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EVALUACIÓN DE IMPACTO ATMOSFERICO DE SISTEMAS DE CALEFACCIÓN DOMICILIARIA Informe Final Santiago de Chile Junio, 2011 CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 1 ©2010 Centro Nacional del Medio Ambiente Universidad de Chile Al cierre de la edición del presente informe la Dirección de la Fundación Centro Nacional del Medio Ambiente está conformada por: Prof. Víctor Pérez V. Rector de la Universidad de Chile, Presidente de la Fundación CENMA Prof. ItaloSerey E. Profesor Titular - Universidad de Chile Director Ejecutivo de la Fundación CENMA Sobre el Informe El presente documento corresponde al Informe Nº1 del estudio “EVALUACIÓN DE IMPACTO ATMOSFERICO DE SISTEMAS DE CALEFACCIÓN DOMICILIARIA” Derechos de autor y/u otras leyes aplicables http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.0/cl/ La obra está protegida por derechos de autor y/u otras leyes aplicables de acuerdo a los términos de la licencia CreativeCommons. Queda prohibido cualquier uso que se haga de la obra que no cuente con la autorización pertinente de conformidad con los términos de la licencia. Informe preparado para GLP-Chile Informe preparado por Unidad de Modelación y Gestión de la Calidad de Aire de CENMA Equipo CENMA Jefe de Proyecto MSc. José Salim S. Profesionales MSc. Gerardo Alvarado Z. Ing. Sergio Ibarra E. Ing. Paola Lucero S. Ing. Javier Vargas V Ing. Javier Elgueta A. Asesores Dr. Andrei N. Tchernitchin (U. de Chile) Más información Centro Nacional del Medio Ambiente Av. Larraín 9975, La Reina, Santiago de Chile Teléfono: (56-2) 927-5500 http://www.cenma.cl CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 2 Índice de Contenidos 1 INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS .................................................................................5 1.1 Antecedentes y justificación del estudio ............................................................................................................ 5 1.2 Objetivos del estudio .................................................................................................................................................. 6 1.2.1 Objetivo General ................................................................................................................................................................ 6 1.2.2 Alcances ................................................................................................................................................................................ 6 1.2.3 Valoración de impacto intradomiciliaria partir de mediciones en condiciones controladas....... 7 1.2.4 Valoración de impacto externo a partir de factores de emisión ................................................................ 7 1.2.5 Valoración de impacto en función de Energía .................................................................................................... 7 1.3 Objetivos Específicos:................................................................................................................................................. 8 2 METODOLOGÍA.......................................................................................................8 2.1 Actividad 1: Revisión de información existente sobre emisiones asociadas a diversos combustibles. ................................................................................................................................................................................. 8 2.2 Actividad 2: Implementación de cámara estanco para medición de sistemas de calefacción. .... 8 2.3 Actividad 3: Programa de mediciones de sistemas de calefacción.......................................................... 9 2.4 Actividad 4: Elaboración de resultados. ............................................................................................................. 9 2.5 Actividad 5: Talleres de difusión. .......................................................................................................................... 9 3 3.1 3.2 3.3 TIPOS DE SISTEMAS DE CALEFACCIÓN .....................................................................9 Estufas a leña ................................................................................................................................................................. 9 Sistemas de calefacción akerosene y gas sin ventilación ......................................................................... 10 Identificación de principales tecnologías de calefacción disponibles en el país. ........................... 12 4 EMISIONES DE SISTEMAS DE COMBUSTIÓN INTRA-DOMICILIARIOS ....................... 13 4.1 Contaminantes inorgánicos .................................................................................................................................. 15 4.1.1 Monóxido de carbono (CO)........................................................................................................................................ 15 4.1.2 Dióxido de nitrógeno (NO2) ...................................................................................................................................... 16 4.1.3 Dióxido de azufre (SO2) ............................................................................................................................................... 17 4.2 Contaminantes orgánicos ...................................................................................................................................... 18 4.2.1 Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs) ............................................................................................... 18 4.3 Contaminantes físicos ............................................................................................................................................. 21 4.3.1 Material particulado.................................................................................................................................................... 21 4.4 Efectos en salud causados por exposición combinada a gases y material particulado respirable. .................................................................................................................................................................................... 22 4.5 Guías de calidad de aire intradomiciliario de la Organización Mundial de la Salud (OMS) ....... 23 5 FACTORES DE EMISIONES INTRADOMICILIARIAS ................................................... 24 6 EMISIONES TOTALES A LA ATMOSFERA ................................................................. 26 6.1 Emisiones de calefacción domiciliaria ............................................................................................................. 33 7 7.1 7.2 7.3 METODOLOGÍA DE MEDICIÓN DE EMISIÓN DE ESTUFAS CON TÚNEL DE VIENTO ... 49 Antecedentes .............................................................................................................................................................. 49 Descripción del túnel ............................................................................................................................................... 50 Estimación de emisiones a partir de mediciones en túnel....................................................................... 51 8 RESULTADOS DE MEDICIÓN DE EMISIÓN DE ESTUFAS CON TÚNEL DE VIENTO ....... 58 CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 3 8.1 Descripción de Mediciones Realizada en el Túnel de Viento .................................................................. 58 8.2 Resultados de Mediciones Realizada en el Túnel de Viento.................................................................... 58 8.2.1 Emisiones en masa por unidad de tiempo.......................................................................................................... 60 8.2.2 Emisiones en masa por energía consumida ...................................................................................................... 63 9 COMPARACIÓN RELATIVA DE IMPACTOINTRADOMICILIARIO Y EXTERNO .............. 67 10 COMENTARIOS Y CONCLUSIONES ......................................................................... 72 11 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................. 78 CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 4 1 INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS 1.1 Antecedentes y justificación del estudio La contaminación atmosférica de espacios interiores, en domicilios y lugares de trabajo, es un asunto que ha cobrado preocupación por parte de las autoridades desde hace un tiempo. Esto se debe a las evidencias acerca de altas concentraciones de ciertos contaminantes en estos espacios los cuales ha sido relacionado con síntomas de afecciones a la salud humana. Por otra parte, se sabe que los ampliamente usados estudios ecológicos de series de tiempo que relacionan la exposición a contaminación atmosférica y la salud por lo general no consideran la exposición a la contaminación intradomiciliaria, subestimando su efecto. Por lo tanto, para caracterizar la exposición a contaminación atmosférica, intra y extradomiciliario, estimar el efecto y desarrollar políticas ambientales se deben considerar las emisiones de una gran variedad de fuentes, incluyendo las de espacios interiores, como agentes biológicos, cocinas y los sistemas de calefacción, entre otros. En la actualidad existe una variedad de alternativas de calefacción, las cuales tienen diversos niveles de emisión intradomiciliaria, como al exterior de la vivienda. Así mismo, existen diversos estudios que señalan la importancia de considerar las emisiones intradomiciliarias y su efecto en la salud de la población, y se han ido impulsando líneas de investigación en los países desarrollados como son el programa Indoor Air Quality de la EPA. Por otra parte, la información disponible sobre emisiones, que es utilizada a nivel internacional en la confección de inventarios, denota una importante diferencia en las emisiones al medio ambiente, que dependen tanto, del combustible utilizado, como de la tecnología de combustión. Dicha información permite tener una idea aproximada del nivel de emisiones a esperar y también del tipo de contaminantes a considerar en su evaluación. En particular en la metodología de la Unión Europea, contenida en su la guía “EMEP/EEA air pollutantemissioninventory guidebook-2009”, se mencionan los siguientes contaminantes de interés: • Material particulado en su fracción gruesa (MP10) y fina (MP2.5) • Monóxido de carbono (CO). • Óxidos de Nitrógeno (NOx). • Dióxido de Azufre (SO2). • Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAP). Un análisis general de los factores de emisión contenidos en la metodología antes citada, muestra que existen menores niveles de emisión en las tecnologías que utilizan gas como combustible, por sobre las que utilizan combustibles líquidos y biomasa. CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 5 Recientemente se ha realizado en nuestro país estudios, que tratan de cuantificar el impacto en la calidad del aire de distintas tecnologías de combustión, en base a mediciones intradomiciliarias y un índice obtenido a partir de la ponderación de las concentraciones observadas con los niveles de exposición de exposición de ambiente laboral. Estos estudios sin embargo, solo han consideran un número limitado de los contaminantes asociados a los sistemas de combustión, en particular (CO, SO2, NOx), no considerando una serie de otros contaminantes de gran relevancia por su impacto en la salud como lo sería el MP10, MP2.5y los hidrocarburos aromáticos poli cíclicos (HAP). Por otra parte, un análisis objetivo del impacto de las emisiones de equipos de combustión domiciliarios, no puede limitarse a su efecto intradomiciliario, dado que las emisiones emitidas al exterior de la vivienda, afectaría la salud de la población circundante, y en ciertas condiciones de baja dispersión de los contaminantes, a la misma familia propietaria del sistema de calefacción. Por lo antes expresado, un estudio objetivo del tema hace necesario generar información que considere todos los contaminantes relevantes y mecanismos de liberación a la atmósfera, asociados a los sistemas de combustión domiciliaria. Con el fin de entregar a la población información objetiva y de calidad, que le permita decidir en la opción del uso de una tecnología, considerando tanto la salud de su entorno inmediato (vivienda) como su contribución a la contaminación de su entorno externo (barrio, ciudad). 1.2 Objetivos del estudio 1.2.1 Objetivo General El objetivo del estudio es poder generar información sobre el impacto atmosférico de distintos artefactos de calefacción domiciliaria, en base a combustión, tanto en el ámbito intradomiciliario, como en el entorno externo de la vivienda. Esto con el fin de entregar información de orientación a los propietarios de sistemas de calefacción, que les permita identificar la diferencia existente entre las distintas alternativas de calefacción, desde el punto de vista de contaminación intradomiciliaria, como de su entorno. 1.2.2 Alcances El estudio cuantificará la participación relativa en el impacto atmosférico tanto a nivel intradomiciliario como externo a la vivienda, de los artefactos de calefacción domiciliaria en base a combustión. 1.2.2.1 Contaminantes a considerar Los contaminantes a estudiar serán los establecidos en los inventarios de emisiones internacionales, en particular los de la unión europea respecto a combustión domiciliaria: • • • • Material particulado en su fracción gruesa (MP10) y fina (MP2.5) Monóxido de carbono (CO). Óxidos de Nitrógeno (NOx). Dióxido de Azufre (SO2). CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 6 • Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAP). 1.2.3 Valoración de impacto intradomiciliaria partir de mediciones en condiciones controladas El estudio se realizará en condiciones controladas, en un túnel de viento. En él se medirán las emisiones de contaminantes alcanzadas debido a la operación de las tecnologías de combustión más utilizadas en calefacción domiciliaria. Las que incluirán las siguientes tecnologías principales: Estufa a leña (doble cámara). Estufa gas licuado (radiante y convectiva). Estufa a parafina (tradicional, y nueva tecnología). 1.2.4 Valoración de impacto externo a partir de factores de emisión La valoración del impacto externo de las emisiones de las distintas tecnologías de combustión se realizará a partir de la metodología empleada en la confección de los inventarios de emisiones nacionales, la cual se basa en la utilización de factores de emisión internacionales y de literatura. 1.2.5 Valoración de impacto en función de Energía Dado que el objetivo del uso de sistemas de calefacción es obtener energía calórica, para hacer comparable el efecto ambiental de distintas tecnologías y combustibles, es necesario realizar la comparación como una tasa de emisión en masa (gr) por unidad de energía utilizada por el sistema de calefacción (joule). CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 7 1.3 Objetivos Específicos: Los objetivos específicos del Estudio son: Objetivo 1: Identificación de emisiones asociadas a distintos tipos de combustibles y su impacto en la salud. Objetivo 2: Implementación de túnel de viento para medición de sistemas de calefacción con y sin chimenea. Objetivo 3: Medición de impacto intradomiciliario de sistemas de calefacción sin chimenea. Objetivo 4: Medición de impacto intradomiciliario de sistemas de calefacción con chimenea. Objetivo 5: Estimación de impacto externo de sistemas de calefacción sin chimenea. Objetivo 6: Estimación de impacto externo de sistemas de calefacción con chimenea. Objetivo 7: Generación de índice de clasificación de impacto de intradomiciliario de sistemas de calefacción. Objetivo 8: Generación de índice de clasificación de impacto externo de sistemas de calefacción. Objetivo 9: Presentación de resultados obtenidos. 2 METODOLOGÍA Para el logro de los objetivos del estudio se han identificado cinco actividades, describiéndose a continuación la metodología a emplear en cada una de ellas. 2.1 Actividad 1: Revisión de información existente sobre emisiones asociadas a diversos combustibles. Se revisarán las metodologías y factores de emisión existentes para los diversos combustibles y tecnologías de combustión residencial a evaluar. Con dicha información se estimará el impacto en emisiones asociada a la utilización de cada una de la tecnologías evaluadas. 2.2 Actividad 2: Implementación de cámara estanco para medición de sistemas de calefacción. Implementar una cámara estanco en CENMA, tomando como base el túnel de viento existente. La cámara deberá permitir el uso de artefactos con y sin chimenea. Se instrumentará la cámara con equipos de medición de concentración de contaminantes, en al menos 2 puntos simultáneos (entrada y salida), de flujos de aire y condiciones ambientales. CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 8 2.3 Actividad 3: Programa de mediciones de sistemas de calefacción. Una vez instrumentada y probada la cámara, se procedió a medir en su interior 6 aparatos de combustión domiciliaria que se detallan a continuación: Tabla 2-1. Artefactos de Combustión Domiciliaria Tipo de Tecnología TiroForzado Convección ConvecciónForzada Natural Ítem 1 2 3 4 5 6 Estufa a gas radiante Estufa a gas nueva tecnología convección forzada Estufa a parafina laser Estufa a parafina mecha tecnología Estufa a parafina mecha simple Estufaleñadoblecámara X X X X X X X Combustible Gas Licuado Gas Licuado Kerosene Kerosene Kerosene Leña Los artefactos se midieron respecto a los contaminantes emitidos como a la energía consumida por el artefacto, a modo de ponderar las emisiones en función de la energía utilizada. 