UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y ADISTANCIA – UNAD
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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS AGRICOLAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE 358008 – CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA YUDY LIZETH CANTOR CANTOR (Director Nacional) RUTH ESPERANZA LÓPEZ MEDINA (Acreditador) BOGOTA 2013 1 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica ÍNDICE DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN GENERAL ...................................................................................................... 9 UNIDAD 1. PRINCIPIOS BÁSICOS PARA EL CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA....................................................................................................................... 13 CAPÍTULO 1. ASPECTOS GENERALES SOBRE EL CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA................................................................................................................... 13 Lección 1. Conceptos Básicos de la Contaminación Atmosférica. Diferencia entre emisión y concentración............................................................................................... 13 Lección 2. Tipos de contaminantes y fuentes de emisión. ........................................... 16 Lección 3. Factores de emisión y unidades de concentración. .................................... 22 Lección 4. Dispersión de contaminantes, calidad del aire y exposición personal. ...... 24 Lección 5. Marco normativo colombiano para el control de la contaminación. ......... 27 CAPÍTULO 2. MONITOREO DE CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS ................................. 31 Lección 6. Monitoreo de la calidad del aire ................................................................. 31 Lección 7. Monitoreo de emisiones de fuentes fijas .................................................... 34 Lección 8. Monitoreo de emisiones de fuentes móviles .............................................. 38 Lección 9. Inventarios de emisión ................................................................................ 40 Lección 10. Seguimiento y verificación por parte de los organismos de control......... 43 CAPÍTULO 3. CONTAMINACIÓN POR RUIDO ................................................................... 45 Lección 11. Generalidades de la contaminación auditiva. ........................................... 45 Lección 12. Caracterización y monitoreo de la contaminación por ruido. .................. 49 Lección 13. Fuentes de emisión de ruido. .................................................................... 52 Lección 14. Estrategias de control y mitigación de los efectos negativos de la contaminación por ruido. ............................................................................................. 53 Lección 15. Casos de estudio centros urbanos. ........................................................... 56 Capitulo 3:..................................................................................................................... 66 UNIDAD 2. ESTRATEGIAS PARA EL CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA ...... 71 CAPÍTULO 4. CONTROL DE FUENTES FIJAS DE EMISIÓN .................................................. 71 Lección 16. Control de emisiones de material particulado .......................................... 71 Lección 17. Control de emisiones gaseosas ................................................................. 76 Lección 18. Producción Más Limpia ............................................................................. 80 Lección 19. Contaminación en interiores ..................................................................... 82 2 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Lección 20. Control de la contaminación en interiores ................................................ 86 CAPÍTULO 5. CONTROL DE FUENTES MÓVILES DE EMISIÓN ............................................ 91 Lección 21. Fuentes de emisión vehiculares ................................................................ 91 Lección 22. Calidad del combustible y emisiones ........................................................ 93 Lección 23. Sistemas de control para vehículos Diesel ................................................ 96 Lección 24. Sistemas de control para vehículos a gasolina .......................................... 99 Lección 25. Tendencias ambientales en el desarrollo automotriz ............................. 101 CAPÍTULO 6. POLÍTICAS PÚBLICAS PARA EL CONTROL Y MITIGACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA .................................................................................. 105 Lección 26. Desarrollo, contaminación y salud pública. ............................................ 105 Lección 27. Elementos para el desarrollo legislativo para el control de la contaminación atmosférica. ....................................................................................... 108 Lección 28. Planes de descontaminación atmosférica. .............................................. 111 Lección 29. Sistema Nacional Ambiental: estructura y funciones ............................. 114 Lección 30. Entidades internacionales relacionadas con la gestión de la calidad del aire .............................................................................................................................. 116 3 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Niveles de concentración máximos permitidos para contaminantes criterio........ 29 Tabla 2. Niveles de concentración para la determinación de estados de prevención, alerta y emergencia. ....................................................................................................................... 29 Tabla 3. Clasificación de los SVCA......................................................................................... 32 Tabla 4. Resumen de resultados estudio en ruido ambiental en Curitiba, Brasil. ............... 57 Tabla 5.Resultados estudio ruido en parques en la ciudad de Curitiba, Brasil. ................... 57 Tabla 6. Contenido de Azufre requerido para el cumplimiento de las normas EURO. ........ 96 Tabla 7. Características sistemas de control para vehículos diesel...................................... 98 Tabla 8. Entidades internacionales relacionadas con la gestión de la calidad del aire.. .... 118 4 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Ciudades con mayor contaminación atmosférica del mundo.. ............................. 14 Figura 2. Imagen de una mañana soleada en Bogotá.. ........................................................ 15 Figura 3. Contaminación atmosférica y su comportamiento en el tiempo. ........................ 16 Figura 4. Fuentes de emisión de contaminantes atmosféricos. .......................................... 17 Figura 5. Efectos en la salud de la exposición prolongada a ozono ..................................... 20 Figura 6. Tamaño de partícula y fuentes de emisión. .......................................................... 21 Figura 7. Esquema general de la contaminación.................................................................. 25 Figura 8. Mapa Isoconcentración - concentración máxima de PM10. ................................. 33 Figura 9. Esquema para el balance de masas.. ..................................................................... 35 Figura 10. Niple tomamuestra .............................................................................................. 35 Figura 11. Elementos del tren de muestreo isocinético....................................................... 36 Figura 12. Prueba estatica de emisiones. ............................................................................. 38 Figura 13. Prueba dinámica de emisiones. ........................................................................... 39 Figura 14. Método SHED para medición de emisiones evaporativas .................................. 39 Figura 15. Fuentes consideradas en los inventarios de emisión. ......................................... 40 Figura 16. Pasos técnicos para el desarrollo de un inventario de emisiones. ..................... 41 Figura 17. Metodología arriba-abajo.................................................................................... 42 Figura 18. Metodología abajo-arriba.................................................................................... 42 Figura 19. Operativos en vía ................................................................................................. 44 Figura 20.Contaminación por ruido y salud. ........................................................................ 47 5 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Figura 21. Guía de niveles de presión sonora de la Organización Mundial de la Salud....... 48 Figura 22. Equipo para medición en tiempo real de la presión sonora y kit de medición... 51 Figura 23. Medición de presión sonora en vía.. ................................................................... 51 Figura 24. Ejemplo de barrera física en una autopista urbana.. .......................................... 55 Figura 25. Ejemplos de protección para el control del ruido en el receptor. ...................... 56 Figura 26. Cámara de sedimentación. .................................................................................. 72 Figura 27. Ciclón.. ................................................................................................................. 73 Figura 28. Precipitador Electrostático. ................................................................................. 74 Figura 29. Lavador venturi. ................................................................................................... 75 Figura 30. Incinerador Térmico. ........................................................................................... 77 Figura 31. Quemador ............................................................................................................ 78 Figura 32. Torre rociadora .................................................................................................... 79 Figura 33. Material de relleno en torres de absorción......................................................... 80 Figura 34. Fuentes de contaminación en interiores en viviendas. ....................................... 83 Figura 35. Esquema general de la contaminación en interiores. ......................................... 87 Figura 36. Equipos de medición de contaminación en interiores. ....................................... 88 Figura 37. Distribución porcentual de las categorías vehiculares de Bogotá. ..................... 91 Figura 38. Emisiones vehiculares y concentración de partículas en la vía. ......................... 92 Figura 39. Tipos de emisión en los vehículos. ...................................................................... 92 Figura 40. Contenido energético de los combustibles. ....................................................... 94 Figura 41. Relación entre el contenido de azufre y emisiones de material particulado. .... 94 6 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Figura 42. Evolución de la calidad de gasolina en Colombia. ............................................... 95 Figura 43. Cronograma de implementación ley del diesel.. ................................................. 97 Figura 44. Convertidor catalítico. ......................................................................................... 99 Figura 45. Esquema vehículos híbridos.. ............................................................................ 102 Figura 46. Esquema de funcionamiento de un vehículo eléctrico.. ................................... 103 Figura 47. Proceso de urbanización mundial. .................................................................... 105 Figura 48. Urbanización en países desarrollados y en desarrollo. ..................................... 106 Figura 49. Ejemplo de aplicación en Gapminder.. .............................................................. 108 Figura 50. Sistema Nacional Ambiental.. ........................................................................... 115 7 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO El contenido didáctico del curso académico Control de la Contaminación Atmosférica fue diseñado por Juan José Castillo Lugo, Ingeniero Ambiental de la Universidad Nacional; Msc en Ingeniería & Gestión Ambiental de la Universidad de los Andes. Juan José se ha desempeñado como asistente de investigación en el Grupo de Sostenibilidad Urbana Regional (SUR) de las Universidad de los Andes y como consultor del Ministerio de Transporte y la Secretaría Distrital de Salud de Bogotá Para citar este material por favor hacerlo de la siguiente manera: Castillo-Lugo, J. (2011). Control de la Contaminación Atmosférica. Módulo didáctico. Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD. 8 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica INTRODUCCIÓN GENERAL ¡Bienvenidos! La contaminación atmosférica es hoy considerada una de las principales problemáticas ambientales para los centros urbanos de países de economías en desarrollo. Particularmente en las ciudades colombianas este fenómeno ha tomado cierta relevancia dados los reconocidos efectos negativos sobre la salud y calidad de vida de las personas. El curso de Control de la Contaminación Atmosférica del Programa de Ingeniería Ambiental de la UNAD, quiere brindar los elementos técnicos y analíticos que permitan al participante un mejor entendimiento de dicha problemática y sus formas de control y mitigación. Este curso es complementario al módulo de Caracterización de Contaminantes Atmosféricos que también hace parte de este programa de pregrado. Estructuralmente el curso está compuesto por dos unidades, cada una con tres capítulos y quince lecciones. La Unidad 1 (Principios Básicos para el Control de la Contaminación Atmosférica) expone los principales conceptos, definiciones y principios aplicables para el control de la contaminación atmosférica. Esta Unidad cuenta con tres capítulos: 1) Aspectos generales sobre el control de la contaminación atmosférica; 2) Monitoreo de contaminantes atmosféricos y 3) Contaminación por ruido. El primer capítulo establece los elementos conceptuales básicos para el desarrollo del curso. Se realiza un repaso por los tipos de contaminantes, fuentes de emisión, elementos de dispersión de contaminantes y su importancia desde el punto de la exposición personal. Finalmente se realiza una mención sobre el marco normativo colombiano para el control de la contaminación. El segundo capítulo realiza la descripción de los métodos para el monitoreo de la calidad del aire y de la emisión de contaminantes atmosféricos. En este capítulo se incorporan los elementos para el desarrollo de inventarios de emisión y la descripción de las actividades de seguimiento y control por parte de las autoridades locales. En el Capítulo 3 se realiza una descripción general de la contaminación auditiva, las metodologías para el monitoreo de la presión sonora y las estrategias de control y mitigación. Adicionalmente se presentan casos de estudio en centros urbanos. La Unidad 2 (Estrategias para el Control de la Contaminación Atmosférica) aborda por medio de tres capítulos los sistemas y estrategias para el control de la contaminación en fuentes fijas y fuentes móviles de emisión y las políticas públicas desarrolladas en este sentido. 9 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica El Capítulo 4 realiza la descripción de los sistemas de control para fuentes fijas de emisión. Se enfatiza en el control de partículas y gases, y se brindan elementos de reducción en la fuente mediante el uso de prácticas de Producción Más Limpia. Se aborda también el tema de la contaminación intramuros y elementos para su control. Las estrategias para el control de las emisiones en fuentes móviles son tratadas en el Capítulo 5. Se enfatiza en la relación entre la calidad y tipo de combustible frente al tipo de emisiones. De este modo se presentan los sistemas de control para vehículos que operan a gasolina y a diésel. Se describen también las tendencias de uso de energías alternativas en automóviles. Finalmente en el Capítulo 6 se presentan las políticas públicas para el control de la contaminación atmosférica a partir del reconocimiento de la relación entre desarrollo económico, contaminación y salud pública. Se presentan algunos elementos para el desarrollo normativo para el control de la contaminación atmosférica, incluyendo la gestión por medio de planes de descontaminación atmosférica. El capítulo finaliza con la descripción del Sistema Nacional Ambiental (SINA) y la identificación de las organizaciones internacionales relacionadas con la gestión de la calidad del aire. De manera general los elementos técnicos y prácticos presentes en el curso son una guía para el accionar fundamentado y el empoderamiento de los participantes como ingenieros ambientales, pero también como personas capaces de aportar con soluciones reales al desarrollo de país. 10 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica UNIDAD 1 Nombre de la Unidad Introducción Justificación Intencionalidades formativas PRINCIPIOS BÁSICOS PARA EL CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA La contaminación atmosférica es uno de los principales problemas ambientales percibidos por la población. En este capítulo se presentan los conceptos básicos para el entendimiento de la problemática de la contaminación atmosférica. Se discute los conceptos de emisión y concentración; tipos de contaminantes y fuentes de emisión y se introduce el concepto de factores de emisión y dispersión de contaminantes. El capítulo finaliza con la presentación del marco normativo para el control de la contaminación en Colombia. Es bien sabido que los procesos de desarrollo que están enfrentando nuestras ciudades representa una muy seria amenaza para el medio ambiente así como para nuestra salud y nuestra calidad de vida. Esta dinámica de crecimiento, en ocasiones incontrolado y no planeado, esta generalmente acompañada de un desarrollo industrial, un aumento en las tasas de motorización, mayor consumo de combustibles y por ende la generación de mayores emisiones de especies contaminantes del aire. En este sentido, la contaminación atmosférica en centros urbanos de países de economías en desarrollo es un fenómeno que se encuentra en constante crecimiento. A tal punto, que recientemente gobernantes y tomadores de decisiones de importantes ciudades del mundo reconocieron la contaminación del aire como uno de los mayores desafíos ambientales para los ciudades de hoy. En este sentido, el curso de Control de la Contaminación Atmosférica del Programa de Ingeniería Ambiental de la UNAD, quiere brindar los elementos técnicos y analíticos que permitan al participante un mejor entendimiento de dicha problemática y sus formas de control y mitigación. - Enmarcar la problemática de la contaminación atmosférica en el contexto de ciudad, desarrollo económico y social de los centros urbanos al tiempo que se identifican sus implicaciones en salud y calidad de vida. - Desarrollar en los estudiantes de ingeniería ambiental la competencia para abordar la problemática de la calidad del aire con un enfoque holístico. - Brindar herramientas cognitivas y analíticas que permitan al 11 estudiante abordar con propiedad la problemática de la UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica CAPÍTULO 1 Lección 1 contaminación atmosférica y su impacto en la sostenibilidad ambiental, pero además que permitan a los participantes actuar como agente empoderador en la sociedad. ASPECTOS GENERALES SOBRE EL CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Conceptos básicos de la contaminación atmosférica. Diferencia entre emisión y concentración Lección 2 Tipos de contaminantes y fuentes de emisión Lección 3 Factores de emisión y unidades de concentración Lección 4 Dispersión de contaminantes, calidad del aire y exposición personal Lección 5 Marco normativo colombiano para el control de la contaminación CAPÍTULO 2 MONITOREO DE CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS Lección 6 Monitoreo de calidad del aire Lección 7 Monitoreo de emisiones de fuentes fijas Lección 8 Monitoreo de emisiones de fuentes móviles Lección 9 Inventarios de emisión Lección 10 Seguimiento y verificación por parte de los organismos de control CAPÍTULO 3 CONTAMINACIÓN POR RUIDO Lección 11 Generalidades de la contaminación por ruido Lección 12 Caracterización y monitoreo de la contaminación por ruido Lección 13 Fuentes de emisión Lección 14 Estrategias de control y mitigación de los efectos negativos de la contaminación por ruido Lección 15 Casos de estudio en centros urbanos 12 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica UNIDAD 1. PRINCIPIOS BÁSICOS PARA EL CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA CAPÍTULO 1. ASPECTOS GENERALES SOBRE EL CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA La contaminación atmosférica es uno de los principales problemas ambientales percibidos por la población. En este capítulo se presentan los conceptos básicos para el entendimiento de la problemática de la contaminación atmosférica. Se discute los conceptos de emisión y concentración; tipos de contaminantes y fuentes de emisión y se introduce el concepto de factores de emisión y dispersión de contaminantes. El capítulo finaliza con la presentación del marco normativo para el control de la contaminación en Colombia. Lección 1. Conceptos Básicos de la Contaminación Atmosférica. Diferencia entre emisión y concentración. Es bien sabido que los procesos de desarrollo que están enfrentando nuestras ciudades representa una muy seria amenaza para el medio ambiente así como para nuestra salud y nuestra calidad de vida. Esta dinámica de crecimiento, en ocasiones incontrolado y no planeado, esta generalmente acompañada de un desarrollo industrial, un aumento en las tasas de motorización, mayor consumo de combustibles y por ende la generación de mayores emisiones de especies contaminantes del aire. En este sentido, la contaminación atmosférica en centros urbanos de países en de economías en desarrollo es un fenómeno que se encuentra en constante crecimiento. A tal punto que ciudades de dichos países ocupan los primeros lugares entre las más contaminadas del mundo (ver Figura 1). Es por esta razón que recientemente gobernantes y tomadores de decisiones de importantes ciudades reconocieron la contaminación del aire como uno de los mayores desafíos ambientales para los ciudades de hoy. En particular, algunas ciudades y regiones colombianas se encuentran en un nivel de desarrollo económico en el que cada punto de crecimiento se ve reflejado en un efecto negativo sobre el medio ambiente. Esta situación se agrava aún más al tener en cuenta que nuestro país debe usar sus limitados recursos en la resolución de problemas que se perciben más prioritarios que los relacionados con la degradación de la calidad del aire, tales como el acceso a agua potable y saneamiento básico, la infraestructura vial, la seguridad y la movilidad. Bogotá por ejemplo no es ajena a esta situación y gracias a su condición de calidad del aire está catalogada como uno de los centros urbanos más contaminados de América Latina. 13 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica De acuerdo con la información proveniente de la red de monitoreo de la calidad del aire de la ciudad (operada por la Secretaría Distrital de Ambiente), las especies contaminantes que por sus altas concentraciones más contribuyen a esta problemática ambiental son el material particulado en su fracción respirable (PM10) y el ozono troposférico (O3) (SDA, 2009). La Figura 2 muestra lo que es una imagen típica de una mañana soleada en Bogotá y permite apreciar la densa capa negra que cubre una importante parte de la ciudad. Otras regiones tales como Medellín y el Área Metropolitana del Valle de Aburrá son otros lugares en Colombia en los que se han reportado una importante condición de problemática de calidad del aire. Condición particularmente relacionada con concentraciones atmosféricas de PM10 y óxidos de nitrógeno (NOX) que superan ampliamente los niveles definidos por normativas nacionales e internacionales (Bedoya y Martínez, 2009). La anterior situación es de especial atención si se tiene en cuenta la evidencia de los efectos negativos que la exposición a altas concentraciones de compuestos contaminantes del aire tiene sobre la salud y calidad de vida de las personas. Particularmente en lo que tiene que ver con afecciones respiratorias y cardíacas, la evidencia a través de diversos estudios internacionales es contundente. Dichos estudios han asociado positivamente la exposición a contaminación atmosférica con un incremento en morbilidad y mortalidad debida a enfermedades respiratorias y cardiovasculares (WHO, 2000; OPS, 2005). Figura 1. Ciudades con mayor contaminación atmosférica del mundo. Fuente: Siemens (2008). 