aacutereas peri-urbanas de Cobija y Porvenir

71 Paraacutemetros de dispersioacuten de fuentes puntuales

Los paraacutemetros σy y σz (coeficientes de dispersioacuten) son las desviaciones tipo en

las direcciones lateral y vertical respectivamente Representan una medida de la

dispersioacuten del penacho en dichas direcciones Tales paraacutemetros son funcioacuten de la

distancia a la fuente emisora viento abajo y de la Categoriacutea de Estabilidad

Atmosfeacuterica (CEA) Estos coeficientes se suelen presentar en forma graacutefica o

pueden calcularse seguacuten formulas empiacutericas

Para calcular σy y σz (en metros) para el modo rural se utilizan ecuaciones que

se aproximan a las curvas de Pasquill-Gifford (Turner 1970) Las ecuaciones para

calcular σ son de la forma

120590119910 = 46511628(119909)119905119886119899(119879119867) (14)

Donde

119879119867 = 0017453293[119888 minus 119889119897119899(119909)] (15)

En la Tabla 4 vienen dados los coeficientes c y d

Coeficientes c y d medio rural

CEA c d

A 24167 25334

B 18333 18096

C 125 10857

D 8333 072382

E 625 054287

F 41667 036191

Fuente Turner 1970

En la ecuacioacuten (15) la distancia en la direccioacuten del viento estaacute en kiloacutemetros La

ecuacioacuten usada para calcular σz es de la forma

120590119911 = 119886119909119887 (16)

Donde la distancia en la direccioacuten del viento x estaacute en kiloacutemetros y σz estaacute en

metros Los coeficientes a y b vienen dados en la Tabla 6

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 389

72 Correccioacuten de la velocidad del viento

La velocidad del viento se acostumbra a medir a 10 metros de altura Esta

velocidad a niveles maacutes bajos de 10 metros se ve reducida notablemente debido a

los efectos de rozamiento Para niveles distintos de este valor la velocidad del

viento debe corregirse seguacuten la relacioacuten

119906119911 = 11990610 (119911

10)

119901 (17)

Donde uz = Velocidad del viento a la altura de la fuente emisora (ms) u10 =

Velocidad del viento a la altura de 10 metros de altura (ms) z = Altura de la

fuente emisora (m) y p = Coeficiente exponencial

En la Tabla 5 se presentan los valores de p (medio urbano y rural) que son

funcioacuten de la CEA y la rugosidad del suelo

Coeficientes de correccioacuten para la velocidad del viento

Clase de Estabilidad Atmosfeacuterica

Coeficiente exponencial atmosfeacuterico

Urbano Rural

A 015 007

B 015 007

C 02 01

D 025 015

E 03 035

F 03 035

Fuente Modelos de Dispersioacuten de Contaminantes en la Atmoacutesfera 1997

390middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Coeficientes a y b

CEA A a b CEA D a b CEAF a b

X (km) X (km) X (km)

lt01 1228 09447 lt03 34459 086974 lt02 15209 081558

01-015 15808 10542 031-1 32093 081066 021-070 14457 078407

016-02 17022 10932 101-3 32093 064403 071-1 13953 068465

021-025 17952 11262 301-10 33504 060486 101-2 13953 063227

026-030 21741 12644 1001-30 3665 056589 201-3 14823 054503

031-04 25889 14094 gt30 44053 051179 301-7 16187 04649

041-05 34675 17283 701-15 17836 041507

051-311 45385 21166 1501-30 22651 032681

gt311 se asume 5000 3001-60 27074 027436

gt60 34219 021716

Si el valor calculado de σz excede los 5000 metros σz es igual a 5000 metros

Donde σy estaacute en metros y x estaacute en kiloacutemetros

Fuente Turner 1970

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 391

73 Estimacioacuten de la elevacioacuten del penacho

La elevacioacuten del penacho (∆h) se define como la diferencia entre la altura de la

liacutenea central final del penacho y la altura inicial de la fuente Esta elevacioacuten esta

originada por la fuerza ascensional y el impulso vertical del efluente La temperatura

de salida del efluente en el caso de que supere en maacutes de 50 ordmC la temperatura

ambiental tiene mayor influencia que el impulso vertical en la determinacioacuten de la

altura que alcanzaraacute el penacho

Como regla general la elevacioacuten del penacho es directamente proporcional al

contenido caloriacutefico del efluente y la velocidad de salida del mismo e inversamente

proporcional a la velocidad local del viento

Una de las ecuaciones maacutes empleadas para el caacutelculo de esta elevacioacuten es la de

Holland (1953)

∆ℎ = 119881119904lowast119889

119880(15 + 268 lowast 10minus3 lowast 119875 lowast

119879119904minus119879119886

119879119904lowast 119889) (18)

Donde Δh es la elevacioacuten del penacho por encima de la fuente emisora (m) Vs

es la velocidad de salida o emisioacuten del contaminante (ms) d es el diaacutemetro interior

del conducto de emisioacuten (m) P es la presioacuten atmosfeacuterica (mbar) Ts es la

temperatura del contaminante (ordmK) y Ta es la temperatura ambiente atmosfeacuterica

(ordmK) y 26810-3 es una constante expresada en (mbarm)

Donde H es la altura efectiva de la emisioacuten e igual a h+∆h siendo h la altura

de la chimenea y ∆h la sobre elevacioacuten del penacho debida a la capacidad de

flotacioacuten de los gases calientes y a la cantidad de movimiento de los gases que salen

verticalmente al ser expulsados por la parte superior de la chimenea

Los valores de ∆h obtenidos con esta foacutermula deben corregirse (Ver Tabla 7)

multiplicando por un factor establecido por Pasquil-Gifford-Turner que es

funcioacuten de las condiciones meteoroloacutegicas que se describen maacutes adelante

Factor de Correccioacuten para Δh

CEA Factor de correccioacuten

A B 115

C 11

D 1

E F 085

Fuente Holland

392middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

74 Correccioacuten para C en funcioacuten del tiempo promedio seguacuten

concentraciones permisibles

Para realizar la correccioacuten en funcioacuten del tiempo promedio se utiliza la

siguiente foacutermula

119862119905 = 11986210 (10

119905)

05 (19)

Doacutende

Ct = Concentracioacuten para un tiempo promedio (μgm3)

C10 = Concentracioacuten para un tiempo de diez minutos (μgm3)

t = Tiempo en minutos (min)

75 Resultados

La modelacioacuten de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas en la atmoacutesfera se realizoacute

aplicando las ecuaciones (5) y (12) respectivamente Donde C es la concentracioacuten

en (microgm3) G es el flujo maacutesico de gas (kgseg) Q es la tasa de emisioacuten de las

partiacuteculas (gseg) σy y σz son los coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical (m) U

es la velocidad del viento (ms) que se obtuvo a partir de datos meteoroloacutegicos en

el aacuterea en estudio H es igual a la suma de altura fiacutesica de la chimenea (h) y Δh que

es la elevacioacuten de la pluma o penacho por flotabilidad (m) realizando correcciones

de acuerdo a la CEA tal como se presenta en la Tabla 8

Dispersioacuten de contaminantes gaseosos en la atmoacutesfera (NO2)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

386middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

tamantildeos y composicioacuten lo cual depende de las caracteriacutesticas del combustible y

condiciones termodinaacutemicas de la combustioacuten

a)

b)

a) Rosa de Vientos (anual) b) Distribucioacuten de frecuencia de

vientos (Estiaje)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

En los sistemas con control de partiacuteculas de acuerdo con la eficiencia de

coleccioacuten del sistema la mayor parte de la ceniza volante es retenida y dispuesta

junto con la ceniza de fondo

Cabe destacar que los moacutedulos de generacioacuten termoeleacutectrica a biomasa

propuestos dentro del proyecto contaraacuten con un sistema de control de la emisioacuten

de partiacuteculas compuesto por un multicicloacuten y filtro de mangas (Ver la Figura 4)

que es imprescindible minimizar posibles alteraciones de la calidad ambiental en el

aacuterea en estudio y se podraacuten ubicar entre 12 (km) y 35 (km) de las aacutereas urbanas de

Cobija y Porvenir

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 387

Sistema de control de emisiones (gases y partiacuteculas)

Fuente Estudio Planta de Generacioacuten de Electricidad a partir de Biomasa

2016

6 Liacutemites permisibles de calidad del aire

Liacutemites Permisibles de Calidad del Aire

Contaminante FoacutermulaSigla Valor de

Concentracioacuten Periacuteodo de Muestreo

Monoacutexido de Carbono CO 10 mgm3 Media en 8 horas

40 mgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Azufre SO2 80 microgm3 Media aritmeacutetica anual

365 microgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Nitroacutegeno NO2 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

400 microgm3 Media en 1 hora

Partiacuteculas Suspendidas Totales

PST 260 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

75 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Partiacuteculas Menores de 10 micras

PM10 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

50 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Liacutemites permisibles de calidad del aire del Reglamento en materia de contaminacioacuten atmosfeacuterica (RMCA)

Fuente RMCA Ley del medio ambiente Ndeg 1333 1995

388middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

7 Modelacioacuten matemaacutetica de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas

A continuacioacuten se presenta las ecuaciones empleadas en la modelacioacuten

matemaacutetica de la dispersioacuten de contaminantes en la atmoacutesfera y los resultados

obtenidos Cabe mencionar que las fuentes se encuentran en medio rural con

sentido de dispersioacuten hacia las aacutereas peri-urbanas de Cobija y Porvenir

71 Paraacutemetros de dispersioacuten de fuentes puntuales

Los paraacutemetros σy y σz (coeficientes de dispersioacuten) son las desviaciones tipo en

las direcciones lateral y vertical respectivamente Representan una medida de la

dispersioacuten del penacho en dichas direcciones Tales paraacutemetros son funcioacuten de la

distancia a la fuente emisora viento abajo y de la Categoriacutea de Estabilidad

Atmosfeacuterica (CEA) Estos coeficientes se suelen presentar en forma graacutefica o

pueden calcularse seguacuten formulas empiacutericas

Para calcular σy y σz (en metros) para el modo rural se utilizan ecuaciones que

se aproximan a las curvas de Pasquill-Gifford (Turner 1970) Las ecuaciones para

calcular σ son de la forma

120590119910 = 46511628(119909)119905119886119899(119879119867) (14)

Donde

119879119867 = 0017453293[119888 minus 119889119897119899(119909)] (15)

En la Tabla 4 vienen dados los coeficientes c y d

Coeficientes c y d medio rural

CEA c d

A 24167 25334

B 18333 18096

C 125 10857

D 8333 072382

E 625 054287

F 41667 036191

Fuente Turner 1970

En la ecuacioacuten (15) la distancia en la direccioacuten del viento estaacute en kiloacutemetros La

ecuacioacuten usada para calcular σz es de la forma

120590119911 = 119886119909119887 (16)

Donde la distancia en la direccioacuten del viento x estaacute en kiloacutemetros y σz estaacute en

metros Los coeficientes a y b vienen dados en la Tabla 6

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 389

72 Correccioacuten de la velocidad del viento

La velocidad del viento se acostumbra a medir a 10 metros de altura Esta

velocidad a niveles maacutes bajos de 10 metros se ve reducida notablemente debido a

los efectos de rozamiento Para niveles distintos de este valor la velocidad del

viento debe corregirse seguacuten la relacioacuten

119906119911 = 11990610 (119911

10)

119901 (17)

Donde uz = Velocidad del viento a la altura de la fuente emisora (ms) u10 =

Velocidad del viento a la altura de 10 metros de altura (ms) z = Altura de la

fuente emisora (m) y p = Coeficiente exponencial

En la Tabla 5 se presentan los valores de p (medio urbano y rural) que son

funcioacuten de la CEA y la rugosidad del suelo

Coeficientes de correccioacuten para la velocidad del viento

Clase de Estabilidad Atmosfeacuterica

Coeficiente exponencial atmosfeacuterico

Urbano Rural

A 015 007

B 015 007

C 02 01

D 025 015

E 03 035

F 03 035

Fuente Modelos de Dispersioacuten de Contaminantes en la Atmoacutesfera 1997

390middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Coeficientes a y b

CEA A a b CEA D a b CEAF a b

X (km) X (km) X (km)

lt01 1228 09447 lt03 34459 086974 lt02 15209 081558

01-015 15808 10542 031-1 32093 081066 021-070 14457 078407

016-02 17022 10932 101-3 32093 064403 071-1 13953 068465

021-025 17952 11262 301-10 33504 060486 101-2 13953 063227

026-030 21741 12644 1001-30 3665 056589 201-3 14823 054503

031-04 25889 14094 gt30 44053 051179 301-7 16187 04649

041-05 34675 17283 701-15 17836 041507

051-311 45385 21166 1501-30 22651 032681

gt311 se asume 5000 3001-60 27074 027436

gt60 34219 021716

Si el valor calculado de σz excede los 5000 metros σz es igual a 5000 metros

Donde σy estaacute en metros y x estaacute en kiloacutemetros

Fuente Turner 1970

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 391

73 Estimacioacuten de la elevacioacuten del penacho

La elevacioacuten del penacho (∆h) se define como la diferencia entre la altura de la

liacutenea central final del penacho y la altura inicial de la fuente Esta elevacioacuten esta

originada por la fuerza ascensional y el impulso vertical del efluente La temperatura

de salida del efluente en el caso de que supere en maacutes de 50 ordmC la temperatura

ambiental tiene mayor influencia que el impulso vertical en la determinacioacuten de la

altura que alcanzaraacute el penacho

Como regla general la elevacioacuten del penacho es directamente proporcional al

contenido caloriacutefico del efluente y la velocidad de salida del mismo e inversamente

proporcional a la velocidad local del viento

Una de las ecuaciones maacutes empleadas para el caacutelculo de esta elevacioacuten es la de

Holland (1953)

∆ℎ = 119881119904lowast119889

119880(15 + 268 lowast 10minus3 lowast 119875 lowast

119879119904minus119879119886

119879119904lowast 119889) (18)