2.4 Actividad 4: Elaboración de resultados. A partir de los resultados obtenidos en forma experimental y de la estimación de las emisiones, se procederá a generar un índice que permita comparar el efecto intradomiciliario y externo del uso de cada una de las tecnologías evaluadas. 2.5 Actividad 5: Talleres de difusión. Se realizará un taller de difusión de los resultados del estudio, personas del mundo público y privado. 3 TIPOS DE SISTEMAS DE CALEFACCIÓN1 Los productos de combustión de sistemas de calefacción pueden generar emisiones de aerosoles y gases. Estos contaminantes también pueden provenir de chimeneas y ductos conectados a extractores de aire mal instalados. Los contaminantes provenientes de chimeneas y estufas a leña sin una buena extracción de las emisiones al exterior pueden ingresar a los espacios interiores, produciendo un aumento en sus concentraciones. 3.1 Estufas a leña A pesar que hay una gran variedad de estufas a leña (ver Figura 3-1), suelen clasificarse en, convencionales y herméticas. Las estufas convencionales tienen bajos niveles en la eficiencia de la combustión con un rango de entre 25 y 50%, mientras las herméticas pueden tener una http://enhs.umn.edu/current/5103/air/combustion.html 1 CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 9 eficienciasuperior al 50%. El impacto en la calidad del aire de espacios interiores producido por las estufas a leña suele serlas emisiones de material particulado. Los hogares que cuentan con sistemas de calefacción a leña producen emisiones que incrementan las concentraciones de partículas al interior de las viviendas, aumentando también las concentraciones de hidrocarburos aromáticospolicíclicos. Figura 3-1. Estufa a Leña Doble Cámara 3.2 Sistemas de calefacción akerosene y gas sin ventilación Los sistemas de calefacción a kerosene, también conocidos como Estufas a Parafina (ver Figura 3-2) tienen tres diseños básicos; convección, radiación y de dos etapas. Los sistemas de calefacción a kerosene por convección emplean una mecha cilíndrica combustionada a alta temperatura. Los sistemas a radiación tienen una mecha cilíndrica conectada una cubierta metálica perforada, que se calienta al rojo vivo, liberando calor infrarrojo o radiante, funcionando a menores temperaturas que los de convección. Finalmente, los sistemas de calefacción de dos etapas funcionan con un diseño similar al radiante, agregando una cámara encima del elemento radiante, para así combustionar Monóxido de Carbono (CO) e hidrocarburos no combustionados por radiación. Los sistemas de calefacción a gas licuado de petróleo (GLP), también conocidas como Estufas a Gas Licuado (ver Figura 3-3 ) presentan también tres diseños básicos; convección natural, radiante y convección forzada. Los sistemas de convección natural emplean un quemador de acero inoxidable de forma cilíndrica, dotado de perforaciones por donde es liberado el gas licuado que es combustionado. En las estufas radiante el gas es liberado a través de un quemador de placa cerámica con perforaciones, la cual se calienta el rojo vivo, liberando calor infrarrojo o radiante, la zona caliente generada por la placa también ayuda a mantener una alta temperatura en la zona se combustión de la llama, lo que contribuye a una combustión más completa del combustible. Por último los nuevos sistemas de convección forzada funcionan con un sistema de combustión sin llama visible y un ventilador de impulsión del aire de entrada y salida. CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 10 Figura 3-2. Estufas a Kerosene Mecha Simple, Mecha Tecnología y Laser Figura 3-3. Estufas a Gas Licuado Radiante y Convección Forzada CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 11 3.3 Identificación de principales tecnologías de calefacción disponibles en el país. Para determinar los tipos de estufas presentes en el país candidatas a ser medidas, se realizó una identificación de los modelos disponibles en las tiendas de retail considerando las siguientes tiendas: Falabella Paris Homecenter La Polar Fensa Gasco Ripley Toyotomi Amesti Como se observa en la Tabla 3-1 y la Figura 3-4 los modelos más ofertados corresponden a; Parafina Mecha Tecnología (34%) Leña Doble Cámara(21%) Parafina Mecha Simple(15%) Parafina Laser (14%) GLP Radiante (14%) Siendo éstas las tecnologías seleccionadas para ser medidas durante el presente estudio, adicionalmente por presentar una nueva tecnología de combustión, se decidió medir una estufa de GLP de Convección Forzada. Tabla 3-1. Cantidad de equipos en Retail por tecnología Tecnología Mecha simple Mecha Tecnología Laser Radiante Blue Flame Leña Tiro forzado convección forzada Cantidad de equipos 31 70 29 30 4 43 1 CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 12 Participación en el Mercado por Tecnología GLP Convección forzada (0%) Leña Doble Cámara (21%) Parafina Mecha simple (15%) GLP Convección Natural (2%) GLP Radiante (14%) Parafina Mecha Tecnología (34%) Parafina Laser (14%) Figura 3-4. Participación Porcentual de Estufas Disponibles en Chile Según Tecnología 4 EMISIONES DE DOMICILIARIOS2 SISTEMAS DE COMBUSTIÓN INTRA- La exposición a contaminantes ambientales derivados de la combustión intradomiciliaria puede efectuarse en forma aguda (por un tiempo breve, minutos, horas o unos pocos días de exposición), o bien en forma crónica (en forma continua o bien repetidas exposiciones agudas). Existen también períodos especiales de la vida (período embrionario, o bien período fetal tardío o postnatal temprano) durante las que una exposición (aguda o crónica) causa efectos diferentes. Los efectos de una exposición aguda o crónica o bien durante períodos especiales de ésta, se pueden traducir en efectos inmediatos o tempranos, efectos acumulativos y persistentes, y efectos diferidos en el tiempo. Estos últimos, pueden ser de cuatro clases: (a) desarrollo de tumores, especialmente neoplasias malignas o cáncer (causados por compuestos o condiciones oncogénicas o carcinogénicas), (b) mutaciones (causadas por agentes mutagénicos), (c) malformaciones fetales (causada por agentes teratogénicos), y (d) efectos diferidos e irreversibles causados por exposición perinatal (fetal tardía o infantil precoz) por el mecanismo del imprinting o desprogramación celular. 2Indoor Air Quality. A Comprehensive reference book, http://enhs.umn.edu/current/5103/air/combustion.html CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 13 Los efectos inmediatos o tempranos se producen por exposición aguda a concentraciones altas de dichos contaminantes. Un ejemplo lo constituye una exposición a niveles altos de material particulado respirable, que causa un incremento en la incidencia de crisis asmáticas y diversas patologías respiratorias agudas, (especialmente enfermedades respiratorias obstructivas y las enfermedades infeccionas broncopulmonares bajas) en los días posteriores a la crisis ambiental (Schwartz y cols. 1996). Otro ejemplo: los resultados de Ostro y cols. (1996) ha mostrado que incrementos en la concentración de MP10 del aire por encima de 50 µg/m3 determina un aumento de las muertes prematuras que se producen uno, dos y tres días después de la exposición, en una forma que se correlaciona con la concentración de dichas partículas, de tal manera que cada aumento de 10 µg/m3 (por encima de la línea base de 50 µg/m3) causa un incremento en las muertes en Santiago en un 1% (o en el mejor de los casos, 0,5%). Esto significa que con la concentración de partículas al índice ICAP 100, que corresponde a 150 µg/m3, la mortalidad de la población en Santiago está aumentada en un 10% (ó 5%). Los efectos acumulativos causados por exposición crónica o por múltiples y repetidas exposiciones agudas causan daño acumulativo a diversos órganos y sistemas; cuando este daño ya es considerable, estos efectos se hacen evidentes como desarrollo de diversas enfermedades en el mediano o largo plazo. Los efectos diferidos (en el tiempo) se manifiestas meses o años después de la exposición al contaminante, aunque la persona haya sido expuesta por un período breve de tiempo y haya pasado con posterioridad muchos años sin exposición al contaminante. Los efectos adversos se presentan en períodos más tardíos de la vida o en la descendencia de los sujetos expuestos. Las malformaciones fetales visibles o clínicamente detectables, se producen por efecto de la exposición a agentes teratógenos durante los primeros meses de vida intrauterina, período en que se están formando los diversos órganos. Las mutaciones se refieren a la modificación del material genético por efecto de compuestos mutagénicos. Las mutaciones somáticas, por lo general, no tienen consecuencias para la salud, excepto cuando ocurre a consecuencia de una mutación la transformación de una célula sana en célula tumoral que prolifera y origina el desarrollo de un cáncer. Las mutaciones, cuando ocurren en células de la línea germinal afectan el material genético heredable, su gravedad para la especie humana es consecuencia de la persistencia y acumulación, a través de las generaciones, de patologías hereditarias generadas por este mecanismo. El desarrollo de diversos tipos de cáncer por exposición a compuestos carcinógenos puede ocurrir por diversos mecanismos, uno de ellos es por mutación de células normales; existen no obstante otros mecanismos que causan o favorecen el desarrollo de diversos tumores malignos. Cada carcinógeno promueve el desarrollo de tumores en sólo algunos órganos en forma específica, los que son diferentes para cada agente causal. Los efectos diferidos e irreversibles causados por exposición perinatal a diversos contaminantes, u otros compuestos, por el mecanismo del imprinting (desprogramación o CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 14 reprogramación celular, se pueden manifestar durante edades más tardías de la vida. Son causados por numerosos compuestos químicos que acceden al organismo durante la vida fetal tardía o durante los primeros años de la vida postnatal; que consisten en cambios en la diferenciación o programación de algunos tipos celulares que se encuentran en períodos críticos de su desarrollo (períodos “ventana” que son propios de cada tipo celular y para cada tipo de alteración que se produce), que son irreversibles y pueden detectarse en períodos tardíos de la vida. El primer efecto que se ha presentado en personas se refiere al desarrollo de una nueva clase de cáncer del aparato genital femenino, detectado en mujeres jóvenes, cuyas madres habían sido tratadas durante su embarazo con el estrógeno sintético dietilestilbestrol (Herbst, 1981). Esta nueva enfermedad permitió el descubrimiento de este fenómeno por el biólogo húngaro Georgy Csaba, quien lo ha denominado "imprinting", no existiendo una traducción al idioma español para este término (Csaba y Nagy, 1976; Csaba, 1980; Dobozy y Cols., 1985; Csaba y Cols., 1986). Se ha considerado que el efecto imprinting descrito Csaba era causado por niveles anormales (altos o bajos) de diversas hormonas durante los períodos críticos de la diferenciación celular. Basado en estudios posteriores, efectuados por científicos de diversos centros de investigación incluyendo el de la Universidad de Chile (Arriaza y Cols., 1989; Mena y Cols., 1992), Tchernitchin y colaboradores han ampliado la hipótesis del imprinting (Tchernitchin y Tchernitchin, 1992), y propuesto que en forma adicional a las hormonas, otros compuestos también pueden inducir este mecanismo. Entre ellos, contaminantes ambientales, fármacos, aditivos de los alimentos, etc., se generan alteraciones irreversibles en la diferenciación normal de diversos tipos celulares del organismo (Tchernitchin y Tchernitchin, 1992; Tchernitchin y Cols., 1999; Tchernitchin, 2005). Estas se manifiestan como modificaciones cualitativas y cuantitativas en diversos receptores hormonales y enzimas de estos tipos celulares, que se evidencian como cambios morfológicos, bioquímicos y funcionales de estas células. Estas alteraciones se manifiestan más tarde en la vida por una mayor incidencia de cáncer, infertilidad, cambios neuroconductuales o de la personalidad, alteraciones inmunológicas causantes de una mayor incidencia de lupus eritematoso, artritis reumatoide y enfermedades infecciosas respiratorias. Tchernitchin ha traducido el término “imprinting” a “desprogramación celular” o “reprogramación celular”. 4.1 Contaminantes inorgánicos 4.1.1 Monóxido de carbono (CO) El Monóxido de carbono (CO) es un gas incoloro, inodoro e insípido. Es un producto de combustión incompleta y consiste de la unión de un átomo de carbono y uno de oxígeno. En el torrente sanguíneo reacciona con la hemoglobina formando Carboxihemoglobina (COHb). El CO es uno de los contaminantes atmosféricos más amplia y comúnmente distribuidos. Es generado en espacios interiores por sistemas de combustión no ventilados, o pobremente ventilados, siendo también el humo de cigarrillo una importante fuente de CO. Aún sin fuentes internas, las concentraciones de CO podrían llegar a ser tan altas como las de exterior. Diferentes mediciones en Europa en departamentos con sistemas de calefacción de CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 15 agua sin ventilación arrojaron concentraciones máximas de 11.5 mg/m3, mientras que en cocinas a gas se observaron concentraciones de 17 mg/m3, y en pubs debido al consumo de cigarrillo de 34.5 mg/m3 (Maroni et al, 1995). En este mismo contexto, las diferencias en las mediciones de CO para ambientes de fumadores y no fumadores alcanzan rangos de 0.8 mg/m3 a 11.5-23 mg/m3; mientras que la diferencia entre concentraciones intra y extra domiciliaria varía desde 0 a 10 mg/m3. El CO se combina fácilmente con la hemoglobinade la sangre al ser respirado, formandoCarboxihemoglobina (COHb), esto se debe a que en presencia de CO y O2, el primero es 200 veces más efectivo para combinarse. La COHb depende del CO en el aire, la duración de la exposición y el nivel de actividad individual. Además, el monóxido de carbono bloquea la citocromooxidasa, específicamente bloqueando el transporte del electrón a su último aceptor en la cadena de transporte de electrones en las mitocondrias en la cadena respiratoria, de manera similar a como lo hace el cianuro. Una vez en el cuerpo humano, el CO tiene una vida media de 5 horas. El CO tiene varios efectos deletéreos sobre la salud humana, entre los que se cuenta; fatiga, nauseas, vómitos, cambio de personalidad, taquicardia, hemorragia de la retina, y aumento en la mortalidad y morbilidad, afectando al corazón, pulmones y al sistema nervioso (Epa, 1994). Considerando que el CO bloquea el transporte de oxígeno hacia los tejidos, y la cadena de transporte de electrones en las mitocondrias afecta principalmente los órganos y tejidos que dependen exclusivamente o principalmente de la respiración aeróbica, y no aquellos que pueden seguir funcionando de la glicólisis anaeróbica. Los órganos más afectados son el sistema nervioso central y el miocardio. Sartiani y Cols. (2004, 2010) demostró en animales de experimentación que la exposición prenatal a CO altera la maduración electrofisiológica celular cardiaca postnatal, lo cual podría ser el sustrato para la arritmogénesis infantil en la especie humana. Gouveia y Cols. (2004) llegaron a la conclusión que el aumento de 1 ppm de monóxido de carbono determinaría una reducción en el peso de recién nacidos en 23 gramos, lo cual ha sido propuesto por un gran número de investigadores causaría numerosas alteraciones en diversos órganos y sistemas. La exposición prenatal tardía y postnatal precoz afecta el desarrollo del sistema nervioso central y deja como consecuencia alteraciones neurofisiológicas, neuroconductuales y déficit cognitivos que persisten de por vida (Cagiano y Cols., 1998, Lopz y Cols., 2009). En animales de experimentales causa déficit auditivo persistente, que se correlaciona a aquél descrito en la especie humana causada por tabaquismo materno y atribuido al CO (Lopez y Cols., 2008). 