14 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Para profundizar en el tema de la relevancia de la problemática de la contaminación atmosférica en centros urbanos ver el artículo “Desafíos de las Megaciudades” [Ir al artículo] Para conocer los niveles de contaminación atmosférica de diferentes ciudades europeas ver la aplicación “Air Quality in Europe” [Ir al artículo] Figura 2. Imagen de una mañana soleada en Bogotá. Fuente: Grupo de Estudios en Sostenibilidad Urbana y Regional, (SUR) Universidad de los Andes. Son distintos los fenómenos con los que a lo largo del tiempo se ha expresado la problemática de contaminación atmosférica. Sin duda que eventos como la llamada lluvia acida fueron determinantes en algún momento de la historia reciente, sin embargo hoy en día no se le considera un problema tan severo. Por otro lado situaciones como la emisión de sustancias generadoras del conocido efecto invernadero y la calidad del aire en espacios interiores, toman cada vez mayor relevancia. En la Figura 3 se pueden apreciar fenómenos relacionados con distintas formas de contaminación atmosférica y su comportamiento en el tiempo en términos de la importancia del problema para la sociedad. Emisión e Inmisión Más adelante en este curso se discutirá el esquema general de la contaminación atmosférica. Sin embargo es importante definir desde ya que los contaminantes del aire son generados por distintos tipos de fuentes. La cantidad de estas sustancias que sea vertida por una de estas fuentes a la atmósfera se conoce como emisión. Ahora, la 15 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica cantidad de un compuesto contaminante emitido a la atmósfera medida a nivel cercano al suelo se le conoce como concentración o inmisión. Es a partir de este valor de inmisión que se determina la calidad del aire ambiente de una zona, ciudad o región. Lo anterior significa que desde la perspectiva del control de la contaminación atmosférica en una zona geográfica determinada es importante y necesario trabajar en la minimización de las emisiones, así como en el control y vigilancia de las concentraciones de las especies contaminantes del aire. Figura 3. Problemáticas de contaminación atmosférica y su comportamiento en el tiempo. Fuente: Centro de Estudios en Ingeniería Ambiental (CIIA), Universidad de los Andes. Lección 2. Tipos de contaminantes y fuentes de emisión. Las fuentes de emisión de contaminantes atmosféricos pueden ser clasificadas de acuerdo a la naturaleza de la misma fuente emisora y la forma como se emiten los contaminantes. En este sentido las fuentes de emisión pueden ser biogénicas y antropogénicas. Las primeras hacen referencia las producidas por la naturaleza y entre éstas se encuentran las erosiones, los incendios forestales y las erupciones volcánicas. El segundo término se refiere a las emisiones causadas por actividades que realiza el hombre. Esta clasificación tiene a su vez una división en dos grandes grupos: fuentes móviles de emisión y fuentes fijas de emisión. 16 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica En la clasificación de fuentes fijas se incluyen emisores tales como las industrias y los rellenos sanitarios. Mientras que en las fuentes móviles contienen a los vehículos automóviles, buses, camiones, motos, aviones, trenes (ver Figura 4). Naturales Incendios Forestales Emisiones Volcánicas Antropogénicas Fuentes Móviles Fuentes Fijas Figura 4. Fuentes de emisión de contaminantes atmosféricos. Principales Contaminantes del Aire Las sustancias contaminantes del aire pueden ser clasificadas en dos grandes grupos: Contaminantes primarios: emitidos directamente a la atmósfera por una fuente de emisión. Contaminantes secundarios: son resultado de reacciones en la atmósfera entre contaminantes primarios y otras especies químicas. Un ejemplo común de un contaminante secundario es el ozono que se produce por la interacción entre óxidos de nitrógeno y compuestos hidrocarburos en presencia de luz solar. 17 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Asimismo existe la denominación de contaminantes criterio. Estas son el conjunto de especies químicas que son utilizadas como criterio para determinar si el aire se encuentra contaminado. Estos compuestos son los que normalmente son incluidos par la definición de estándares y normativas en los países. En Colombia particularmente son contaminantes criterio el monóxido de carbono, óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, ozono y material particulado. Compuestos Nitrogenados Amoniaco (NH3) Óxido Nitroso (N2O): conocido gas efecto invernadero. Óxidos de nitrógeno: óxido nítrico (NO) y dióxido de nitrógeno (NO 2). El NO es el compuesto nitrogenado más representativo en términos de emisiones antropogénicas. Las principales fuentes de emisión de NOX son el sector transporte de donde se estiman provienen más de la mitad de las emisiones. Igualmente, las plantas generadoras de energía (termoeléctricas) son también importantes. De manera general los NOX son especies promotoras de smog fotoquímico, disminución de la velocidad, material particulado secundario y lluvia ácida. Compuestos Azufrados Sulfuro de Hidrógeno (H2S): compuesto caracterizado por su fuerte y mal olor, y por generar alta irritabilidad. Óxidos de azufre (SOX): compuestos tóxicos irritantes, promotores de lluvia ácida y material particulado secundario. Tienen la capacidad de generan problemas de visibilidad por su facultad para formar núcleos de condensación. Las principales fuentes de emisión de SOX son las fuentes fijas particularmente termoeléctricas y fábricas del sector industrial. Monóxido de Carbono (CO) El CO es un gas que físicamente es inodoro e incoloro y que químicamente es reconocido como altamente tóxico (mortal en altas concentraciones o largas exposiciones). Los efectos sobre la salud de las personas del CO se encuentran ampliamente documentados. Las principales fuentes de emisión del CO son los vehículos en la vía (principalmente a gasolina). Se estima que este tipo de fuentes móviles pueden representar más del 55% del total de emisiones de CO en un centro urbano (US EPA, 2000). 18 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Para profundizar en los efectos negativos que causa la exposición a concentraciones elevadas de CO en la salud de las personas ver la siguiente guía de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (US EPA) [Ir al artículo] Dióxido de Carbono (CO2) El CO2 es un producto primario de todos los procesos de combustión. Químicamente es considerado una sustancia inerte y se reconoce como el como el principal gas causante del efecto invernadero. Compuestos orgánicos volátiles (VOC) Estas sustancias se definen como un compuesto orgánico cuya presión de vapor a 20 °C es menor a 101,3 kPa (1 atmósfera) pero superior a 0,13 kPa. Los VOC presentes en el aire de un centro urbano pueden ser emitidos tanto por fuentes naturales (v.g., árboles) como por fuentes antropogénicas. Muchas de estas sustancias contaminantes del aire han sido consideradas como tóxicas (WHO, 2005). Algunos VOC como los aldehídos pueden ocasionar irritaciones en el sistema respiratorio y otros como el 1,3 butadieno y el benceno son considerados compuestos cancerígenos (Dollard, 2007). Sin embargo, la relevancia de los VOC no es determinada solamente por su cualidad de ser nocivos para la salud humana, sino también, por su propiedad de ser precursores de otros contaminantes atmosféricos como el ozono y aerosoles secundarios. Tan pronto los VOC son emitidos a la atmósfera, éstos reaccionan fotoquímicamente entre sí y con otras sustancias tales como los NOX para producir ozono troposférico (So y Wang, 2004). Aunque los VOC no se encuentran normalmente incluidos dentro de los contaminantes criterio, si son sustancias de alto interés dada su mencionada característica de ser formadores de contaminantes secundarios. Ozono (O3) El O3 es un gas que se forma a partir de las reacciones entre otras especies contaminantes del aire. Particularmente entre NOX y VOC en presencia de luz solar. El O3 es considerado un contaminante del aire cuando se encuentra en la parte baja de la atmósfera, conocida como la tropósfera. Allí se convierte en el principal componente del smog fotoquímico. Incluso a bajas concentraciones, este contaminante puede causar nocivos efectos en la salud de las personas. Una afección muy común es la inflamación de las vías respiratorias. Una exposición prolongada a concentraciones importantes de ozono puede inflamar el revestimiento del pulmón y episodios repetidos de inflamación pueden causar cambios permanentes en el pulmón (ver Figura 5). 19 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Vía respiratoria saludable Vía respiratoria inflamada Figura 5. Efectos en la salud de la exposición prolongada a ozono. Fuente: USA Environmental Protection Agency (2011). Disponible en: http://www.epa.gov/oar/oaqps/ozonepollution/health.html Material Particulado (PM) El PM es una mezcla de partículas sólidas y líquidas muy pequeñas suspendidas en el aire (se conocen también como aerosoles). Estas partículas son altamente perjudiciales para la salud de las personas dada su capacidad de penetrar en las vías respiratorias. Es precisamente por esta característica que el tamaño de las partículas es una propiedad física muy importante. Entre más pequeña una partícula mayor es su posibilidad de afectar el tracto respiratorio de las personas. Por su tamaño las partículas se clasifican en: Partículas suspendidas totales (PST): Totalidad de partículas suspendidas en el aire. Fracción respirable (PM10): diámetro ≤ 10 µm. Partículas finas (PM2.5): diámetro ≤ 2.5 µm. Partículas ultrafinas: diámetro ≤ 0.1 µm. La Figura 6 muestra de una manera esquemática los diferentes diámetros de partícula e identifica sus fuentes más comunes de emisión. Para el caso del material particulado respirable y fino la combustión de elementos fósiles se convierte en su principal mecanismo de emisión (v.g. vehículos diésel, industria). Partículas con tamaños menores a 0.1 µm son principalmente formadas de manera secundaria por reacciones entre especies en la atmósfera y la formación de núcleos de condensación. 20 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Figura 6. Tamaño de partícula y fuentes de emisión. Fuente: Australian Environmental Protection Agency. Disponible en: http://www.epa.qld.gov.au/images/environmental_management/air/fine_particles.gif La exposición a PM está asociada con el incremento de enfermedades respiratorias, la exacerbación de síntomas de asma y bronquitis, decrecimiento de la función pulmonar y muerte prematura. La evidencia científica ha demostrado que aunque cualquier persona expuesta a niveles de PM puede sufrir este tipo de síntomas, éstos son particularmente severos en poblaciones vulnerables tales como niños y adultos mayores. La contaminación atmosférica por material particulado es sin duda la principal problemática de calidad del aire en la inmensa mayoría de centros urbanos del país. Es común encontrar que las concentraciones de PM sobrepasen los niveles establecidos por la normativa en zonas de alta afluencia de tráfico vehicular y en zonas industriales de dichas ciudades. Lo que significa que al mismo tiempo es común que las personas que allí habitan estén expuestas a concentraciones de material particulado consideradas como nocivas para la salud. 21 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Lección 3. Factores de emisión y unidades de concentración. La forma de expresar la medición de la calidad del aire en términos de la cantidad de la sustancia contaminante suele presentarse de dos tipos de unidades de concentración: absoluta y relativa. Las concentraciones relativas están dadas en función del volumen de aire y por lo tanto dependen de las condiciones de presión y temperatura de la atmósfera (v.g., microgramos de sustancia por metro cúbico de aire - µg/m3). Por otro lado, las unidades de concentraciones absolutas son independientes de las condiciones de presión y temperatura (v.g., partes por millón – ppm). Para contaminantes gaseosos las principales unidades de concentración son las siguientes: Concentración molecular: Concentración por peso: Concentración por volumen: Para contaminantes en partículas las principales unidades de concentración son las siguientes: Concentración por peso: C MasaPartículas g ; 3 VolAire m 22 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Concentración por número: C NúmeroPartículas #Partículas ; 3 VolAire cm Factores de Emisión El factor de emisión hace referencia a la cantidad de compuesto contaminante emitido por una determinada fuente por unidad de actividad. Este factor depende de múltiples variables que en el caso de un sistema de combustión pueden ser el tipo de combustible utilizado, modelo y el estado de mantenimiento del sistema. El cálculo de los factores de emisión puede hacerse de manera teórica o práctica y se expresan generalmente como la masa del contaminante por unidad de masa, de volumen o de duración de la actividad emisora. Por ejemplo, microgramos de partículas emitidas por kilogramo de carbón quemado). Los factores de emisión son uno de los términos determinantes al momento de calcular la emisión de una fuente de emisión. De manera general la ecuación para la estimación de la emisión es la siguiente: E = A x EF x (1-ER/100) Donde: E = emisiones A = tasa de actividad EF = factor de emisión ER = porcentaje de eficiencia en la reducción de emisiones Para el caso específico de las fuentes fijas de emisión un buen referente es el protocolo AP-42 de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (US EPA, 1995). Este método consiste en un compendio de factores de emisiones que la EPA ha venido desarrollando de manera experimental y a partir de la consulta de literatura científica durante cerca de los últimos 20 años. Para profundizar en el método de factores de emisión AP-42 ver la siguiente guía de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (US EPA) [Ir al artículo] 23 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Para el caso de las fuentes móviles de emisión son distintas las formas de cálculo de los factores de emisión. Estas incluyen mediciones en ruta, medición remota y ensayos dinamométricos (conocidas como de abajo – arriba). De igual manera hay otras técnicas como el balance químico de masas y la modelación inversa que se conocen como metodologías de arriba – abajo. Los factores de emisión cumplen un papel determinante en los inventarios de emisiones para centros urbanos. Dichos inventarios constituyen uno de los principales elementos técnicos para la formulación de lineamientos de política pública orientados al control de la contaminación atmosférica. Para profundizar en el tema de factores de emisión y su aplicación ver el siguiente informe para el Área Metropolitana del Valle de Aburrá. [Ir al artículo] Lección 4. Dispersión de contaminantes, calidad del aire y exposición personal. Una vez que las fuentes de emisión han generado los contaminantes primarios y estos llegan a la atmósfera, empiezan a ocurrir una serie de fenómenos de transporte y reacción de los mismos. Debido a los fenómenos de transporte de sustancias contaminantes, la contaminación que es emitida en una determinada zona de una ciudad puede manifestarse en otras partes de ésta. En la ciudad de Bogotá por ejemplo, la zona industrial es particularmente caracterizada por altas concentraciones de contaminantes del aire, sin embargo no toda la calidad del aire que allí se percibe corresponde a emisiones generadas en este punto. Una parte de las concentraciones medidas se da gracias a que por razones de acción de la meteorología (v.g., dirección y velocidad del viento), la contaminación producida en otras zonas de la ciudad es transportada hasta dicha zona industrial. Debido a los procesos de transformación las sustancias contaminantes del aire se diluyen y reaccionan químicamente entre ellos y con otros compuestos. A partir de algunos de estos procesos de transformación es que se forman los ya definidos contaminantes secundarios (v.g., ozono). Después de que se dan las interacciones mencionadas se alcanza lo que se denomina el nivel de inmisión. Este corresponde a la concentración final del contaminante en la atmósfera. En términos de la dispersión y transformación de los contaminantes atmosféricos la meteorología es fundamental para que muchos de estos fenómenos se presenten. Es así como en el estudio de las condiciones de calidad del aire de una zona específica tan importante como la determinación de las concentraciones de los contaminantes, es la 24 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica cuantificación de variables meteorológicas tales como la temperatura, la velocidad y dirección del viento, la intensidad lumínica y la precipitación. En la Figura 7 se puede apreciar de manera esquemática el recorrido, transporte y transformación de los contaminantes atmosféricos desde el momento en que son emitidos hasta llegar a los denominados niveles de inmisión. Figura 7. Esquema general de la contaminación. Fuente: Grupo de Estudios en Sostenibilidad Urbana y Regional, (SUR) Universidad de los Andes. Exposición Personal a Contaminantes Atmosféricos Actualmente ciudades tales como Bogotá y Medellín cuentan con una moderna red de monitoreo de la calidad del aire que registra de manera continua y en tiempo real las concentraciones atmosféricas de diversas especies contaminantes en diferentes puntos de la ciudad. La información generada en esta red ha permitido identificar las tendencias de comportamiento de diferentes especies de interés y a partir de la misma se ha llevado a cabo un diagnóstico claro del problema de contaminación que actualmente afecta a la ciudad. 25 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Sin embargo, debido a los fenómenos de transporte y a las transformaciones químicas y físicas que sufren los contaminantes en la atmósfera, las concentraciones registradas en las estaciones fijas de monitoreo no necesariamente son representativas de las condiciones reales de exposición de la población. Adicionalmente, la información proveniente de estas redes no es útil si se desea conocer de manera precisa la dosis de contaminación ingerida por la población. La importancia de conocer con la mayor precisión los niveles de concentración de contaminantes atmosféricos a la los que se encuentra expuesta la población radica en la evidencia del impacto negativo que dicha contaminación puede tener en la salud de las personas. Más específicamente las investigaciones han concluido que la exposición a altas concentraciones de contaminantes tales como el material particulado está asociada con incrementos en síntomas de enfermedades respiratorias, decaimiento de los niveles de función pulmonar y desarrollo de enfermedades pulmonares crónicas, así como la producción de alergias específicas (Rabinovitch et al 2004; Alessandrini et al 2006; Bella et al 2006). Como se mencionó anteriormente la población infantil, debido a la condición de un sistema inmunológico aún en desarrollo, es considerada como altamente vulnerable a los efectos de negativos asociados con la contaminación atmosférica. Además al presentar una tasa de respiración más altas que los adultos, ingieren una mayor dosis de contaminante por unidad de peso corporal (Sabin et al 2005). De igual forma, la potencial exposición de esta población aumenta debido a los patrones de actividad propios de su edad. Para el caso específico de Bogotá, según cifras de la autoridad en salud de la ciudad la enfermedad respiratoria es la principal causa de morbilidad y mortalidad infantil en la ciudad. Según información de la misma entidad, anualmente se reportan más de 150 mil consultas médicas para todas las edades al interior del régimen subsidiado de salud. Asimismo, la tasa de mortalidad por enfermedad respiratoria es cercana a los 14 casos por cada 100 mil menores. Lecturas recomendadas de profundización: Estudio de exposición a la contaminación atmosférica en espacios interiores [Ir al artículo] Estudio de caracterización de la exposición en vías con alto tráfico vehicular [Ir al artículo] Guía al ciudadano emitida por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos [Ir al artículo] 26 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Lección 5. Marco normativo colombiano para el control de la contaminación. La legislación en términos de la contaminación atmosférica debe entenderse como una hoja de ruta, una meta a la que queremos llegar como sociedad. El cumplir esta meta depende de que se ejecuten diversas estrategias de control y que al mismo tiempo se utilice la modelación y la medición para evaluar de manera continua el impacto de estas iniciativas. Lo anterior quiere decir que es responsabilidad del gobierno de un país o región hacer un seguimiento riguroso de lo que se está emitiendo a la atmósfera y de las concentraciones de los contaminantes a nivel ambiente. Es por esta razón que en el momento de diseñar un marco normativo para un espacio geográfico específico, deben tenerse en cuenta unas normas de que decreten los límites máximos de emisión y otras normas que decreten los estándares de calidad del aire. Internacionalmente un referente importante siempre han sido los desarrollos normativos en los Estados Unidos. En este país desde inicios de los años setentas creó la llamada Ley de Aire Limpio. Esta norma, bajo la supervisión de la Agencia de Protección Ambiental, obligaba a todos los estados de la unión a vigilar de manera estricta el cumplimiento de la regulación de emisiones para las industrias y otras fuentes fijas. Asimismo, obligó a los fabricantes de automóviles a instalar tecnologías de control de emisiones en los vehículos y a desarrollar motores que funcionaran más eficientemente de tal forma que produjeran menos contaminantes. A través de esta iniciativa la US EPA ha podido diseñar un marco normativo aún más estricto año a año, que ha llevado incluso a que hoy en día se esté reglamentando el uso de nuevos combustibles alternativos (ver lecciones 25 y 30). Colombia se ha caracterizado por desarrollar un marco normativo en el que ha sido común utilizar como referencia estándares internacionales principalmente los relacionados con la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. A nivel nacional, y de manera general, el orden jerárquico legislativo lo encabeza la Constitución Nacional. Posteriormente se encuentran las leyes que expide el congreso, los decretos expedidos por los ministerios y las resoluciones expedidas por las corporaciones. Estas últimas deberían ser las de mayor especificidad. Normativa de Calidad del Aire El objetivo de este tipo de legislación es establecer unos niveles de concentración que permitan determinar con claridad qué tanto se excede este valor en un período determinado de tiempo. Igualmente, en las normas de calidad del aire es común encontrar normas de larga duración y normas de corta duración. Para el caso del material particulado la resolución temporal de la norma de larga duración es de un año y la de corta duración es de 24 horas. 