Donde Δh es la elevacioacuten del penacho por encima de la fuente emisora (m) Vs

es la velocidad de salida o emisioacuten del contaminante (ms) d es el diaacutemetro interior

del conducto de emisioacuten (m) P es la presioacuten atmosfeacuterica (mbar) Ts es la

temperatura del contaminante (ordmK) y Ta es la temperatura ambiente atmosfeacuterica

(ordmK) y 26810-3 es una constante expresada en (mbarm)

Donde H es la altura efectiva de la emisioacuten e igual a h+∆h siendo h la altura

de la chimenea y ∆h la sobre elevacioacuten del penacho debida a la capacidad de

flotacioacuten de los gases calientes y a la cantidad de movimiento de los gases que salen

verticalmente al ser expulsados por la parte superior de la chimenea

Los valores de ∆h obtenidos con esta foacutermula deben corregirse (Ver Tabla 7)

multiplicando por un factor establecido por Pasquil-Gifford-Turner que es

funcioacuten de las condiciones meteoroloacutegicas que se describen maacutes adelante

Factor de Correccioacuten para Δh

CEA Factor de correccioacuten

A B 115

C 11

D 1

E F 085

Fuente Holland

392middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

74 Correccioacuten para C en funcioacuten del tiempo promedio seguacuten

concentraciones permisibles

Para realizar la correccioacuten en funcioacuten del tiempo promedio se utiliza la

siguiente foacutermula

119862119905 = 11986210 (10

119905)

05 (19)

Doacutende

Ct = Concentracioacuten para un tiempo promedio (μgm3)

C10 = Concentracioacuten para un tiempo de diez minutos (μgm3)

t = Tiempo en minutos (min)

75 Resultados

La modelacioacuten de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas en la atmoacutesfera se realizoacute

aplicando las ecuaciones (5) y (12) respectivamente Donde C es la concentracioacuten

en (microgm3) G es el flujo maacutesico de gas (kgseg) Q es la tasa de emisioacuten de las

partiacuteculas (gseg) σy y σz son los coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical (m) U

es la velocidad del viento (ms) que se obtuvo a partir de datos meteoroloacutegicos en

el aacuterea en estudio H es igual a la suma de altura fiacutesica de la chimenea (h) y Δh que

es la elevacioacuten de la pluma o penacho por flotabilidad (m) realizando correcciones

de acuerdo a la CEA tal como se presenta en la Tabla 8

Dispersioacuten de contaminantes gaseosos en la atmoacutesfera (NO2)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 387

Sistema de control de emisiones (gases y partiacuteculas)

Fuente Estudio Planta de Generacioacuten de Electricidad a partir de Biomasa

2016

6 Liacutemites permisibles de calidad del aire

Liacutemites Permisibles de Calidad del Aire

Contaminante FoacutermulaSigla Valor de

Concentracioacuten Periacuteodo de Muestreo

Monoacutexido de Carbono CO 10 mgm3 Media en 8 horas

40 mgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Azufre SO2 80 microgm3 Media aritmeacutetica anual

365 microgm3 Media en 1 hora

Dioacutexido de Nitroacutegeno NO2 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

400 microgm3 Media en 1 hora

Partiacuteculas Suspendidas Totales

PST 260 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

75 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Partiacuteculas Menores de 10 micras

PM10 150 microgm3 Media aritmeacutetica en 24 horas

50 microgm3 Media aritmeacutetica anual

Liacutemites permisibles de calidad del aire del Reglamento en materia de contaminacioacuten atmosfeacuterica (RMCA)

Fuente RMCA Ley del medio ambiente Ndeg 1333 1995

388middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

7 Modelacioacuten matemaacutetica de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas

A continuacioacuten se presenta las ecuaciones empleadas en la modelacioacuten

matemaacutetica de la dispersioacuten de contaminantes en la atmoacutesfera y los resultados

obtenidos Cabe mencionar que las fuentes se encuentran en medio rural con

sentido de dispersioacuten hacia las aacutereas peri-urbanas de Cobija y Porvenir

71 Paraacutemetros de dispersioacuten de fuentes puntuales

Los paraacutemetros σy y σz (coeficientes de dispersioacuten) son las desviaciones tipo en

las direcciones lateral y vertical respectivamente Representan una medida de la

dispersioacuten del penacho en dichas direcciones Tales paraacutemetros son funcioacuten de la

distancia a la fuente emisora viento abajo y de la Categoriacutea de Estabilidad

Atmosfeacuterica (CEA) Estos coeficientes se suelen presentar en forma graacutefica o

pueden calcularse seguacuten formulas empiacutericas

Para calcular σy y σz (en metros) para el modo rural se utilizan ecuaciones que

se aproximan a las curvas de Pasquill-Gifford (Turner 1970) Las ecuaciones para

calcular σ son de la forma

120590119910 = 46511628(119909)119905119886119899(119879119867) (14)

Donde

119879119867 = 0017453293[119888 minus 119889119897119899(119909)] (15)

En la Tabla 4 vienen dados los coeficientes c y d

Coeficientes c y d medio rural

CEA c d

A 24167 25334

B 18333 18096

C 125 10857

D 8333 072382

E 625 054287

F 41667 036191

Fuente Turner 1970

En la ecuacioacuten (15) la distancia en la direccioacuten del viento estaacute en kiloacutemetros La

ecuacioacuten usada para calcular σz es de la forma

120590119911 = 119886119909119887 (16)

Donde la distancia en la direccioacuten del viento x estaacute en kiloacutemetros y σz estaacute en

metros Los coeficientes a y b vienen dados en la Tabla 6

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 389

72 Correccioacuten de la velocidad del viento

La velocidad del viento se acostumbra a medir a 10 metros de altura Esta

velocidad a niveles maacutes bajos de 10 metros se ve reducida notablemente debido a

los efectos de rozamiento Para niveles distintos de este valor la velocidad del

viento debe corregirse seguacuten la relacioacuten

119906119911 = 11990610 (119911

10)

119901 (17)

Donde uz = Velocidad del viento a la altura de la fuente emisora (ms) u10 =

Velocidad del viento a la altura de 10 metros de altura (ms) z = Altura de la

fuente emisora (m) y p = Coeficiente exponencial

En la Tabla 5 se presentan los valores de p (medio urbano y rural) que son

funcioacuten de la CEA y la rugosidad del suelo

Coeficientes de correccioacuten para la velocidad del viento

Clase de Estabilidad Atmosfeacuterica

Coeficiente exponencial atmosfeacuterico

Urbano Rural

A 015 007

B 015 007

C 02 01

D 025 015

E 03 035

F 03 035

Fuente Modelos de Dispersioacuten de Contaminantes en la Atmoacutesfera 1997

390middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Coeficientes a y b

CEA A a b CEA D a b CEAF a b

X (km) X (km) X (km)

lt01 1228 09447 lt03 34459 086974 lt02 15209 081558

01-015 15808 10542 031-1 32093 081066 021-070 14457 078407

016-02 17022 10932 101-3 32093 064403 071-1 13953 068465

021-025 17952 11262 301-10 33504 060486 101-2 13953 063227

026-030 21741 12644 1001-30 3665 056589 201-3 14823 054503

031-04 25889 14094 gt30 44053 051179 301-7 16187 04649

041-05 34675 17283 701-15 17836 041507

051-311 45385 21166 1501-30 22651 032681

gt311 se asume 5000 3001-60 27074 027436

gt60 34219 021716

Si el valor calculado de σz excede los 5000 metros σz es igual a 5000 metros

Donde σy estaacute en metros y x estaacute en kiloacutemetros

Fuente Turner 1970

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73 Estimacioacuten de la elevacioacuten del penacho