4.1.2 Dióxido de nitrógeno (NO2) El Dióxido de nitrógeno (NO2) es un gas soluble en agua, producido durante la combustión a altas temperaturas en por la combinación de Nitrógeno y Oxígeno. Este gas se compone de un átomo de Nitrógeno y dos de Oxígeno, sin embargo, dependiendo de la temperatura de combustión, se puede producir Monóxido de nitrógeno (NO). El NO2 se emite generalmente por la combustión intradomiciliaria abarcando; cigarrillo, estufasa gas, keroseno, leña y chimeneas. Para el caso de combustión sin ventilación, las CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 16 concentraciones de NO2 pueden exceder considerablemente las concentraciones ambientales, por ejemplo, la concentración promedio de varios días puede exceder los 200 (µg/m3), si se usan estufas sin ventilación o calefactores a keroseno, pudiendo alcanzar los promedios máximos horarios entre 470 y 1880 (µg/m3) (Maroni et al, 1995). El orden de magnitud de la razón entre las concentraciones intra y extradomiciliarias sin una fuente interna de NO2 es 0.5-1.0, y con fuente 2.0-5.0. El NO2 es un gas irritante que genera alteraciones biológicas y daños a los pulmones, como resultado de exposiciones agudas y crónicas. En estudios toxicológicos sobre animales se han observado cambios luego de 30 minutos de exposición a 0.2 ppm de NO2. En humanos, entre el 80-90% del gas se absorbe vía inhalación. Estudios epidemiológicos muestran que niños expuestos a los contaminantes productos de combustión de estufas, con 0.3 ppm de NO2, sufren de más síntomas de enfermedades respiratorias que los niños que no están expuestos. El NO2 afecta a los pulmones mediante mecanismos irritativos. Produce un aumento de la resistencia de las vías respiratorias y la susceptibilidad a sustancias bronco-constrictoras. Produce cuadros de bronquiolitis, edema pulmonar, alteraciones enfisematosas, aumento en la susceptibilidad a las infecciones e hiperplasia de células epiteliales. Exposiciones frecuentes al NO2 causa en niños aumento de frecuencia de enfermedades respiratorias agudas. Se ha demostrado recientemente una asociación entre el aumento de NO2 en el aire y aumento de la mortalidad natural, mortalidad por causas respiratorias y mortalidad por causas cardiovasculares, en forma independiente de las mortalidades causadas por material particulado respirable y por ozono, efecto que es más pronunciado en personas portadoras de patologías cardiovasculares u otras (Chiusolo, y Cols. 2011). Watanabe (2005) demostró en ratas que la exposición prenatal a NO2 (0,80 ó 0,10 ppm en aire respirado por ratas preñadas) causa, una vez que las crías han alcanzado la edad adulta, una disminución del número de espermátidas, y de esperma debido a una reducción importante del número de células de Sertoli. 4.1.3 Dióxido de azufre (SO2) El Dióxido de azufre (SO2),otros compuestos de azufre y el material particulado son los contaminantes con mayor presencia en el mundo debido a su generación en la combustión de combustibles fósiles. Este contaminante puede estar presente en la atmósfera en su forma primaria, o secundaria asociada a aerosoles ácidos. Dióxido de azufre; es un gas incoloro con un olor repugnante detectable a los 0.5 ppm, soluble en agua, pudiendo ser oxidado por el vapor de agua. Consta de dos átomos de oxígeno y uno de azufre. Aerosol ácido; el ácido sulfúrico (H2SO4) es un ácido fuerte transformado a partir de la reacción entre el trióxido de azufre (SO3) y el agua. Las concentraciones de dióxido de azufre están relacionadas con la actividad industrial, sin embargo, a medida que los países se han desarrollado, se han visto disminuciones en las concentraciones ambientales de este contaminante (Figueroa y Pastén, 2009). Estas disminuciones se deben a la reducción en el contenido de azufre de los combustibles, CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 17 significando también una reducción de las concentraciones intradomiciliarias. Las fuentes intradomiciliarias de dióxido de azufre son aquellas que usan combustible con contenidos de azufre. La literatura indica que la razón entre el SO2intra y extradomiciliario varía entre 0.1 y 0.6, observándose 0.1 con altas concentraciones ambientales, lo cual indica la importancia de las fuentes intradomiciliarias. La vía de inhalación es por donde se produce la exposición más importante que afecta a la salud humana. La mayor parte del SO2 se absorbe en el tracto respiratorio, y la menor parte llega al tracto respiratorio bajo. Desde el tracto respiratorio, el SO2 penetra al torrente sanguíneo, y luego, mediante bio-transformaciones a sulfato, se elimina por vía urinaria. La deposición de los aerosoles ácidos depende de la distribución del diámetro de estos. Se han detectado efectos agudos y crónicos de este contaminante, siendo los asmáticos un grupo sensible. La deposición de los aerosoles ácidos depende de la distribución del diámetro de estos. Se han detectado efectos agudos y crónicos de este contaminante, siendo los asmáticos un grupo sensible. Cuando el SO2 se deposita en los tejidos junto con partículas higroscópicas, se transforma en ácido sulfúrico y sulfatos, con el siguiente daño. Aproximadamente después de una hora de su absorción por la mucosa nasal, el SO2 provoca una broncoconstricción severa, tos y disnea moderada, con bradipnea e hipoventilación. El resultado es una disminución de la capacidad respiratoria, con hipoxia secundaria. Los sulfatos que se generan, causa una contracción de vasos sanguíneos arteriales de mediano calibre (entre ellos, arterias coronarias) y una inflamación de su recubrimiento endotelial, y eso puede determinar el desarrollo de extensos infartos de miocardio 24 o 48 horas después, frecuentemente mortales. Se ha relacionado la exposición a SO2 y a sulfatos a un aumento de la mortalidad por cáncer broncopulmonar. En cuanto a efectos diferidos de exposición prenatal, se ha descrito en animales de laboratorio que la exposición prenatal a SO2 causa alteraciones neuroconductuales que persisten de por vida (Fiori y Cols. 1998). 4.2 Contaminantes orgánicos Los contaminantes orgánicos son numerosos, agrupándose en familias. Muchos de estos contaminantes tienen efectos genotóxicos y cancerígenos, por lo que existe preocupación acerca de sus efectos. La escasa literatura señala que las concentraciones intradomiciliarias pueden exceder las concentraciones ambientales. Cabe destacar que no se ha abarcado el formaldehido pues proviene fundamentalmente del humo de cigarrillos (OMS, 2010). 4.2.1 Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs) Los Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs) abarcan una amplia gama de compuestos que en general incluyen estructuras orgánicas de dos o más anillos aromáticos. Las estructuras contienen carbono (C) e hidrógeno (H). Los HAP de bajo peso molecular tienen dos a tres anillos y están presentes en la atmósfera en la fase gaseosa, los HAPs de alto peso molecular tienen cinco o más anillos y están presentes en partículas, y los HAPs con peso molecular intermedio tienen cuatro anillos y están en fase intermedia vapor y partícula. Los HAPs son considerados muy peligrosos para la salud CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 18 humana. El Benzopireno se suele utilizar como marcador de exposición total a los HAPs carcinogénicos, ya que su participación en peso en los HAPs es de aproximadamente 51% (OMS, 2010). Los HAPs son contaminantes formados durante procesos de combustión de materiales a alta temperatura. Las fuentes más importantes en ambiente intradomiciliarias, son tabaco, cocinas,estufas, chimeneas, así como incienso y velas. En los ambientes intradomiciliarios, estudios señalan mayor presencia de HAPs de bajo peso molecular, los HAPs de alto peso molecular estaría asociados a emisiones del exterior (fuentes móviles principalmente) las que ingresan al ambiente intradomiciliario. El cocinar y usar sistemas de calefacción usando combustibles sólidos como estiércol, madera y desechos agrícolas o carbón, especialmente en ambientes no ventilados, resultan ser las fuentes más importantes a nivel intradomiciliario.Estudios señalan que la combustión producida al cocinar sin ventilación ocasiona concentraciones de HAPs de 2 a 10 veces superiores que en espacios abiertos. La fritura de alimentos también es una fuente de HAPs, cuyas emisiones dependen del método de cocina, la cantidad de grasa en la comida y la cantidad cocinada, emitiéndose más HAP cuando la grasa en la comida es mayor. La información de concentraciones intradomiciliariascompiladas por la OMS, señala que se alcanzan las siguientes concentraciones de HAPs: Concentraciones de HAPs Combustibles en la cocina 0.11 µg/m3 con Gas Licuado Petróleo (GLP), 0.27-0.31 µg/m3 con keroseno, 1.22-1.9 µg/m3 con leña y estiércol, 2.01 µg/m3 con entre 45-60 minutos con leña; Calefacción 0.164 µg/m3 con estufas a keroseno. Concentraciones de Benzopireno Combustibles en la cocina 0.2-17.6 µg/m3 con keroseno, 33 µg/m3 con carbón, 120-186 µg/m3 con estiércol y leña 1300-9300 µg/m3 con estiércol y leña (máximos en períodos de 15-30 minutos). Calefacción 0.63 µg/m3 con estufas a leña, 70µg/m3 con chimeneas sin ventilación, 6.9 µg/m3 con estufas a keroseno, 33-166 µg/m3 usando carbón leña y estiércol. CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 19 Algunos HAP son mutagénicos y genotóxicos, dependiendo el potencial de causar mutaciones del tipo de compuesto. Por ejemplo, el Dibenzo[a,l]pireno-diol-epoxido genera mutaciones del ADN. Se cree que algunos de estas mutaciones afectan a genes contribuyendo el desarrollo de cáncer. En otros estudios se muestra que tumores en los pulmones deno fumadores expuestos a HAP producto de la combustión de carbón produjo mutaciones del ADN. Varios HAP son carcinogénicos en animales, y en pocos HAP hay debate respecto a su potencial efecto cancerígeno. La inhalación de naftaleno ha producido la generación de tumores del tracto respiratorio en ratas para varias concentraciones. El benzopireno induce la generación en las vías dérmicas, oral, intramamaria y el tracto respiratorio. Además, HAP en pintura sobre piel ha causado papilomas y cáncer de piel. También, el benzopireno causa irritación la sensibilización de la piel y nefropatías en animales. A través de dosis orales se ha constatado daños a la médula y la sangre en ratones. También se han constatado efectos en el sistema reproductor y daño a los embriones en gestación, destrucción de los ovocitos, disminución en los niveles de testosterona en la sangre y movilidad de los espermatozoides. Cabe destacar que la toxicología ambiental permite extrapolar los resultados de animales a humanos. Existe información que el benzo(a) pireno y otros hidrocarburos policíclicos aromáticos son carcinógenos en el ser humano. Se ha descrito la alta incidencia de cáncer testicular en limpiadores de hollín de chimeneas. El aumento del cáncer broncopulmonar en habitantes de zonas con alta contaminación a HAPs ha sido atribuido al efecto de los HAPs. Actualmente, el benzo(a)pireno ha sido reclasificado al grupo 1 que son los carcinógenos humanos (IARC Monographs, 2011). El benzo(a)pireno es uno de los hidrocarburos policíclicos aromáticos que se ha estudiado para los efectos diferidos persistentes por exposición prenatal. Se ha demostrado que la exposición perinatal a benzo(a)pireno induce, por el mecanismo del imprinting, una disminución irreversible de la concentración de glucocorticoides en el timo (Csaba y InczefiGonda, 1984). La exposición a benzopirenos durante la edad adulta también causa una disminución persistente de los receptores de glucocorticoides en el timo (Csaba y InczefiGonda, 1996), que es el único caso conocido de imprinting que se induce también durante la edad adulta, probablemente debido a la existencia de células madre embrionarias en órganos linfoides durante toda la vida. Estos efectos sµgieren una alteración en la regulación de la función inmune por glucocorticoides, contribuyendo a una explicación de la disminución relativa de la capacidad de defensa inmune contra infecciones bacterianas o virales y su mayor gravedad en humanos expuestos a altas concentraciones de benzopirenos, como por ejemplo las presentes en el material particulado respirable de Santiago. CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 20 4.3 Contaminantes físicos 4.3.1 Material particulado El material particulado representa una compleja muestra de substancias orgánicas e inorgánicas. El material particulado suele dividirse según la longitud del diámetro aerodinámico. Una definición clasifica el material particulado con diámetro aerodinámico menor a 10 µm (MP10) y menor a 2.5 µm (MP2.5), afectando los primeros principalmente a las vías aéreas altas y el tronco respiratorio, y las segundas a las ramificaciones de sistema respiratorio llegando a los sacos alveolares ver Figura 4-1. (Grassian, 2008). Otra definición señala que la masa y composición pueden dividirse en partículas con diámetro aerodinámico mayor a 2.5 µm y menor a 2.5 µm, siendo las primeras polvo de caminos e industrias y tierra, y las segundas conteniendo aerosoles secundarios, partículas de combustión y vapores metálicos y orgánicos recondensados(Maroni et al, 1995). Figura 4-2. Deposición de partículas según su diámetro aerodinámico en regiones del tracto respiratorio. Fuente: Grassian, 2008. En los hogares donde hay combustión de leña, se han medido hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs), metales trazas y sulfatos. Los HAPs, los cuales causan preocupación por su potencial carcinogénico, son compuestos a base 2 o más anillos de benceno que en este caso resultan de la combustión incompleta. El benceno existe predominantemente en fase acuosa, con tiempos de residencia que varían entre un día y dos semanas, dependiendo del ambiente, el clima y la concentración con otros contaminantes (OMS, 2010). CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 21 La combustión es probablemente la mayor fuente intradomiciliaria de material particulado. Agentes biológicos y tabaco son también fuentes de este contaminante a nivel intradomiciliario. Además, se ha constatado que hay material particulado que ingresa desde el exterior, sin embargo, la razón entre las concentraciones exteriores e interiores para el MP2.5y para la fracción MP10 es aproximadamente uno, sin fumadores. Las principales fuentes de emisiones de material particuladointradomiciliario son el tabaco y los sistemas de combustión (Maroni et al, 1995). El material particulado es una mezcla heterogénea con propiedad biológicas y rango desde inerte a tóxico y carinogénico, por lo tanto, una comparación en µg/m3 tiene poca relación con los efectos en la salud, por lo que las investigaciones deben considerar estos aspectos. La mayoría de los estudios acerca del efecto del material particulado sobre la salud humana se realizan con datos de concentraciones extra domiciliarias. En la mayoría de estos estudios, la evaluación de la exposición se restringe a la medición de la masa por volumen, y en la minoría de los casos se caracteriza químicamente el material particulado. Por lo tanto, asumir que los efectos del material particulado debido a exposiciones extradomiciliarias, son los mismos que los debidos a exposición intradomiciliaria se debe realizar con extrema precaución (Maroni et al, 1995). Es por eso que se han desarrollado numerosas investigación, teniéndose que las concentraciones de gases y material particulado al interior de las casas, emitidas a partir de la combustión de combustibles sólidos, incluyendo leña, serían responsables de 1.6 millones de muertes al año y causantes del 3% de las enfermedades en el mundo (OMS, 2010). Al respecto, cabe destacar que la OMS publicó en el año 2010 las guías de calidad de aire intradomiciliario, en donde se señala que no hay evidencia convincente acerca de la diferencia en la naturaleza del peligroextra e intradomiciliario para MP10 y MP2.5, y que los niveles son mayores al interior que en el exterior en presencia de fuentes intradomiciliarias. Debido a esto la OMS determinó que las guías de calidad de aire exterior de Material Particulado son también aplicables al ambiente intradomiciliario. Se han constatado efectos irritantes por la inhalación de partículas, que llevan a la constricción de las vías aéreas, alterando la mucosidad del tracto respiratorio, cambiando la actividad de fagocitosis en los sacos alveolares. Estudios acerca del material particulado en el aire intradomiciliario señalan que correspondería principalmente a combustión. Residuos de este proceso corresponden a hollín, que son partículas muy pequeñas, de 30 µm a 200 µm, el cual ha mostrado ser carcinogénico en animales, ya que se compone tienen oxidaciones y metilaciones de HAPs. Se tiene otros contaminantes físicos, como Asbestos o Radón, no abarcados en los alcances de este estudio. 4.4 Efectos en salud causados por exposición combinada a gases y material particulado respirable. Se han descrito algunos efectos que son producidos por el conjunto de monóxido de carbono, dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno y material particulado respirable. En general, existe CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 22 información respecto de la asociación del cáncer pulmonar y varios contaminantes en el aire. Recientemente se ha descrito que existe una asociación entre niveles elevados de material particulado respirable, CO, NO, NO2, SO2, Ozono y humo de leña durante el embarazo en el desarrollo del asma bronquial más tarde en la vida (Clark y Cols. 2010). 4.5 Guías de calidad de aire intradomiciliario de la Organización Mundial de la Salud (OMS) La OMS ha desarrollado guías de calidad de aire mediante las cuales recomienda a los países cumplir los límites a concentraciones ambientales de diferentes contaminantes. Estos límites se establecen a partir revisiones de la literatura científica acerca de los contaminantes investigados, las fuentes emisoras y sus emisiones, las concentraciones ambientales registradas, las vías de exposición, dosis y efecto en la salud. Las guías no son obligatorias, pero sirven para como herramientas mediante las cuales los gobiernos pueden tomar decisión acerca de las políticas de calidad de aire en sus países. Tabla 4-1. Recomendaciones de la OMS para concentraciones máximas de Monóxido de Carbono (CO) Tiempo promedio 15 minutos Concentración (µg/m3) 100 1 hora 35 8 horas 24 horas 10 7 Comentarios No se debiese alcanzar este nivel más de una vez al día No se debiese alcanzar este nivel más de una vez al día Promedio aritmético Promedio aritmético Tabla 4-2. Recomendaciones de la OMS para concentraciones máximas Dióxido de Nitrógeno (NO2) Tiempo promedio 1 hora Anual Concentración (µg/m3) 200 40 Comentarios Promedio aritmético Promedioaritméticoanual Tabla 4-3. Recomendaciones de la OMS para concentraciones máximas dióxido de Azufre (SO2) Tiempo promedio 10 minutos 24 horas Concentración (µg/m3) 500 20 Comentarios Promedioaritmético Promedioaritmético Nota: Las guías OMS de calidad de aire intradomiciliario no incluyen SO2, y estos valores corresponden son de las guías OMS de calidad de aire extradomiciliario. Tabla 4-4. Recomendaciones de la OMS para concentraciones máximas Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAP) Tiempopromedio Tiempo de vida Tiempo de vida Tiempo de vida Concentración (µg /m3) 1.2 0.12 0.012 Riesgo de cáncer 1/10000 1/100000 1/1000000 CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 23 Nota: El tiempo de vida parte aproximadamente desde el 30% de tiempo de vida sometido a esa exposición (Peña et al, 2001). Tabla 4-5. Material Particulado MP2.5y MP10 Material Particulado MP2.5 MP2.5 MP10 MP10 Tiempo promedio Concentración (µg/m3) 25 10 50 10 24 horas Anual 24 horas Anual Comentarios Promedioaritmético Promedioaritmético Promedioaritmético Promedioaritmético Nota: las guías de calidad de aire intradomiciliaria 2010 aceptan los valores de la guía de calidad de aire extradomiciliario (OMS, 2010). 