27 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Generalmente los valores establecidos en la norma están calculados en función de a qué tanta cantidad de contaminante puede estar una persona expuesta en un período de tiempo corto o más extenso. Concretamente los estándares definidos están relacionados con niveles de exposición aguda y niveles de exposición crónica. Los primeros hacen referencia a cuando se presentan concentraciones muy altas de un contaminante en cortos períodos de tiempo, los segundos ocurren cuando la contaminación permanece por períodos de tiempo prolongados. Dado que ambos tipos de exposición tienen una implicación directa y diferente en salud, el objetivo de las normativas de calidad del aire debe ser dar solución a ambos casos. La normativa nacional además está orientada a la clasificación de área fuente o zona de no cumplimiento. En este sentido han sido declaradas como áreas fuentes zonas específicas de ciudades como Bogotá, Medellín y zonas mineras del Cesar. Asimismo, la legislación colombiana también establece la declaración de niveles de prevención, alerta y emergencia. La definición de dichos niveles se da con base en las normas de corta duración para algún contaminante en particular. Hoy en día las principales normas que regulan este tema en el país están dadas de acuerdo a la siguiente clasificación: Calidad del aire Decreto 979 de 2006 Resolución 601 de 2006 Resolución 610 de 2010 Resolución 650 de 2010 De manera general estas normas están orientadas a definir los límites de calidad del aire a nivel nacional, los límites permisibles de contaminantes no convencionales (sustancias tóxicas), los niveles máximos de permisibles de contaminantes criterio. Asimismo, definen las reglas para la definición de los niveles de prevención, alerta y emergencia, y establecen las bases para los planes de descontaminación y de contingencia. El reciente marco normativo nacional presenta un gran avance relacionado con la metodología para realizar el monitoreo y seguimiento a la calidad del aire donde lo establece que se debe realizar el protocolo nacional. Este protocolo de medición se encuentra consignado en la Resolución 650 de 2010 del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. En la Tabla 1 se presentan los niveles máximos de concentración para los contaminantes criterios de acuerdo a lo establecido en la Resolución 610 de 2010. Asimismo, la Tabla 2 muestra los niveles para la determinación de los estados de alerta, prevención y emergencia decretados en la misma resolución. 28 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Tabla 1. Niveles de concentración máximos permitidos para contaminantes criterio. Contaminante PST PM10 PM2.5 SO2 NO2 O3 CO Nivel Máximo Permisible (μg/m3) Tiempo de Exposición 100 300 50 100 25 50 80 250 750 100 150 200 80 120 10 40 Anual 24 horas Anual 24 horas Anual 24 horas Anual 24 horas 3 horas Anual 24 horas 1 hora 8 horas 1 hora 8 horas 1 hora Fuente: Resolución 610 de 2010 Tabla 2. Niveles de concentración para la determinación de estados de prevención, alerta y emergencia. Estados Excepcionales Contaminante Tiempo de Exposición Prevención (μg/m3) Alerta (μg/m3) Emergencia (μg/m3) PST 24 horas 375 625 875 PM10 24 horas 300 400 500 SO2 24 horas 500 1.000 1.600 NO2 1 hora 400 800 2.000 O3 1 hora 350 700 1.000 17.000 34.000 46.000 CO 8 horas Fuente: Resolución 610 de 2010 29 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Emisiones de fuentes fijas y fuentes móviles: Resolución 909 de 2008 Resolución 910 de 2008 Estas normas establecen los valores admisibles de emisiones de contaminantes atmosféricos provenientes de fuentes fijas y fuentes móviles de emisión respectivamente. Ambas normas pueden ser consultadas en los siguientes enlaces Resolución 909 de 2008 [Ir al artículo] Resolución 910 de 2008 [Ir al artículo] Calidad de Combustibles: Resolución 1565 de 2004 Resolución 1180 de 2006 Ley 1205 de 2008 Tal y como será explicado más adelante en este curso, la calidad de los combustibles es determinante en la eficiencia de la combustión y por ende en los productos generados de ésta. Es así como el contenido de azufre en un combustible diésel es definitivo por ejemplo para la emisión de material particulado. La Ley 1205 de 2008 establece los plazos para mejorar la calidad del combustible diésel en el territorio nacional en términos de la diminución en el contenido de azufre. De esta forma y de manera gradual para el 31 de diciembre del año 2012, el diésel que se distribuya en el país debe contener un contenido de azufre inferior a las 50 ppm. Para finalizar este capítulo se recomienda la lectura completa del documento “Fundamentos de la Contaminación del Aire”. Una publicación del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial con el apoyo de la Universidad de los Andes, que ha servido de guía para el desarrollo de las lecciones hasta ahora presentadas. [Ir al documento1] 1 Descargar y abrir con Acrobat Reader 30 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica CAPÍTULO 2. MONITOREO DE CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS La medición de datos brinda elementos sólidos para fortalecer la discusión y toma de decisiones para la gestión de la calidad del aire. En el presente capitulo se presentan los protocolos y técnicas aprobadas para la medición de contaminantes emitidos por fuentes fijas y móviles. Adicionalmente se presentan las metodologías generales para la realización de inventarios de emisión y la utilidad de los mismos. En la Lección 10 se presentan las actividades de seguimiento realizadas por la autoridad ambiental. El capitulo inicia con la descripción de los monitoreos de calidad del aire. Lección 6. Monitoreo de la calidad del aire El monitoreo de contaminantes atmosféricos es la principal herramienta para el diagnóstico de la calidad del aire. Por medio de estos monitoreos se realiza una lectura de la concentración de contaminantes a nivel troposférico. Los monitoreos de calidad del aire permiten realizar una aproximación al origen de la contaminación en una determinada área con lo cual direccionan las acciones que debe implementar la autoridad ambiental al tiempo que se convierten en uno de los principales indicadores de gestión en torno a la calidad del aire ya que se constituyen en una aproximación de la calidad del aire que respiran las personas. En Colombia, el marco para el desarrollo de sistemas de vigilancia de la calidad del aire (SVCA) se encuentra regulado por la Resolución 650 de 2010. Esta resolución adoptó el Protocolo para el Monitoreo y Seguimiento de la Calidad del Aire. Este protocolo se componen dos manuales: 1) el Manual de Diseño de Sistemas de Vigilancia de la Calidad del Aire y 2) el Manual de Operación de Sistemas de Vigilancia de la Calidad del Aire. El texto de estos manuales se consigna en la Resolución 2154 de 2010. Los SVCA que se desarrollen en el país deben ajustarse a los lineamientos del protocolo. La implementación de un SVCA inicia con una revisión inicial en la que se definen los objetivos del sistema, la escala del monitoreo y se realiza la recolección de información preliminar2; para determinar el tipo de SVCA a utilizar. El Manual de Diseño establece los siguientes tipos de SVCA: 1) indicativo; 2) básico; 3) intermedio; 4) avanzado; 5) especial e industrial. Indica las condiciones en las cuales debe implementarse cada uno de ellos y sus principales características. En la Tabla 3 se muestran las principales características de cada tipo de SVCA. En la recolección de información preliminar se deben incluir elementos meteorológicos, principales fuentes de emisión en el área de influencia y una campaña de monitoreo preliminar. 2 31 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Tabla 3. Clasificación de los SVCA. Fuente: elaboración propia a partir del Protocolo para el Monitoreo y Seguimiento de la Calidad del Aire. SVCA Tipo I: Indicativo Tipo II: Básico Tipo III: Intermedio Condiciones para su implementación Características*** Población entre 50,000 – 150,000 habitantes Prioriza la medición de material particulado. Mínimo 2 estaciones de monitoreo. Realización de campañas de monitoreo periódicas. Población entre 150,000-500,000 habitantes Monitoreo continuo Mínimo 2 estaciones de PM10 Puede incluir la medición de otros contaminantes Población entre 500,000 – 1,500,0000 habitantes Monitoreo continuo Mínimo 2 estaciones de PM10 Mínimo 1 estación de PM2.5 Mínimo 1 estación de O3 Tipo IV: Avanzado Población superior a 1,500,000 Monitoreo continuo Mínimo 4 estaciones de PM10 Mínimo 2 estación de PM2.5 Mínimo 1 estación de O3 SEVCA* Cualquier población con problemáticas específicas de calidad del aire (minería, alto nivel de industrialización) Monitoreo continuo Definición de parámetros de medición según problemática de la zona SVCAI** Actividades a las que la autoridad ambiental establezca la obligación de implementar un SVCA (regularmente industria petrolera y carbonífera) Monitoreo mínimo anual Definición de parámetros de medición según características de la industria * Sistema de especial de vigilancia de la calidad del aire. **Sistema de vigilancia de la calidad del aire industrial. *** Estas son las características mínimas del SVCA pueden sobrepasarse según las condiciones de la zona. Los SVCA deben contar con estaciones de monitoreo que cumplan los protocolos de medición de la U.S. E.P.A. Los monitores pueden ser manuales o automáticos entre los parámetros a medir se incluyen PST, PM10, PM2.5, óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, 32 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica ozono, monóxido de carbono e hidrocarburos. Es muy importante garantizar la calidad de los datos mediante adecuados procedimientos de cadena de custodia. Los SVCA permiten la consolidación de información de forma útil para su análisis. Se realiza la estimación de los promedios aritméticos y geométricos de los datos, la media móvil y el número de excedencias a la norma entre otros. Con esta información y la distribución espacial de los datos se pueden construir mapas de isoconcentración como el mostrado en la Figura 8. Figura 8. Mapa Isoconcentración - concentración máxima de PM10. Fuente: Secretaría Distrital de Ambiente. Consulte en los siguientes enlaces los documentos del Manual de Diseños de Sistemas de Vigilancia de la Calidad del Aire y el Manual de Operación de Sistemas de Vigilancia de la Calidad del Aire [Ir al documento 1] [Ir al documento 2] 33 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Lección 7. Monitoreo de emisiones de fuentes fijas El monitoreo de la calidad del aire es la medición de la concentración ambiente de los contaminantes atmosféricos o inmisión. Si bien esta es una herramienta muy importante para la gestión de la calidad del aire, la misma se complementa con la medición directa de las emisiones en la fuente. El protocolo para el control y vigilancia de la contaminación atmosférica (MAVDT, 2010) presenta tres alternativas para la estimación de contaminantes en la fuente: 1) balance de masas; 2) factores de emisión y 3) medición directa. La Resolución 909 de 2008 establece que el cumplimiento de los estándares de emisión para cada contaminante se debe verificar mediante medición directa en cada fuente. Sin embargo, en caso de no contar con punto de medición directa, la verificación del cumplimiento se realizará teniendo en cuenta los resultados obtenidos por medio de balance de masas o factores de emisión. El balance de masas hace referencia a la cuantificación de emisiones por balance de materia y energía. En ocasiones, por las características del proceso industrial, es el único método para la cuantificación de emisiones que se puede emplear, por ejemplo, en las actividades industriales que manufacturan o emplean en sus procesos compuestos orgánicos volátiles, especialmente cuando las emisiones se producen de manera fugitiva, este procedimiento de evaluación se convierte en la primera alternativa para cuantificar la emisión de contaminantes (MAVDT, 2010). A través de la aplicación del método de balance de masas se representan las entradas y salidas de un sistema con el fin de estimar de manera indirecta la emisión de sustancias contaminantes a la atmósfera, es decir, las emisiones que se producen y pueden cuantificarse durante periodos de tiempo prolongados. El balance de masas es muy utilizado en situaciones donde se presentan reacciones químicas, siendo apropiados en situaciones donde se pierde determinada cantidad de material por liberación a la atmósfera(MAVDT, 2010) El balance de masas implica el reconocimiento del proceso; sus entradas, salidas y procesos y operaciones unitarias (ver Figura 9). Los informes de emisión que se envíen a la autoridad ambiental usando balance de masas deben incluir una descripción detallada del proceso y las actividades realizadas. El diagrama de flujo del proceso y las variables del mismo como materias primas, insumos, tasas de operación, tasas de alimentación de combustible y horario de operación del proceso. La Lección 3 indica los conceptos básicos para el uso de factores de emisión. El uso de los factores de emisión es apropiado cuando los materiales que se emplean son consumidos o combinados químicamente en los procesos o cuando se producen bajas pérdidas de 34 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica material por liberación a la atmósfera, en comparación con las cantidades que se tratan en el proceso (MAVDT, 2010). Los factores de emisión que se deben utilizar son los establecidos en el documento AP-42 de la U.S. E.P.A. Emisiones Materia Prima Energía PROCESO Productos Vertimientos Figura 9. Esquema para el balance de masas. Fuente: elaboración propia. La medición directa es la más utilizada para el monitoreo de fuentes fijas y para los trámites de licenciamiento y permisos ambientales. El proceso de medición se puede separar en dos etapas, la toma de muestra y la determinación mediante análisis en laboratorio. La toma de muestras se realiza directamente en sobre el ducto de salida de los gases. Para esto debe adoptarse un niple tomamuestra en la chimenea (ver Figura 10). De igual modo resulta conveniente contar con una plataforma para el muestreo, caso contrario deberá adaptarse alguna plataforma firme sobre la cual realizar el muestro. La toma de muestras debe realizarse en condiciones de isocinetismo. Esto quiere decir que la velocidad de extracción de los gases debe ser la misma que la velocidad de salida de los mismos por la chimenea. El isocinetismo se garantiza mediante el uso de un tren de muestreo isocinético. Figura 10. Niple tomamuestra. Fuente: (MAVDT, 2010) 35 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Un tren de muestreo isocinético está constituido por una consola de mando, un cordón umbilical de conexión y el complejo de las cajas fría y caliente, en donde se lleva a cabo la recolección de las muestras. En la caja fría se encuentran los impactadores que capturan la muestra de SOx mientras que en la caja caliente se encuentra el portafiltros en donde se recolecta el material particulado. La caja fría y la caja caliente están conectadas con la sonda del equipo con tubo pitot, a través de la cual se toma la muestra de gas directamente de la chimenea. Adicionalmente, durante los muestreos isocinéticos, se usa de un analizador de combustión para la determinación de las concentraciones de CO y oxígeno así como de balones de captura de NOx provistos de solución absorbente para dicho contaminante(SDA-Uniandes, 2009). En la Figura 11 se muestran los elementos usados en la medición de emisiones en las fuentes fijas. A B E C F D G Figura 11. Elementos del tren de muestreo isocinético. A) consola del equipo; B) cordón umbilical; C) caja fría (izq) – caja caliente (derecha); D) portafiltros; E) tubo pitot y boquilla de captura; F) analizador de combustión; G) balón de captura de NOx. Fuente: (SDAUniandes, 2009). En relación al procedimiento de muestreo, de acuerdo con el tipo de ducto por el cual son evacuados los gases de la combustión, se determina el número de puntos que se requieren para una documentación apropiada de las condiciones de las emisiones de la fuente. Esto depende de la altura, la localización de los niples y el diámetro de la chimenea. Antes de llevar a cabo el procedimiento de toma de muestra se calibran diversos componentes del equipo y se verifica que no se presenten fugas en el montaje. 36 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Observe en los siguientes enlaces el protocolo para la toma de muestras mediante muestreo isocinético y el Protocolo para el Control y Vigilancia de la Contaminación Atmosférica por Fuentes Fijas [Ir al documento 1] [Ir al documento 2] En relación al análisis de las muestras se destacan tres procedimientos: 1) determinación de NOx; 2) determinación de SOx y 3) determinación de material particulado. Para el caso de los NOx, se utiliza el método 7 de la U.S. E.P.A; este método se basa en una determinación colorimétrica usando el procedimiento del ácido fenildisulfónico. En éste, mediante el empleo de una solución absorbente se recolecta muestra del gas de chimenea, el cual inevitablemente contendrá dióxido de nitrógeno (NO2) y óxido nítrico (NO). Después de transcurridas 16 horas contadas a partir del momento en el que termina el muestreo en la chimenea, es posible suponer que todo el óxido nítrico ha sido oxidado y se ha convertido en dióxido de nitrógeno (SDA-Uniandes, 2009). El NO2 se disuelve entonces en la solución absorbente generando iones nitrito (NO 2-) y nitrato (NO3-). Los iones nitrito son oxidados a iones nitrato mediante el empleo de ácido sulfúrico. La cuantificación de los iones nitrato se efectúa mediante la formación de un nitroderivado con el ácido fenildisulfónico, el cual en medio alcalino desarrolla una coloración amarilla y presenta absorbancia a los 410 nm. De esta forma se hace posible su determinación mediante espectroscopia UV/Vis (SDA-Uniandes, 2009). La determinación de la concentración de dióxido de azufre se realiza siguiendo el método 6 de la U.S. E.P.A.; que emplea una solución de peróxido de hidrógeno sobre la cual se recolectan los gases emitidos en la chimenea. Esta solución permite oxidar el dióxido de azufre presente a sulfato (SO4=), el cual es determinado mediante titulación empleando el método del bario-torina. Este indicador otorga a la muestra un color anaranjado fuerte, que luego de la titulación y al presentarse un exceso de bario cambia a tonalidad rosada (SDA-Uniandes, 2009). La determinación de material particulado se hace de forma gravimétrica siguiendo el método 5 de la U.S. E.P.A. Consulta en este enlace los métodos EPA para el monitoreo de emisiones* Información en inglés [Ir al artículo] 37 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Lección 8. Monitoreo de emisiones de fuentes móviles La Resolución 910 de 2008 para el nivel permisible de emisión de los contaminantes por fuentes móviles identifica dos tipos de pruebas para la medición de los contaminantes. La primera es la prueba estática de emisiones; usada en la revisión técnico mecánica. La segunda es la prueba dinámica, cuya principal aplicación es identificar estándar al que pertenece el vehículo. Las normas EURO son los estándares de emisión europeos para vehículos diesel. Conoce en el siguiente enlace mayor información al respecto [Ir al artículo] En la prueba estática se determinan las concentraciones de contaminantes en marcha mínima o ralenti3. Para la realización de esta prueba se somete el vehículo a ciclos de aceleración y desaceleración midiéndose la emisión de contaminantes. Para vehículos diesel se realiza medición de opacidad, mientras que en motos y vehículos a gasolina se realiza la medición de %CO, %CO2 hidrocarburos y oxigeno. La normas técnicas colombianas para dichas mediciones son la NTC 4231 para opacidad; NTC 4985 para vehículos a gasolina y NTC 5365 para motos. La Figura 12 muestra una imagen típica de la realización de la prueba estática en un CDA. Esta prueba se realiza también en operativos en la vía- Figura 12. Prueba estática de emisiones. Fuente: CDA la Primera. http://cdalaprimera.com/cda.html En la prueba dinámica de emisiones se simula el patrón de conducción para tener una lectura más cercana a las emisiones reales del vehículo. Como referencia se usan las Es la velocidad del motor requerida para mantenerlo funcionando y sin carga, y en neutro (para cajas manuales) y en parqueo (para cajas automáticas). 3 38 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica pruebas de ciclos de la Unión Europea y la prueba de ciclos de Estados Unidos (FTP). En la Figura 13 se muestra una imagen del montaje de la prueba dinámica, esta se realiza en ambiente controlado. Es necesario que se cuente con un dinamómetro para la prueba. Actualmente esta prueba no se realiza en el país. Figura 13. Prueba dinámica de emisiones. Fuente: Cars-Magazine Las emisiones evaporativas (ver Lección 21) se miden mediante el método SHED (Sealed Housing for Evaporative Determination). Este método permite determinar las emisiones evaporativas en vehículos a gasolina mediante la recolección de éstas en una cabina sellada en la que se ubica el vehículo sometido a prueba (NTC 4542). La Figura 14 ilustra el procedimiento. Figura 14. Método SHED para medición de emisiones evaporativas. Fuente: http://www.etclab.com/ 39 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Lección 9. Inventarios de emisión Los inventarios de emisiones son un instrumento estratégico de gestión de la calidad del aire (Sermanat, 2011). En estos inventarios se realiza una estimación de las emisiones de las diferentes fuentes de emisión en un área determinada. Regularmente se incluyen: fuentes fijas; fuentes móviles; fuentes de área y fuentes naturales (ver Figura 15). Figura 15. Fuentes consideradas en los inventarios de emisión. Fuente: (Sermanat, 2011). En el marco de atender la problemática de la calidad del aire en las ciudades los inventarios de emisiones permiten realizar la priorización de la gestión de las fuentes de emisión (U.S. EPA). En Colombia, ciudades como Bogotá (SDA-Uniandes, 2009), Medellín (Toro et al; 2009) y Cali (Jaramillo et al; 2005) han desarrollado inventarios de emisiones. El gobierno nacional, en una iniciativa con el ánimo de armonizar los diferentes inventarios que se realizan en el país desarrolló el Protocolo Nacional de Inventarios de Emisión que se desarrollen en el país (MAVDT, 2009). El Protocolo entiende a los inventarios de emisiones como parte de los planes estratégicos de calidad del aire por lo cual es importante realizar su adecuada planeación identificando con claridad el propósito del inventario y los recursos para su ejecución. La Figura 16 muestra las etapas técnicas para el desarrollo de inventarios de emisiones. Descargue en el siguiente enlace el documento de “Elementos Técnicos del Plan Decenal de Descontaminación de Bogotá”. La parte 2 de este documento corresponde al inventario de emisiones de fuentes fijas y móviles [Ir al documento] 40 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Figura 16. Pasos técnicos para el desarrollo de un inventario de emisiones. Fuente:(MAVDT, 2009) Descargue en el siguiente enlace los documentos sobre Fundamentos y Planeación de Inventarios de Emisiones del Ministerio de Ambiente[Ir al enlace] El punto central para la realización de los inventarios de emisión es el cálculo de las emisiones para cada tipo de fuente (Uniandes - MAVDT, 2008). Esto se realiza como se muestra en la Ecuación 1 en donde E es la emisión total; Fe el factor de emisión; A el factor de actividad4 y Nf el número de fuentes. Ecuación 1. Si bien la ecuación se observa sencilla, el desarrollo de sus términos requiere un riguroso trabajo según sea el alcance del inventario. El factor de emisión puede obtenerse mediante datos locales conocidos de emisión o mediante el uso protocolos teóricos como El factor de emisión se refiere a la cantidad de contaminante emitida por unidad de actividad realizada (kg/km p.ej). El factor de actividad tien que ver con la cantidad de actividad realizada. 4 41 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica el AP-42 (ver Lección 3). El factor de actividad se obtiene a partir de información local de la actividad de las fuentes; esto junto con la determinación del número de fuentes supone la revisión de información secundaria o el trabajo de campo. Existen dos enfoques para la estimación de emisiones a nivel regional; la metodología arriba-abajo y la metodología abajo-arriba. En la metodología arriba-abajo se estima la emisión local a partir de datos nacionales los cuales son llevados a factores de emisión relacionados con principios económicos como el ingreso percapita. Estos factores se usan para estimar la emisión local (U.S. EPA). Este método es económico pero puede resultar impreciso. La Figura 17 muestra el funcionamiento de esta metodología. Figura 17. Metodología arriba-abajo. Fuente: Introduction to Air Pollution Control (U.S. EPA). El enfoque abajo-arriba parte de la identificación de fuentes y emisión a nivel local. La sumatoria de estos aportes permite construir la lectura general de emisiones. Este inventario es más costoso pero preciso. La Figura 18 ilustra su funcionamiento. Figura 18. Metodología abajo-arriba. Fuente; Introduction to Air Pollution Control (U.S. EPA). 