La elevacioacuten del penacho (∆h) se define como la diferencia entre la altura de la

liacutenea central final del penacho y la altura inicial de la fuente Esta elevacioacuten esta

originada por la fuerza ascensional y el impulso vertical del efluente La temperatura

de salida del efluente en el caso de que supere en maacutes de 50 ordmC la temperatura

ambiental tiene mayor influencia que el impulso vertical en la determinacioacuten de la

altura que alcanzaraacute el penacho

Como regla general la elevacioacuten del penacho es directamente proporcional al

contenido caloriacutefico del efluente y la velocidad de salida del mismo e inversamente

proporcional a la velocidad local del viento

Una de las ecuaciones maacutes empleadas para el caacutelculo de esta elevacioacuten es la de

Holland (1953)

∆ℎ = 119881119904lowast119889

119880(15 + 268 lowast 10minus3 lowast 119875 lowast

119879119904minus119879119886

119879119904lowast 119889) (18)

Donde Δh es la elevacioacuten del penacho por encima de la fuente emisora (m) Vs

es la velocidad de salida o emisioacuten del contaminante (ms) d es el diaacutemetro interior

del conducto de emisioacuten (m) P es la presioacuten atmosfeacuterica (mbar) Ts es la

temperatura del contaminante (ordmK) y Ta es la temperatura ambiente atmosfeacuterica

(ordmK) y 26810-3 es una constante expresada en (mbarm)

Donde H es la altura efectiva de la emisioacuten e igual a h+∆h siendo h la altura

de la chimenea y ∆h la sobre elevacioacuten del penacho debida a la capacidad de

flotacioacuten de los gases calientes y a la cantidad de movimiento de los gases que salen

verticalmente al ser expulsados por la parte superior de la chimenea

Los valores de ∆h obtenidos con esta foacutermula deben corregirse (Ver Tabla 7)

multiplicando por un factor establecido por Pasquil-Gifford-Turner que es

funcioacuten de las condiciones meteoroloacutegicas que se describen maacutes adelante

Factor de Correccioacuten para Δh

CEA Factor de correccioacuten

A B 115

C 11

D 1

E F 085

Fuente Holland

392middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

74 Correccioacuten para C en funcioacuten del tiempo promedio seguacuten

concentraciones permisibles

Para realizar la correccioacuten en funcioacuten del tiempo promedio se utiliza la

siguiente foacutermula

119862119905 = 11986210 (10

119905)

05 (19)

Doacutende

Ct = Concentracioacuten para un tiempo promedio (μgm3)

C10 = Concentracioacuten para un tiempo de diez minutos (μgm3)

t = Tiempo en minutos (min)

75 Resultados

La modelacioacuten de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas en la atmoacutesfera se realizoacute

aplicando las ecuaciones (5) y (12) respectivamente Donde C es la concentracioacuten

en (microgm3) G es el flujo maacutesico de gas (kgseg) Q es la tasa de emisioacuten de las

partiacuteculas (gseg) σy y σz son los coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical (m) U

es la velocidad del viento (ms) que se obtuvo a partir de datos meteoroloacutegicos en

el aacuterea en estudio H es igual a la suma de altura fiacutesica de la chimenea (h) y Δh que

es la elevacioacuten de la pluma o penacho por flotabilidad (m) realizando correcciones

de acuerdo a la CEA tal como se presenta en la Tabla 8

Dispersioacuten de contaminantes gaseosos en la atmoacutesfera (NO2)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

388middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

7 Modelacioacuten matemaacutetica de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas

A continuacioacuten se presenta las ecuaciones empleadas en la modelacioacuten

matemaacutetica de la dispersioacuten de contaminantes en la atmoacutesfera y los resultados

obtenidos Cabe mencionar que las fuentes se encuentran en medio rural con

sentido de dispersioacuten hacia las aacutereas peri-urbanas de Cobija y Porvenir

71 Paraacutemetros de dispersioacuten de fuentes puntuales

Los paraacutemetros σy y σz (coeficientes de dispersioacuten) son las desviaciones tipo en

las direcciones lateral y vertical respectivamente Representan una medida de la

dispersioacuten del penacho en dichas direcciones Tales paraacutemetros son funcioacuten de la

distancia a la fuente emisora viento abajo y de la Categoriacutea de Estabilidad

Atmosfeacuterica (CEA) Estos coeficientes se suelen presentar en forma graacutefica o

pueden calcularse seguacuten formulas empiacutericas

Para calcular σy y σz (en metros) para el modo rural se utilizan ecuaciones que

se aproximan a las curvas de Pasquill-Gifford (Turner 1970) Las ecuaciones para

calcular σ son de la forma

120590119910 = 46511628(119909)119905119886119899(119879119867) (14)

Donde

119879119867 = 0017453293[119888 minus 119889119897119899(119909)] (15)

En la Tabla 4 vienen dados los coeficientes c y d

Coeficientes c y d medio rural

CEA c d

A 24167 25334

B 18333 18096

C 125 10857

D 8333 072382

E 625 054287

F 41667 036191

Fuente Turner 1970

En la ecuacioacuten (15) la distancia en la direccioacuten del viento estaacute en kiloacutemetros La

ecuacioacuten usada para calcular σz es de la forma

120590119911 = 119886119909119887 (16)

Donde la distancia en la direccioacuten del viento x estaacute en kiloacutemetros y σz estaacute en

metros Los coeficientes a y b vienen dados en la Tabla 6

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 389

72 Correccioacuten de la velocidad del viento

La velocidad del viento se acostumbra a medir a 10 metros de altura Esta

velocidad a niveles maacutes bajos de 10 metros se ve reducida notablemente debido a

los efectos de rozamiento Para niveles distintos de este valor la velocidad del

viento debe corregirse seguacuten la relacioacuten

119906119911 = 11990610 (119911

10)

119901 (17)