5 FACTORES DE EMISIONES INTRADOMICILIARIAS En la búsqueda de bibliografía internacional se identificaron factores de emisión de distintas fuentes intradomiciliarias, entre las que se cuentan aparatos de combustión lo que se presentan en laTabla 5-1, en la cual se ha realizado una homologación de unidades para su comparación. Lo primero que se observa es que los factores de emisión calculados corresponderían a diversos estudios, por lo que la metodología de obtención del factor de emisión pudiera ser diferente, por otra parte, la información corresponde a estudios relativamente antiguos, realizados entre 1979 a 1987, no alcanzando a incluir necesariamente las últimas mejoras tecnológicas en combustión domiciliaria. Se observa, que en su mayoría la información es entregada en unidades de masa por energía, lo que facilita la comparación de artefactos de un mismo tipo pero de diferente tamaño, sobre todo de calefacción, donde la finalidad del equipo es la generación de energía calórica. Sin embargo, los factores de emisión de material particulado son entregados en unidades de masa por tiempo (mg/h), dado que la emisión está ligada al nivel de energía liberado los factores de emisión de masa por tiempo son más imprecisos que los de masa por energía al momento de comparar dos tecnologías diferentes. Respecto a los contaminantes considerados, es importante notar que las emisiones de material particulado son reportadas en partículas totales en suspensión (PTS), no indicándose que proporción de ellas corresponderían a la fracción respirable (MP10) y a la fracción fina (MP2.5), que es un punto relevante, dado que las normas actuales de calidad del aire ya no hacen mención a PTS.Si bien no se indican valores para hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs), se entregan valores para Benzo (a) Pireno, el cual corresponde a una parte importante de los HAPs. Por último, respecto a la descripción de los sistemas de combustión, y en particular de los de calefacción es muy imprecisa o muy agregada, no permitiendo tener un claro entendimiento del tipo de tecnología al cual corresponde el factor de emisión, ni tampoco su equivalente en la tecnología empleada en el país. CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 24 Todo lo antes señalado, refuerza la importancia de generar información local sobre emisiones de sistemas de combustión, tanto respecto a sus emisiones intradomiciliarias como extradomiciliarias. Tabla 5-1. Factores de emisión de fuentes intradomiciliarias Contaminante CO NO2 NO SO2 HCN PTS Artefacto Unidad FE Fuente Cocina a gas µg/kJ 61.7 ± 3.58 Borrazo et al. (1987) Horno µg/kJ 227 (155-382) Traynor et al. (1979) Cocina, quemador superior µg/kJ 212 (172-260) Traynor et al. (1979) Estufa a parafina, llama azul µg/kJ 125.9 Porter (1984) Estufa a parafina, llama azul Consumo reducido de combustible µg/kJ 1.4 Porter (1984) Estufa a parafina, llama blanca µg/kJ 23.9 Porter (1984) Estufa a parafina, llama blanca Consumo reducido de combustible µg/kJ 3 Porter (1984) Cocina a gas µg/kJ 10.5 ± 1.43 Borrazo et al. (1987) Horno µg/kJ 14.8 (10.5-40.2) Traynor et al. (1979) Cocina, quemador superior µg/kJ 20.3 (16.5-23.9) Traynor et al. (1979) Estufa a parafina, llama azul µg/kJ 4.7 Porter (1984) Estufa a parafina, llama azul Consumo reducido de combustible µg/kJ 1.15 Porter (1984) Estufa a parafina, llama blanca µg/kJ 7.2 Porter (1984) Estufa a parafina, llama blanca Consumo reducido de combustible µg/kJ 1.61 Porter (1984) Cocina a gas µg/kJ 16.8 ± 1.37 Borrazo et al. (1987) Horno µg/kJ 6.9 (3.3-11.9) Traynor et al. (1979) Cocina, quemador superior µg/kJ 7.4 (6.4-11.2) Traynor et al. (1979) Estufa a parafina, llama azul µg/kJ 0.1 Porter (1984) Estufa a parafina, llama azul Consumo reducido de combustible µg/kJ - Porter (1984) Estufa a parafina, llama blanca µg/kJ 14.4 Porter (1984) Estufa a parafina, llama blanca Consumo reducido de combustible µg/kJ 0.52 Porter (1984) Horno µg/kJ 0.2 (0.1-0.2) Traynor et al. (1979) Cocina, quemador superior µg/kJ 0.2 (0.1-0.2) Traynor et al. (1979) Horno µg/kJ 0.4 (1.1-0.5) Traynor et al. (1979) Cocina, quemador superior µg/kJ 0.02 Traynor et al. (1979) Cocina a gas, 1 quemador mg/h 1.9-30 U.S. Departament of Energy (1985) CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 25 B[a]p Horno mg/h 0.118-0.126 U.S. Departament of Energy (1985) Cocina a leña, hermética mg/h 2.5-8.7 Traynor et al. (1985) Cocina a leña, no hermética mg/h 16-230 Traynor et al. (1985) Sin cocina, background mg/h 1.1-1.6 Traynor et al. (1985) Estufa a parafina, radiante mg/h 0.13-0.16 U.S. Departament of Energy (1985) Estufa a parafina, convectiva mg/h 0.03-0.034 U.S. Departament of Energy (1985) Estufa a gas mg/h 0.21-3.23 U.S. Departament of Energy (1985) Estufa a leña mg/h 2.6 U.S. Departament of Energy (1985) Estufa a leña, hermética µg/h 0.02-0.76 Traynor et al. (1985) Estufa a leña, no hermética µg/h 2.2-57 Traynor et al. (1985) Sin estufa, background µg/h <0.01 Traynor et al. (1985) Fuente:Indoor Air Quality; A comprehensive reference book. New York, Elsevier, MARONI M., SEIFERT B. Y LINDVALL T. (1995).1103 p. Vol 3 Nota: El benzo(a)pireno, por tener un peso relativamente importante dentro de los HAPs se considera como su indicador Nota 2: PTS corresponde a partículas totales en suspensión, que incluyen PM10 y PM2.5. 6 EMISIONES TOTALES A LA ATMOSFERA No solo las emisiones emitidas directamente dentro del domicilio afectan a la salud de las personas en el ambiente intradomiciliario, también las emitidas por los sistemas de extracción y chimeneas tienen una capacidad potencial de afectar el ambiente intradomiciliario, esto es debido a que las viviendas intercambian aire en forma constante con el exterior cuando éstas son calefaccionadas, dado que el aire caliente tiende a subir y salir de la vivienda por su parte superior mientras que el aire frío exterior tiende a entrar por la parte inferior. Este intercambio, en condiciones adecuadas, es necesario y beneficioso para la salud de las personas, debido a que permiten liberar al exterior los contaminantes formados en el interior de las viviendas, remplazándolo por aire con menor concentración de contaminantes. Sin embargo, en condiciones de baja dispersión de contaminantes, como las que suelen suceder en periodo invernal, la capacidad de dispersión en la atmósfera de los contaminantes evacuados por las chimeneas domiciliarias se ve reducida, a causa de la escasa velocidad del viento y una menor altura de capa de mezcla, en donde dispersar los contaminantes. En dichas condiciones, las emisiones provenientes de las chimeneas tanto del propio domicilio, como de los hogares vecinos, tiende a saturar el aire externo, disminuyendo la capacidad de dilución de las concentraciones intradomiciliarias por incorporación de aire externo a la vivienda. Esto es lo que se observa, por ejemplo, en las CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 26 ciudades del sur de Chile, donde existe un alto uso de artefactos a leña con evacuación por chimenea. Por tal motivo, si bien la extracción de contaminantes desde los sistemas de combustión y su liberación a la atmósfera, como medida de reducción de las concentraciones intradomiciliarias, desde un punto de viste individual puede ser una práctica efectiva, su efectividad se ve reducida si se evalúa en términos globales, por la razones ya expresadas. Es por ello que en condiciones de alta densidad poblacional, la forma más efectiva de reducir el impacto de las emisiones provenientes de los sistemas de combustión domiciliarios, es reducir las emisiones, lo que permite disminuir tanto la generación de emisiones en el ambiente intradomiciliario, como preservar la calidad del aire externo a la vivienda, el cual pasará a ser parte del ambiente intradomiciliario a medida que ocurre el recambio de aire intradomiciliario por aire externo. Por lo antes expresado, al realizar una evaluación objetiva de los efectos en la salud de un sistema de calefacción, es necesario considerar tanto su efecto intradomiciliario, como extradomiciliario. Por otra parte, dado que el fin último de la combustión intradomiciliaria es obtener energía calórica dentro del domicilio, es conveniente que la valoración de su potencial de emisión tome en consideración, tanto las emisiones generadas como la energía útil aportada por el sistema de calefacción al domicilio. En este sentido, es importante considerar que los sistemas con evacuación de emisiones por chimenea, junto con dichas emisiones liberan una parte de la energía generada a la atmósfera, cuyo nivel dependerá de los sistemas de transferencia de calor con que cuente el ducto de la chimenea. De lo antes expuesto es posible concluir que una adecuada evaluación de las características de los distintos sistemas de calefacción, respecto a sus emisiones debiera considerar; • Emisiones intradomiciliarias • Emisiones extradomiciliarias • y la relación entre dichas emisiones y la energía útil de calefacción. Respecto a la metodología utilizada en la estimación de emisiones de combustión domiciliaria en los inventarios nacionales, esta corresponde básicamente a la utilización de factores de emisión. Los factores de emisión, son tasas de emisión por nivel de actividad, como los mostrados en la Tabla 6-1, los cuales corresponden los factores de emisión propuestos por la EEA3 para unidades de combustión residencial. Dependiendo de la información que suele estar disponible para cuantificar el nivel de actividad, los factores pueden ser más específicos, en el caso de la 3 EEA: EuropeanEnviromente Agency CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 27 Tabla 6-1, los factores son de tipo general y solo distinguen el tipo de combustible utilizado por la unidad de combustión. Sin embargo, ese tipo de información es útil para identificar los posibles contaminantes asociados a cada tipo de fuente emisora y su emisión relativa, se puede observar que para este tipo de fuentes la EAA considera relevante las emisiones de; MP10, NOx, CO, SOxe Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs). Se observa también en que la emisión es expresada en gramos por energía consumida (gr/GJ) y que el gas presenta las menores emisiones frente a combustibles líquidos y biomasa. Es interesante también notar el alto nivel de emisiones de CO, MP10 y HAPs asociada a la biomasa y el mayor nivel de MP10, SO2 y HAPs de los combustibles líquidos frente al Gas. Tabla 6-1. Factores de emisión externa de sistemas de calefacción según la Unión Europea g/GJ Gas Comb. Líquidos Leña Doble Cámara 0,5 10,0 50,0 50,0 50,0 100,0 0,5 140,0 0,6 50000,0 240,0 90,0 3.000,0 20,0 100000,0 Indenod(1,2,3-cd)pireno Benzo (k)fluoretano Benzo(b) fluoretano Benzo(a) pireno HAP SO2 CO NOx MP10 Combustible Contaminante Criterio µg/GJ 0,8 0,8 60000,0 30000,0 0,8 40000,0 90000,0 60000,0 40000,0 Nota1: Para Chile contenido de azufren en kerosene 350 ppm y en GLP 80 ppm. Fuente: EMEP/EEA air pollutantemissioninventoryguidebook — 2009, Cap. 1-a-4 Small Cobustion, Table 313,3-21 y 3-25, considera porcentaje de azufre en combustibles líquidos de 3000 ppm en masa. CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 28 Factores de Emisión MP10 de Combustión Residencial Según la Unión Europea Gas vs Comb. Líquidos 12,0 10,0 g/GJ 8,0 6,0 4,0 MP10 2,0 0,0 Gas Comb. Líquidos Figura 6-1. Factor de emisión de MP10 Gas v/s Combustibles Líquidos Factores de Emisión NOx de Combustión Residencial Según la Unión Europea Gas vs Comb. Líquidos 60,0 50,0 g/GJ 40,0 30,0 NOx 20,0 10,0 0,0 Gas Comb. Líquidos Figura 6-2. Factor de emisión de NOx Gas v/s Combustibles Líquidos CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 29 Factores de Emisión CO de Combustión Residencial Según la Unión Europea Gas vs Comb. Líquidos 120,0 100,0 g/GJ 80,0 60,0 40,0 CO 20,0 0,0 Gas Comb. Líquidos Figura 6-3. Factor de emisión de CO Gas v/s Combustibles Líquidos Factores de Emisión SOx de Combustión Residencial Según la Unión Europea Gas vs Comb. Líquidos 160,0 140,0 g/GJ 120,0 100,0 80,0 60,0 SOx 40,0 20,0 0,0 Gas Comb. Líquidos Figura 6-4. Factor de emisión de SOx Gas v/s Combustibles Líquidos CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 30 Factores de Emisión MP10 de Combustión Residencial Según la Unión Europea Gas vs Leña 300,0 250,0 g/GJ 200,0 150,0 100,0 MP10 50,0 0,0 Gas Leña Doble Cámara Figura 6-5. Factor de emisión de MP10Gas v/s Leña g/GJ Factores de Emisión NOx de Combustión Residencial Según la Unión Europea Gas vs Leña 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 NOx Gas Leña Doble Cámara Figura 6-6. Factor de emisión de NOx Gas v/s Leña CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 31 Factores de Emisión CO de Combustión Residencial Según la Unión Europea Gas vs Leña 3.500,0 3.000,0 g/GJ 2.500,0 2.000,0 1.500,0 CO 1.000,0 500,0 0,0 Gas Leña Doble Cámara Figura 6-7. Factor de emisión de CO Gas v/s Leña Factores de Emisión SOx de Combustión Residencial Según la Unión Europea Gas vs Leña 25,0 g/GJ 20,0 15,0 10,0 SOx 5,0 0,0 Gas Leña Doble Cámara Figura 6-8. Factor de emisión de SOxGas v/s Leña CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 32 6.1 Emisiones de calefacción domiciliaria En la estimación de las emisiones provenientes de combustión residencial, se ha realizado utilizando la metodología empleada en los últimos años en los inventarios nacionales. La estimación incluyo Temuco-Padre las Casas, Concepción y Región Metropolitana. La metodología se basa en el uso de factores de emisión, en base a consumo de combustible en masa, y difiere con la planteada por la unión europea, la cual se basa en el consumo energético. A continuación se detallada la metodología utilizada para gas licuado, kerosene y leña. Gas Licuado El gas licuado que se consume es una mezcla de propano y butano, en porcentajes variables dependiendo de la disponibilidad de ellos, ambos hidrocarburos son reactivos en el aire contribuyendo al Smog fotoquímico.Las emisiones que se producen al usar este combustible dependen del diseño de los quemadores y de la ventilación del flujo de gas; un mal diseño, un bloqueo de la ventilación e insuficiente aire provoca una combustión incompleta produciendo emisiones de CO y de hidrocarburos CXHY. Las emisiones de NOX se producen en función de la temperatura, del exceso de aire y de la mezcla combustible/aire. Las emisiones de SO2 dependen directamente de la cantidad de azufre contenida en el combustible. Para lo cual, la estimación de sus emisiones queda definida por la Ecuación 6-1y los factores utilizados son los propuestos en laTabla 6-2. E = FE × (NA − % de Fµga) Ecuación 6-1 Ecuación para la estimación de emisiones de Gas Licuado dónde: E : Emisiones del contaminante en estudio [ton/año] FE : Factor de emisión del contaminante para GLP [ton/kg combustible] NA : Nivel de actividad, consumo anual de GLP [kg/año] Tabla 6-2 Factores de Emisión propuestos para la estimación de emisiones de GLP Contaminante MP10 MP2.5 CO NOX COV SO2 FE (Kg/ton GLP) 0,061* 0,061* 0,403* 1,983* 0,159* 0,0031* NH3 0,0037** Fuente * CARB, 1993. Charter 7. Miscellaneous Processes Methodologies, section Residential Distillate Oil/LPG Combustion http://www.arb.ca.gov/ei/areasrc/fullpdf/full73.pdf ** Dickson R.J. et al., 1991. Development of the Ammonia Emission Inventory for the Southern California Air Quality Study Report prepared for the California Air Resources Board, Sacramento CA by RADIAN Corporation, Sacramento CA. Kerosene CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 33 El kerosene es un derivado del petróleo obtenido de su destilación. Su uso residencial corresponde principalmente para la calefacción durante los meses de invierno. En Chile se ha introducido un nuevo tipo de estufa denominada “catalítica” la cual utiliza un kerosene de composición distinta al kerosene convencional. A la fecha no existen datos nacionales de tasas de emisión para este tipo de estufa, la metodología presentada no hace distinción entre éstas El método de cálculo para este rubro queda definido por laEcuación 6-2, en tanto los factores de emisión utilizados pueden ser observados en la Tabla 6-3. E = FE × NA Ecuación 6-2 Ecuación para la estimación de emisiones de Kerosene Tabla 6-3. Factores de Emisión propuestos para la estimación de emisiones de kerosene. Contaminante MP10 MP2.5 CO NOX COV SO2 FE (Kg/m3Kerosene)* 0,12701 0,09761 0,588 2,1168 0,08232 5,00976 Fuente AP 42, 1998 (corregida 2010). Fifth Edition, Volume I. Chapter 1: External Combustion Sources. Section 1.3: Fuel