42 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Lección 10. Seguimiento y verificación por parte de los organismos de control De acuerdo a la Ley 99 de 1993 las principales actividades de seguimiento y verificación en relación a la gestión de la calidad del aire corresponden a las Corporaciones Autónomas Regionales y a las Autoridades Ambientales Locales. Podemos separar estas actividades en los tres componentes iniciales de este capítulo: monitoreo de la calidad del aire; control de fuentes fijas y control de fuentes móviles. El monitoreo de la calidad del aire es tal vez una de las principales actividades de las autoridades ambientales locales y regionales. La operación y mantenimiento de los SVCA es responsabilidad de estas entidades. Los datos de calidad del aire son el punto de partida para para la actividad de gestión de la calidad del aire. Actividades como la declaratoria de áreas fuente, establecimiento de planes de descontaminación y aplicación de principios de rigor subsidiario5 son justificados por los continuos incumplimientos en los valores medidos en los SVCA. Consulta en este enlace las principales acciones implementadas con el Plan Decenal de Descontaminación Atmosférica de Bogotá [Ir a la página] En relación al control de fuentes industriales, las autoridades ambientales realizan diferentes actividades de seguimiento que incluyen entre otras: registro y seguimiento a empresas con fuentes de emisión; el acompañamiento a los monitoreos de emisiones y realización de muestreos isocinéticos. La principal actividad de control a fuentes fijas realizada por las autoridades ambientales es la revisión de los informes de monitoreo de emisiones que realizan las empresas. La emisión de contaminantes requiere de un permiso de emisiones lo que le permite a la autoridad ambiental llevar un registro de las empresas emisoras a las cuales se les exigen monitoreos de emisiones. Estos monitoreos son revisados para verificar el cumplimiento de los estándares de emisiones. El procesamiento de estos informes le permite a la autoridad ambiental establecer una base sólida de información. Según los términos del permiso ambiental, la autoridad puede solicitar la realización de monitoreos de calidad del aire en el área de influencia de la empresa. La autoridad ambiental también puede realizar acompañamiento a los monitoreos de emisiones. Este acompañamiento incluye la asistencia a la toma de muestra y el seguimiento a los laboratorios de análisis. En algunas ocasiones para como medida de control, la autoridad puede realizar monitoreos en las fuentes de emisión. El principio de rigor subsidiario permite a las autoridades establecer estándares de control ambiental (p.ej niveles de emisión) más restrictivos que en los de la normatividad nacional para aplicación en su jursidicción. 5 43 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica En relación a las fuentes móviles de emisión las principales actividades incluyen: certificado de emisión de gases; operativos en vía; restricción a la movilidad y promoción de programas de autorregulación ambiental. El certificado de emisiones es un documento expedido por los centros de diagnóstico automotor que garantiza el cumplimiento de los estándares de emisión de un vehículo. Este se obtiene al tiempo con el proceso de revisión técnico-mecánica. La autoridad ambiental realiza también operativos en vía en los cuales verifica el cumplimiento de estos estándares (ver Figura 19). Figura 19. Operativos en vía. Fuente: (SDA, 2011). La autoridad ambiental puede desarrollar programas que reduzcan la circulación del tráfico vehicular por motivos ambientales (Pico y Placa Ambiental). En Bogotá adicional a este programa existe el programa de autorregulación para las empresas de transporte público de pasajeros. Este programa implica la autorevisión por parte de las empresas del cumplimiento de los estándares de emisión. El 95% de la flota debe cumplir el estándar. En contraprestación estos vehículos son eximidos del cumplimiento del pico y placa ambiental. Consulta en este enlace mayor información sobre el programa de autorregulación de vehículos de transporte público de pasajeros [Ir a la página] 44 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica CAPÍTULO 3. CONTAMINACIÓN POR RUIDO Si bien la problemática de la contaminación auditiva tiene un importante componente subjetivo, es evidente que este tipo de contaminación influye diferentes aspectos de la vida diaria y puede llegar a presentar afectación sobre condiciones fisiológicas y neurológicas. En este capítulo se presentan los aspectos generales de este tipo de contaminación. Se realiza la identificación de las metodologías para la caracterización de la contaminación auditiva; las fuentes de emisión de ruido y las estrategias de control y mitigación. El capítulo finaliza con la presentación de casos de estudio sobre esta problemática a nivel urbano. Lección 11. Generalidades de la contaminación auditiva. El ruido es entendido como cualquier sonido no deseado o potencialmente dañino para la salud de las personas. La contaminación por ruido es hoy en día considerada como uno de los principales problemas ambientales de los centros urbanos. Se estima además que la problemática de contaminación auditiva se manifiesta como una consecuencia del crecimiento urbano y económico de las ciudades y tiene una implicación directa en la calidad de vida de sus habitantes. Instituciones como la Organización Mundial de la Salud (OMS) han asociado la exposición a elevados niveles de ruido con afecciones en la salud de las personas, incluidos cambios de comportamiento, irritabilidad y estrés. Asimismo, personas expuestas de manera prolongada a ambientes en los que se presenten altos niveles de presión sonora suelen desarrollar síntomas que incluyen cansancio crónico e insomnio. Al mismo tiempo, la exposición a ruido es considerada como un factor de riesgo para la enfermedad coronaria y se encuentra asociada con aumentos hasta del 30% en el riesgo de ataques al corazón. La Naturaleza del Sonido La palabra ruido proviene del griego Nausea que da origen a su nombre en inglés (Noise). En su más sencilla expresión el ruido se define como un sonido no placentero. Subjetivamente se interpreta al sonido como una sensación audible generada por una perturbación en el medio (Harris, 1995). Físicamente, el sonido es una vibración mecánica en un medio elástico ya sea líquido, gaseoso o sólido a través del cual la energía es transferida lejos de la fuente por medio de ondas. La propagación de estas ondas se basa en el principio de la interacción entre las partículas presentes en el medio. Es decir, si se genera una perturbación en una partícula perteneciente al medio, ésta golpeará a la siguiente y así sucesivamente. 45 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Propiedades Básicas Las ondas acústicas corresponden a una perturbación en un medio que produce una sensación audible y no pueden viajar en el vacío, algunas de sus propiedades son: El período (T) es el tiempo que tarda en producirse un ciclo completo de la onda sonora. La frecuencia (f) es el número de ciclos que realiza la onda en un segundo. La longitud de onda es la distancia entre puntos análogos en dos ondas sucesivas. La velocidad de las ondas sonoras depende de su medio de propagación. Para el aire a condiciones normales (una atmósfera de presión y temperatura de 20°C) la velocidad del sonido es de 344 m/s. La intensidad del sonido se define físicamente como la cantidad de energía que atraviesa por segundo la unidad de superficie situada perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda sonora. Nivel de Presión Sonora El oído humano es capaz de percibir variaciones de presión acústica comprendidas entre 20× 10-6 Pa (20 m Pa) y 200 Pa (200.000.000 m Pa) aproximadamente. Si la cuantificación de la presión acústica la hiciésemos en Pascales, deberíamos utilizar una escala de 200.000.000 de unidades, con la poca operatividad que esto supone. Por esta razón es que se utiliza una escala logarítmica en la que se introduce el concepto de nivel de presión acústica en decibeles (dB) dado por la expresión: Lp = Nivel de presión acústica en dB. Prms = Valor eficaz de la presión acústica en Pa. Po = Presión de referencia = 20 m Pa. El rango de presión audible expresado en dB, sería entonces: Límite umbral = 20 mPa. Límite de dolor = 200 mPa. 46 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica De esta manera una escala de 200.000.000 de unidades se transforma en una escala de 140 unidades. Como se mencionó al inicio de esta lección la exposición prolongada a altos niveles de presión sonora ha sido identificada como promotora afecciones en salud. Entre éstas se encuentran por supuesto la sensación de fastidio y los cambios en los comportamientos o actitudes de las personas. Estas afecciones pueden materializarse como malestar, incertidumbre, confusión y sentimiento restringido de libertad (Öhrström, et al, 2006). Por ejemplo, está cuantificado que una exposición prolongada a 50 dB causa fastidio moderado mientras que una exposición a 55 dB genera fastidio severo. La molestia asociada con el ruido no solo depende de la naturaleza del sonido (v.g. frecuencia y potencia) sino también de parámetros inherentes a la personalidad y preferencias de cada individuo (WHO, 1999). La Figura 20 muestra la relación entre los niveles de presión sonora medida en decibeles y los efectos en salud. Asimismo, la Figura XX presenta el cuadro de guías sobre niveles de ruido expedido por la Organización Mundial de la Salud. Figura 20.Contaminación por ruido y salud. Fuente: Diario ABC.es (2010). 47 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Figura 21. Guía de niveles de presión sonora de la Organización Mundial de la Salud. Fuente: Organización Mundial de la Salud. 48 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Lección 12. Caracterización y monitoreo de la contaminación por ruido. Un elemento determinante para entender de mejor manera el significado de los valores de presión sonora medidos o monitoreados es el hecho de saber diferenciar las ponderaciones frecuencial y temporal. Más importante aún lograr identificar cual debe ser usada en la medición de ruido de acuerdo al objetivo de la medición. El ruido como onda energética puede tener el mismo contenido de energía con diferentes frecuencias siendo algunas potencialmente más dañinas para el oído humano que otras. Es decir, dos ondas acústicas con igual contenido de energía pueden estar vibrando en diferentes frecuencias. Entre las ponderaciones frecuenciales se encuentran la ponderación A, B, C y Z, que se diseñaron con el fin de asignarle diferente importancia a las frecuencias que potencialmente pueden deteriorar en mayor proporción la audición. La ponderación tipo A se ajusta de mejor manera a la respuesta del oído humano y por lo tanto ha sido adoptada universalmente para expresar los resultados de presión sonora en decibeles con ponderación A (dB(A)) (Georgiadou et al., 2004). Por las razones mencionadas anteriormente, la presión sonora siempre debe ser reportada indicando la ponderación frecuencial usada. La ponderación C es importante para el cálculo de valores máximos extremos. Tal y como ya se mencionó en este capítulo, la respuesta del oído al ruido corresponde a la energía contenida en las variaciones de la presión sonora (v.g, si aumenta la presión sonora esta energía hace vibrar el tímpano haciendo audible el sonido). Los estándares internacionales han caracterizado la velocidad (en segundos) con la cual un detector de presión sonora debe seguir el cambio de estas variaciones para obtener resultados confiables en las siguientes categorías: Lento (Slow): La constante del tiempo de respuesta es de un segundo. Es decir, el sonómetro registra durante un intervalo de tiempo de un segundo los cambios en la energía y con esta información determina un valor equivalente de presión sonora para dicho intervalo de tiempo. Rápido (Fast): La constante del tiempo de respuesta es de 0.125 segundos. Esta ponderación temporal se asemeja a la constante de tiempo usada por el sistema auditivo humano. A diferencia de la ponderación temporal lenta, ésta es influida por eventos recientes de cambios en la presión sonora. Impulso (Impulse): La constante del tiempo de respuesta es de 0.035 segundos para sonidos que van en aumento y de 1.5 segundos para sonidos que van decreciendo (Harris, 1995). 49 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica En términos generales las mediciones de ruido generado por una fuente como el tráfico vehicular deben realizarse usando la ponderación temporal rápida y las mediciones de ruido ambiental con ponderación temporal lenta. Nivel de Presión Sonora Continua Equivalente Ya se hemos hecho énfasis en que el ruido es un fenómeno variable. Esto exige para su caracterización el empleo de parámetros que consideran esta característica mediante la obtención de niveles promedio representativos del fenómeno. Una buena representación se manifiesta en el nivel de presión sonora continuo equivalente (Leq). Este parámetro se define como un nivel de presión sonora continuo en un periodo de tiempo dado que contiene la misma cantidad de energía que los niveles fluctuantes de ruido en el mismo intervalo de tiempo. En otras palabras en una medición de dos horas es de esperar que los niveles de presión sonora varíen constantemente, al reportar un Leq.2h = 60 dB(A) quiere decir que la energía contenida en la medición es equivalente a la energía que se obtendría con un nivel de presión constante de 60 dB(A) durante las mismas dos horas. Instrumentos de medida del Sonido Entre tipos de equipos e instrumentos más usados para cuantificar el sonido se encuentran: Sonómetro: mide los niveles de presión sonora. Un sonómetro-integrador es capaz de promediar linealmente la presión sonora cuadrática. Analizador de frecuencias: determina el contenido energético de un sonido en función de la frecuencia. La señal que aporta el micrófono se procesa mediante filtros que actúan a frecuencias predeterminadas, valorando el contenido energético del sonido en ese intervalo. Calibrador: instrumento destinado a calibrar y verificar las medidas que da un sonómetro. Sonómetro La medición de los niveles de presión sonora es comúnmente realizadas utilizando un sonómetro. Actualmente existe una tecnología avanzada que permite contar con instrumentos digitales con una cantidad importante de funciones. La Figura 22 presenta un sonómetro digital integrador de medición en tiempo real Tipo 1, marca 01dbMETRAVIB, modelo BLUESOLO. Este equipo permite medir los niveles de presión sonora máximo, mínimo y promedio en el tiempo seleccionado por el usuario con resolución hasta de 1 segundo. Un instrumento como este es normalmente usado por la autoridad ambiental nacional para el control de la normativa vigente en estos temas. 50 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Además de los sonómetros el monitoreo ambiental de ruido requiere de unos elementos complementarios que garanticen una medida completa del ruido en exteriores. Por ejemplo, baterías recargables y aditamentos para la protección de la lluvia y el viento, trípode o soporte, son deseables. En la Figura 23 se presentan imágenes de monitoreo en campo. . Figura 22. Equipo para medición en tiempo real de la presión sonora y kit de medición. Fuente: Cirrus Research plc Figura 23. Medición de presión sonora en vía. Fuente: Grupo de Estudios en Sostenibilidad Urbana y Regional (SUR). Universidad de los Andes. 51 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Para profundizar en el tema de instrumentos de medida visitar el siguiente recurso web en donde además de la teoría se podrán encontrar ejercicios y diagramas. [Ir al artículo] Lección 13. Fuentes de emisión de ruido. Para identificar y relacionar las distintas fuentes de emisión de ruido vale la pena contextualizarse en el escenario y dinámicas de los grandes centros urbanos locales e internacionales. En este sentido, recientes investigaciones en temas de contaminación auditiva se han centrado particularmente en el ruido generado en ciudades dado que éstas son potencialmente más ruidosas que las zonas rurales. El ruido urbano es una mezcla compleja de sonidos provenientes de medios de transporte, industrias, comercio, máquinas y actividades propias de la vida diaria de las personas. De manera general las fuentes de emisión de ruido se pueden clasificar en tres grandes grupos: Medios de transporte: en esta categoría se incluyen vehículos (automóviles, camiones, buses, motocicletas) y aviones. El tráfico vehicular en las calles de las ciudades es un importante agente productor de ruido, no solamente por la congestión y cantidad de vehículos sino también por el roce de las llantas con el pavimento, particularmente a altas velocidades. Lógicamente el ruido se incrementa a medida que se incrementan el número de vehículos sobre la vía y la velocidad a la que éstos se desplazan. Por otro lado, el ruido producido por aviones ha sido una queja frecuente de los habitantes de ciudades en todo el mundo. Al igual que para el caso del tráfico vehicular, son varios las causas que afectan la intensidad del ruido producido, entre estas se encuentran la cantidad de aviones, su tamaño y potencia, la ruta y la forma que toman al despegar y al aterrizar (momentos en los que están más cerca del nivel del suelo). Actividad industrial: en esta categoría se incluyen principalmente el ruido generado por maquinaria, herramientas, equipos neumáticos, rotadores de altas revoluciones, ductos de escape de gases y ventiladores de gran potencia. Este ruido no solamente afecta el ruido ambiental en la ciudad, sino también tiene implicaciones importantes en la salud ocupacional de los empleados de estas industrias. Dado que en la mayoría de las ciudades las zonas industriales se encuentran particularmente retiradas de las zonas residenciales, la contribución de 52 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica estas fuentes al ruido ambiental es relativa a la cercanía de la zona a la fuente de emisión. Actividad comercial y residencial: las fuentes residenciales y comerciales son tanto en interiores como en exteriores. Éstas parece no ser muy significantes con respecto a las dos clasificaciones mencionadas anteriormente, sin embargo la sumatoria de actividades tales como lavandería, televisión, equipos de sonido genera un ruido que empieza a ser significativo. Por otra parte, el comercio en sí y las actividades propias de esta categoría son importantes generadores de ruido en los centros urbanos. El perifoneo por ejemplo, es muy común en zonas de comercio informal en las ciudades del país. Asimismo, el hecho de que por ejemplo la gran mayoría de nuestras ciudades las autorizaciones de uso del suelo no son muy rigurosas, es normal encontrar bares, discotecas y establecimientos nocturnos en zonas que normalmente tendrían un uso residencial. En los siguientes enlaces se encuentra una sencilla explicación de cada una de las fuentes de ruido en sus distintas categorías, así como una tabla con valores de presión sonora típicos producidos por cada una de estas fuentes. [Ir al artículo 1] [Ir al artículo 2] Lección 14. Estrategias de control y mitigación de los efectos negativos de la contaminación por ruido. Hace algunos años en las normativas de protección del ambiente de países y regiones el ruido no se consideraba como un contaminante. Sin embargo las distintas dinámicas propias de la urbanización, industrialización e incremento del tráfico motorizado han hecho que esta situación evolucione. A tal punto que hoy en todos los países del mundo se han elaborado normas y estatutos que se encargan del control de la problemática de la contaminación por ruido y sus efectos negativos en salud y calidad de vida. La vanguardia en temas de prevención y control del ruido la ha tomado la comunidad europea en donde se reconoce al ruido como un importante problema ambiental. Desde los años setentas la normativa y legislación europea ha sido rigurosa en la definición de límites en los niveles de ruido ambiental y control en las fuentes de emisión. A pesar de esta situación, las mismas autoridades reconocen que los esfuerzos hechos hasta el momento se han quedado cortos en poder disminuir de manera significativa los niveles de emisión de ruido (principalmente en lo que hace referencia a la industria y al tráfico vehicular). 53 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Lectura recomendada para conocer detalles de la legislación en términos de ruido en la Unión Europea. [Ir al artículo] A nivel nacional los esfuerzos normativos para el control de la contaminación por ruido comenzaron en 1974 con el decreto Ley 2811 del gobierno de la república. Este decreto en su Artículo 33 establece el ruido como un contaminante que afecta la tranquilidad de las personas. Esta es la primera norma generada en el país en la que se haga referencia al ruido como contaminante. En 1983, en la resolución 8321 del entonces Ministerio de Salud, se establecen los niveles máximos por ruido según el sector y los niveles máximos de emisión de ruido dependiendo el tipo de fuente. Posteriormente en el año 2006 se dicta la Resolución 0627 del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial como normativa vigente por la cual se establece la norma nacional de emisión de ruido y ruido ambiental. Esta norma no solamente indica la metodología adecuada para hacer la medición de los niveles de presión sonora, sino que en su Artículo 22 obliga a las corporaciones autónomas regionales a elaborar mapas de ruido en poblaciones de más de 100,000 habitantes, como primer instrumento de caracterización e identificación de fuentes de emisión para el diseño de estrategias de control y mitigación. Para conocer los detalles de este acto legislativo se recomienda dirigirse al siguiente enlace en donde se encuentra el texto y cuadros de la Resolución 0627 de 2006. [Ir al artículo] Control de la Contaminación por Ruido De manera general se han establecido tres perspectivas de la forma como se debe reducir y controlar el ruido. La primera de estas estrategias es el control de la fuente. Si la fuente se mantiene tranquila y con bajos niveles de emisión el problema está sustancialmente resuelto. Una forma de trabajar en la disminución del ruido producido por la fuente es tomar las consideraciones necesarias en términos de emisión de ruido desde el mismo diseño del producto o maquinaria. Asimismo, es fundamental trabajar en sistemas más eficientes y optimizar elementos como el consumo de energía. Equipos más eficientes generalmente son menos ruidosos. Esta última es una consideración particularmente importante en el diseño y ensamblaje de automóviles y aviones. Otra forma de trabajar la reducción de ruido en la fuente es el control orientado a la operación. La introducción de algunas prácticas y métodos en la forma como se ejecutan las operaciones normales en las industrias por ejemplo, puede llevar a una reducción considerable en los niveles generados de ruido. El simple hecho de cambiar 54 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica el tiempo en el que se ejecuta una operación puede cambiar drásticamente los niveles de ruido percibidos (v.g., operar una maquina en el día o durante la noche). Otro caso de estrategias para la reducción de ruido a partir de mejoras en la operación se da en los aeropuertos en donde las prácticas de despegue y aterrizaje se han ido perfeccionando para disminuir la contaminación que producen. Cuando la reducción en la fuente no se puede hacer o no fue efectiva otra estrategia de control y reducción del ruido es la alteración del camino o del medio de la onda de ruido entre la fuente emisora y el receptor. Acciones tales como mover la fuente del sonido es un buen ejemplo de este tipo de modificaciones. Por ejemplo en industrias donde cuenten con equipos y maquinaria muy ruidosa, la estrategia es agrupar estos procesos, moviéndolos hacia un área específica de la planta en vez de tenerlos distribuidos por toda la locación. Esto permitiría que allí en el lugar donde se concentre la maquinaria productora del ruido se pueda adecuar con material aislante para mitigar el efecto. En este caso se estaría aplicando dicho material en un área mucho más reducida que si se hiciera en toda la planta. Otro método de modificación del camino recorrido por la onda de ruido es el de usar barreras físicas entre la fuente y el receptor. Esta es una modalidad que se usa mucho en las grandes autopistas con alto tráfico vehicular (ver Figura 24) y en construcciones y edificaciones cercanas a fuentes de ruido. Sin embargo, no siempre es posible aplicar las anterior estrategias de control del ruido en estas circunstancias la opción es el uso de protección personal o como se conoce técnicamente control en el receptor. En este caso el ejemplo más común es el uso de audífonos aisladores de sonido (ver Figura 25), acompañados de la reducción en el tiempo de exposición y pausas en zonas sin ruido durante la jornada laboral del personal. En las viviendas y oficinas otra práctica efectiva es utilizar vidrios o materiales en las ventadas y puertas de mayor espesor. Figura 24. Ejemplo de barrera física en una autopista urbana. Fuente: Sonoflex S.R.L. 55 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Protección de los Oídos Cuando el nivel del ruido exceda los 85 decibeles, punto que es considerado como límite superior para la audición normal, es necesario dotar de protección auditiva al trabajador. Los protectores auditivos, pueden ser: tapones de caucho u orejeras (auriculares). Tapones, son elementos que se insertan en el conducto auditivo externo y permanecen en posición sin ningún dispositivo especial de sujeción Orejeras, son elementos semiesféricos de plástico, rellenos con absorbentes de ruido (material poroso), los cuales se sostienen por una banda de sujeción alrededor de la cabeza. Figura 25. Ejemplos de protección para el control del ruido en el receptor. Fuente: Paritarios Chile (disponible en www.paritarios.cl) Lección 15. Casos de estudio centros urbanos. Algunos Estudios de Carácter Internacional En la ciudad de Curitiba, Brasil (Zannin et al., 2001) se realizó un estudio encaminado a cuantificar los niveles de contaminación auditiva en durante horas del día. Se seleccionaron 350 puntos de medición en los cuales se realizaron mediciones en días entre semana por duplicado durante dos periodos de una hora; entre las 12:00 y 1:00 P.M. y las 6:00 y 7:00 P.M. Se concluye de este trabajo que las áreas residenciales se encuentran contaminadas con ruido, el 80.6% de las mediciones muestran un nivel sobre los 65 dB(A), 10 dB(A) más que la norma local. Sin embargo se mostró una mejoría en este campo, pues para el año de 1992 el porcentaje era de 93.4%. Esta disminución se debe principalmente a la instalación de radares para controlar la velocidad de los vehículos y la imposición de límites de velocidad. La Tabla 4 muestra algunos resultados de este estudio. 