Donde uz = Velocidad del viento a la altura de la fuente emisora (ms) u10 =

Velocidad del viento a la altura de 10 metros de altura (ms) z = Altura de la

fuente emisora (m) y p = Coeficiente exponencial

En la Tabla 5 se presentan los valores de p (medio urbano y rural) que son

funcioacuten de la CEA y la rugosidad del suelo

Coeficientes de correccioacuten para la velocidad del viento

Clase de Estabilidad Atmosfeacuterica

Coeficiente exponencial atmosfeacuterico

Urbano Rural

A 015 007

B 015 007

C 02 01

D 025 015

E 03 035

F 03 035

Fuente Modelos de Dispersioacuten de Contaminantes en la Atmoacutesfera 1997

390middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Coeficientes a y b

CEA A a b CEA D a b CEAF a b

X (km) X (km) X (km)

lt01 1228 09447 lt03 34459 086974 lt02 15209 081558

01-015 15808 10542 031-1 32093 081066 021-070 14457 078407

016-02 17022 10932 101-3 32093 064403 071-1 13953 068465

021-025 17952 11262 301-10 33504 060486 101-2 13953 063227

026-030 21741 12644 1001-30 3665 056589 201-3 14823 054503

031-04 25889 14094 gt30 44053 051179 301-7 16187 04649

041-05 34675 17283 701-15 17836 041507

051-311 45385 21166 1501-30 22651 032681

gt311 se asume 5000 3001-60 27074 027436

gt60 34219 021716

Si el valor calculado de σz excede los 5000 metros σz es igual a 5000 metros

Donde σy estaacute en metros y x estaacute en kiloacutemetros

Fuente Turner 1970

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73 Estimacioacuten de la elevacioacuten del penacho

La elevacioacuten del penacho (∆h) se define como la diferencia entre la altura de la

liacutenea central final del penacho y la altura inicial de la fuente Esta elevacioacuten esta

originada por la fuerza ascensional y el impulso vertical del efluente La temperatura

de salida del efluente en el caso de que supere en maacutes de 50 ordmC la temperatura

ambiental tiene mayor influencia que el impulso vertical en la determinacioacuten de la

altura que alcanzaraacute el penacho

Como regla general la elevacioacuten del penacho es directamente proporcional al

contenido caloriacutefico del efluente y la velocidad de salida del mismo e inversamente

proporcional a la velocidad local del viento

Una de las ecuaciones maacutes empleadas para el caacutelculo de esta elevacioacuten es la de

Holland (1953)

∆ℎ = 119881119904lowast119889

119880(15 + 268 lowast 10minus3 lowast 119875 lowast

119879119904minus119879119886

119879119904lowast 119889) (18)

Donde Δh es la elevacioacuten del penacho por encima de la fuente emisora (m) Vs

es la velocidad de salida o emisioacuten del contaminante (ms) d es el diaacutemetro interior

del conducto de emisioacuten (m) P es la presioacuten atmosfeacuterica (mbar) Ts es la

temperatura del contaminante (ordmK) y Ta es la temperatura ambiente atmosfeacuterica

(ordmK) y 26810-3 es una constante expresada en (mbarm)

Donde H es la altura efectiva de la emisioacuten e igual a h+∆h siendo h la altura

de la chimenea y ∆h la sobre elevacioacuten del penacho debida a la capacidad de

flotacioacuten de los gases calientes y a la cantidad de movimiento de los gases que salen

verticalmente al ser expulsados por la parte superior de la chimenea

Los valores de ∆h obtenidos con esta foacutermula deben corregirse (Ver Tabla 7)

multiplicando por un factor establecido por Pasquil-Gifford-Turner que es

funcioacuten de las condiciones meteoroloacutegicas que se describen maacutes adelante

Factor de Correccioacuten para Δh

CEA Factor de correccioacuten

A B 115

C 11

D 1

E F 085

Fuente Holland

392middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

74 Correccioacuten para C en funcioacuten del tiempo promedio seguacuten

concentraciones permisibles

Para realizar la correccioacuten en funcioacuten del tiempo promedio se utiliza la

siguiente foacutermula

119862119905 = 11986210 (10

119905)

05 (19)

Doacutende

Ct = Concentracioacuten para un tiempo promedio (μgm3)

C10 = Concentracioacuten para un tiempo de diez minutos (μgm3)

t = Tiempo en minutos (min)

75 Resultados

La modelacioacuten de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas en la atmoacutesfera se realizoacute

aplicando las ecuaciones (5) y (12) respectivamente Donde C es la concentracioacuten

en (microgm3) G es el flujo maacutesico de gas (kgseg) Q es la tasa de emisioacuten de las

partiacuteculas (gseg) σy y σz son los coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical (m) U

es la velocidad del viento (ms) que se obtuvo a partir de datos meteoroloacutegicos en

el aacuterea en estudio H es igual a la suma de altura fiacutesica de la chimenea (h) y Δh que

es la elevacioacuten de la pluma o penacho por flotabilidad (m) realizando correcciones

de acuerdo a la CEA tal como se presenta en la Tabla 8

Dispersioacuten de contaminantes gaseosos en la atmoacutesfera (NO2)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 389

72 Correccioacuten de la velocidad del viento

La velocidad del viento se acostumbra a medir a 10 metros de altura Esta

velocidad a niveles maacutes bajos de 10 metros se ve reducida notablemente debido a

los efectos de rozamiento Para niveles distintos de este valor la velocidad del

viento debe corregirse seguacuten la relacioacuten

119906119911 = 11990610 (119911

10)

119901 (17)

Donde uz = Velocidad del viento a la altura de la fuente emisora (ms) u10 =

Velocidad del viento a la altura de 10 metros de altura (ms) z = Altura de la

fuente emisora (m) y p = Coeficiente exponencial

En la Tabla 5 se presentan los valores de p (medio urbano y rural) que son

funcioacuten de la CEA y la rugosidad del suelo

Coeficientes de correccioacuten para la velocidad del viento

Clase de Estabilidad Atmosfeacuterica

Coeficiente exponencial atmosfeacuterico

Urbano Rural

A 015 007

B 015 007

C 02 01

D 025 015

E 03 035

F 03 035

Fuente Modelos de Dispersioacuten de Contaminantes en la Atmoacutesfera 1997

390middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Coeficientes a y b

CEA A a b CEA D a b CEAF a b

X (km) X (km) X (km)

lt01 1228 09447 lt03 34459 086974 lt02 15209 081558

01-015 15808 10542 031-1 32093 081066 021-070 14457 078407

016-02 17022 10932 101-3 32093 064403 071-1 13953 068465

021-025 17952 11262 301-10 33504 060486 101-2 13953 063227

026-030 21741 12644 1001-30 3665 056589 201-3 14823 054503

031-04 25889 14094 gt30 44053 051179 301-7 16187 04649

041-05 34675 17283 701-15 17836 041507

051-311 45385 21166 1501-30 22651 032681

gt311 se asume 5000 3001-60 27074 027436

gt60 34219 021716

Si el valor calculado de σz excede los 5000 metros σz es igual a 5000 metros

Donde σy estaacute en metros y x estaacute en kiloacutemetros

Fuente Turner 1970

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 391

73 Estimacioacuten de la elevacioacuten del penacho

La elevacioacuten del penacho (∆h) se define como la diferencia entre la altura de la

liacutenea central final del penacho y la altura inicial de la fuente Esta elevacioacuten esta

originada por la fuerza ascensional y el impulso vertical del efluente La temperatura

de salida del efluente en el caso de que supere en maacutes de 50 ordmC la temperatura

ambiental tiene mayor influencia que el impulso vertical en la determinacioacuten de la

altura que alcanzaraacute el penacho

Como regla general la elevacioacuten del penacho es directamente proporcional al

contenido caloriacutefico del efluente y la velocidad de salida del mismo e inversamente

proporcional a la velocidad local del viento

Una de las ecuaciones maacutes empleadas para el caacutelculo de esta elevacioacuten es la de