Oil Combustion. Disponible en: http://www.epa.gov/ttn/chief/ap42/ch01/final/c01s03.pdf Leña Las emisiones de contaminantes producto de la quema de leña se calculan de forma general mediante el nivel de actividad y factores de emisión. Sin embargo, las emisiones presentan una gran variabilidad que no sólo depende del total de leña utilizada en un período de tiempo, sino que depende de otros elementos que condicionan las emisiones, entre los que destacan la forma de encendido y tipo de operación (Nussbaumer et al, 2008), el equipo de combustión, su eficiencia, la especie vegetal utilizada y su humedad. Toda esta información está a su vez, íntimamente relacionada a los factores de emisión existentes. Al igual que en los casos anteriores, la estimación de emisiones por combustión de leña se realiza multiplicando los consumos de leña por un factor de emisión presentados en la Tabla 6-4(representados por laEcuación 6-2) CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 34 Tabla 6-4. Factores de Emisiones de Leña según artefactos, niveles de humedad y operación. Factor de Emisión (gr/kg) Humedad Artefacto Contaminante (%) Mala Operación 0– > 20 20 MP10 19,2 30,9 MP2.5 18,6 30,1 CO 126,3 401,0 Cocina a Leña NOX 1,3 1,3 COV 114,5 363,5 SO2 0,2 0,2 Combustión MP10 15,0 24,2 76,0 Lenta / MP2.5 14,6 23,5 73,9 Calefactor a CO 115,4 266,4 584,7 leña sin NOX 1,4 1,4 14,4 templador / COV 26,5 84,1 134,3 Calefactor a SO2 leña con 0,2 0,2 0,2 templador / Insert Salamandra MP10 17,3 27,9 / Chimenea MP2.5 16,8 27,1 tradicional / CO 126,3 401,0 Brasero / NOX 1,3 1,3 Horno de COV 114,5 363,5 barro o SO2 ladrillo / 0,2 0,2 Otro Fuente DICTUC, 2007. Actualización del Inventario de Emisiones de Contaminantes Atmosféricos en la Región Metropolitana 2005. Disponible en: http://www.conama.cl/rm/568/articles41184_Dictuc0InfFinalInventario.pdf GAMMA INGENIEROS S.A., 1997. Diseño y Evaluación de las Nuevas Medidas para Fuentes Fijas Contenidas en el PPDA. Línea de Trabajo Nº 4: Análisis del Mercado de Equipos de Calefacción Residencial a Biomasa actualizado al año 2006. Disponible en: http://www.conama.cl/rm/568/articles41184_GammaL4.pdf A continuación se muestran los resultados obtenidos en la estimación de emisiones de calefacción domiciliaria para la Región Metropolitana, Temuco - Padre las Casas y Concepción. Dichos resultados fueron estimados con niveles de actividad entregados por SEC, CASEN (2006) y encuesta domiciliaria de leña de la Universidad de la Frontera, la metodología de estimación de emisiones empleada en el inventario de la RM. Para la estimación de gas y parafina se utilizaron los niveles de actividad reportados por la Superintendencia de Electricidad y Combustibles (SEC), de los años 2007 tanto para TemucoPadre las Casas como Concepción y 2009 para la Región Metropolitana, además de los datos aportados por la encuesta CASEN 2006. Respecto a la información utilizada en la estimación de consumo de leña de Temuco-Padre las Casas y Concepción, esta fue obtenida de la encuesta realizada por CENMA durante el año 2009, la cual fue ejecutada por la U. de la Frontera y la U. Católica de Temuco, para la Región CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 35 Metropolitana los datos correspondieron a los descritos en el Estudio “Análisis del Potencial Estratégico de la Leña en la Matriz Energética Chilena”, realizado por la SEC el año 2005. Participación de combustibles utilizados en combustión residencial En laTabla 6-5y Tabla 6-6Tabla 6-6 y Figura 6-9 a Figura 6-12es posible observar, que en la RM el mayor consumo de energía utilizada en calefacción corresponde a; GPL (81%), en segundo término a kerosene (15%) por último leña (4%). Mientras que en Temuco existe un consumo mayoritario de leña, con poca participación del GLP y el kerosene, siendo la distribución de consumo en Temuco de; GLP (4%), kerosene (1%) y leña (96%). Por último, en Concepción si bien el principal combustible consumido corresponde a la leña, existe también cierta participación del GLP, siendo el porcentajes de participación de los distintos combustibles; GLP (18%), kerosene (4%) y leña (78%). Emisiones de MP10 Respecto a las emisiones MP10, en la Tabla 6-7 y Figura 6-13 aFigura 6-16vemos una importante aporte de la leña en las emisiones de las tres regiones, siendo responsable de prácticamente un 100% de las emisiones de combustión residencial en Temuco-Padre las Casas y Concepción. En la RM la emisión deMP10 asociada a leña alcanza un 96% a pesar de solo tener un 4% de participación en la matriz energética. Las emisiones del GLP corresponden al 3% y del kerosene al 1% de las emisiones totales Emisiones de CO Respecto a las emisiones CO, en laTabla 6-8 y Figura 6-13 a Figura 6-16, otra vez vemos una importante aporte de la leña en las emisiones de las tres regiones, siendo responsable de prácticamente un 100% de las emisiones de combustión residencial en Temuco-Padre las Casas y Concepción. En la RM la emisión de CO asociada a leña alcanza un 98% mientras que las emisiones del GLP y el kerosene corresponden al 1%, en ambos casos. Emisiones de NOx Respecto a las emisiones NOx, en laTabla 6-9 y Figura 6-21aFigura 6-24, vemos que a pesar de que la leña es un combustible con baja emisión de NOx debido a su baja temperatura de combustión en comparación al GLP y el kerosene, dado su alto consumo en las ciudades de Temuco y Concepción, su aporte también es mayoritario con 98% y un 91% respectivamente. En la RM dado que las emisiones por unidad de energía del GLP y el kerosene son similares, se observa una correspondencia con la participación de estos dos combustibles en el consumo de energía, la participación del GLP en las emisiones corresponden a un 79%, mientras que las del kerosene corresponden a un 20%, la leña tiene una escaza participación de un 1%. Emisiones de SO2 Respecto a las emisiones SO2, en la Tabla 6-10 y Figura 6-25 a Figura 6-28, se observa en Temuco y Concepción una importante participación de la leña en las emisiones SO2 seguida por las emisiones del kerosene, si bien esto se debe a la alta participación de la leña en la matriz energética respecto al total de combustible usados en dicha ciudad, pues el contenido CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 36 de azufre en la leña y por lo tanto la emisión asociada de SO2 es pequeña, frente a otros combustibles como el kerosene. Respecto a la RM, si bien el kerosene solo tiene una participación del 15% en la energía utilizada en calefacción domiciliaria, su participación en las emisiones de SO2 es mayoritaria con un 99% de las emisiones, lo sigue la leña con un 4,4% y el GLP con solo un 0,93% de las emisiones de SO2. Tabla 6-5 Nivel de actividad para GLP, Kerosene y Leña Dominio Geográfico Temuco-Padre las Casas Concepción Región Metropolitana Consumo Anual GLP (ton) 2768,95 Consumo Anual de Consumo de leña (m3) Kerosene (m3) 988,32 579385 14382,02 303272,09 4190,78 73246 518864,02 68013,00 Tabla 6-6 Energía consumida por tipo de Combustible (GJ) Combustible GLP kerosene Leña Total Región Metropolitana Energía Participación (GJ) (%) 15360,91 81% 2756,71 15% 840,88 4% 18958,51 100% Temuco-PLC Energía Participación (GJ) (%) 132,10 3% 23,69 1% 3.545,42 96% 3.701,21 100% Concepción Energía Participación (GJ) (%) 728,46 18% 157,73 4% 3.175,08 78% 4.061,26 100% Participación porcentual de energía consumida por tipo de combustible utilizado en calefacción domciliaria 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Leña kerosene GLP E (GJ) (%GJ) E GJ) Figura 6-9. Participación porcentual de energía consumida por tipo de combustible utilizado en calefacción domiciliaria CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 37 Participación porcentual de energía consumida en calefacción domiciliaria en la Región Metropolitana 15% 4% GLP kerosene 81% Leña Figura 6-10. Participación porcentual de energía consumida por tipo de combustible utilizado en calefacción domiciliaria en la RM año 2010 Participación porcentual de energía consumida en calefacción domiciliaria en Temuco -PLC 3% 1% GLP kerosene Leña 96% Figura 6-11. Participación porcentual de energía consumida por tipo de combustible utilizado en calefacción domiciliaria en Temuco y Padre las Casas año 2009 CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 38 Participación porcentual de energía consumida en calefacción domiciliaria en Concepción 18% 4% GLP kerosene 78% Leña Figura 6-12. Participación porcentual de energía consumida por tipo de combustible utilizado en calefacción domiciliaria en Concepción año 2009 Tabla 6-7 Emisiones de MP10asociado a calefacción domiciliaria en la RM, Temuco y Padre las Cases y Concepción (ton/año) Combustible GLP kerosene Leña Total Región Metropolitana Emisión Participación (Ton/año) (%) 18,5 3% 9,3 1% 600,86 96% 628,66 100% Temuco-PLC Emisión Participación (Ton/año) (%) 0,16 0% 0,08 0% 7304,36 100% 7.304,60 100% CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 39 Concepción Emisión Participación (Ton/año) (%) 0,88 0% 0,53 0% 7052,58 100% 7.053,99 100% Participación porcentual en emisiones de MP10 de combustible usados en calefacción residencial 100% 90% 80% 70% 60% Leña 50% kerosene 40% GLP 30% 20% 10% 0% RM Temuco Concepcion Figura 6-13. Participación porcentual de emisiones de MP10 por tipo de combustible utilizado en combustión residencial Participación porcentual en emisiones de MP10 de combustibles utilizados en combustión residencial Región Metropolitana 3% 1% GLP kerosene Leña 96% Figura 6-14. Participación porcentual de emisiones de MP10 por tipo de combustible utilizado en combustión residencial en la Región Metropolitana CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 40 Participación porcentual en emisiones de MP10 de combustibles utilizados en combustión residencial Temuco-Padre las Casas GLP kerosene Leña 100% Figura 6-15. Participación porcentual de emisiones de MP10 por tipo de combustible utilizado en combustión residencial en Temuco –Padre las Casas Participación porcentual en emisiones de MP10 de combustibles utilizados en combustión residencial Concepción GLP kerosene Leña 100% Figura 6-16. Participación porcentual de emisiones de MP10 por tipo de combustible utilizado en combustión residencial en Concepción CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 41 Tabla 6-8 Emisiones de CO emitida, por tipo de combustible en la RM, Temuco –Padre las Casas y Concepción (ton/año) Combustible GLP kerosene Leña Total Región Metropolitana Emisión Participación (Ton/año) (%) 122,24 1% 43,07 1% 9.039,37 98% 9.204,68 100% Temuco- PLC Emisión Participación (Ton/año) (%) 1,05 0% 0,37 0% 68.595,41 100% 68.596,83 100% Concepción Emisión Participación (Ton/año) (%) 5,80 0% 2,46 0% 57.384,49 100% 57.392,75 100% Participación porcentual en emisiones de CO de combustible usados en calefacción residencial 100% 80% 60% 40% 20% 0% RM Temuco GLP kerosene Concepción Leña Figura 6-17. Participación porcentual de emisiones de CO por tipo de combustible utilizado en combustión residencial CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 42 Participación porcentual en emisiones de CO de combustibles utilizados en combustión residencial Región Metropolitana 1% 1% GLP kerosene Leña 98% Figura 6-18. Participación porcentual de emisiones de CO por tipo de combustible utilizado en combustión residencial en la Región Metropolitana, año base 2010 Participación porcentual en emisiones de CO de combustibles utilizados en combustión residencial Temuco - Padre las Casas 1% 1% GLP kerosene Leña 98% Figura 6-19. Participación porcentual de emisiones de CO por tipo de combustible utilizado en combustión residencial en Temuco y Padre las Casas, año base 2009 CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 43 Participación porcentual en emisiones de CO de combustibles utilizados en combustión residencial Concepción GLP kerosene Leña 100% Figura 6-20. Participación porcentual de emisiones de CO por tipo de combustible utilizado en combustión residencial en Concepción, año base 2009 Tabla 6-9 Emisiones de NOx emitida, por tipo de combustible en la RM, Temuco –Padre las Casas y Concepción (ton/año) Combustible GLP kerosene Leña Total Región Metropolitana Emisión Participación (Ton/año) (%) 601,27 79% 155,05 20% 8,09 1% 764,41 100% Temuco-PLC Emisión Participación (Ton/año) (%) 5,17 2% 1,33 0% 326,92 98% 333,42 100% CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 44 Concepción Emisión Participación (Ton/año) (%) 28,51 7% 8,87 2% 352,03 91% 389,41 100% Participación porcentual en emisiones de NOx de combustible usados en calefacción residencial 100% 80% 60% 40% 20% 0% RM Temuco GLP kerosene Concepción Leña Figura 6-21. Participación porcentual de emisiones de NO x por tipo de combustible utilizado en combustión residencial Participación porcentual en emisiones de NOx de combustibles utilizados en combustión residencial Región Metropolitana 20% 1% GLP kerosene 79% Leña Figura 6-22. Participación porcentual de emisiones de NO x por tipo de combustible utilizado en combustión residencial en la Región Metropolitana, año base 2010 CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 45 Participación porcentual en emisiones de NOx de combustibles utilizados en combustión residencial Temuco - Padre las Casas 2% 0% GLP kerosene Leña 98% Figura 6-23. Participación porcentual de emisiones de NO x por tipo de combustible utilizado en combustión residencial en Temuco y Padre las Casas, año base 2009 Participación porcentual en emisiones de NOx de combustibles utilizados en combustión residencial Concepción 7% 2% GLP kerosene Leña 91% Figura 6-24. Participación porcentual de emisiones de NO x por tipo de combustible utilizado en combustión residencial en Concepción, año base 2009 CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 46 Tabla 6-10 Emisiones de SO2 emitida, por tipo de combustible en la RM, Temuco –Padre las Casas y Concepción (ton/año) Combustible GLP kerosene Leña Total Región Metropolitana Emisión Participación (Ton/año) (%) 0,93 0% 366,94 99% 4,4 1% 372,27 100% Temuco Emisión Participación (Ton/año) (%) 0,01 0% 3,15 7% 43,45 93% 46,61 100% Concepción Emisión Participación (Ton/año) (%) 0,04 0% 20,99 31% 46,7 69% 67,73 100% Participación porcentual en emisiones de SO2 de combustibles utilizados en combustión residencial 100% 80% 60% 40% 20% 0% RM Temuco GLP kerosene Concepción Leña Figura 6-25. Participación porcentual de emisiones de SO2 por tipo de combustible utilizado en combustión residencial, año base 2009 CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 47 Participación porcentual en emisiones de SO2 de combustibles utilizados en combustión residencial para la Región Metropolitana 1% 0% GLP kerosene Leña 99% Figura 6-26. Participación porcentual de emisiones de SO2 por tipo de combustible utilizado en combustión residencial en la Región Metropolitana, año base 2009 Participación porcentual en emisiones de SO2 de combustibles utilizados en combustión residencial para la Temuco-Padre las Casas 0% 7% GLP kerosene Leña 93% Figura 6-27. Participación porcentual de emisiones de SO2 por tipo de combustible utilizado en combustión residencial en Temuco-Padre las Casa, año base 2009 CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 48 Participación porcentual en emisiones de SO2 de combustibles utilizados en combustión residencial para la Concepción 0% 31% GLP kerosene 69% Leña Figura 6-28. Participación porcentual de emisiones de SO2 por tipo de combustible utilizado en combustión residencial en Concepción. 7 METODOLOGÍA DE MEDICIÓN DE EMISIÓN DE ESTUFAS CON TÚNEL DE VIENTO 7.1 Antecedentes El cálculo de emisiones de un contaminante determinado emitido por la combustión de las estufas en la cámara de pruebas del túnel, está basado en el principio de conservación de masa. Luego, el supuesto del estudio es que la masa total del contaminante que sale del túnel es la suma de la masa que entra al túnel en el flujo de aire, más la masa agregada por el proceso emisor. El balance de flujos de masa está dado por Cb u dA Q Ct u dA 1 2 Donde las integrales 1 y 2 representan el flujo de masa a través de las secciones de entrada y de salida del túnel y las cantidades corresponden a: Cb concentración de contaminante X en el aire de entrada al túnel (g/m3) Ct concentración de contaminante X total, a la salida del túnel (g/m3) CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 49 Q tasa de emisión de contaminante X desde el proceso emisor (g/s) u velocidad del aire (m/s), en la sección de salida del túnel. dA elemento de área transversal Considerando que: Concentración de entrada Cb del túnel es constante. En la sección de salida donde se mide la concentración total Ct, se supone que se ha producido una mezcla total del contaminante con el flujo de aire y Ct es constante a través de esa sección del túnel. El caudal de aire (flujo volumétrico Fv) se mantiene constante durante el ensayo, por lo tanto, la expresión anterior se reduce a Fv * Cb + Q = FV * Ct Finalmente, la emisión desde el proceso ensayado será determinada por la expresión Q = Fv * ( Ct - Cb ) 7.2 Descripción del túnel De acuerdo a lo presentado en la Figura 7-1 el túnel de medición comprende tres zonas: a. Zona de admisión, tranquilización y medición de aire de entrada: Es zona de entrada en la cual se toma aire ambiente, se filtra (para eliminar particulado más grueso), se tranquiliza y se mide el caudal de entrada (temperatura, presión y velocidad). b. Zona de Pruebas: es la zona donde se instalarán los artefactos de calefacción, la cual tiene unos 2.4 x2.4 metros de sección y unos 3.6 metros de largo (aprox 20m3) y correspondería aproximadamente al tamaño de una habitación. Las paredes del túnel son de termopanel, lo que asegurará que exista un mínimo de transferencia de calor con el medio ambiente, condición necesaria para evaluar la generación de energía por parte de los aparatos de calefacción. c. Zona de extracción de aire y medición: es la zona de descarga de aire, comprendiendo de ducto de extracción, zona de muestreo (gases y particulado), filtro grueso de descarga y ventilador de extracción (axial o centrífµga). La zona de prueba está unida a las zonas de admisión y extracción por secciones de transición que aseguran flujo homogéneo de aire en la zona de prueba, el largo total del túnel es aproximadamente 22 m. Si se mantiene un flujo de aire homogéneo y conocido en la zona de prueba, el aumento de concentración de contaminantes después de la zona de prueba se deberá a las emisiones en ella. Si durante el ensayo se muestrea a tasa uniforme antes y después de la zona de prueba, CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 50 se podrá determinar con buena exactitud la emisión de contaminantes, generados dentro de túnel, descontando la influencia de emisiones externas. Zona de extracción Zona de Pruebas Zona de admisión Figura 7-1 Túnel de Ensayos de CENMA El flujo de aire a través del sistema se asegura por medio de un ventilador de caudal variable montado al extremo del ducto de entrada de aire. Este ventilador se opera, en una medición dada, a velocidad constante, asegurando un flujo másico de aire conocido a través del sistema. Adicionalmente, al costado de la zona de pruebas el túnel cuenta con una sala de control, lugar donde se instalaron los rack con los monitores de gases, los cuales está conectados a los puntos de medición (toma muestras) mediante mangueras de teflón. 