56 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Tabla 4. Resumen de resultados estudio en ruido ambiental en Curitiba, Brasil. Zannin et al. (2006) realizó una evaluación de la contaminación auditiva en seis parques de la ciudad de Curitiba. El equipo de medición se instaló en lugares aleatorios dentro de los parques preferiblemente en cercanía a caminos peatonales. En total se seleccionaron 303 puntos de medición. Los resultados de la investigación se resumen en la Tabla 5. El principal resultado corresponde al incumplimiento por parte de los tres primeros parques frente a la legislación vigente. Esto se debe fundamentalmente a que estos parques se encuentran inmersos en el perímetro urbano y por lo mismo se ven influenciados por vías de alto tráfico vehícular y sectores comerciales. Tabla 5. Resumen de resultados estudio ruido en parques en la ciudad de Curitiba, Brasil. Jamrah et al. (2006) enfocó sus análisis en el ruido generado por el tráfico, evaluando la contaminación auditiva generada por este sector en la ciudad de Amman, Jordania. Como parte de este trabajo se escogieron 28 puntos de medición cercanos a vías con alto tráfico vehicular en periodos entre las 7:00 - 8:00 a.m. y las 7:00 - 8:00 p.m. en los cuáles se realizaron mediciones con presencia y ausencia de una barrera física con el fin de observar el efecto mitigador de ésta en los niveles de presión sonora. Para todos los casos se 57 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica observaron reducciones de la presión sonora al utilizar la barrera siendo 3 dB(A) la reducción mínima y 17 dB(A) la reducción máxima. Jakovljevic et al. (2008) estudió la influencia del ruido generado por el tráfico en el fastidio de la población de Belgrado (Serbia). Además de los resultados de presión sonora y horarios de exposición, se tuvieron en cuenta variables como condiciones sociales, psicológicas y fisiológicas de las personas expuestas. Las mediciones se realizaron en 70 calles de la ciudad durante tres intervalos de tiempo (8:00-10:00 A.M., 2:00-4:00 P.M. y 6:00-8:00 P.M.) y se suministró un cuestionario en el cual los individuos calificaban cualitativamente el grado de fastidio en una escala de cero a cuatro. Además de un incumplimiento de la norma de ruido, se encontró correlación positiva entre el grado de fastidio y el ruido. El 57% de la población identificó al ruido generado por el tráfico como la principal fuente de fastidio. A Nivel Nacional: Caso de Estudio Bogotá. En la ciudad de Bogotá las autoridades ambientales locales han logrado identificar que la principal fuente de ruido en la ciudad es el tráfico vehicular. Sin embargo, las caracterizaciones realizadas han permitido reconocer otras fuentes de emisión importantes tales como las actividades comerciales, la industria y la construcción, el perifoneo y el tráfico aéreo. No obstante, a nivel del Distrito Capital la información que se tiene sobre el diagnóstico de esta problemática ambiental es todavía muy somera. Un informe realizado por la Personería de Bogotá en el año 2005 documentó información relacionada con el número de quejas por ruido instauradas ante las distintas alcaldías de las 20 localidades de Bogotá. A partir de este indicador se concluyó que las localidades de Suba, Engativá y Kennedy eran las más afectadas por situaciones de altos niveles de ruido. La Secretaría Distrital de Ambiente (SDA) ha llevado a cabo distintos proyectos para la generación de mapas de ruido en la ciudad. Una primera aproximación se realizó en convenio con la Universidad Incca de Colombia y consistió en el desarrollo de este tipo de mapas para las localidades de Fontibón, Engativá, Santa Fé, Kennedy y Puente Aranda. En dicho ejercicio se consiguió además georeferenciar las principales fuentes generadoras de ruido. En el año 2009 estos mapas fueron actualizados para cinco de las localidades más afectadas por esta problemática y según el Observatorio Ambiental de la ciudad se estima que para el año 2010 se realicen otros cuatro mapas de ruido adicionales. Un estudio recientemente publicado por la Universidad de los Andes determinó los niveles de presión sonora en diferentes espacios de la ciudad, clasificados tal como lo indica la normativa nacional (Resolución 627 de 2006). Según los resultados de este ejercicio los niveles de ruido ambiental encontrados en la ciudad superaron los valores límite 58 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica nacionales en el 75 % de las pruebas. Este fue el caso incluso para cuando se evaluaron inmediaciones de sectores tales como parques y hospitales. Este mismo estudio documentó el ruido producido por el tráfico vehicular en tres importantes corredores viales de la capital (Avenida Circunvalar, Avenida Carrera 30 y Carrera Séptima). Los resultados demuestran que los ciudadanos están expuestos a niveles de ruido que superan los 75 decibeles en inmediaciones de las vías caracterizadas. Estos niveles de contaminación auditiva están por encima de los valores referencia considerados por la OMS como nocivos para la salud de las personas. En el siguiente enlace se puede descargar el estudio completo de caracterización de los niveles de ruido en Bogotá realizado por la Universidad de los Andes. [Ir al artículo] Contaminación por Ruido y su Efecto en la Salud de Menores en Edad Escolar La evidencia internacional ha sido contundente en asociar positivamente la exposición a niveles elevados de contaminación por ruido con problemas en la salud y calidad de vida de las personas. Entidades como la Organización Mundial de la Salud le dan especial relevancia a los efectos negativos de la contaminación por ruido, considerando que es un factor ambiental que interfiere en el normal desarrollo de las actividades diarias del hombre. Estos estudios reconocen la contaminación por ruido como un problema de salud pública de principal preocupación y hacia el que se deben empezar a dirigir políticas de estado orientadas a disminuir los niveles de ruido a los que está expuesta la población. Investigaciones recientes reconocen a la población infantil como vulnerable y particularmente susceptible a los efectos negativos de la contaminación por ruido. Esto debido principalmente a las características fisiológicas de un sistema nervioso y sistema cognoscitivo aún en desarrollo (WHO, 2004). El ruido como elemento causante de estrés puede no sólo afectar la salud del menor sino también su rendimiento escolar, así mismo puede interferir negativamente en el desarrollo de las actividades diarias, propias de los de su edad. Dentro de los efectos negativos relacionados con procesos de aprendizaje se ha encontrado que el ruido puede afectar la memoria y la capacidad de concentración. Estudios internacionales han asociado la contaminación por ruido con alteración en los procesos de aprendizaje de niños que estudian en colegios cercanos a vías con alto tráfico o aeropuertos. Los principales indicadores de este hecho es la disminución en la capacidad para memorizar, dificultad en la comprensión de lectura y falta de motivación frente a las actividades que se estén desarrollando (Stansfeld, S.A. et al., 2005; Staffan, H., 2003). 59 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Así entonces la exposición a niveles elevados de ruido por parte de poblaciones vulnerables como los niños menores en edad escolar, es un problema de especial atención si se reconocen los efectos negativos en la calidad de vida y en los procesos cognitivos propios del desarrollo formativo de los niños. A continuación algunos estudios de evidencia: Los siguientes enlaces de la Organización Mundial de la Salud permiten descargar una versión completa de estudios que relaciona la exposición al ruido y la morbilidad en distintos trastornos en salud asociados a la contaminación auditiva. [Ir al artículo 1] Ir al artículo 2] Los niños y el ruido. Ensayo introductorio. [Ir al artículo] 60 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Actividades de Autoevaluación de la Unidad 1 Preguntas sobre la Unidad De acuerdo con la evidencia científica, la exposición a contaminación atmosférica está fuertemente asociada a efectos en salud pública. ¿Cómo están representados estos efectos? ¿Identifica las principales problemáticas de contaminación atmosférica y su comportamiento en el tiempo? ¿Cuál es el principal contaminante en los centros urbanos? ¿Por qué es fundamental la meteorología en la dinámica de los contaminantes en el aire? ¿Cuál es considerada la población más sensible frente a los efectos de la contaminación del aire? ¿Cuáles son los principales criterios para definir estándares de calidad del aire? ¿Cuáles son las normas que definen los valores admisibles de emisiones de contaminantes atmosféricos provenientes de fuentes fijas y fuentes móviles en Colombia? ¿Porque la calidad de los combustibles es un determinante en las condiciones de la calidad del aire? ¿Cuál se considera que es la principal herramienta para el diagnóstico de la calidad del aire? ¿Cuál es el instrumento técnico que ha dispuesto el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Territorial, para para guiar el diseño y operación de los Sistemas de vigilancia de Calidad del Aire? ¿Cuál es el método más empleado para los trámites de licenciamiento y permisos ambientales para la operación de fuentes fijas? ¿Cuál es el instrumento técnico que se emplea para la determinación de los niveles de presión sonora? 61 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Actividades prácticas relacionadas con la unidad - Seleccione uno de los contaminantes atmosféricos vistos en la primera unidad que despierta su interés - Ingrese a la opción “google académico” o a la revista científica “scielo” y busque alguna publicación internacional en la que el contaminante de su elección haya sido relacionado con algún efecto ya sea en la salud pública o en los recursos naturales. - Lea con detenimiento la información presentada en el artículo, desde su contexto teórico hasta el desarrollo de la metodología, sus resultados y conclusiones, analice como podría llevar a cabo esa investigación en alguna región del país. Fuentes Documentales de la Unidad 1 Capítulo 2: Alcaldía Mayor de Bogotá. Secretaria Distrital de Ambiente (SDA) (2010). Informe anual de calidad del aire de Bogotá año 2009. Alcaldía Mayor de Bogotá. Secretaria Distrital de Ambiente (SDA) y Universidad de los Andes (2011). Plan Decenal de Descontaminación del Aire de Bogotá. Disponible en: http://www.secretariadeambiente.gov.co/sda/libreria/pdf/descargas/LibroPDAAB_final.p df Alessandrini, F; Schulz, H; Takenaka, S; Lentner, B; Karg, E; Behrendt, H and Jakob, T. (2006). Effects of ultrafine carbon particle inhalation on allergic inflammation of the lung. Journal of Allergy and Clinical Immunology, 117, 824-30. Bedoya, J. y Martínez, E. (2009). Calidad del Aire en el Valle de Aburrá, Antioquia – Colombia. Revista Dyna, No. 158, pp. 7-15. Medellín, Colombia. E. Behrentz; M. Espinosa; J. Franco. y Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (2008). 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El curos de Control de la Contaminación Atmosférica del Programa de Ingeniería Ambiental de la UNAD, quiere brindar los elementos técnicos y analíticos que permitan al participante un mejor entendimiento de dicha problemática y sus formas de control y mitigación. Para ello esta unidad ha definido estrategias para el Control de la Contaminación Atmosférica en fuentes fijas y fuentes móviles de emisión y las políticas públicas desarrolladas en este sentido, a través de tres capítulos. En el primero de ellos se realiza la descripción de los sistemas de control para fuentes fijas de emisión. Se enfatiza en el control de partículas y gases, y se brindan elementos de reducción en la fuente mediante el uso de prácticas de Producción Más Limpia. Se aborda también el tema de la contaminación intramuros y elementos para su control. En el siguiente capítulo trata las estrategias para el control de las emisiones en fuentes. Se enfatiza en la relación entre la calidad y tipo de combustible frente al tipo de emisiones. De este modo se presentan los sistemas de control para vehículos que operan a gasolina y a diésel. Se describen también las tendencias ambientales en el sector automotriz. Finalmente se presentan las políticas públicas para el control de la contaminación atmosférica a partir del reconocimiento de la relación entre desarrollo económico, contaminación y salud pública. Se presentan algunos elementos para el desarrollo normativo para el control de la contaminación atmosférica, incluyendo la gestión por medio de planes de descontaminación atmosférica. El capítulo finaliza con la descripción del Sistema Nacional Ambiental (SINA) y la identificación de las organizaciones internacionales relacionadas con la gestión de la calidad del aire. La importancia del estudio y control de la contaminación del aire está directamente relacionada con sus reconocidos efectos negativos sobre la salud respiratoria y cardiovascular de las 68 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica personas, así como con el deterioro de su calidad de vida. De la misma forma, son determinantes los altos costos generados a partir de la mitigación del impacto negativo de la contaminación, afectando directamente la economía y competitividad de ciudades y regiones. Es evidente que la ingeniería ambiental es un área llamada ha propender por el desarrollo sostenible de ciudades y regiones en condiciones compatibilidad entre el crecimiento económico, las intervenciones sociales y la protección y conservación del medio ambiente. Y es así como por medio del curso de control de la contaminación atmosférica aquí propuesto se pretende ofrecer una descripción y análisis profundo de esta problemática ambiental, su impacto en la sostenibilidad de los principales centros urbanos y las estrategias técnicas y de política pública para el control y mitigación de esta problemática. Desde esta perspectiva, promover el debate en torno al papel protagónico que la ingeniería debe desempeñar en este proceso. - Presentar al estudiante los elementos teóricos y prácticos relacionados con las diferentes estrategias y tecnologías para el control de la contaminación atmosférica. Intencionalidades formativas - Promover en los estudiantes la capacidad argumentativa para la selección de sistemas o estrategias de control de la contaminación atmosférica con base en elementos técnicos. - Reconocer la importancia del conocimiento de la normatividad ambiental y del funcionamiento y estructura del Sistema Nacional Ambiental como un elemento de gestión para el control de la contaminación atmosférica. CAPÍTULO 4 CONTRAL DE FUENTES FIJAS DE EMISIÓN Lección 16 Control de emisiones de material particulado Lección 17 Control de emisiones gaseosas Lección 18 Producción Más Limpia Lección 19 Contaminación en interiores Lección 20 Control de la contaminación en interiores 69 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica CAPÍTULO 5 CONTROL DE FUENTES MÓVILES DE EMISIÓN Lección 21 Fuentes de emisión vehiculares Lección 22 Calidad del combustible y emisiones Lección 23 Sistemas de control para vehículos Diesel Lección 24 Sistemas de control para vehículos a gasolina Lección 25 Tendencias ambientales en el desarrollo automotriz CAPÍTULO 6 POLÍTICAS PÚBLICAS PARA EL CONTROL Y MITIGACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Lección 26 Desarrollo, contaminación y salud pública Lección 27 Elementos para el desarrollo legislativo para el control de la contaminación atmosférica Lección 28 Planes de descontaminación atmosférica Lección 29 Sistema nacional ambiental: estructura y funciones Lección 30 Entidades internacionales relacionadas con la gestión de la calidad del aire 70 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica UNIDAD 2. ESTRATEGIAS PARA EL CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA CAPÍTULO 4. CONTROL DE FUENTES FIJAS DE EMISIÓN Como consecuencia del desarrollo industrializado las fuentes fijas de emisión son uno de los principales elementos identificados por la población con la emisión de elementos contaminantes a la atmosfera. No obstante, parte de las funciones del Ingeniero Ambiental es propender por la creación de condiciones de desarrollo sostenible, que promuevan el desarrollo económico en conjunto con la protección ambiental y la aceptación social. En este orden de ideas; reconociendo que nuestro modelo de desarrollo implica el desarrollo industrializado, se presentan en este capítulo las principales tecnologías y tendencias para el control de la contaminación proveniente de fuentes fijas. Las lecciones 19 y 20 incluyen también un análisis de la problemática de contaminación en interiores y sus elementos de control Lección 16. Control de emisiones de material particulado El material particulado es hoy día uno de los principales problemas de calidad del aire en los centros urbanos de los países en vía de desarrollo. De acuerdo a lo observado el Capítulo 2, las fuentes fijas de emisión pueden llegar a representar cerca del 50% del total de las emisiones de material particulado en las ciudades. Estas emisiones suelen ser originadas en los procesos de combustión o derivadas de algunos procesos productivos específicos y pueden llegar a incluir la presencia de metales pesados. Lo anterior, sumado a problemas de ordenamiento territorial en el país que ocasionan la conjunción de zonas industriales y residenciales reviste a este tipo de emisiones de una particular importancia desde el punto de vista de salud ocupacional. El control de las emisiones de material particulado es tal vez uno de los desafíos a los que más probablemente deban enfrentarse los ingenieros ambientales que se desempeñen en el área de la gestión ambiental empresarial (de Nevers, 1998). En esta Lección se presentan las principales tecnologías para el control de las emisiones de material particulado en la industria, realizando énfasis en la identificación de sus principios de operación y principales aplicaciones. Uno de los principales marcos teóricos para el desarrollo de sistemas de control de emisiones es la Ley de Stokes. Desarrollada en 1851 por George Gabriel Stokes, esta ley describe el movimiento de objetos esféricos en un fluido (de Nevers, 1998), la Ecuación 2 presenta el funcionamiento de la ley de Stokes. En donde: g es la fuerza de gravedad; D es el diámetro de la partícula; ρ es la densidad (de la partícula y del fluido); µ la viscosidad del fluido y Vs la velocidad de sedimentación de la partícula. 71 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica ( ) Ecuación 2. Ley de Stokes Sin pretender ser este un curso de diseño, la ley de Stokes nos brinda la orientación para analizar el movimiento de las partículas en el aire6 (nuestro fluido en este caso). Vale la pena destacar que la velocidad de sedimentación dependería de la fuerza de gravedad o de otra fuerza que permita aumentar la misma. La mayoría de los sistemas de control utilizan este concepto para su operación. Los sistemas más comunes a nivel industrial son: 1) cámaras de sedimentación; 2) ciclones; 3) precipitadores electrostáticos; 4) scrubber venturi y 5) filtros de mangas, los cuales se explican a continuación. Una cámara de sedimentación o un sedimentador es un dispositivo que aprovecha el efecto de la gravedad sobre las partículas para lograr su remoción por sedimentación. Esto se logra mediante la reducción en la velocidad del fluido; regularmente por una ampliación en el ducto, de modo tal que las partículas se mantengan en el dispositivo el tiempo suficiente para que sedimenten. La única fuerza que actúa en estos dispositivos es la de gravedad; sin embargo en algunas ocasiones se permite la entrada de aire frio con el propósito de generar aglomerados de partículas de mayor peso y por ende mayor velocidad de sedimentación. Como es de esperarse estos sistemas funcionan mejor con partículas grandes (Ø > 50µm) por lo cual son usados como pretratamiento antes de un sistema más especializado. El material sedimentado es recolectado en tolvas en la parte inferior del sedimentador. La Figura 26 esquematiza el funcionamiento de una cámara de sedimentación, usualmente se usan sedimentadores horizontales pero el diseño vertical también es admitido. Figura 26. Cámara de sedimentación. Fuente: Introduction to Air Pollution Control (U.S. EPA). La ley de Stokes funciona adecuadamente en partículas con diámetro entre 1µm - 10µm lo cual se ajusta a los propósitos de esta unidad. Para partículas fuera de este rango se deben realizar ajustes a la ecuación (factor de corrección de Cunningham o coeficiente de retardo de número de Reynolds). 