Holland (1953)

∆ℎ = 119881119904lowast119889

119880(15 + 268 lowast 10minus3 lowast 119875 lowast

119879119904minus119879119886

119879119904lowast 119889) (18)

Donde Δh es la elevacioacuten del penacho por encima de la fuente emisora (m) Vs

es la velocidad de salida o emisioacuten del contaminante (ms) d es el diaacutemetro interior

del conducto de emisioacuten (m) P es la presioacuten atmosfeacuterica (mbar) Ts es la

temperatura del contaminante (ordmK) y Ta es la temperatura ambiente atmosfeacuterica

(ordmK) y 26810-3 es una constante expresada en (mbarm)

Donde H es la altura efectiva de la emisioacuten e igual a h+∆h siendo h la altura

de la chimenea y ∆h la sobre elevacioacuten del penacho debida a la capacidad de

flotacioacuten de los gases calientes y a la cantidad de movimiento de los gases que salen

verticalmente al ser expulsados por la parte superior de la chimenea

Los valores de ∆h obtenidos con esta foacutermula deben corregirse (Ver Tabla 7)

multiplicando por un factor establecido por Pasquil-Gifford-Turner que es

funcioacuten de las condiciones meteoroloacutegicas que se describen maacutes adelante

Factor de Correccioacuten para Δh

CEA Factor de correccioacuten

A B 115

C 11

D 1

E F 085

Fuente Holland

392middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

74 Correccioacuten para C en funcioacuten del tiempo promedio seguacuten

concentraciones permisibles

Para realizar la correccioacuten en funcioacuten del tiempo promedio se utiliza la

siguiente foacutermula

119862119905 = 11986210 (10

119905)

05 (19)

Doacutende

Ct = Concentracioacuten para un tiempo promedio (μgm3)

C10 = Concentracioacuten para un tiempo de diez minutos (μgm3)

t = Tiempo en minutos (min)

75 Resultados

La modelacioacuten de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas en la atmoacutesfera se realizoacute

aplicando las ecuaciones (5) y (12) respectivamente Donde C es la concentracioacuten

en (microgm3) G es el flujo maacutesico de gas (kgseg) Q es la tasa de emisioacuten de las

partiacuteculas (gseg) σy y σz son los coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical (m) U

es la velocidad del viento (ms) que se obtuvo a partir de datos meteoroloacutegicos en

el aacuterea en estudio H es igual a la suma de altura fiacutesica de la chimenea (h) y Δh que

es la elevacioacuten de la pluma o penacho por flotabilidad (m) realizando correcciones

de acuerdo a la CEA tal como se presenta en la Tabla 8

Dispersioacuten de contaminantes gaseosos en la atmoacutesfera (NO2)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

390middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Coeficientes a y b

CEA A a b CEA D a b CEAF a b

X (km) X (km) X (km)

lt01 1228 09447 lt03 34459 086974 lt02 15209 081558

01-015 15808 10542 031-1 32093 081066 021-070 14457 078407

016-02 17022 10932 101-3 32093 064403 071-1 13953 068465

021-025 17952 11262 301-10 33504 060486 101-2 13953 063227

026-030 21741 12644 1001-30 3665 056589 201-3 14823 054503

031-04 25889 14094 gt30 44053 051179 301-7 16187 04649

041-05 34675 17283 701-15 17836 041507

051-311 45385 21166 1501-30 22651 032681

gt311 se asume 5000 3001-60 27074 027436

gt60 34219 021716

Si el valor calculado de σz excede los 5000 metros σz es igual a 5000 metros

Donde σy estaacute en metros y x estaacute en kiloacutemetros

Fuente Turner 1970

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 391

73 Estimacioacuten de la elevacioacuten del penacho

La elevacioacuten del penacho (∆h) se define como la diferencia entre la altura de la

liacutenea central final del penacho y la altura inicial de la fuente Esta elevacioacuten esta

originada por la fuerza ascensional y el impulso vertical del efluente La temperatura

de salida del efluente en el caso de que supere en maacutes de 50 ordmC la temperatura

ambiental tiene mayor influencia que el impulso vertical en la determinacioacuten de la

altura que alcanzaraacute el penacho

Como regla general la elevacioacuten del penacho es directamente proporcional al

contenido caloriacutefico del efluente y la velocidad de salida del mismo e inversamente

proporcional a la velocidad local del viento

Una de las ecuaciones maacutes empleadas para el caacutelculo de esta elevacioacuten es la de

Holland (1953)

∆ℎ = 119881119904lowast119889

119880(15 + 268 lowast 10minus3 lowast 119875 lowast

119879119904minus119879119886

119879119904lowast 119889) (18)

Donde Δh es la elevacioacuten del penacho por encima de la fuente emisora (m) Vs

es la velocidad de salida o emisioacuten del contaminante (ms) d es el diaacutemetro interior

del conducto de emisioacuten (m) P es la presioacuten atmosfeacuterica (mbar) Ts es la

temperatura del contaminante (ordmK) y Ta es la temperatura ambiente atmosfeacuterica

(ordmK) y 26810-3 es una constante expresada en (mbarm)

Donde H es la altura efectiva de la emisioacuten e igual a h+∆h siendo h la altura

de la chimenea y ∆h la sobre elevacioacuten del penacho debida a la capacidad de

flotacioacuten de los gases calientes y a la cantidad de movimiento de los gases que salen

verticalmente al ser expulsados por la parte superior de la chimenea

Los valores de ∆h obtenidos con esta foacutermula deben corregirse (Ver Tabla 7)

multiplicando por un factor establecido por Pasquil-Gifford-Turner que es

funcioacuten de las condiciones meteoroloacutegicas que se describen maacutes adelante

Factor de Correccioacuten para Δh

CEA Factor de correccioacuten

A B 115

C 11

D 1

E F 085

Fuente Holland

392middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

74 Correccioacuten para C en funcioacuten del tiempo promedio seguacuten

concentraciones permisibles

Para realizar la correccioacuten en funcioacuten del tiempo promedio se utiliza la

siguiente foacutermula

119862119905 = 11986210 (10

119905)

05 (19)

Doacutende

Ct = Concentracioacuten para un tiempo promedio (μgm3)

C10 = Concentracioacuten para un tiempo de diez minutos (μgm3)

t = Tiempo en minutos (min)