7.3 Estimación de emisiones a partir de mediciones en túnel La Figura 7-2representa en forma esquemática una prueba para estimar emisiones en el túnel. Medición final de SO2, NO, NO2, NOx, CO, MP10, MP2.5, HAP Ensayo controlado de artefactos Medición inicial de SO2, NO, NO2, NOx, CO, MP10, MP2.5, HAP Dirección del aire Figura 7-2 Esquema de medición de emisiones en túnel El caudal de aire a través del túnel fue calibrado y mantenido constante durante todo el período de mediciones. Inicialmente se consideró el caudal necesario para renovar el aire en una habitación de 50m3 en una hora, es decir 50m3/h (0.83 m3/min), valor utilizado en otros estudios, entre ellos “Eficiencia energética: estudio comparativo del desempeño de CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 51 calefactores residenciales no conectados, de tipo portátil” realizado por DICTUC para SERNAC en el año 2010. Sin embargo, durante las pruebas preliminares se observó que a niveles tan bajos de caudal, en condiciones de aumento de temperatura en la zona de pruebas ocurrían fenómenos de retorno de flujo, por lo que fue necesario aumentar el caudal hasta un nivel aproximado de 23 m3/min, con velocidades de circulación del orden de 0,4 m/s. En lasTabla 7-1 se detalla las características del equipamiento utilizado en las mediciones. Tabla 7-1 Instrumentos a utilizar en túnel sección entrada variable Equipo Medición en sección entrada NO, NO2, NOx Monitor continuo SO2 Monitor continuo CO Monitor continuo MP10 Monitor continuo MP2.5 Monitor continuo MP10y MP2.5 Muestrador gravimétrico Veloc. Aire Anemo ultrasónico Temp y HR Sensor PT100 y Humicap Medición en sección salida NO, NO2, NOx Monitor continuo SO2 Monitor continuo CO Monitor continuo MP10 Monitor continuo MP2.5 Monitor continuo MP10y MP2.5 Muestrador gravimétrico Veloc. Aire Anemo ultrasónico Temp y HR Sensor PT100 y Humicap Marca Rango Resolución Thermo Scientific Teledyne-API Teledyne-API Thermo Scientific Thermo Scientific Andersen 0 – 100 ppm 0 – 10 ppm 0 – 10000 ppm 0 – 10000 µg/m3 0 – 10000 µg/m3 0 – 10000 µg/m3 para MP10 0 – 60 m/s -40 a 60°C 0.8 a 100% 0.4 ppb 1 ppb 0.04 ppm 1 µg/m3 1 µg/m3 n/a 0 – 100 ppm 0 – 10 ppm 0 – 10000 ppm 0 – 10000 µg/m3 0 – 10000 µg/m3 0 – 10000 µg/m3 para MP10 0 – 60 m/s -40 a 60°C 0.8 a 100% 0.4 ppb 1 ppb 0.04 ppm 1 µg/m3 1 µg/m3 n/a RM Young Vaisala Thermo Scientific Thermo Scientific Thermo Scientific Thermo Scientific Thermo Scientific Andersen RM Young Vaisala 0.01 m/s 0.2°C < 3% 0.01 m/s 0.2°C < 3% La Figura 7-3 presenta la instalación de los equipos para medición continua de gases, la muestra fue conducida desde los sectores de toma de muestra a la sala de control mediante mangueras de teflón. Durante el transcurso de la experiencia se registraron las concentraciones instantáneas, como promedio de 1 minuto, y su evolución en el tiempo a través de gráficos, por medio de dos procesadores, permitiendo tener un estrecho control de las condiciones en la entrada, salida y sala de ensayos. CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 52 Equipos para medición de gases en entrada túnel Equipos para medición de gases en salida túnel Figura 7-3Equipos instalados en sala de control para medición de gases en secciones de entrada y salida de túnel Para la medición de la velocidad del aire al interior del túnel (en zonas de admisión y extracción) se utilizó un anemómetro ultrasónico (RM Young, modelo 81000) con rango de medición de 0 a 40 m/s y una resolución de 0.01 m/s. Este instrumento permite, medir tanto la velocidad como la dirección del viento en elevación y azimut, información que sirvió para monitorear la estabilidad del flujo en la entrada y salida del túnel. Figura 7-4 Anemómetro ultrasónico RM Young modelo 81000 CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 53 Las concentraciones de gases y material particulado (en zonas de admisión y extracción) fueron medidas con analizadores continuos que permiten promedios con resoluciones de 1 minuto, instalando el cabezal de los equipos de MP y toma muestras de los equipos de gases en la sección central de los ductos de acuerdo a lo ilustrado en Figura 7-1 y Figura 7-7. Dada la restricción de velocidades necesarias para evitar devolución de flujo en el túnel, y a que el material particulado correspondió prácticamente en su totalidad a la fracción fina MP2.5, no fue posible estimar su emisión a partir de los registros de monitoreo continuo. Debiéndose recurrir a la información de los monitores gravimétricos para su determinación. Beta MP2.5 Beta MP10 Muestreador gravimétrico (Dicótomo) MP2.5, MP10 Anemómetro Figura 7-5 cabezales de equipos de monitoreo y muestreo de MP y Anemómetro ultrasónico ubicados al interior del túnel (sección salida) La respuesta de los instrumentos de medición de concentraciones se puede suponer instantánea. La tasa de emisión Q será variable en función del tiempo, de acuerdo a la variación de intensidad de las emisiones durante el período de ensayo. Integrando en el tiempo, se estimará la emisión total para el proceso ensayado. CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 54 Figura 7-6Monitores Beta instalados e túnel de viento La medición de óxidos de nitrógeno NOxse realizó con un analizador Termo Scientific modelo 42i el cual utiliza el principio de quimioluminiscencia para detectar las concentraciones de los óxidos de nitrógeno (NO y NO2) en el aire. La metodología es considerada de referencia por la norma chilena de calidad de aire (DS 114/2002) y la USEPA (aprobación RFNA-1289074), permitiendo medir concentraciones en diferentes rangos (0-0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 5, 10, 20, 50 y 100 ppm), con resolución desde 0.4 ppb. La medición de dióxido de azufre (SO2) se realizó con un analizador Termo Scientific modelo 43i y Teledyne-API modelo 100E, los cuales utilizan la tecnología de Fluorescencia Pulsante UV, que permite una medición de más estable en el tiempo junto con una mayor duración de la lámpara UV. La metodología es considerada de referencia por la norma chilena de calidad de aire (DS 113/2002) y la USEPA (aprobación EQSA-0486-060 y EQSA-0495-100), permitiendo medir concentraciones en diferentes rangos (0-0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 5, y 10 ppm), con resolución desde 1 ppb. La medición de monóxido de carbono (CO) se realizó con un analizador Termo Scientific modelo 48i y Teledyne-API modelo 100E, los cuales utilizan la tecnología de correlación de filtros de gas (IR), que permite la medición de monóxido de carbono sin interferencia por parte de otros gases. La metodología es considerada de referencia por la norma chilena de calidad de aire (DS 115/2002) y la USEPA (aprobación RFCA-0981-054 y RFCA-1093-93), permitiendo medir concentraciones en diferentes rangos desde 1 a 10.000 ppm, con resolución desde 0.04 ppm. Por su gran estabilidad y bajo límite de detección los equipos para medición de gases utilizados en este estudio son los preferidos por la mayoría de las redes de medición de calidad de aire en el mundo, incluida la Red de Medición de Contaminantes Atmosféricos CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 55 (MACAM) en Santiago. Y contrastan por su alta calidad y precisión, con los utilizados en otros estudios de estufas realizados a nivel nacional, en donde se han utilizados metodologías simplificadas de medición. Como medidas de control y aseguramiento de calidad, los monitores de gases fueron calibrados al menos una vez a la semana con patrones considerados de referencia para estos fines (calibradores de flujo BIOS definer, dilutores, generadores de aire cero y cilindro de gases protocolo EPA). La medición continua se material particulado MP10 y MP2.5fue realizada con equipos de atenuación Beta marca ThermoScientific considerado de referencia por la norma chilena (DS59/1998) y la USEPA. Dada la baja concentración de MP10 y MP2.5que se esperaba monitorear, en comparación a la presente en el aire de la RM, se decidió realizar adicionalmente muestreos con equipos gravimétricos dicótomo (marca Andersen, modelo SA241), el cual permitió tomar muestras del MP10 en 2 filtros (de 37mm de diámetro), uno para la fracción fina (MP2.5) y otro para la fracción gruesa (>MP2.5). El pesaje inicial y final de los filtros para dicótomos fue realizado en la sala de balanzas del laboratorio de Química de CENMA, el cual está acreditado ISO17025 por INN y el Ministerio del Medio Ambiente de Quebec. La Figura 7-7 muestra el equipo dicótomo y algunos filtros ya impactados, los amarillos corresponden a la fracción MP2.5 mientras los blancos corresponden a la fracción denominada gruesa (entre MP2.5y MP10). Para la medición de temperatura y humedad se utilizó un sensor PT100 y Humicap, marca Vaisala modelo HMP45C, con rangos de medición de -40 a 60°C y 0.8 a 100% de humedad relativa. Para la determinación de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en fase gaseosa se realizó en el laboratorio HIDRONOR a partir de muestra tomadas en el túnel. El muestreo fue realizado a partir de tubos de desorción de 0.5 cm de diámetro y 10 cm de largo, cargados con Tenax TA.El método de desorción térmica utilizado fue un sistema “TurboMatrix 650”, patentado por la empresa Perkin Elmer Inc.(710 Bridgeport Avenue, Shelton, CT 06484 USA). Las muestras fueron analizadas siguiendo protocolos de la Environmental Protection Agency (EPA, USA) y analizados por Cromatografia Gaseosa-Espectrometría de Masas (ver referencias). Se trata de la técnica de desorción térmica automatizada, seguida del análisis cromatográfico por medio de cromatografía gaseosa de alta resolución, acoplada a un detector de masas (HRGC-MSD). CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 56 Figura 7-7 Equipo dicótomo para muestreo de MP10y MP2.5 La Figura 7-8 muestra las calibraciones iniciales de los equipos de monitoreo de gases en la sala de calibración de CENMA. Calibradores de analizadores de gases Figura 7-8 : equipamiento para medición de gases y calibración CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 57 8 RESULTADOS DE MEDICIÓN DE EMISIÓN DE ESTUFAS CON TÚNEL DE VIENTO 8.1 Descripción de Mediciones Realizada en el Túnel de Viento En la Tabla 8-1se describen los detalles de la campaña de mediciones en túnel de viento. En total se midieron 6 tipos de tecnologías, las que incluyeron las tecnologías de GLP y kerosenemás utilizada en el país. Se realizaron dos corridas de mediciones, en la primera se midieron todas las tecnologías por un período de 4 horas, con el fin de determinar el período necesario para lograr un nivel estable de las emisiones de contaminantes gaseosas y obtener una muestra suficiente de material particulado en los filtros de los muestreadores dicótomicos, para realizar su posterior análisis gravimétrico. Se estableció queel tiempo adecuado para el muestreo de gases sería de 2 horas y para partículas de 4 horas. También se observó, a partir de los primeros muestreos de material particulado, que las emisiones de los aparatos a GLP eran muy bajas, por lo que se descartó su medición en la segunda corrida, concentrándose en la medición de gases, motivo por el cual se redujo el período de mediciones a 2 horas.Considerando también las altas emisiones de material particulado presentada en la primera corrida porla tecnología Parafina Mecha Simple, en la segunda corrida se redujo su tiempo de medición a 3 horas. Tabla 8-1Características de Campaña de Medición Nº Tecnología Combustible Fecha Consumo Combustible. (kg) C1 C2 Tiempo Corrida (horas) C1 C2 C1 C2 1 Gas radiante Gas Licuado 27-04-2011 04-05-2011 1,02 0,5 4,00 2,00 2 Gas convección forzada Gas Licuado 27-04-2011 10-05-2011 1,14 0,58 4,00 2,00 3 Parafina mecha simple Kerosene 28-04-2011 04-05-2011 0,74 0,55 4,00 3,00 4 Kerosene 27-04-2011 09-05-2011 1,51 1,53 4,00 4,00 5 Parafina mecha tecnología Parafina laser Kerosene 29-04-2011 09-05-2011 1,26 1,24 4,00 4,00 6 Leña doble cámara Leña 16-05-2011 26-05-2011 10,13 10,28 4,00 4,00 Fuente: Mediciones en túnel de viento CENMA 8.2 Resultados de Mediciones Realizada en el Túnel de Viento En laTabla 8-2 y Figura 8-1 a Figura 8-5se observan la tasa de emisión de los distintos contaminantes medidos, mientras en la Tabla 8-3 y Figura 8-6 a Figura 8-10se ha estimado la emisión en función de la energía consumida por la estufa, expresada en unidades de masa por Giga Joule de energía consumida, lo que permite una mejor comparación de las emisiones entre aparatos de distinta potencia, y facilita la comparación con los factores de emisión propuestos por la unión europea, mostrado en la Tabla 6-1 del presente estudio. Por este motivo, el siguiente análisis de los resultados, está referido a los valores obtenidos respecto a emisión másica por energía consumida. Material particulado Respecto a material particulado respirable (MP10) y fino (MP2.5) las mayores emisiones correspondieron a las estufas a kerosene, correspondiendo la mayor emisión a la tecnología CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 58 Parafina Mecha Simple, seguida por la tecnología Parafina Mecha Tecnología y parafina laser.Los valores medidos son del mismo orden de magnitud a los propuestos en los factores de emisión de la unión europea para combustión de combustibles líquidos, si bien son menores Se observa también, que un importante porcentaje del material particulado correspondería a la fracción más fina (MP2.5), lo que dificultó la determinación del MP10 al medirse concentraciones muy bajas de la fracción gruesa en el muestreador dicótomo, es decir, la fracción comprendida entre MP2.5yMP10. A pesar de la estufa de leña tiene tiro al exterior, se constataron emisiones de MP2.5intradomiciliarias, sin embargo estas fueron menores en tasa de emisión a los artefactos a kerosene. Respecto a las emisiones de gas licuado, estas fueron muy bajas, tanto en la tecnología más antigua, Gas Radiante, como en la nueva tecnología Gas Convección Forzada, estando en el límite de detección de la metodología empleada. Las bajas emisiones de partículas observadas en la estufa Gas Radiante, se puede deber a que la placa cerámica evita que se generen zonas frías en la llama de combustión, evitando la formación de hollín. Óxidos de Nitrógeno (NO y NO2) Respecto a emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx),las mayores emisiones correspondieron a las tecnologíasa kerosene, Parafina Mecha Tecnología, seguida por la Parafina Laser. Lamenor emisiónobservada correspondió a la tecnología Leña Doble Cámara, lo que es esperable dada su baja temperatura de combustión y su extracción de gases al exterior. Respecto a las tecnologías sin emisión de gases al exterior, las menores emisiones correspondieron a Gas Convección Forzada, seguida por Gas Radiante. Las emisiones de óxidos de nitrógeno,medidos en las tecnologías a kerosene, corresponden prácticamente a la mitad de los factores de emisión propuestos por la unión europea, mientras que las tecnologías Gas Convección Forzada y Gas Radiante, presentaron valores diez veces menores. Monóxido de Carbono (CO) Respecto a monóxido de carbono, la mayor emisión correspondió a la tecnología Parafina Mecha Simple, seguida de la tecnología Gas Radiante, mientras que las otras tecnologías de gas licuado y kerosene presentaron valores similares. Las emisiones medidas en las estufas más emisoras, Parafina Mecha Simple y Gas Radiante, están dentro del orden de magnitud de los factores de emisión propuestos por la unión europea, si bien los duplican, verificándose también la predicción de una mayor emisión de CO en combustibles líquidos con respecto al gas, en las tecnologías más emisoras. Respecto las tecnologías menos emisoras, sus emisiones serían similares a la propuesta por la unión europea para gas y menores a las propuestas para combustibles líquidos. Las menores emisiones correspondieron a la tecnología Leña Doble Cámara, debido a que la mayoría de sus emisiones son enviadas al exterior por medio de la chimenea. Monóxido de Carbono (SO2) Las mayores emisiones de SO2 estuvieron asociadas a las tecnologías a kerosene, debido al mayor CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 59 contenido de azufre del kerosene (350 ppm de azufre) frente al de gas licuado (80 ppm de azufre) y al escaso contenido de azufre de la leña. Los valores medidos para las tecnologías de GLP son similares a los de los factores de emisión propuestos por la unión europea, mientras que los del kerosene son diez veces menor, lo que se explica por un contenido de azufre diez veces menor en el kerosene nacional (350ppm) respecto al del combustible considerado en los factores de emisión de la unión europea e que consideraría un contenido de azufre de 3000 ppm. Debido a las bajas emisionesde SO2emitidas por el gas licuado, estas no pudieron ser detectadas por el método de medición, lo mismo ocurrió con la tecnología a leña. Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs) Respecto a las emisiones deHAPs, las mayores emisiones estuvieron asociadas a la tecnología Parafina Mecha Simple, seguida por Mecha Tecnología y Leña Doble Cámara. Los resultados obtenidos en todas las tecnologías son del mismo orden de magnitud de los propuestos en los factores de emisión de la unión europea al sumar todas las especies en ambos casos, si bien en Parafina Mecha Tecnología son cerca de la mitad del valor propuesto y el de Leña Doble Cámara es ligeramente menor. No se detectaron emisiones de HAPs asociadas a tecnologías de gas licuado, lo que es coherente con los bajos valores predichos por los factores de emisión propuestos por la unión europea. Las emisiones de HAPs observadas en la estufas a kerosene, en la tecnología Parafina Mecha Simple, correspondió a Naftaleno (85,5%) y Pireno (14,5%), mientras en Parafina Mecha Tecnología, correspondió a Naftaleno (29,2%), Antraceno(15,4%), Fluoranteno (24,6%) y Pireno (30,7) %.Las emisiones observadas en la tecnología Leña DobleCámara correspondieron 100% a Naftaleno. 8.2.1 Emisiones en masa por unidad de tiempo Tabla 8-2Emisión Intradomiciliaria de Estufas en Función del Tiempo Emisión de Estufas en Función del Tiempo Nº Tecnología Artefacto MP10 (mg/min) MP2.5 (mg/min) NO (mg/min) NO2 (mg/min) NOx (mg/min) CO (mg/min) SO2 (mg/min) HAP (mg/min) 1 Gas radiante Fenza FEL 1430 ND ND ND 1,20 1,20 24,44 ND ND 2 Gas convección forzada Parafina mecha simple Parafina mecha tecnología Parafina laser Rinnai Dynamo 15 ND ND 0,16 0,65 0,81 8,02 ND ND Mademsa Foguita 0,37 0,29 0,20 1,92 2,12 26,20 1,24 20,17 Toyotomi Omni 230 Toyotomi LC-43 0,19 0,14 5,47 1,61 7,08 5,32 2,52 23,21 0,15 0,15 3,74 1,80 5,54 8,00 2,29 ND Leña doble cámara Amesti Doble Cámara 0,05 0,05 0,24 0,11 0,35 2,55 ND 248,62 3 4 5 6 Fuente: Mediciones en túnel de viento CENMA, análisis de HAPs realizados por HIDRONOR ND: No Detectado CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 60 Emisión Intradomiciliara de MP10 y MP2.5 de Estufas (mg/min) 0,40 0,35 0,30 0,25 MP10 0,20 MP2.5 0,15 0,10 0,05 0,00 Gas radiante Gas convección forzada Parafina mecha simple Parafina mecha tecnología Parafina laser Leña doble cámara Figura 8-1Emisiones intradomiciliaria de MP10 y MP2.5de estufas (mg/min) Emisión Intradomiciliara de NO y NO2 de Estufas (mg/min) 8,00 7,00 6,00 5,00 NO2 4,00 NO 3,00 2,00 1,00 0,00 Gas radiante Gas convección forzada Parafina mecha simple Parafina mecha tecnología Parafina laser Leña doble cámara Figura 8-2Emisiones intradomiciliaria de NO y NO2 de estufas (mg/min) CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 61 Emisión Intradomiciliara de CO de Estufas (mg/min) 30,00 25,00 20,00 CO 15,00 10,00 5,00 0,00 Gas radiante Gas convección forzada Parafina mecha simple Parafina mecha tecnología Parafina laser Leña doble cámara Figura 8-3Emisiones intradomiciliaria de CO de estufas (mg/min) Emisión Intradomiciliara de SO2 de Estufas (mg/min) 3,00 2,50 2,00 SO2 1,50 1,00 0,50 0,00 Gas radiante Gas convección forzada Parafina mecha simple Parafina mecha tecnología Parafina laser Leña doble cámara Figura 8-4Emisiones intradomiciliaria de SO2 de estufas (mg/min) CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 62 Emisiones de HAPs en Gases Intradomiciliarios de Combustión de Estufas (ug/min) 300,00 250,00 ug/min 200,00 Pyrene Fluoranthene 150,00 Anthracene Phenantherene 100,00 Fluorene Acenaphthene 50,00 Acenaphthylene Naphthalene 0,00 Gas radiante Gas convección forzada Parafina mecha simple Parafina mecha tecnología Parafina laser Leña doble cámara Figura 8-5Emisiones intradomiciliaria de HAPs de estufas (mg/min) 8.2.2 Emisiones en masa por energía consumida Nº Tabla 8-3. Emisión Intradomiciliaria de Estufas por Energía Consumida Emisión de Estufas por Consumo Energético MP10 MP2.5 NO NO2 NOx CO SO2 HAPs Tecnología Artefacto (g/GJ) 1 2 3 4 5 6 (g/GJ) (g/GJ) (g/GJ) (g/GJ) (g/GJ) Gas radiante Fenza FEL 1430 ND ND ND 6,0 6,0 121,7 Gas convección Rinnai Dynamo 15 ND ND 0,7 2,9 3,6 35,1 forzada Parafina mecha Mademsa Foguita 2,8 2,2 1,5 14,6 16,1 198,7 simple Parafina mecha Toyotomi Omni 230 0,7 0,5 20,2 5,9 26,1 19,7 tecnología Parafina laser Toyotomi LC-43 ND 0,7 16,7 8,1 24,8 35,8 Leña doble Amesti Doble ND 0,1 0,4 0,2 0,6 4,1 cámara Cámara Fuente: Mediciones en túnel de viento CENMA, análisis de HAPs realizados por HIDRONOR ND: No Detectado CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 63 (g/GJ) (µg/GJ) ND ND ND ND 9,4 156505,3 9,3 75398,1 10,2 ND ND 201621,4 Tabla 8-4. Detalle de Emisión de HAPs Intradomiciliaria de Estufas por Energía Consumida (µg/GJ) Gas radiante Fenza FEL 1430 ND ND ND ND ND ND ND ND ND 2 Gas convección forzada Parafina mecha simple Parafina mecha tecnología Parafina laser Rinnai Dynamo 15 ND ND ND ND ND ND ND ND ND Mademsa Foguita 133740,9 ND ND ND ND ND ND 22764,4 156505,3 Toyotomi Omni 230 Toyotomi LC-43 22039,4 ND ND ND ND 11599,7 18559,5 23199,4 75398,1 ND ND ND ND ND ND ND ND ND Leña doble cámara Amesti Doble Cámara 201621,4 ND ND ND ND ND ND ND 201621,4 3 4 5 6 Pireno Antraceno Fluoranteno 1 Naftaleno Fenantreno Total Fluoreno Artefacto Acenafteno Tecnología Acenaftileno Nº Fuente: Mediciones en túnel de viento CENMA, análisis en base a muestras de gases por laboratorio HIDRONOR ND: No Detectado Emisión Intradomiciliara de MP10 y MP2.5 de Estufas en Función del Consumo Energético (g/GJ) 3,0 2,5 2,0 1,5 MP10 (g/GJ) 1,0 MP2.5 (g/GJ) 0,5 0,0 Gas radiante Gas convección forzada Parafina mecha simple Parafina mecha tecnología Parafina laser Leña doble cámara Figura 8-6Emisiones intradomiciliaria de MP10 y MP2.5de estufas en función del consumo energético (g/GJ) CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 64 30,0 Emisión Intradomiciliara de NO y NO2 de Estufas en Función del Consumo Energético (g/GJ) 25,0 20,0 NO2 (g/GJ) 15,0 NO (g/GJ) 10,0 5,0 0,0 Gas radiante Gas convección forzada Parafina mecha simple Parafina mecha tecnología Parafina laser Leña doble cámara Figura 8-7Emisiones intradomiciliaria de NO y NO2de estufas en función del consumo energético (g/GJ) Emisión Intradomiciliara de CO de Estufas en Función del Consumo Energético (g/GJ) 250,0 200,0 150,0 CO (g/GJ) 100,0 50,0 0,0 Gas radiante Gas convección forzada Parafina mecha simple Parafina mecha tecnología Parafina laser Leña doble cámara Figura 8-8Emisiones intradomiciliaria de CO de estufas en función del consumo energético (g/GJ) CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 65 Emisión Intradomiciliara de SO2 de Estufas en Función del Consumo Energético (g/GJ) 12,0 10,0 8,0 SO2 (g/GJ) 6,0 4,0 2,0 0,0 Gas radiante Gas convección forzada Parafina mecha simple Parafina mecha tecnología Parafina laser Leña doble cámara Figura 8-9Emisiones intradomiciliaria de SO2 de estufas en función del consumo energético (g/GJ) Emisiones de HAPs en Gases Intradomiciliarios de Combustión de Estufas (ug/GJ) 250000,00 ug/GJ 200000,00 Pireno 150000,00 Fluoranteno Antraceno Fenantreno 100000,00 Fluoreno Acenafteno 50000,00 Acenaftileno Naftaleno 0,00 Gas radiante Gas convección forzada Parafina mecha simple Parafina mecha tecnología Parafina laser Leña doble cámara Figura 8-10Emisiones intradomiciliaria de HAPs de estufas en función del consumo energético (µg/GJ) CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 66 9 COMPARACIÓN RELATIVA DE IMPACTOINTRADOMICILIARIO Y EXTERNO El impacto en la salud está determinado por la concentración alcanzada por los contaminantes dentro de la vivienda, cuyos valores recomendados por la organización mundial de la salud (OMS) se han mostrado en el capítulo 4.4. Dado que la concentración dentro de la vivienda dependerá tanto de la calidad del aire externo que es incorporado a la vivienda en el aire de renovación, como de las emisiones dentro de la misma vivienda, no es posible determinar dichas concentraciones en función sólo de las emisiones generadas dentro de la vivienda por los sistemas de calefacción domiciliarios. Esto, debido a que pueden existir en la vivienda, otras fuentes emisoras de contaminantes, como lo es el humo de cigarro, sistemas de cocción de alimentos, uso de solvente, pintura, emisiones de productos sintéticos, entre otros. Por otra parte, si se considera que el aire externo disponible para renovar la vivienda está completamente libre de toda contaminación, o presenta niveles muy bajos de contaminación, supuesto que no se cumple en la mayoría de las ciudades de nuestro país, excepto para algunos contaminantes específicos que pudieran presentar bajo nivel de concentración como el SO2, aun así la concentración en una vivienda específica dependerá de volumen de aire disponible dentro de ella y de su taza de renovación por aire externo. Este último parámetro, depende de las características constructivas de la vivienda, y es un parámetro del cual no se pudo encontrar información en la búsqueda realizada en el presente estudio. No obstante lo anterior, es posible hacer una comparación del efecto relativo que pudieran tener la emisión de los distintos sistemas de calefacción, al suponer un caso hipotético, de condiciones similares de ventilación, calidad del aire y volumen de aire de la vivienda. Para dicha valoración se han considerado los siguientes supuestos, los cuales son comunes a otros estudios de impacto intradomiciliario de calefacción realizados en el país. Calidad del aire sin contaminantes. Vivienda de 50 m3. Una renovación de aire por hora. Renovación completa del aire interior por aire no contaminado en el tiempo de renovación. Adicionalmente se han considerado los siguientes supuestos. Operación de sistemas de calefacción a gas licuado y kerosene por período de 4 horas por día. Operación de sistemas de calefacción a leña por período mínimo de 8 horas por día, obtenido de estudio estadístico de consumo de leña en la ciudad de Temuco, correspondiente a la operación en período de meses cálidos, en período de meses fríos este valor puede llegar a 14 horas de operación diaria (CENMA, 2009). Posterior dilución de los contaminantes generados en el periodo a evaluar. CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 67 Vida media de un ser humano 70 años, con el 30% de su vida igual a 21 años, supuesto necesario para valorar norma de HAPs. Permanencia del usuario cerca del sistema de calefacción domiciliario por el período que está encendido. Período de meses considerado como frío 4 meses. Considerando estos supuestos se ha procedido a estimar la emisión en el tiempo de cada uno de los sistemas de calefacción medidos, en función de las tasas de emisión mostradas en la Tabla 8-2 y los supuestos de tiempo de operación. Esta emisión se ha dividido por el volumen de aire de renovación de un período determinado, para poder ser comparado con las normas de calidad del aire intradomiciliario de la OMS. A la concentración obtenida se le ha restado el nivel establecido por la norma, cuya diferencia ha sido divida por la norma, para tener un valor comparable de incremento que permitiese sumar los incrementos en los distintos contaminantes y así generar un valor común de comparación, denominado Potencial de Impacto Domiciliario (PID), cuya forma de cálculo se muestra en la Ec. 1. Se debe tener presente que el PID es solo una forma de comparar el impacto relativo de cada artefacto evaluado y su valor no indica que en un domicilio específico se cumpla o transgreda la norma de calidad del aire, por las razones antes explicadas. En el caso en que la concentración resultante mostró estar bajo la norma, el exceso se ha considerado cero. 𝐶= 𝐸 𝑉𝑎 , por lo tanto 𝑃𝐼𝐷 = 𝐶−𝑁𝑛 𝑁𝑛 (Ec. 1) Donde; C= Concentración E= Emisión en el tiempo de los sistemas de calefacción Va= Volumen de aire de renovación en un periodo determinado Nn= nivel establecido por la norma En la Fuente: Elaboración propia. Tabla 9-4 y la Figura 9-1 se muestran los resultados obtenidos, se ha graficado en escala logarítmica dado el alto nivel que alcanzan las concentraciones de HAPs en comparación con la norma de la OMS. Se observa que el mayor impacto relativo correspondería a las tecnologías Leña Doble Cámara con un PID de 174 036 asociado a concentraciones de HAPs, seguida por las tecnologías akerosene; Parafina Mecha Tecnología con un PID de 8 157y Parafina Mecha Simple con un PID de 7 082, asociado también principalmente a concentraciones de HAPs y en segundo término a concentraciones de emisiones de SO2 y CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 68 NO2, en el cuarto de impacto se encuentra la tecnología Parafina Laser con un PID de 32 asociado a concentraciones de SO2 y NO2. Finalmente entre las tecnologías de menor impacto se encuentran Gas Radiante con un PID de 6 y Gas Convección Forzada con un PID de 3, ambas asociados a concentraciones de NO2. Es importante notar que en todas las tecnologías el impacto respecto a CO es prácticamente nulo, lo que es muy relevante, si se considera que esta contaminante ha presentado en los últimos años un considerable interés. El impacto asociado a material particulado, en especial MP2.5 se ha mostrado bajo en casi la totalidad de las tecnologías estudiadas a excepción de la parafina mecha simple, donde ha mostrado un PID mayor a uno. Respecto al impacto de SO2, este puede ser disminuido mediante la reducción del contenido de azufre en el kerosene, siendo actualmente de 350ppm de azufre en circunstancias que otros combustibles líquidos, como el diesel, tienen 50ppm de azufre. Considerando los niveles de NO2 observados y los bajos niveles de CO, cabe preguntarse si el éste último contaminante ha sido reducido en las estufas por la vía de un aumento en la temperatura de llama, y un consecuente aumento en las emisiones de NO2, en dicho caso sería conveniente un aumento de CO si eso significa una reducción en las emisiones de NO2. Respecto a las emisiones externas a la atmosfera, esta se evaluó a partir de unPotencial de Impacto Externo Relativo (PIER), el cual se calculó utilizando las emisiones másicas de cada tecnología en función de la energía consumida, como el cociente entre la emisión de la tecnología y el total de emisiones de todas las tecnologías evaluadas. Es importante señalar que para las tecnologías de gas licuado y kerosene se utilizó la emisión medida en el presente estudio, mientras que para la tecnología de leña se utilizaron los factores de emisión de la Unión Europea mostrados en la Tabla 6-1, debido a que sus emisiones al exterior no fueron medidas y a la coherencia que presentaron las mediciones en sistemas de calefacción a gas y kerosene con dichos factores, lo que avala apoya utilización. En la Tabla 9-5 y Figura 9-2 se observa que la mayor emisión al exterior corresponde a la tecnología Leña Doble Cámara con un PIER de 3,4, seguido por las tecnologías a kerosene; Parafina Mecha Simple, Parafina Mecha Tecnología y Parafina Laser, si bien éstas presentan un impacto externo un orden de magnitud menor al de Leña Doble Cámara, con un PIER de 0,7, 0,5 y 0,4 respectivamente. Las tecnologías de gas licuado mostraron el menor impacto externo; con un PIER de 0,1 para Gas Radiante y un PIER de 0,0 para Gas Convección Forzada. Tabla 9-1. Horas Funcionamiento Estufas Artefacto Funcionamiento (h/día) Gas - Kerosene 4 Leña 8 Fuente: Elaboración propia. CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 69 Tabla 9-2. Características de Ventilación Volumen Habitación (m3) 50 Recambio (Nº/h) 1 Fuente: Elaboración propia. Tabla 9-3. Volumen de Ventilación Asociados a Período de Evaluación de la Norma Período Volumen (m3) 1h 50 24 h 1200 20 Inviernos 2880000 Fuente: Elaboración propia. Tabla 9-4. Potencial de Impacto Domiciliario (PID) de Sistemas de Calefacción MP2.5 Nº Tecnología 1 NO2 CO SO2 HAPs Total µg/m3 PID µg/m3 PID µg/m3 PID µg/m3 PID µg/m3 PID Gas convección forzada ND 0,0 784 2,9 9619 0,0 ND 0,0 ND 0,0 3 2 Gas radiante ND 0,0 1445 6,2 29326 0,0 ND 0,0 ND 0,0 6 4 Parafina laser 29 0,2 2163 9,8 9601 0,0 458 21,9 ND 0,0 32 59 1,3 2309 10,5 31440 0,0 249 11,4 8471,6 7058,6 7082 28 0,1 1931 8,7 6389 0,0 504 24,2 9749,7 8123,7 8157 20 0,0 133 0,0 3060 0,0 ND 0,0 208844,6 174036,2 174036 3 5 6 Parafina mecha simple Parafina mecha tecnología Leña doble cámara Fuente: Elaboración propia a partir de mediciones en túnel de viento CENMA. Nota 1: No se han considerado las emisiones de MP10 para evitar una doble contabilidad dado que casi la totalidad de material particulado correspondería a MP2.5. (1)PID de MP2.5 considera norma OMS de 25 µg/m3 período de 24 horas (2) PID de