6 72 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Los ciclones son sistemas que utilizan la fuerza centrífuga para aumentar la velocidad de sedimentación de las partículas. Los ciclones operan creando un doble vórtice al interior del dispositivo (U.S. EPA). La corriente de aire entrante es forzada (por los elementos de diseño del ciclón) a realizar un movimiento circular descendente en la superficie interna del ciclón. En la parte inferior del ciclón la corriente de aire asciende a través del centro del ciclón saliendo por la parte superior. Las partículas son llevadas por la fuerza centrífuga de la corriente de aire entrada a las paredes del dispositivo. La forma cónica del ciclón (Ver Figura 27) permite que las partículas se deslicen hasta la parte inferior y sean recolectadas en una tolva. Debe notarse que las partículas más pequeñas pueden ser arrastradas por la corriente de aire ascendente de modo que este dispositivo suele ser más efectivo para la remoción de partículas no muy pequeñas (Ø > 10µm) por lo cual también se usan como pretratamientos. Figura 27. Ciclón. Fuente: Introduction to Air Pollution Control (U.S. EPA). Uno de los dispositivos más llamativos para el control de las emisiones de material particulado son los precipitadores electrostáticos (ESP, Electrostatic Precipitator por sus siglas en inglés). Describiéndolo de manera sencilla, estos dispositivos utilizan cargas eléctricas para la remoción de las partículas en una corriente de aire contaminado. El aire contaminado pasa a través de placas que le dan una carga negativa a las partículas. Las paredes del dispositivo cuentan con carga positiva por lo cual las partículas son atraídas a estas placas colectoras (U.S. EPA). Cuando las placas colectoras han alcanzado su capacidad, las partículas colectadas son removidas de forma mecánica mediante “golpeadores” que sacuden las placas. El material colectado es depositado en tolvas al interior del dispositivo. La Figura 28 ilustra el diagrama de flujo del dispositivo. 73 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Figura 28. Precipitador Electrostático. Fuente: Introduction to Air Pollution Control (U.S. EPA). Los precipitadores electrostáticos alcanzan eficiencias de remoción cercanas al 99% para partículas de menos de 10µm (U.S. EPA). Uno de los factores más importantes para la operación de estos sistemas es el tamaño del mismo. Precipitadores más grandes permiten una permanencia más prolongada de las partículas con lo cual pueden ser removidas más fácilmente por las placas colectoras. En términos generales los precipitadores son dispositivos bastante grandes, no obstante este gran tamaño implica mayores costos de operación y mantenimiento por lo cual su uso no es muy frecuente en la industria colombiana. Aunque no tiene importancia significativa en términos comerciales, algunos autores (de Nevers, 1998) suelen dividir los dispositivos de control en dispositivos de captura de pared; entre los que se contarían los tres anteriores, en los cuales las partículas son llevadas a las paredes del dispositivo y dispositivos de división de flujo; en los cuales se divide el flujo en partes más pequeñas para remover las partículas como en los scrubber y filtros de mangas. Los scrubber, lavadores venturi o lavadores son dispositivos que utilizan un flujo líquido, regularmente agua para la remoción de las partículas sólidas (CEPIS). El flujo de aire contaminado es pasado a través de una constricción en el ducto (ver Figura 29) que aumenta la turbulencia y velocidad del fluido. En ese momento el flujo recibe un rocío de agua que se mezcla con las particulas7. Al expandirse el ducto se reduce la velocidad del fluido y las partículas con agua caen del flujo de gas. La eficiencia de estos sistemas para partículas de menos de 10µm puede alcanzar el 99%. Es importante notar que como resultado de este proceso se genera un agua residual contaminada la cual deberá de ser (de Nevers, 1998) considera este proceso como división del flujo. Insistimos en que esto no presenta mayor importancia en términos prácticos, sin embargo se hace la mención considerando la relevancia de este autor. 7 74 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica tratada. Estos dispositivos suelen acompañarse de un separador ciclónico para separar las partículas líquidas. Figura 29. Lavador venturi. Fuente: Introduction to Air Pollution Control (U.S. EPA). Los filtros de mangas son uno de los dispositivos de mayor utilización en la industria nacional. Una manga es un ducto filtrante en material textil por el cual ingresa la corriente de aire contaminado. El ducto se encuentra cerrado en la parte superior de modo que el aire debe atravesar las paredes del ducto teniendo de esta forma un efecto similar al de un colador de café casero. Las partículas quedan atrapadas en el filtro y el aire limpio sale del sistema. Los sistemas de filtros de mangas están constituidos por compartimientos (baghouse o cuarto de sacos) en los cuales se ubican una gran cantidad de filtros. Para la limpieza de los filtros se usa un sistema de sacudido o la inyección de aire en contraflujo. Debido a que no es posible realizar el mantenimiento mientras el sistema opera, es necesario para sistemas con flujo continuo, contar con compartimientos en paralelo para realizar el tratamiento. En los siguientes enlaces puedes observar un modelo simulado de filtración con filtro de mangas y la apariencia interna de un baghouse [Ir al video 1] [Ir al video 2] Los filtros de mangas presentan eficiencias superiores al 99% para partículas entre 0-5µm. Es importante anotar que debido al material de los filtros debe cuidarse que la temperatura de la corriente de aire no sea muy alta para que no genere la ignición de los mismos. 75 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Para conocer en detalle los elementos de diseño de los diferentes dispositivos de control mencionados visite los documentos del Air Pollution Training Institute*(disponible en inglés) [Ir al documento] Lección 17. Control de emisiones gaseosas Pese a que el problema de la contaminación industrial suele asociarse a la emisión de material particulado otros contaminantes también son emitidos por las fuentes industriales y se encuentran regulados por la normatividad ambiental vigente en el país (Resolución 909 de 2008). Entre los principales contaminantes emitidos se consideran el SO2 y NOx provenientes de procesos de combustión y los compuestos orgánicos volátiles (VOCs) originados en algunos procesos productivos. Las técnicas de control usadas para el control de las emisiones gasesosas en la industria son la combustión, adsorción, absorción y condensación (CEPIS). A continuación se presentan los principales dispositivos de control. Los procesos de combustión buscan la oxidación de la materia orgánica hasta CO2 en presencia de oxígeno. Es común usarla para el tratamiento de compuestos orgánicos volátiles. En términos coloquiales este proceso busca “quemar” los contaminantes para obtener una corriente de aire limpia. En los procesos de combustión deben controlarse las variables de control son la temperatura, el tiempo y la turbulencia (U.S. EPA). Dentro de los dispositivos que utilizan la combustión como principio de operación contamos con los incineradores (termales y catalíticos), los quemadores y las calderas. En términos generales la incineración es el proceso de destrucción térmica controlada de la materia. Es común que se utilicen procesos de incineración para el tratamiento residuos sólidos, líquidos o gaseosos que presentan características de peligrosidad. Para el objeto específico de este curso, la incineración térmica es usada en el tratamiento de corrientes de aire con presencia de compuestos orgánicos volátiles. En la incineración térmica la corriente contaminada es usada como combustible del incinerador. Debido a que este proceso requiere condiciones específicas en la temperatura que no pueden ser garantizadas con un flujo variable en la corriente contaminada, se debe contar con un combustible auxiliar que permita el control del proceso de combustión. La eficiencia de este tratamiento puede alcanzar el 99.9% de eficiencia, obteniendo como producto de emisión CO2. Una de las ventajas de la incineración es que el calor producido puede ser utilizado en otros procesos dentro de la industria. No resulta adecuado utilizar procesos de incineración en corrientes contaminadas con halógenos o compuestos azufrados ya que pueden formarse compuestos altamente corrosivos. De igual modo la combustión de 76 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica compuestos con cloro puede dar origen a dioxinas y furanos. La Figura 30 ilustra el esquema general de un incinerador. Figura 30. Incinerador Térmico. Fuente: Curso de Orientación para el control de la contaminación del aire (CEPIS). Los incineradores térmales no resultan costo-eficientes cuando la corriente contaminada presenta bajas concentraciones de VOCs debido a que se requieren grandes cantidades adicionales de combustibles. Para estos casos se utilizan incineradores catalíticos; estos incineradores presentan un esquema de funcionamiento similar al de los incineradores termales pero adicionan la presencia de catalizadores. Un catalizador es un elemento que acelera una reacción química sin consumirse él mismo; en este caso los catalizadores permiten que la combustión ocurra a temperaturas más bajas reduciendo de esta manera el consumo de combustible. Los quemadores o llamas son un sistema de control para la disposición de gases residuales de un proceso (CEPIS). Es común encontrar quemadores en los rellenos sanitarios. En estos casos, los gases producidos en el relleno; principalmente metano, son canalizados por un ducto hasta la superficie en donde son quedamos por un dispositivo de ignición. En cierta manera su funcionamiento es similar al de un bricket o encendedor de cigarrillos. La eficiencia de estos dispositivos supera el 98% para los VOCs. Usualmente los gases son conducidos mediante ductos a una superficie elevada, la combustión se realiza con ayuda de un combustible auxiliar y con un diseño que permita la mezcla con aire para una combustión completa. La Figura 31 esquematiza el funcionamiento de un quemador. Es importante destacar que los quemadores también son usados como elemento de seguridad industrial para evitar la acumulación de gases. 77 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Figura 31. Quemador. Fuente: Introduction to Air Pollution Control (U.S. EPA) Las calderas por su parte son elementos comunes en las industrias Si bien su aplicación inicial no es el control de emisiones corrientes con presencia de VOCs pueden ser direccionadas a las mismas para aprovechar su poder calorífico. Esta puede ser una opción importante a considerar ya que reduce los costos de instalación de un sistema adicional de tratamiento. La adsorción hace referencia al proceso mediante el cual una sustancia se adhiere a una superficie porosa retenedora (adsorbante). El adsorbante más común en procesos de control de emisiones atmosféricas es el carbón activado. Lo que ocurre en este tipo de sistemas es que la corriente contaminada es pasada a través del filtro de carbón activado que retiene el material contaminante. Este material puede ser recuperado en caso de que tenga algún valor para el proceso productivo mediante un proceso de desorción. Los filtros de adsorción son usados principalmente para el control de VOCs y pueden reducir una concentración de entre 400 y 2,000 ppm hasta 50ppm. El carbón activado es un material muy común en la industria para los procesos de adsorción, en este video puedes observar la activación del carbón a partir de la cáscara de coco [Ir al video] En la adsorción el material contaminante se adhiere a la superficie del material adsorbente. Por su parte, en los proceso de absorción el contaminante gaseoso se disuelve en un líquido solvente (el contaminante es absorbido). El solvente más común en este tipo de dispositivos es el agua. Los equipos de absorción son básicamente columnas que favorecen la mezcla entre el gas y el solvente. Regularmente son llamados también 78 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica lavadores de gases. Entre los dispositivos de absorción se cuentas las torres rociadoras, la columnas rociadoras y los lavadores Venturi, estos últimos con el mismo principio de operación que los lavadores mencionados en la Lección 17. La Figura 32 ilustra el esquema de operación de una torre rociadora. Figura 32. Torre rociadora. Fuente: Curso de Orientación para el control de la contaminación del aire (CEPIS). Para maximizar el área de contacto entre el gas y el solvente los equipos de absorción pueden contar material de relleno que aumente la superficie del área liquida para la interfaz líquida/gaseosa. La Figura 33 muestra algunas de las formas usadas en las torres de absorción, estas suelen construirse en cerámica o polímeros no reactivos. 79 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Figura 33. Material de relleno en torres de absorción. Fuente: Curso de Orientación para el control de la contaminación del aire (CEPIS). Finalmente realizamos una breve mención a los condensadores. Estos remueven los contaminantes gaseosos mediante el enfriamiento del gas hasta el punto de condensación del contaminante a remover. Los procesos de condensación se usan para remover materiales que valiosos que presentan algún interés para el proceso productivo. La eficiencia de remoción en estos procesos supera el 95%. Para conocer en detalle los elementos de diseño de los diferentes dispositivos de control mencionados visite los documentos del Air Pollution Training Institute*(disponible en inglés) [Ir al documento] Lección 18. Producción Más Limpia En las lecciones 16 y 17 se presentaron los sistemas de control de emisiones de uso más común a nivel industrial. La implementación de estos sistemas implica costos de inversión, operación y mantenimiento que suelen estar en función de las características de la corriente contaminante. En caso de lograr tener una corriente menos contaminada o de mejor flujo volumétrico es de esperar que los costos del tratamiento se puedan reducir. Las estrategias desarrolladas por la industria para reducir la contaminación se agrupan bajo el concepto de producción más limpia (PML). Los ingenieros ambientales, ya sea que hagan parte del equipo ambiental de la compañía o de un equipo consultor deben evaluar la posibilidad de implementar estrategias de PML en el sector en el que se encuentren. Las alternativas de PML dependen en buena medida 80 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica de las características del proceso productivo, sin embargo la idea general consiste en centrarse en la búsqueda de la reducción en la fuente y no en el control a final de tubo. Como elementos de PML pueden contemplarse de manera general: 1) cambio de procesos; 2) cambio de combustibles; 3) buenas prácticas de operación y mantenimiento y 4) cierre de plantas. El cambio de procesos hace referencia a la evaluación de alternativas tecnológicas o el uso de materiales menos contaminantes para el desarrollo de productos o procesos industriales. Entre estos casos podemos mencionar la conversión de procesos pirometalúrgicos a hidrometalúrgicos que reducen las emisiones atmosféricas o el uso de energías alternativas en sustitución de combustibles fósiles. Pese a los beneficios ambientales y económicos de este tipo de reconversiones los costos de inversión suelen ser muy altos, al igual que el impacto en el modelo productivo de las empresas de modo que no es muy frecuente encontrar este tipo de cambios. El cambio de combustibles es una alternativa para la reducción de emisiones. Este cambio puede considerar el uso de un combustible de mejor calidad (v.g, pasar a carbón con un menor contenido de azufre) o el uso de otro tipo de combustible (v.g, utilización de gas natural en lugar de carbón). En la evaluación de estos cambios debe considerarse las afectaciones sobre el proceso productivo, los costos de inversión y los costos del nuevo combustible, entre otros. En Colombia, la empresa Quimpac S.A. (anteriormente Prodesal S.A.) implementó un proceso de PML mediante el cual realizó la adquisición de una intercambiador de calor para usar el Cl2 proveniente de uno de sus procesos productivos y reducir el consumo de combustible en su caldera pirotubular. En las páginas 5 y 6 del documento adjunto puede encontrarse la descripción del proceso. [Ir al documento] No siempre la respuesta a la reducción de la contaminación se encuentra en el desarrollo de procesos de alta tecnología. Las buenas prácticas de operación y mantenimiento suelen ser un primer paso en el camino de la reducción de la contaminación. Esta situación muestra la necesidad de que el ingeniero ambiental interactúe con las diferentes áreas de la empresa buscando identificar las oportunidades de mejora que traerían repercusión desde el punto de vista ambiental. Es necesario destacar también que la contaminación se hace mayor cuando el proceso es ineficiente. Una de las oportunidades de buenas prácticas de operación para el control de la contaminación atmosférica puede encontrarse en el sector de la construcción. Actividades sencillas como el cubrimiento del material granular, el encarpamiento de volquetas y la humectación de caminos despavimentados o de actividades de corte y demolición permiten reducir la generación de material particulado. 81 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica El Centro Nacional de Producción Más Limpia desarrolló en conjunto con 6 tintorerías de la ciudad de San José de Cúcuta un programa de eficiencia energética que permitió la reducción de emisiones y ahorros cercanos a los 15,000USD al año. La ficha de proyecto se incluye en el siguiente enlace [Ir al documento] Las anteriores estrategias de PML buscan brindar beneficios económicos al industrial lo cual es un excelente motivador para la protección ambiental. Sin embargo, en ocasiones, situaciones como la alta estabilidad atmosférica o determinadas condiciones meteorológicas pueden obligar el cierre temporal de las fábricas. Si bien esto no es exactamente un proceso de PML a continuación documentamos un caso relacionado. Para los Juegos Olímpicos de Pekín, las autoridades chinas desarrollaron un agresivo plan para reducir la contaminación atmosférica, este plan incluía el cierre durante 60 días de algunas industrias en la cercanía del área, en los siguientes enlaces presentamos la documentación del caso. [Ir al documento 1] [Ir al documento 2] Lección 19. Contaminación en interiores De acuerdo a un reciente estudio elaborado por el banco mundial (BM, 2007), en Colombia cada año ocurren unas 6,000 muertes por causa de la contaminación del aire. Se estima que cerca del 20% de estas muertes se encuentran asociadas con la exposición a elevados niveles de contaminación del aire en espacios interiores. Este tipo de contaminación está relacionada principalmente con las emisiones involucradas en el desarrollo de las actividades cotidianas de las personas, las cuales son llevadas a cabo (en un número importante de casos) en ambientes intramurales (v.g. oficinas, escuelas, viviendas). Aunque son diversas las fuentes generadoras de sustancias contaminantes del aire en interiores, sin discusión alguna, la principal causa es el uso de combustibles tales como la leña, el carbón, la biomasa (v.g. residuos de cultivos, excremento de animales), gas natural, gas propano y queroseno para labores de cocción de alimentos y de calefacción al interior de los hogares (ver Figura 34). Según un análisis de la Organización Mundial de la Salud, dicho escenario es particularmente evidente en países en vía de desarrollo, en donde cerca de tres mil millones de personas usan combustibles sólidos en sus viviendas (OMS, 2007). 82 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Figura 34. Fuentes de contaminación en interiores en viviendas. Fuente: http://solucionessolares.blogspot.com y Grupo de Estudios en Sostenibilidad Urbana y Regional (SUR). Universidad de los Andes Sin duda que la exposición a elevadas concentraciones de contaminantes atmosféricos en ambientes interiores es una preocupación creciente por parte de autoridades ambientales y de salud pública. La evidencia científica disponible en estos temas es inequívoca y ha demostrado la importancia de esta problemática para los habitantes de los centros urbanos. En particular en espacios como viviendas e instituciones educativas donde actividades como el uso de combustibles fósiles para cocinar y la cercanía a vías de alto tráfico vehicular son causantes de altas concentraciones de compuestos contaminantes al interior de éstos. Dado el contexto anterior, el fenómeno de contaminación en espacios cerrados ha venido tomando especial relevancia para las autoridades ambientales y de salud pública a nivel local e internacional. Sin embargo, Colombia (particularmente en las regiones) aún se encuentra rezagada en cuanto al diagnóstico certero de esta problemática. Por este motivo, hoy en día es aún una prioridad caracterizar de la mejor manera posible el rango de niveles de exposición a los que se encuentra sujeta la población, identificando los factores determinantes de dicha exposición. Esta evaluación permitirá optimizar los esfuerzos y recursos en el diseño de medidas concretas para mejorar las condiciones de calidad del aire en los microambientes analizados. A nivel local son limitados los estudios que se encuentran en este sentido, sin embargo algunos esfuerzos (desarrollados particularmente por grupos de investigación académicos) se han hecho con el fin de lograr tener un mejor diagnóstico más certero de esta importante problemática. 83 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica A continuación se hace una descripción de distintos estudios a nivel nacional (todos estos disponibles en la sección de bibliografía al final de este curso): Maldonado et al. 2007, realizaron un estudio piloto para evaluar los niveles de exposición a contaminantes atmosféricos asociados a microambientes relacionados con la producción de ladrillo en Sogamoso (Boyacá). El diseño metodológico de este trabajo se dividió en tres etapas. En la primera de estas etapas se realizó un análisis de la zona a estudio que incluyó la identificación de las características generales de la población y de los distintos microambientes que dicha población frecuenta. En la segunda etapa (que involucró el trabajo de campo) se determinaron las concentraciones de especies contaminantes del aire en diferentes espacios relacionados con los chircales y se definieron patrones de actividad de la población. Esta parte del estudio incluyó además la evaluación de la prevalencia de síntomas respiratorios y función pulmonar en los niños que habitan las viviendas cercanas a hornos de producción de ladrillo. La tercera etapa consistió en el análisis de los resultados y la formulación de estrategias de mitigación. El análisis de los resultados obtenidos permitió determinar que la fabricación de ladrillos en hornos artesanales cercanos a las viviendas es una actividad que no solamente aporta de manera negativa a la calidad del aire en inmediaciones y al interior de dichas residencias, sino que también tiene un impacto directo y significativo en la salud de sus habitantes (manifestado en serias complicaciones respiratorias). Las concentraciones medias de PM2.5 y SO2 dentro de los hogares (bajo la condición de hornos de producción de ladrillos prendidos) estuvieron en un rango de 200 ug/m3 a 1,100 ug/m3 y 460 ug/m3 a 530 ug/m3 respectivamente. Los autores presentan estos niveles de contaminación como evidencia contundente de que los productores de ladrillos y sus familias están expuestos a concentraciones que exceden ampliamente los valores de referencia dictados por la OMS. Para el caso específico de Bogotá, Espinosa y Behrentz (2007) adelantaron un estudio piloto que demostró la importancia que el tema de contaminación en interiores puede tener para los habitantes de la ciudad (especialmente en aquellos casos en los que se habite una vivienda en la que se haga uso frecuente de gasodomésticos). En este trabajo se encontraron viviendas en las cuales las concentraciones de CO y material particulado en sus fracciones respirable y fina superan los niveles recomendados por la OMS así como por las normas nacionales de calidad del aire en Colombia (Decreto 979 de 2006 y Resolución 601 de 2006 del Ministerio Ambiente, Vivienda, y Desarrollo Territorial). Franco et al. 2007, realizaron un estudio en cuatro colegios distritales ubicados sobre vías principales de la ciudad de Bogotá. En este trabajo además de la prevalencia de síntomas 84 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica respiratorios se caracterizaron las concentraciones de PM en diferentes microambientes relacionados con las instituciones educativas. Entre los espacios evaluados se tenían salones de clase y auditorios. La determinación de las concentraciones de PM se llevó a cabo haciendo uso de técnicas de medición en tiempo real. Las concentraciones medias de PM10 al interior de los salones de clase estuvieron en entre los 37 y los 78 ug/m3, mientras que las concentraciones de PM2.5 documentadas en los mismo espacios se encontraron en un rango de 37 y 54 ug/m3. A partir del análisis de los resultados en tiempo real se pudo establecer que los menores que asisten a los colegios que hicieron parte de este estudio, se encuentran expuestos a niveles de concentración de PM que exceden ampliamente los valores considerados como nocivos por la OMS para poblaciones sensibles como los niños. Recientemente la Universidad de los Andes realizó un estudio con el fin de caracterizar los niveles de exposición a CO en una muestra representativa de viviendas en Bogotá donde se hiciera uso de gasodomésticos de manera frecuente (ULA, 2008). En este trabajo se identificaron además los factores que tienen una mayor incidencia en los niveles de contaminación encontrados, comparando además la metodología del estudio con la propuesta por la normativa nacional. La muestra de viviendas evaluadas fue seleccionada de tal forma que fueran estadísticamente representativas de los usuarios de gas natural en la ciudad y distribuida según la participación de estratos socioeconómicos en la ciudad. La determinación de las concentraciones de CO se llevó a cabo usando un equipo de medición en tiempo real que operaba en cada residencia durante 24 horas continuas. Paralelo a dichas mediciones se le pidió a cada usuario que diligenciara un formato de diario de actividades en el que se registraban los momentos en los que se hacía uso de los gasodomésticos en la vivienda. De acuerdo a los resultados obtenidos, se pudo establecer que los gasodomésticos son una fuente importante de CO en ambientes interiores y que en algunos casos la personas se encuentran expuestas a niveles de CO que sobrepasan ampliamente los límites recomendados por la OMS y la normativa nacional. En viviendas consideradas como casos críticos, las concentraciones del contaminante evaluado alcanzaron valores superiores a las 150 ppm. En estos mismos casos, dado la baja ventilación de estos espacios, estos niveles de contaminación permanecían en la vivienda durante incluso horas. Dentro de las variables estudiadas se encontró que el estrato socioeconómico es un factor determinante de la contaminación al interior de la vivienda. Siendo la condición de estratos más bajos en donde se presentaron las mayores concentraciones. Sin embargo, los autores definen el estrato como un indicador de otras variables tales como los volúmenes de los espacios interiores (cocina y zona social de la vivienda), estado de mantenimiento de los gasodomésticos y presencia de ductos y rejillas de escape de gases de combustión. 