75 Resultados

La modelacioacuten de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas en la atmoacutesfera se realizoacute

aplicando las ecuaciones (5) y (12) respectivamente Donde C es la concentracioacuten

en (microgm3) G es el flujo maacutesico de gas (kgseg) Q es la tasa de emisioacuten de las

partiacuteculas (gseg) σy y σz son los coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical (m) U

es la velocidad del viento (ms) que se obtuvo a partir de datos meteoroloacutegicos en

el aacuterea en estudio H es igual a la suma de altura fiacutesica de la chimenea (h) y Δh que

es la elevacioacuten de la pluma o penacho por flotabilidad (m) realizando correcciones

de acuerdo a la CEA tal como se presenta en la Tabla 8

Dispersioacuten de contaminantes gaseosos en la atmoacutesfera (NO2)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 391

73 Estimacioacuten de la elevacioacuten del penacho

La elevacioacuten del penacho (∆h) se define como la diferencia entre la altura de la

liacutenea central final del penacho y la altura inicial de la fuente Esta elevacioacuten esta

originada por la fuerza ascensional y el impulso vertical del efluente La temperatura

de salida del efluente en el caso de que supere en maacutes de 50 ordmC la temperatura

ambiental tiene mayor influencia que el impulso vertical en la determinacioacuten de la

altura que alcanzaraacute el penacho

Como regla general la elevacioacuten del penacho es directamente proporcional al

contenido caloriacutefico del efluente y la velocidad de salida del mismo e inversamente

proporcional a la velocidad local del viento

Una de las ecuaciones maacutes empleadas para el caacutelculo de esta elevacioacuten es la de

Holland (1953)

∆ℎ = 119881119904lowast119889

119880(15 + 268 lowast 10minus3 lowast 119875 lowast

119879119904minus119879119886

119879119904lowast 119889) (18)

Donde Δh es la elevacioacuten del penacho por encima de la fuente emisora (m) Vs

es la velocidad de salida o emisioacuten del contaminante (ms) d es el diaacutemetro interior

del conducto de emisioacuten (m) P es la presioacuten atmosfeacuterica (mbar) Ts es la

temperatura del contaminante (ordmK) y Ta es la temperatura ambiente atmosfeacuterica

(ordmK) y 26810-3 es una constante expresada en (mbarm)

Donde H es la altura efectiva de la emisioacuten e igual a h+∆h siendo h la altura

de la chimenea y ∆h la sobre elevacioacuten del penacho debida a la capacidad de

flotacioacuten de los gases calientes y a la cantidad de movimiento de los gases que salen

verticalmente al ser expulsados por la parte superior de la chimenea

Los valores de ∆h obtenidos con esta foacutermula deben corregirse (Ver Tabla 7)

multiplicando por un factor establecido por Pasquil-Gifford-Turner que es

funcioacuten de las condiciones meteoroloacutegicas que se describen maacutes adelante

Factor de Correccioacuten para Δh

CEA Factor de correccioacuten

A B 115

C 11

D 1

E F 085

Fuente Holland

392middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

74 Correccioacuten para C en funcioacuten del tiempo promedio seguacuten

concentraciones permisibles

Para realizar la correccioacuten en funcioacuten del tiempo promedio se utiliza la

siguiente foacutermula

119862119905 = 11986210 (10

119905)

05 (19)

Doacutende

Ct = Concentracioacuten para un tiempo promedio (μgm3)

C10 = Concentracioacuten para un tiempo de diez minutos (μgm3)

t = Tiempo en minutos (min)

75 Resultados

La modelacioacuten de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas en la atmoacutesfera se realizoacute

aplicando las ecuaciones (5) y (12) respectivamente Donde C es la concentracioacuten

en (microgm3) G es el flujo maacutesico de gas (kgseg) Q es la tasa de emisioacuten de las

partiacuteculas (gseg) σy y σz son los coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical (m) U

es la velocidad del viento (ms) que se obtuvo a partir de datos meteoroloacutegicos en

el aacuterea en estudio H es igual a la suma de altura fiacutesica de la chimenea (h) y Δh que

es la elevacioacuten de la pluma o penacho por flotabilidad (m) realizando correcciones

de acuerdo a la CEA tal como se presenta en la Tabla 8

Dispersioacuten de contaminantes gaseosos en la atmoacutesfera (NO2)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

392middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

74 Correccioacuten para C en funcioacuten del tiempo promedio seguacuten

concentraciones permisibles

Para realizar la correccioacuten en funcioacuten del tiempo promedio se utiliza la

siguiente foacutermula

119862119905 = 11986210 (10

119905)

05 (19)

Doacutende

Ct = Concentracioacuten para un tiempo promedio (μgm3)

C10 = Concentracioacuten para un tiempo de diez minutos (μgm3)

t = Tiempo en minutos (min)

75 Resultados

La modelacioacuten de la dispersioacuten de gases y partiacuteculas en la atmoacutesfera se realizoacute

aplicando las ecuaciones (5) y (12) respectivamente Donde C es la concentracioacuten

en (microgm3) G es el flujo maacutesico de gas (kgseg) Q es la tasa de emisioacuten de las

partiacuteculas (gseg) σy y σz son los coeficientes de dispersioacuten lateral y vertical (m) U

es la velocidad del viento (ms) que se obtuvo a partir de datos meteoroloacutegicos en

el aacuterea en estudio H es igual a la suma de altura fiacutesica de la chimenea (h) y Δh que

es la elevacioacuten de la pluma o penacho por flotabilidad (m) realizando correcciones

de acuerdo a la CEA tal como se presenta en la Tabla 8

Dispersioacuten de contaminantes gaseosos en la atmoacutesfera (NO2)

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 393

Cabe mencionar que los flujos maacutesicos de gases y cenizas volantes (partiacuteculas)

son datos de disentildeo de los moacutedulos termoeleacutectricos a biomasa (Procesos de

Evacuacioacuten de Gases e Inquemados)

Datos en entrada para el modelo matemaacutetico de dispersioacuten de

contaminantes

Paraacutemetro Unidad Valor Descripcioacuten

Q gs 244 Flujo maacutesico partiacuteculas

Vt (mms) 3 Velocidad terminal o de sedimentacioacuten (10 microm)

G (kgs) 050 Flujo maacutesico de gases (NO2)

Y (m) 000 Condiciones del eje y

Z (m) 000 Condiciones del eje z

H_A (m) 11282 Altura de chimenea + penacho CEA_A

H_D (m) 10071 Altura de chimenea + penacho CEA_D

H_F (m) 8861 Altura de chimenea + penacho CEA_F

H (m) 2000 Altura fiacutesica de la chimenea

∆h_A (m) 9282 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_A

∆h_D (m) 8071 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_D

∆h_F (m) 6861 Elevacioacuten del penacho por flotabilidad_CEA_F

U_A (ms) 220 Velocidad del viento_CEA_A

U_D (ms) 233 Velocidad del viento_CEA_A

U_F (ms) 268 Velocidad del viento_CEA_A

Fuente Elaboracioacuten propia 2016

76 Dispersioacuten de contaminantes gaseosos

Cabe mencionar que la direccioacuten predominante del viento en su mayor

porcentaje proviene del Norte y se dirige hacia el Sur en sentido contrario a las

aacutereas urbanas de los municipios de Cobija y Porvenir lo que tambieacuten puede variar

en sentido opuesto transportando los contaminantes hacia las aacutereas peri-urbanas