NO2 considera norma OMS de 200 µg/m3 período de 1 horas (3) PID de CO considera norma OMS de 35 000 µg/m3 período de 1 horas (4) PID de SO2 considera norma OMS de 20 µg/m3 período de 24 horas (5) PID de HAPs considera norma OMS de 0.012 µg/m3 30% de la vida media CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 70 Potencial de Impacto Domiciliario (PID) de Sistemas de Combustión Usando de Referencia Norma de Calidad de OMS Leña doble cámara Parafina mecha tecnología Parafina mecha simple Parafina laser Gas radiante Gas convección forzada 0,1 1 10 MP2.5 100 1000 NO2 10000 100000 1000000 CO SO2 HAPs Figura 9-1Potencial de Impacto Domiciliario (PID)de Sistemas de Combustión Domiciliarios Fuente: Elaboración propia a partir de mediciones CENMA y guía de calidad del aire de la OMS Nota1: No se han considerado las emisiones de MP10 para evitar una doble contabilidad dado que casi la totalidad de material particulado correspondería a MP2.5 Tabla 9-5. Potencial de Impacto Externo Relativo (PIER) de Sistemas de Calefacción Nº Tecnología MP2.5 NOx CO SO2 HAPs Total g/GJ PIER g/GJ PIER g/GJ PIER g/GJ PIER µg/GJ PIER 1 Gas convección forzada ND 0,0 3,6 0,0 35,1 0,0 ND 0,0 ND 0,0 0,0 2 Gas radiante ND 0,0 6,0 0,0 121,7 0,0 ND 0,0 ND 0,0 0,1 4 Parafina laser 0,7 0,0 24,8 0,1 35,8 0,0 10,2 0,2 ND 0,0 0,4 5 Parafina mecha tecnología 0,5 0,0 26,1 0,2 19,7 0,0 9,3 0,2 75398,1 0,1 0,5 3 Parafina mecha simple 2,2 0,0 16,1 0,1 198,7 0,1 9,4 0,2 156505,3 0,3 0,7 6 Leña doble cámara 240,0 1,0 90,0 0,5 3000,0 0,9 20,0 0,4 290000,0 0,6 3,4 Fuente: Elaboración propia a partir de mediciones en túnel de viento CENMA. Nota1: Emisiones de leña en base a factores de emisión de la Unión Europea CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 71 Potencial de Impacto Externo Relativo (PIER) de Sistemas de Combustión Leña doble cámara Parafina mecha simple Parafina mecha tecnología Parafina laser Gas radiante Gas convección forzada 0 0,5 1 1,5 2 MP2.5 2,5 NOx 3 CO 3,5 SO2 4 HAPs Figura 9-2Potencial de Impacto Externo Relativo (PIER) de Sistemas de Combustión Domiciliarios Fuente: Elaboración propia a partir de mediciones CENMA y guía de calidad del aire de la OMS Nota1: No se han considerado las emisiones de MP10 para evitar una doble contabilidad dado que casi la totalidad de material particulado correspondería a MP2.5 10 COMENTARIOS Y CONCLUSIONES 1. En el Capítulo 4 se han identificado los efectos de los contaminantes intradomiciliarios emitidos por sistemas de calefacción. Entre los contaminantes de gran interés están él; CO, NO2, SO2, los Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs) los cuales tendrían efectos cancerígenos y mutagénicos y el material particulado en sus fracciones respirables MP10 y fina MP2.5. 2. Una parte importante a considerar respecto al material particulado es su composición, la que puede ir desde el rango de inerte a tóxico y cancerígeno, dependiendo de su composición. Por otra parte, entre más pequeña es la partícula más profundamente penetra en el organismo. 3. Las concentraciones de gases y material particulado al interior de las casas, emitidas a partir de la combustión de combustibles sólidos, incluyendo leña, serían responsables de 1.6 millones de muertes al año y causantes del 3% de las enfermedades en el mundo (OMS, 2010). 4. Así mismo en el capítulo 4 se han identificado los valores de concentración intradomiciliaria recomendados por la OMS en su Guía 2010, donde se establecen concentraciones para distintos períodos de tiempo, reconociendo que los contaminantes causan efectos por exposición aguda (por un tiempo breve) y por exposición crónica (durante largo tiempo). La exposición aguda suele producir efectos CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 72 tempranos, es decir, que se producen a corto plazo. La exposición crónica, que además posibles efectos agudos si las concentraciones de contaminantes son altas, generalmente causa efectos diferidos en el tiempo (desarrollo de cáncer, malformaciones fetales, mutaciones y efectos diferidos irreversibles causados por exposición perinatal a dichos contaminantes). Entre los contaminantes que principalmente presentan efectos agudos estarían el CO y el SO2, mientras el NO2, MP10 y MP2.5, presentarían efectos inmediatos y tardíos, y la exposicióna los HAPs, principalmente efectos diferidos en el tiempo. 5. En el capítulo 5 se identificaron también, factores de emisión intradomiciliarios de literatura internacional. Se observó que dichos factores en su gran mayoría están en unidades de masa por energía (µg/kJ), lo que coincide con la propuesta metodológica del estudio. 6. La descripción sobre a qué tipo de tecnología o combustible corresponde cada factor, es en general vaga, lo que justifica la realización de mediciones nacionales, como las que se realizarán en el presente estudio. Sobre todo si se considera que los factores datan del año 1985, por lo que podrían no concordar con la tecnología de combustión actualmente disponible en el país. 7. La guía de calidad del aire de la OMS y los factores de emisión la UE, indican como relevante considerar no solo los contaminantes, CO, NO2 y SO2, asociados a contaminación intradomiciliaria, si no también MP10, MP2.5y HAPs, dado su efecto crónico, cancerígeno y mutagénico. 8. La información bibliográfica no entrega emisiones de MP10 y PM2.5, si no solamente PTS, y esta está en unidades de masa por hora (mg/hr), lo que no permite una buena comparación entre emisiones de diferentes tecnologías de combustión y combustibles, dado que no se conoce la cantidad de energía liberada por el equipo de combustión durante el ensayo, pudiendo esta ser muy distinta. Respecto a emisiones totales a la atmósfera asociada a combustión residencial en general, en general, en la 9. Tabla 6-1, se presentan los factores de emisión de la Unión Europea, los que relacionan la emisión generada por el aparato de calefacción en función de la energía consumida (g/Gj o µg/GJ). Se observa que el GLP presenta menores emisiones de MP10, SO2, CO, NOx y HAPs, respecto a otros tipos de combustibles, lo que ha sido confirmado en el presente estudio. 10. De la estimación de consumo energético y de emisiones, asociado a calefacción domiciliaria realizada en el capítulo 6, para Temuco-PLC, Concepción y RM, se observa una importante participación de la leña en la matriz energética de Temuco-PLC y Concepción, con un 96% y 78% de la energía total generada en calefacción. Mientras en la RM se observa una importante participación del GLP con un 81%, seguido por el kerosene con un 15% y la leña con un 4%. 11. Se observó una importante participación de la leña en las emisiones de MP10asociada CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 73 a sistemas de calefacción domiciliarios, en particular en la RM este combustible aportaría 96% de las emisiones de MP10 proveniente de sistemas de calefacción domiciliarios, a pesar de que su participación energética en este tipo de fuentes no supera el 4%. 12. Por otra parte, en la RM se observó una baja participación del GLP y el kerosén en las emisiones de MP10 y CO. Respecto a NOx la participación del GLP y kerosene en las emisiones correspondería aproximadamente a su participación energética con valores de 79% y 20% respectivamente. Por último, respecto al SO2, se observa una participación mayoritaria de kerosene, responsable un 99% de la emisión. 13. En el Capítulo 7 se han definido los conceptos teóricos y el equipo a utilizar en la medición de las emisiones de estufas en el túnel de viento. 14. El principio de medición consistió en medir a la entrada y salida de un túnel de viento, pudiendo determinar de tal forma, las emisiones generadas en su interior descartando la interferencia producida por las concentraciones externas, a partir de la diferencia de concentraciones de entrada y salida, y de un caudal conocido. Esta metodología ha demostrado significativas ventajas frente a mediciones en cámara estanco, donde las mediciones medidas son altamente interferidas por las fuentes externas. 15. La medición de material particulado se realizó por método gravimétrico (dicótomo) con principio de medición de referencia. 16. Los gases, CO, NO, NO2 y SO2 se midieron a través de analizadores continuos de calidad del aire, con metodología referencia. 17. En el capítulo 8 se han mostrado los resultados obtenidos de la medición de sistemas de combustión en el túnel de medición. 18. Los valores de emisión medidos en los distintos sistemas de calefacción, son coherentes con los factores de emisión propuestos por la unión europea, tanto en orden de magnitud, como en proporcionalidad entre distintas tecnologías, observándose en general una menor emisión de las tecnologías de gas licuado frente a las de kerosene. 19. En general las estufas a gas licuado mostraron menores emisiones en todos los contaminantes evaluados respecto a los otros sistemas de calefacción, en especial delkerosene. 20. La gran mayoría del material particulado emitido por los sistemas de calefacción domiciliario correspondería a MP2.5, y por lo tanto a la fracción más dañina a la salud. 21. Dentro de las tecnologías de calefacción de kerosene las mayores emisiones de material particulado la presentó la Parafina Mecha Simple y la menor la Parafina Laser.En las tecnologías de gas licuado evaluadas no se detectaron emisiones de material particulado, estando estas bajo el límite de detección del método empleado. 22. Respecto a emisiones de NOx la mayor emisión la presento la tecnología Parafina Mecha Tecnología, y la menor la Leña Doble Cámara. Las tecnologías a gas licuado presentaron CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 74 menores emisiones a las de kerosene. 23. Respecto a emisiones de CO la mayor emisión la presento la tecnología Parafina Mecha Simple, seguida por Gas Radiante, la menor emisión la presentó la Leña Doble Cámara, mientras el resto de las tecnologías presentaron emisiones similares. 24. Respecto a SO2 las tecnologías a kerosene presentaron emisiones muy superiores a las de gas licuado, dado el alto contenido de azufre del kerosene en comparación a éste último. Tanto las tecnologías a gas licuado como a leña presentaron niveles bajo el límite de detección del método. 25. Respecto a HAPs, las mayores emisiones correspondió a la tecnología Leña Doble Cámara, seguida por las tecnologías Parafina Mecha Simple y Parafina Mecha Tecnología, las tecnologías Parafina Laser y las de gas licuado presentaron niveles bajo el límite de detección del método de medición. 26. En el capítulo 9 se ha realizado una evaluación del potencial impacto intradomiciliario de las tecnologías de combustión, en función del nivel de emisión de contaminantes determinado en el presente estudio y los límites de concentración en la calidad del aire intradomiciliario recomendados en las Directrices de la OMS. 27. Para ello, el presente estudio ha propuesto un índice de Potencial de Impacto Domiciliario (PID), que considera tanto la cantidad de emisión del contaminante específico, como la importancia relativa de dicho contaminante en comparación con los otros emitidos, lo que se ha determinado a partir del límite de concentraciones en la calidad del aire intradomiciliario sugeridos por las Directrices de la OMS. Esto ha permitido valorar el aporte conjunto de los distintos contaminantes emitidos por los sistemas de calefacción en un índice único, pudiendo comparar el impacto potencial de las distintas tecnologías de calefacción en la calidad del aire intradomiciliario. 28. Es importante señalar, que si bien es posible hacer una valoración comparativa del impacto potencial de las emisiones de las distintas tecnologías de calefacción, el impacto en un hogar específico dependerá de las características particulares de la vivienda, como son el volumen disponible de dispersión, cantidad de renovaciones hora de la misma, y concentración de los contaminantes presentes en el aire disponible para renovación. Por lo tanto, sin dichos antecedentes específicos, no es posible determinar el cumplimiento o trasgresión de la norma de calidad recomendada por la OMS. 29. En la Figura 10-1 se muestran los resultados obtenidos al estimar el Potencial de Impacto Domiciliario (PID) para las distintas tecnologías evaluadas. Se observa que el mayor impacto relativo correspondió a las tecnologías Leña Doble Cámara con un PID de 174 036 asociado a concentraciones de HAPs, seguida por las tecnologías a kerosene; Parafina Mecha Tecnología con un PID de 8 157 y Parafina Mecha Simple con un PID de 7 082, asociado también principalmente a concentraciones de HAPs y en segundo término a concentraciones de semisiones de SO2 y NO2, en el cuarto de impacto se encuentra la tecnología Parafina Laser con un PID de 32 asociado a concentraciones de SO2 y NO2. Finalmente entre las tecnologías de menor impacto se encuentran Gas Radiante con un PID de 6 y Gas Convección Forzada con un PID de 3, ambas asociados a concentraciones de CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 75 NO2. Por lo que se concluye que de las tecnologías evaluadas, las de menor potencial de impacto domiciliario corresponderían a las de gas licuado. Potencial de Impacto Domiciliario (PID) de Sistemas de Combustión Usando de Referencia Norma de Calidad de OMS Leña doble cámara Parafina mecha tecnología Parafina mecha simple Parafina laser Gas radiante Gas convección forzada 0,1 1 MP2.5 10 100 NO2 1000 10000 100000 1000000 CO SO2 HAPs Figura 10-1Potencial de Impacto Domiciliario (PID) de Sistemas de Combustión Domiciliarios Fuente: Elaboración propia a partir de mediciones CENMA y guía de calidad del aire de la OMS Nota1: No se han considerado las emisiones de MP10 para evitar una doble contabilidad dado que casi la totalidad de material particulado correspondería a MP2.5 30. Así mismo se estimó el impacto externo relativo que tendrían las distintas tecnologías evaluadas a partir de un Potencial de Impacto Externo Relativo, esta se evaluó a partir de un Potencial de Impacto Externo Relativo (PIER), el cual se calculó utilizando las emisiones másicas de cada tecnología en función de la energía consumida, como el cociente entre la emisión de la tecnología y el total de emisiones de todas las tecnologías evaluadas. 31. En la Figura 10-2 se observa que la mayor emisión al exterior corresponde a la tecnología Leña Doble Cámara con un PIER de 3,4, seguido por las tecnologías a kerosene; Parafina Mecha Simple, Parafina Mecha Tecnología y Parafina Laser, si bien éstas presentan un impacto externo un orden de magnitud menor al de Leña Doble Cámara, con un PIER de 0,7, 0,5 y 0,4 respectivamente. Las tecnologías de gas licuado mostraron el menor impacto externo; con un PIER de 0,1 para Gas Radiante y un PIER de 0,0 para Gas Convección Forzada. CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 76 Potencial de Impacto Externo Relativo (PIER) de Sistemas de Combustión Leña doble cámara Parafina mecha simple Parafina mecha tecnología Parafina laser Gas radiante Gas convección forzada 0 0,5 1 1,5 2 MP2.5 2,5 NOx 3 CO 3,5 SO2 4 HAPs Figura 10-2Potencial de Impacto Externo Relativo (PIER) de Sistemas de Combustión Domiciliarios Fuente: Elaboración propia a partir de mediciones CENMA y guía de calidad del aire de la OMS Nota1: No se han considerado las emisiones de MP10 para evitar una doble contabilidad dado que casi la totalidad de material particulado correspondería a MP2.5 32. Como conclusión general, las tecnologías a gas licuado presentaron los menores impactos en la calidad del aire intradomiciliaria y de emisiones al exterior frente a otras tecnologías a kerosene y a leña, no presentando emisiones medibles de HAPs, lo que si fue constatado en las otras tecnologías. Las tecnologíasLeña Doble Cámara, Parafina Mecha Tecnología y Parafina Mecha Simple, presentaron los mayores impactos intradomiciliarios debido a la presencia de HAPs en sus emisiones gaseosas y en el caso del kerosene a sus emisiones de SO2, asociada al alto contenido de azufre en el kerosene en comparación con el gas licuado y la leña. Respecto a emisiones al exterior, la tecnología Leña Doble Cámara, presenta emisiones notablemente mayores a las del gas licuado y el kerosene. 33. Es importante señalar que si bien se observaron ciertos niveles generales de emisión asociados al combustible utilizado, también se observó cierta dependencia de las emisiones con respecto a la tecnología utilizada, sin descartar que pudieran existir también variaciones asociadas a la calidad constructiva del sistema de combustión. Por lo tanto, si se quiere precisar la emisión de una tecnología específica, esta debería ser cuantificada en base a mediciones de dicha tecnología, aún si esta se base en un modelo medido en el presente estudio, lo cual deberá considerarse como referencial. 34. Considerando que los aparatos medidos en el presente estudio correspondieron a equipos de fabricantes con cierto reconocimiento en el mercado, pudiendo estar esto asociado a un buen nivel de calidad del producto, no se descarta que equipos de igual tecnología pero calidades diferentes pudieran tener niveles distintos de emisión. CENTRO NACIONAL DEL MEDIO AMBIENTE- PRIMER INFORME DE AVANCE 77 11 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Agents Classified by the IARC Monographs, 2011. 2. ArriazaCA, Mena MA, Tchernitchin AN. Prenatal androgenization selecively modifies some responses to oestrogen in the prepuberal rat uterus. J Endocrinol, 1989, 120: 379-384. 3. Brook RD, Brook JR, Urch B, Vincent R, Rajagopalan S, Silverman F. 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