85 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Esta investigación constituyó la primera oportunidad en la que en la ciudad se evalúan de manera masiva las condiciones de calidad del aire en el interior de viviendas y se convierte en una evidencia contundente de la magnitud de la problemática de contaminación en espacios interiores en la ciudad. Para profundizar en el tema de contaminación atmosférica en interiores ver los siguientes documentos complementarios (documentos en inglés) “US EPA Indoor Air Quality” [Ir al artículo] “Cleaner air for the poorest homes” [Ir al artículo] Lección 20. Control de la contaminación en interiores La dinámica de la contaminación en espacios interiores involucra además de las sustancias contaminantes (gases y partículas), otras variables tales como la temperatura y la humedad relativa. Estas variables son importantes no solamente porque a ciertas condiciones pueden incrementarse las concentraciones de algunos compuestos, sino también porque tienen un impacto directo en la sensación de comodidad y productividad de las personas al interior de un ambiente cerrado. Está plenamente documentado que altos niveles de humedad relativa y temperaturas elevadas causan fatiga, impidiendo el normal desarrollo de las actividades. En la Figura 35 se presenta el esquema general de la contaminación atmosférica en interiores. En esta figura se puede apreciar que la contaminación observada al interior de un recinto cerrado depende tanto de las emisiones generadas al interior como las cantidades de contaminante provenientes del exterior. De igual forma hay una serie de fenómenos que suceden en ambientes interiores, que al interactuar entre si son determinantes de la calidad del aire en este espacio. Uno de estos fenómenos de transporte es la tasa de ventilación, entendida como la cantidad de intercambio de aire exterior con el aire al interior del microambiente. 86 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Figura 35. Esquema general de la contaminación en interiores. Fuente: Universidad de los Andes y Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo territorial Generalmente la caracterización de la contaminación al interior de espacios cerrados se lleva a cabo haciendo uso de equipos especializados para tal fin. Estos equipos difieren notablemente de los robustos monitores de la calidad del aire en espacios abiertos. La mayoría de estos equipos hacen uso de técnicas pasivas y/o de bajo volumen, con capacidad de medición en tiempo real y una alta resolución. La Figura 36 muestra algunos equipos comúnmente utilizados en estudios de contaminación en interiores en Colombia. Desde el punto de vista del control es fundamental entender cuál es el peso de cada una de estas variables y de qué forma participan para poder controlarlas en favor de mejores condiciones de calidad del aire. En los estudios mencionados en la Lección 19 se describió como en muchos casos el interior de las viviendas representa el lugar en donde se observan las mayores concentraciones de los contaminantes del aire. Este resultado es de gran importancia dado el alto porcentaje del tiempo que una persona promedio pasa en dicho microambiente. Desde el punto de vista de normas, códigos y políticas de construcción de vivienda a nivel nacional (en especial para el caso de vivienda de interés prioritario y social), este contexto presenta gran relevancia. 87 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica c) d) b) a) Figura 36. Equipos de medición de contaminación en interiores. a) Monitor de material particulado (DustTrak). b) Monitor de monóxido de carbono (Celda Langan). c) Monitor de dióxido de carbono y temperatura (TelAire 7001). d) Monitor de hidrocarburos (ppb RAE). Fuente: Grupo de Estudios en Sostenibilidad Urbana Regional. En países como Colombia urge involucrar conceptos de vivienda saludable que permitan mejorar no solo las condiciones de habitabilidad, sino también de salubridad en este tipo de espacios. Es función de los gobiernos lograr, por ejemplo, a través de requerimientos más estrictos, aumentar las dimensiones mínimas de espacios al interior de la vivienda, de tal manera que se favorezcan variables tales como la tasa de ventilación y de intercambio de aire al interior de las viviendas. Una acción adicional en el control de la contaminación atmosférica en interiores hace referencia a la importancia del desarrollo de campañas informativas y de sensibilización de la población sobre este tema. Es aún común encontrar un desconocimiento por parte de la comunidad de este tipo de problemáticas de salud ambiental. Bajo la premisa de que una sociedad con conocimiento es una sociedad empoderada, las estrategias de control de la contaminación que vengan desde el gobierno nacional deberían incluir campañas de capacitación e inducción en este tipo de temas. En muchos casos acciones tan sencillas como el mantener abiertas puertas y ventanas durante los momentos en los que se quema algún tipo de combustible, pueden ayudar a mejorar notablemente la ventilación al interior de una vivienda y por ende ayudar a tener una mejor calidad del aire al interior de la misma. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (US EPA) es un referente internacional en lo que se refiere a estrategias de control de la contaminación en 88 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica interiores. Esta autoridad es clara en definir las tres más básicas y principales acciones para una mejor calidad del aire en espacios cerrados: Control de la fuente Mejorar la ventilación Uso de purificadores y limpiadores de aire Control en la Fuente Es tal vez la forma más efectiva de mejorar la calidad del aire al interior de un espacio cerrado. Identificar y eliminar la fuente, o implementar acciones que reduzcan sus emisiones es fundamental. Por ejemplo en una vivienda donde se use gas natural para cocinar y otras labores del hogar, se pueden desarrollar varios ajustes para optimizar la combustión en la fuente y así reducir las emisiones de monóxido de carbono. Adicionalmente, un buen mantenimiento preventivo de los artefactos destinados a la calefacción del hogar, al calentamiento de agua o a cocción de alimentos es una práctica costo-efectiva que no es muy común en los hogares de países de economías en desarrollo, pero que contribuye significativamente a mejorar la combustión de dichos aparatos y así a una mejor calidad del aire. Mejorar la Ventilación Cuando se trata de una vivienda u oficina es posible mejorar la ventilación al interior del microambiente simplemente con abrir las ventanas y puertas del recinto. Cuando estas casas u oficinas cuentan con sistemas de aire acondicionado es fundamental que éstos se mantengan en óptimas condiciones de mantenimiento. Sin embargo, cuando se trata de fábricas o grandes espacios en donde hay sistemas de ventilación y extracción mecánicos se requiere de un estudio y conocimiento mucho más especializado. En estos casos el diseño y la eficiencia del sistema es determinante para contar con una calidad del aire aceptable. Para profundizar en el tema de sistemas mecánicos de ventilación se recomienda el siguiente libro de libre descarga [Ir al artículo] Uso de Purificadores y Limpiadores de Aire Esta es una práctica que no es muy utilizada en países como el nuestro, sin embargo en Europa y Estados Unidos se ha implementado de manera masiva como un efectivo removedor partículas presentes en el aire. Las partículas que contiene el aire exterior quedan retenidas en filtros u otros materiales de tal forma que el aire que ingresa al 89 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica interior es un aire mucho más limpio. Este tipo de sistemas, sin embargo no está diseñado para remover contaminantes gaseosos. Para profundizar en el tema de contaminación del aire en interiores y su relación con la salud ver el siguiente documento de la Organización Mundial de la Salud (OMS) [Ir al artículo] 90 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica CAPÍTULO 5. CONTROL DE FUENTES MÓVILES DE EMISIÓN La compra de un vehículo es una de las principales adquisiciones de las familias colombianas. El crecimiento económico del país y la reducción de los precios en los automotores ha hecho que cada día más personas puedan adquirir medios motorizados de transporte privado. Consecuentemente, el parque automotor ha venido incrementando en los últimos años y el total de emisiones de los vehículos privados también. El sector público por su parte suele estar constituido por una flota antigua que resulta ser más contaminante. En el presente capítulo se desarrolla la discusión en torno al control de las fuentes móviles de emisión: se consideran las principales fuentes de emisión vehiculares; la relación entre emisiones y calidad del combustible; los sistemas de control para vehículos de tecnología diesel y a gasolina y las tendencias ambientales en el desarrollo automotriz. Lección 21. Fuentes de emisión vehiculares El inventario de emisiones de la ciudad de Bogotá muestra que para el caso del material particulado cerca de 1,400 toneladas son emitidas anualmente por las fuentes móviles, frente a 1,100 provenientes de las fuentes fijas (SDA, 2011). La distribución de las emisiones puede cambiar entre las ciudades, sin embargo la importancia de la emisión proveniente de las fuentes móviles radica en su cercanía a las personas. La Figura 37 muestra la distribución de vehículos en la ciudad, la combinación de una gran cantidad de vehículos privados y una menor cantidad de vehículos públicos de alta utilización hacen evidente que continuamente estamos expuestos a este tipo de fuentes. Figura 37. Distribución porcentual de las categorías vehiculares de Bogotá. Fuente Elementos Técnicos del Plan Decenal de Descontaminación (SDA-Uniandes, 2009). 91 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Estudios desarrollados en la ciudad han documentado un aumento en la exposición a material particulado en los peatones cercanos a vías de alto tráfico vehicular (Behrentz, Osorio, & Uscátegu, 2007) y en ciclorutas (Rojas & Fajardo, 2011). La Figura 38 muestra también como las emisiones pueden afectar a los usuarios de otros vehículos y a la población cercana. Figura 38. Emisiones vehiculares y concentración de partículas en la vía. Fuente: Notas de clase(Behrentz, 2010). Las ciclovías son un elemento muy interesante en la planeación de nuestras ciudades, sin embargo algunos factores deben ser tenidos en cuenta a la hora de su ubicación en el siguiente enlace puedes encontrar información relacionada [Ir al artículo] Como se mencionó en la Lección 2 las fuentes vehiculares emiten principalmente NOx, VOCs y material particulado, sin embargo no toda la emisión se realiza por medio del tubo de escape. Podemos considerar tres principales fuentes de emisión en los vehículos como puede observarse en la Figura 39: emisiones evaporativas; emisiones de reabastecimiento y emisiones del tubo de escape. Figura 39. Tipos de emisión en los vehículos. Fuente: Introduction to Air Pollution Control (U.S. EPA). Las emisiones evaporativas corresponden principalmente a VOCs provenientes del motor del vehículo por la evaporación de la gasolina8. Las emisiones por reabastecimiento Nótese que este tipo de emisiones pueden ser fuente importante de autocontaminación en vehículos en los cuales el motor está dentro de la cabina del vehículo (tipo buses). 8 92 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica ocurren en la carga de combustible del vehículo y corresponden igualmente a VOCs. Las emisiones del tubo de escape corresponden a las emisiones producto de la combustión y sobre ellas se centra el presente capítulo, estas emisiones corresponden al 90-92% del total de emisiones de un vehículo (U.S. EPA). Debe notarse sin embargo que el cambio en la tecnología de combustible del vehículo puede llegar a eliminar las emisiones evaporativas y de reabastecimiento. Lección 22. Calidad del combustible y emisiones Si consideramos que la combustión es la principal fuente de emisión en las fuentes fijas se hace evidente que el proceso de combustión debe ser uno de los factores a controlar para lograr una reducción de las emisiones. En términos generales, la tecnología de combustión ha venido mejorando, actualmente se cuenta con tecnología de inyección multipunto computarizado para vehículos a gasolina o sistemas Common Rail para vehículos diesel. Los desarrollos en la tecnología de combustión han sido inherentes a la competitividad del mercado. Por otro lado, las mejoras en la calidad del combustible, pese a existir procesos tecnológicos adecuados, dependen en buena medida de las acciones desarrolladas por entidades gubernamentales, toda vez que la calidad del combustible es un elemento reglamentado por política en el país. La presente lección se enfoca en la descripción de la relación entre combustibles y emisiones. El diesel es el combustible de mayor utilización en el transporte comercial alrededor del mundo, en Colombia, el 95% de los kilómetros recorridos por vehículos de carga se realiza con combustible diesel. La alta confiabilidad de los motores diesel, la capacidad de torque de los mismos y el poder calorífico del combustible (ver Figura 40 ) lo hace un combustible de muy alta utilización. (Behrentz, y otros, 2004) documentó la evidencia de autocontaminación en transporte escolar. 93 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Figura 40. Contenido energético de los combustibles. Fuente: Notas de clase(Behrentz, 2010). El contenido de azufre en los combustibles diesel es la variable más importante para la determinación de material particulado; esto debido a que las moléculas de azufre actúan como núcleos de condensación y favorecen la formación de partículas (Behrentz, 2010). La Figura 41 esquematiza la relación entre el contenido de azufre y las emisiones de material particulado en vehículos con tecnología diesel. Figura 41. Relación entre el contenido de azufre y emisiones de material particulado. Fuente: Notas de clase (Behrentz, 2010) El problema del azufre no radica sólo en el incremento de las emisiones de material particulado, sino en el hecho de que dificultan el uso de tecnologías de control de contaminante (regularmente por la formación de ácido sulfúrico). El cumplimiento de normatividad más estricta de emisiones requiere un menor contenido de azufre en el diesel. Considerando las bondades mecánicas de la tecnología diesel y que es posible la reducción de emisiones usando un diesel de buena calidad es de esperarse que el uso de este combustible tienda a mantenerse en el futuro cercano. 94 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Esta noticia argentina describe parte de la problemática del azufre en el diesel la cual es aplicable a la situación colombiana, se recomienda su lectura [Ir al documento] En el caso de la gasolina dos elementos deben tenerse en cuenta a la hora de analizar el comportamiento de las emisiones: 1) la presencia de elementos tóxicos y 2) la formación de una combustión completa. Hasta principios de la década de los noventas la gasolina contaba con plomo como elemento antidetonante, sin embargo esto contribuyó a la contaminación al punto de que el plomo se considera un contaminante criterio. Adicionalmente el plomo impide el adecuado funcionamiento de los sistemas de control de emisiones vehiculares. Otros compuestos tóxicos como el benceno han venido reduciéndose en las mezclas de gasolina. En aras de promover la combustión completa, reduciendo la emisión de CO y aumentando la eficiencia de la combustión se ha aumentado el número de octanos en la gasolina. Del mismo modo se ha promovido la oxigenación de la mezcla de gasolina. La Figura 42 muestra la evolución de la calidad de la gasolina en el país. Figura 42. Evolución de la calidad de gasolina en Colombia. Fuente: Calidad de los combustibles en Colombia (Arango, 2009). Otros combustibles son utilizados también en el sector transporte. El gas natural es por razones estequiométricas el combustible menos contaminante, presenta bajas emisiones de material particulado, hidrocarburos y CO2. Su poder calorífico es menor que el de la gasolina y el diesel; y por ende los motores a gas natural son menos potentes. Por otro lado es importante destacar que para observar los beneficios ambientales del gas natural es necesario que el vehículo no sea reconvertido sino dedicado; caso contrario puede presentarse un aumento en las emisiones por problemas en la tecnología de reconversión. En esta lectura puede observarse la argumentación acerca de los problemas con la reconversión a gas natural [Ir al documento] 95 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica El etanol por su parte es un excelente aditivo oxigenante, que reduce las emisiones de material particulado y CO, al tiempo que mejora el octanaje de la gasolina. El uso de etanol sin embargo puede incrementar las emisiones de algunos VOCs y se precursor de la formación ozono troposférico. Por su parte, el biodiesel cuenta con la ventaja de no contener azufre, y en mezclas altas con diesel reduce la emisión de material particulado, monóxido de carbono e hidrocarburos. Sin embargo aumenta las emisiones de NOx. Lección 23. Sistemas de control para vehículos Diesel El diesel no debe ser sinónimo de contaminación. Existe una estricta normatividad internacional que regula las emisiones de vehículos con tecnología diesel, no obstante durante mucho tiempo existió un rezago en la normatividad colombiana que permitió la proliferación de vehículos diesel contaminantes. En la actualidad el gobierno nacional ha venido desarrollando el marco legislativo para el control de las emisiones de los vehículos diesel ajustándose al estándar europeo de emisión brindado en las normas EURO. Las resoluciones 910 de 2008 y 2604 de 2009 establecen el marco de implementación de la normatividad9 Euro IV para emisiones. La posibilidad de implementación de los estándares Euro de emisión requiere condiciones de calidad del diesel representada en el contenido de azufre. La Tabla 6 muestra los requerimientos de contenido de azufre para el cumplimiento del las normas EURO. Tabla 6. Contenido de Azufre requerido para el cumplimiento de las normas EURO. Fuente (MAVDT, 2010) Estándar Contenido de azufre requerido EURO II EURO III EURO IV EURO V 1000 500 50 15 ppm ppm ppm ppm En Colombia, la Ley 1205 de 2008 o “Ley del Diesel” establece el cronograma para la reducción del contenido de azufre en el diesel. De acuerdo a lo establecido en la Ley, de Es importante mencionar que las normas EURO para el control de emisiones corresponde al valor estándar de emisión y no a la tecnología de control. La expresión “vehículos Euro 4” por ejemplo, hace referencia a vehículos que cumplen con la normatividad de emisión establecida en la EURO 4. 9 96 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica forma gradual logra reducir el contenido desde 1,200-4,500ppm en el 2008, hasta 50ppm en el 2012. En la Figura 43 se presenta el cronograma de implementación de la Ley. Figura 43. Cronograma de implementación ley del diesel. Fuente (Luna, 2009). Los estándares de emisión EURO pueden cumplirse utilizando diferentes tipos de tecnología de control como: 1) filtro activo de partículas diesel (DPF); 2) catalizador oxidativo para vehículos diesel (DOC); 3) catalizador lean-NOx (LNC); 4) sistema de recirculación de gases de escape (EGR) y 5) sistema de reducción con catálisis selectiva (SCR). A continuación se exponen las características generales de este tipo de tecnologías. Un filtro de partículas diesel (DPF) es un dispositivo cerámico que en su interior cuenta con metales preciosos y semipreciosos. Los gases de combustión pasan a través el dispositivo, que captura las partículas generadas. Cuando la acumulación de partículas en el filtro empieza a obstruir el flujo de los gases de combustión la temperatura en el dispositivo se aumenta haciendo ignición de las partículas y regenerándose. La eficiencia de remoción de partículas de estos filtros es superior al 85% y su vida útil alcanza los 120,000km, remueve también hidrocarburos. Los DOCs o catalizadores oxidativos para oxidan por su parte hidrocarburos, el monóxido y la fracción orgánica del material particulado pueden operar con mayores contenidos de azufre, pero su eficiencia es menor entre el 25-50% (PNUMA). Observa el funcionamiento de un DPF [Ir al video] Los LNC se basan en la reducción catalítica del NOx a nitrógeno, utilizando hidrocarburos como reductor. Un LNC pasivo utiliza hidrocarburo del caudal de escape. El LNC activo enriquece el caudal de escape con combustible adicional, lo que obviamente implica una pérdida en el consumo de combustible. El LNC utiliza platino o zeolitas para reducir la 97 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica temperatura a la que el NOx se reduce a nitrógeno en la presencia de hidrocarburos.(PNUMA). Los SCR por su parte utilizan amonio para la reducción de los NOx, la eficiencia de remoción está entre el 75-90%. Finalmente, la tecnología EGR permite la recirculación de gases de escape (entre el 5-10%) para de esta forma reducir la temperatura de combustión y disminuir la formación de NOx. Su eficiencia se estima entre el 40-50%. En la Tabla 7 se mencionan las características de los sistemas de control para vehículos diesel. Para información ampliada sobre el funcionamiento de los sistemas de control de emisiones para vehículos diesel se recomienda visitar el siguiente enlace del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente [Ir al sitio web] Tabla 7. Características sistemas de control para vehículos diesel. Fuente: Plan Decenal de descontaminación atmosférica de Bogotá(SDA, 2011). Reducción en emisiones Sistema de Control THC PM NOx Contenido de azufre requerido (ppm) Catalizador oxidativo para 50-90% 25-50% 500 vehículos diesel (DOC) Filtro de partículas para 50-95% >85% 15* vehículos Diesel (DPF) Catalizador para NOx integrado a un DPF (LNC + >85% 5-30% 15* DPF) Sistema de reducción con 80% 20-30% 80% 500 catálisis selectiva (SCR) Sistema de recirculación de 40gases de escape, integrado >85% 15* 50% con un DPF (EGR + DPF) * Los proveedores de estos sistemas de control aconsejan usarlos si los vehículos emplean ULSD (Ultra Low Sulfur Diesel). Un combustible con 50 ppm podría ser catalogado como ULSD y podría permitir la operación de estos sistemas pero con eficiencias menores, por lo cual se aconseja que el contenido de azufre en el mismo sea inferior a 15 ppm para obtener las eficiencias reseñadas(SDA, 2011). 