En la Figura 5 se aprecia el resultado graacutefico de la dispersioacuten de Dioacutexido de

Nitroacutegeno (NO2) en la atmoacutesfera en una distancia de 12 kiloacutemetros asumiendo

para el presente caso un escenario de reducida reactividad fotoquiacutemica Se puede

observar que la dispersioacuten presenta un comportamiento distinto en cada CEA

siendo que los mayores picos de concentracioacuten se encuentran en la CEA A En

caso del NO2 los niveles de concentracioacuten se encuentran por encima del liacutemite

permisible del RMCA (Tabla 3) para un periacuteodo de 1 hora en un circundante de 8

kiloacutemetros

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

394middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Con respecto al CO alcanzar las concentraciones del liacutemite permisible requiere

mayores niveles de emisioacuten que estariacutea asociada a deficientes condiciones del

proceso de combustioacuten

La concentracioacuten de NO2 en el aacuterea urbana de Cobija no sobrepasa los 8

microgm3 en un periacuteodo de siete diacuteas de muestreo (Informe Nacional de la Calidad del

Aire 2014 - 2015)

77 Medidas de mitigacioacuten de gases en fuentes fijas

Las teacutecnicas desarrolladas para controlar las emisiones de los NOx se pueden

clasificar en dos grupos aquellas que consisten en modificaciones en la combustioacuten

para reducir la formacioacuten de los NOx (medidas primarias) y aquellas consistentes en

el tratamiento de efluentes para eliminar los NOx de forma posterior a la

combustioacuten (medidas secundarias)

Los niveles de emisioacuten de estos NOx estaacuten asociados a la combustioacuten por lo

que deberaacute garantizarse el mantenimiento preventivo del sistema y en el caso del

NO2 su control a traveacutes de la incorporacioacuten de un Sistema de Control de Oacutexidos de

Nitroacutegeno (NOx) ya sea por medio de un Sistema de Reduccioacuten Selectiva Cataliacutetica

(SCR) u otro sistema similar que reduce quiacutemicamente los oacutexidos de nitroacutegeno a

vapor de agua y Nitroacutegeno molecular (N2) mediante la aplicacioacuten de urea o

amoniaco Requiere de un catalizador para permitir reacciones a menores

temperaturas y asiacute alcanzar mayores niveles de remocioacuten (80-95 )

78 Dispersioacuten de partiacuteculas

Con respecto a la emisioacuten de partiacuteculas se realizoacute la modelacioacuten matemaacutetica

considerando un diaacutemetro aerodinaacutemico de PM10 y la velocidad de sedimentacioacuten o

terminal para esa fraccioacuten lo que puede modificarse en funcioacuten a las fracciones de

material particulado en estudio En la Figura 6 se puede observar que el

comportamiento de la dispersioacuten y sedimentacioacuten (x 0 0) es caracteriacutestico para

cada categoriacutea de estabilidad atmosfeacuterica presentando mayores niveles en las CEA

D y F hasta los cinco kiloacutemetros Las concentraciones de material particulado no

sobrepasan los liacutemites permisibles del RMCA (Tabla 3) y la Norma Boliviana 62011

que es de 50 (μgm3)

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

ACTA NOVA Vol 8 Nordm 3 marzo 2018 ISSN 1683-0768 Artiacuteculos Cientiacuteficos 395

Dispersioacuten de partiacuteculas en la atmoacutesfera (10 microm) Fuente

Elaboracioacuten propia 2016

Cabe mencionar que las concentraciones de liacutenea base en el aacuterea en estudio

324 y 377 (microgm3) y en el aacuterea urbana de Cobija se encuentran entre los 50 y 90

(microgm3) de acuerdo al Informe Nacional de la Calidad del Aire 2014 - 2015

79 Medidas de mitigacioacuten de partiacuteculas en fuentes fijas

Como se mencionoacute los moacutedulos o plantas de biomasa cuentan con un

sistema de control de partiacuteculas cuyo funcionamiento deberaacute verificarse

perioacutedicamente

710 Programa de Monitoreo Ambiental

Se preparoacute un Programa de Monitoreo Ambiental que en lo referido a gases y

partiacuteculas comprende realizar mediciones del flujo de gases y partiacuteculas en la

chimenea (emisioacuten) muestreo de aire en inmediaciones de los moacutedulos

termoeleacutectricos caracterizacioacuten de las fracciones PST PM10 PM25 y muestreo

bioloacutegico de especies de flora

8 Conclusiones

La dispersioacuten de gases en la atmoacutesfera en caso del NO2 se encuentra por

encima del Liacutemite Permisible (RMCA) lo que requiere de la implementacioacuten de

medidas con el fin de minimizar la alteracioacuten de la calidad del aire

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml

396middot Pereira D Simulacioacuten de la dispersioacuten de contaminantes en la atmosfera de una planta de ghellip

Las cenizas volantes que se emiten a la atmoacutesfera pueden contener distintas

fracciones de material particulado pese a que el moacutedulo termoeleacutectrico a biomasa

contaraacute con un sistema de control cuyos resultados de su dispersioacuten en la

atmoacutesfera presentan un distinto comportamiento de acuerdo a la CEA y se

encuentran por debajo de los liacutemites permisibles del RMCA y la Norma Boliviana

62011

Las actividades definidas en el Programa de Monitoreo Ambiental permitiraacuten

determinar modificaciones en las concentraciones del aacuterea con respecto a la liacutenea

base evaluar la efectividad de las medidas de mitigacioacuten y si fuera el caso realizar

los ajustes que correspondan

Los modelos matemaacuteticos se constituyen en herramientas de prediccioacuten y

evaluacioacuten que proporcionan un sustento teacutecnico a los Estudios de Evaluacioacuten de

Impacto Ambiental (EEIAs) que se desarrollan en el marco de la normativa

ambiental vigente

Referencias Bibliograacuteficas

[1] Ministerio de Medio Ambiente y Agua (2016) Informe Nacional de la

Calidad del Aire 2014 ndash 2015 Bolivia

[2] Cooper C David Alley FC (2011) Air Pollution Control a Design

Approach Waveland Press Inc

[3] NTP 329 (2007) Modelos de dispersioacuten de gases yo vapores en la

atmoacutesfera Espantildea

[4] Barrera L Valter Armando (2005) Caracterizacioacuten Elemental de PM15 y

PM25 para la Identificacioacuten de Fuentes Contaminantes en la Zona

Metropolitana del Valle de Meacutexico Programa de Maestriacutea y Doctorado en

Ingenieriacutea Universidad Nacional Autoacutenoma de Meacutexico

[5] DICA (2004) Comparacioacuten de modelos de dispersioacuten de emisiones

provenientes de fuentes fijas Chile

[6] Macdonald Robert (2003) Modelling Air Emissions for Compliance

Department of Mechanical Engineering University of Waterloo Canada

[7] De Nevers Noel (2000) Air Pollution Control Engineering Second Edition

Mc Graw ndash Hill Higher Education

[8] Web grafiacutea Fuente httpwwwguiaambientalcomarconocimiento-

calidad-de-aire-material-particuladohtml