98 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Lección 24. Sistemas de control para vehículos a gasolina El principal sistema de control para las emisiones de vehículos a gasolina es el convertidor catalítico de tres vías. En Colombia el uso de convertidor catalítico es obligatorio a partir de 1998 por la regulación establecida en la Resolución 5 de 1996. Este dispositivo reduce las emisiones de CO, hidrocarburos y NOx hasta en más de un 90% (PNUMA). Recibe su nombre debido a que trata estos tres contaminantes. El convertidor catalítico es un reactor que se ubica a la salida de los gases de combustión del motor. Suele estar recubierto con una carcasa de acero y en su interior cuenta con platino, rodio y paladio sobre una matriz cerámica. Estos metales actúan como catalizadores para la formación de CO2, Nitrógeno y agua. El funcionamiento del convertidor catalítico se da en tres etapas. En primera instancia actúa como un catalizador de reducción. El platino y el rodio atrapan los NOx liberando el oxigeno. Posteriormente dos átomos de nitrógeno se unen para ser liberados como N 2. La catálisis de oxidación consiste en la oxidación de los hidrocarburos y CO hasta CO 2 y agua. Esto ocurre utilizando el platino y paladio como catalizador. Finalmente, los convertidores catalíticos cuentan con un sistema de control que monitorea la entrada de oxigeno al convertidor (PNUMA). En la Figura 44 se muestra el esquema de un convertidor catalítico. Figura 44. Convertidor catalítico. Fuente:(Cateran) 99 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica El adecuado funcionamiento de un catalizador electrolítico requiere gasolina sin plomo, niveles bajos de azufre en la gasolina y un motor con sistema de inyección. De igual modo es importante considerar la vida útil de los convertidores que alcanza los 200,000km10; si bien su uso está ampliamente implementado, los convertidores se saturan por lo cual pasado este tiempo deben ser remplazados. De hecho, es importante notar que las estrategias de mejora de la calidad del aire de las ciudades suelen incluir programas para la reposición de los convertidores catalíticos. Observa un video con la descripción del funcionamiento del convertidor catalítico en el siguiente enlace [Ir al video] Para el control de las emisiones evaporativas los vehículos cuentan con el canister o filtro de carbón activado. Estos dispositivos actúan cuando el motor está detenido, recibiendo los vapores del motor para después devolverlos a la admisión. El flujo de gases a este dispositivo es controlado por la el sistema de inyección del vehículo (CCAV). Gran parte del parque automotor al interior de las ciudades está constituido por vehículos a gasolina. Debido a que el patrón de conducción afecta el consumo de combustible y consecuentemente las emisiones, existen algunos programas de conducción ecológica que buscan reducir el consumo de combustible. Si bien no son estrictamente un sistema de control, consideramos importante mencionar algunos de los consejos generales de conducción ecológica indicados por PNUMA. Destacamos que en países como Suecia y Suiza los programas de conducción ecológica han representado reducciones en el consumo de combustible entre el 10-15%. Consejos generales de conducción ecológica (PNUMA): 10 Arranque despacio, evitando la aceleración rápida. Aumente la velocidad con los cambios, utilice el cambio más alto posible, y disminuya la velocidad del motor. Propóngase mantener una velocidad constante - la pulsación periódica del acelerador envía más combustible al motor. Anticípese a las condiciones del tráfico, y acelere y desacelere suavemente - es más seguro, se gasta menos combustible, y se reduce el desgaste de los frenos. Conduzca a los límites de velocidad indicados en las señales. Utilice el control de crucero en la carretera. Evite el ralentí - apagar el motor para cualquier parada de más de 60 segundos reduce el consumo de combustible y las emisiones de dióxido de carbono. 10 años en promedio. 100 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Evite el peso excesivo - en el techo del automóvil o en el maletero, provoca un consumo adicional de combustible. Controle la presión de los neumáticos mensualmente con los neumáticos en frío. Utilice el aire acondicionado sólo cuando sea realmente necesario - el consumo de combustible puede aumentar hasta en un 20%. Reemplace los filtros de aire periódicamente - ahorrará hasta un 10% en el consumo de combustible. Lección 25. Tendencias ambientales en el desarrollo automotriz Como se mencionó inicialmente la principal fuente de emisión de contaminantes atmosféricos por las fuentes móviles se origina en los procesos de combustión. Adicionalmente, el combustible es un recurso escaso y costoso, de modo que la eficiencia en el uso del mismo repercutiría no solo en beneficios ambientales sino de sostenibilidad económica. Atendiendo a lo anterior; si se quisiera reducir la emisión de los vehículos el proceso de combustión sería uno de los puntos focales de trabajo y hacia allá se ha direccionado el desarrollo tecnológico ambiental en el sector automotriz. Podemos identificar tres tendencias; la primera que busca mejorar la eficiencia de la combustión de los combustibles actuales; la segunda que busca el reemplazo de los combustibles tradicionales por otros con menor emisiones y la tercera que busca eliminar la necesidad del uso de combustibles. Dentro de las tecnologías para la mejora de la combustión se cuenta con el desarrollo de vehículos híbridos (HEV). Los HEV utilizan una combinación de motor de combustión interna y motor eléctrico. La Figura 45 ilustra el esquema de un vehículo hibrido. Estos vehículos funcionan con su motor eléctrico cuando el vehículo está detenido y durante el proceso de arranque. Cuando el vehículo alcanza cierta velocidad se activa el motor de combustión operando de esta forma con más frecuencia a su máxima potencia, aprovechado más eficientemente el combustible. El movimiento con el motor de combustión recarga el sistema eléctrico del vehículo (PNUMA). 101 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Figura 45. Esquema vehículos híbridos. Fuente:(PNUMA). Los vehículos híbridos emiten 94% menos de material particulado (lo cual nos da una idea de en qué momento la se emite mayor cantidad de partículas), y reducen el consumo de combustible en aproximadamente 30% (MAVDT, 2010a). Esta tecnología se viene implementando desde 1997 a nivel mundial y las casas automotrices suelen contar con versiones híbridas de sus vehículos más representativos. Las tecnologías que utilizan otro tipo de combustibles incluyen: 1) vehículos dedicados a gas natural; 2) vehículos a biodiesel; 3) vehículos a etanol y 4) vehículos de hidrógeno con desarrollo de celdas de combustible. Los vehículos dedicados a gas natural (no así los reconvertidos) emiten 98% menos material particulado que los vehículos diesel equivalentes. Estos vehículos se diseñan para funcionar con gas natural comprimido el cual tiene menos contenido de azufre que el diesel resultando en una emisión con menor concentración de partículas e hidrocarburos. Una muestra de implementación muy interesante de esta tecnología es el sistema de BRT de lima (Metropolitano Lima) cuya flota de buses articulados y alimentadores opera con gas natural. Los vehículos que usan biocombustibles de primera generación11 biodiesel o etanol como combustibles son otra alternativa de emisión menos contaminante. Estos combustibles eliminan el azufre, no obstante cuentan con una problemática social y de seguridad 11 Obtenidos a partir de cultivos agrícolas. 102 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica alimentaria que aún está en discusión. Actualmente se desarrollan estudios para una segunda generación de biocombustibles los cuales no usen productos alimentarios en su producción (PNUMA). Una posibilidad muy interesante pero con un incipiente desarrollo técnico es el uso de pilas de combustible de hidrógeno alimentadas por energía solar. Actualmente existen algunos prototipos de vehículos con esta tecnología. La emisión realizada por estos vehículos sería agua y NOx. La energía solar puede ser remplazada por energía eléctrica. La Figura 46 ilustra el esquema de funcionamiento de esta tecnología. Figura 46. Esquema de funcionamiento de un vehículo eléctrico. Fuente: (Ecoymotor). Observa en este enlace un video con acerca del funcionamiento de las celdas de combustible [Ir al video] Los vehículos con tecnología flex-fuel representan una categoría intermedia entre las dos primeras tendencias mencionadas. Estos vehículos cuentan con la posibilidad de usar cualquier mezcla de gasolina-etanol u operar con cualquiera de los dos combustibles (MECA). Brasil, uno de los principales productores de etanol en el mundo es el principal motor de desarrollo esta tecnología la cual es ampliamente utilizada en su territorio. Finalmente, los vehículos eléctricos proponen su operación por medio de un motor eléctrico lo cual implicaría un modelo de cero emisiones directas. Actualmente las principales casas automotrices cuentan con versiones eléctricas de algunos de sus modelos (MAVDT, 2010a). El gobierno nacional por medio del trabajo conjunto del Ministerio de Ambiente, el Ministerio de Hacienda y Crédito Público y el Ministerio de Transporte ha establecido un 103 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica marco promoción de la importación de vehículos híbridos, eléctricos y dedicados a gas natural por medio de la de reducción de aranceles. Observa en este enlace un video con la presentación del programa de promoción de vehículos eléctricos, dedicados a gas natural e híbridos por parte del Ministerio de Ambiente de Colombia [Ir al video] 104 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica CAPÍTULO 6. POLÍTICAS PÚBLICAS PARA EL CONTROL Y MITIGACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA La complejidad de la problemática de la contaminación atmosférica requiere la implementación conjunta de alternativas tecnológicas para el control de contaminación y programas de políticas públicas en este sentido. En el presente capítulo se realiza la discusión de este tipo de elementos; el capítulo inicia con el análisis de la relación entre desarrollo, contaminación y salud pública; se explican posteriormente los aspectos considerados para el desarrollo de normatividad para la gestión de la calidad del aire y la estrategia de planes de descontaminación atmosférica. El capítulo finaliza con la descripción del sistema nacional ambiental y la presentación de algunas entidades internacionales relacionadas con el tema de calidad del aire y salud. Lección 26. Desarrollo, contaminación y salud pública. El proceso de urbanización se caracteriza por un crecimiento de la población en centros urbanos acompañado de un desarrollo económico, político y cultural. Este desarrollo genera diferentes dinámicas que permiten a las ciudades presentarse como lugares atractivos para vivir. Es, entre otras, por esta razón que hoy en día muchas personas prefieren dejar las zonas rurales y vivir en centros urbanos. La humanidad ha tenido un estilo de vida principalmente rural durante la mayor parte de su historia. A mediados del siglo veinte solamente un 30% de la población mundial vivía en ciudades. Gracias al rápido proceso de urbanización en décadas recientes cada vez más personas viven en ciudades. Para el año 2005 el 50% de los habitantes del planeta vivía en zonas urbanas y el banco mundial estima que para el año 2025 cerca del 65% de las personas vivirán en ciudades (ver Figura 47). Figura 47. Proceso de urbanización mundial. Fuente: Diana Sheibaum. Urbanidad en el siglo XXI. 105 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Este proceso de urbanización ocurre más rápidamente en países con economías en desarrollo. Esta tendencia es particularmente fuerte en América Latina, incluyendo a Colombia en donde se estima que hoy cerca de un 70% de la población vive en centros urbanos (ver Figura 48). En estos países es común que las razones para que las personas que viven en zonas rurales quieran migrar a las ciudades sean por la posibilidad de acceso a mejores oportunidades laborales y de negocios, acceso a mejores bienes y servicios, mayor diversidad cultural y mayor seguridad. Figura 48. Urbanización en países desarrollados y en desarrollo. Fuente: Revista Global Hoy. Guía de conocimiento sobre desarrollo sostenible. Disponible en: www.gloobal.net Como se mencionó al inicio de esta sección el proceso de urbanización es mucho más que un simple cambio en las tasas de crecimiento de la población e involucra modificaciones sustanciales en la estructura económica, social, y política de una región. En un importante número de casos estas modificaciones tienden a darse de una manera rápida e incontrolada causando caos vehicular, industrialización de zonas no destinadas para este uso, mayor consumo de combustible y mayor demanda de suelo y zonas verdes. Todas estas dinámicas son a su vez promotoras de actividades generadoras de mayores niveles de contaminación atmosférica. Razón por la que está plenamente documentado que la contaminación del aire en ciudades es una problemática ambiental que se encuentra en constante crecimiento. Dada la reconocida relación existente entre una baja calidad del aire y los efectos negativos en salud, lo anterior significa que procesos de urbanización y crecimiento económico pueden tener un impacto directo en la salud de la población. La Organización Mundial de la Salud estima que más de un billón de personas en países asiáticos, están normalmente expuestos a niveles de contaminación atmosférica que sobrepasan las 106 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica concentraciones reconocidas como perjudiciales para la salud. Dejando como consecuencia la muerte prematura de cerca de 500 mil personas anualmente. Igualmente, esta autoridad internacional es concreta en señalar que en varias ciudades latinoamericanas las concentraciones de material particulado en aire ambiente sobrepasan ampliamente los límites permitidos por normativas nacionales e internacionales. Esta situación se estima que genera más de 58 mil muertes prematuras anualmente en países latinos. En ciudades colombianas como Bogotá las entidades responsables de la salud han reportado que la enfermedad respiratoria es la principal causa de movilidad y mortalidad en niños menores de cinco años, y es una de las cuatro primeras causas de mortalidad en toda la población. Este tipo de evidencia contundente ha permitido que los gobiernos enfoquen sus objetivos de política pública ambiental hacía el mejoramiento sostenido de las condiciones medio ambientales necesarias para garantizar la salud humana. Adicionalmente, los gobiernos han empezado a preocuparse por generar mejores condiciones de calidad de vida para su población y en este escenario tienen claro que el control de problemáticas tales como la contaminación del aire es determinante. Para mayor información sobre los impactos en medio ambiente, salud y calidad de vida de los procesos de urbanización, consultar como lectura complementaria el “States of the Cities Report” [Ir al artículo] Recientemente se publicó el Perfil de Salud Urbana para la Ciudad de Bogotá. Se recomienda consultar la versión disponible en línea a manera de lectura complementaria. [Ir al artículo] Ejercicio de análisis de información: Gapminder es una herramienta virtual disponible de manera gratuita en internet a través de la cual se promueve el desarrollo sostenible de manera global. Bajo la premisa de que la información y la posibilidad de acceso a ésta puede generar conocimiento, empoderamiento y desarrollo, Gapminder se ha encargado de organizar una gran cantidad de datos y procesarlos de manera estadística de tal forma que permitan su manipulación con fines académicos y de investigación. La página oficial de la herramienta es www.gapminder.org . La invitación es para entrar a la página web y descubrir los centenares de posibilidades de análisis y presentación de información con las que este instrumento cuenta. Específicamente la idea es jugar con los datos disponibles en demografía, salud y medio ambiente. El objetivo obtener gráficas 107 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica similares a las que se muestran en la Figura 49. Para lograrlo una sugerencia es seguir las siguientes instrucciones. 1. Ingresar a Gapminder a través de su dirección en internet www.gapminder.org 2. Ingresar a datos a través de la pestaña DATA en la parte superior. 3. En el cuadro de diálogo destinado para este fin hacer la búsqueda por palabra clave (v.g., SEARCH: Popullation, CO2 emissions, Health). 4. Entrar a la categoría y seleccionar el gráfico. 5. Una vez abierto el gráfico se puede modificar la información en cada eje de la figura de acuerdo al tipo de análisis que se desee. Figura 49. Ejemplo de aplicación en Gapminder. Fuente: Gapminder Organization, 2011. Lección 27. Elementos para el desarrollo legislativo para el control de la contaminación atmosférica. La necesidad de la caracterización y mitigación de la contaminación atmosférica surge a partir de la ya muy bien discutido impacto negativo que está tiene en el medio ambiente, así como en la salud y calidad de vida de las personas. En este sentido tan importante 108 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica como el claro diagnóstico de esta problemática es el control que se le dé para disminuir y mitigar dichos efectos negativos. Sin embargo, es necesario entender que las manifestaciones de contaminación ambiental están generalmente acompañadas por procesos de desarrollo demográfico, social y económico propio de las dinámicas de cada territorio. Es así como en el momento del diseño de los lineamientos normativos para contrarrestar la polución del aire es necesario también tener en cuenta las dimensiones económicas y sociales propias de la realidad de cada región. La caracterización detallada y rigurosa del estado de la problemática se convierte en la primera herramienta de definición de los elementos técnicos para una normativa de calidad del aire o control de emisiones. Un primer instrumento de diagnóstico obligatorio es el inventario de emisiones. Como ya se describió en la Lección 9, un inventario de emisiones se puede definir como la contabilidad de todas las emisiones causadas por los diferentes tipos de fuentes de contaminación. La información suministrada por un inventario de este tipo permite además determinar la eficacia de los programas y políticas que ya han sido implementados y que pretenden disminuir el impacto de las fuentes contaminantes. Con una herramienta como el inventario de emisiones de contaminantes del aire es posible determinar los factores de emisión de distintos procesos y equipos, así como el manejo de estadísticas referentes al consumo de combustible. De igual manera, permite también el conocimiento del inventario de fuentes. Este último hace referencia a la cantidad y ubicación de las fuentes de contaminación presentes en la ciudad o región de estudio así como a las características de operación, patrones de actividad y consumo de combustible de las mismas. El conocimiento de estas cifras es de gran importancia pues de dichas cantidades depende la estrategia que se puede implementar para hacerle control a las fuentes de emisión y se generan los lineamientos de política pública y normativa a seguir. El Área Metropolitana del Valle de Aburrá realizó el año pasado una actualización de inventario de emisiones de fuentes fijas y móviles. En el siguiente documento se explica su metodología y resultados obtenidos. [Ir al artículo] Un ejercicio complementario a los inventarios de emisiones es la caracterización de la composición de sustancias contaminantes del aire. La más común es quizás de la caracterización física y química de material particulado en la que mediante diferentes técnicas de análisis instrumental es posible determinar los elementos químicos presentes en el material particulado, así como la proporción en la que éstos se encuentran. Este procedimiento sumado al uso de técnicas de modelación por receptores se han convertido 109 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica en una herramienta muy útil para las autoridades en el momento de identificación de fuentes de emisión y de su importancia. Un ejercicio de caracterización de material particulado, su metodología y resultados para la Ciudad de Bogotá [Ir al artículo] Un tercer elemento determinante en la planeación y realización de actividades de control y seguimiento orientadas a la fundamentación técnica de la formulación de los lineamientos de política pública son las redes de monitoreo de calidad del aire. Al igual que los inventarios de emisiones, la información obtenida a partir de la operación de dichas redes de monitoreo es además el mecanismo de evaluación de los impactos que sobre la calidad del aire tienen las distintas medidas de control que se acogen para una terminada zona o región geográfica. En Colombia, ciudades tales como Bogotá y Medellín cuentan con modernos sistemas de monitoreo de la calidad del aire. Esto les ha permitido no solamente realizar una caracterización adecuada de la problemática, sino también utilizar esta información como herramienta de seguimiento del cumplimiento de la norma. Más allá les ha permitido direccionar su estrategia de control hacía las acciones con mayor impacto. El cuarto; y no menos importante, elemento a considerar es la afectación de la salud de la población. Las normas actuales de calidad del aire se sustentan en investigaciones científicas que han demostrado el impacto en la salud de la población ocasionado por los contaminantes atmosférico (OMS, 2005). En Colombia no existe un desarrollo propio de este tipo de estudio por lo cual suelen adoptarse estándares internacionales para el desarrollo de normatividad nacional. De manera general las anteriores herramientas técnicas se convierten en componentes claves de los programas de gestión de la calidad del aire y control de la contaminación atmosférica. De la capacidad técnica y política de cada autoridad ambiental depende la correcta definición e interpretación de las estrategias a seguir para ejercer un correcto control de la contaminación. No obstante, la generación y delimitación de la normativa ambiental es un proceso que debe involucrar a varios actores. Si bien es claro que la autoridad ambiental es persona clave en este desarrollo, también se debe involucrar a otros sectores tales como la academia, tomadores de decisiones y la comunidad en general. En este sentido, la participación de actores de pertenecientes a la academia y tomadores decisiones puede ser más común. Generalmente la participación de los primeros se concentra en el desarrollo y análisis de estudios de caracterización y diagnósticos (en ocasiones como apoyo a la misma autoridad ambienta). Pero desafortunadamente la participación comunitaria en estos procesos de generación de política pública no es tan común. 110 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Un ejercicio interesante a nivel nacional se dio en Bogotá en el momento de la estructuración de su actual plan decenal de descontaminación del aire. Durante este proceso se realizaron talleres dirigidos a la comunidad en todas las localidades urbanas de la ciudad capital. En este ejercicio los ciudadanos tuvieron la posibilidad de expresar sus opiniones y percepciones sobre la problemática de calidad del aire en Bogotá. Pero además mediante una metodología de diálogo estructurado los ciudadanos pudieron intercambiar ideas de soluciones a los distintos problemas y aprender de las opiniones de los demás. Previo a la participación de los ciudadanos en mesas temáticas, el taller incluía una capacitación en temas de contaminación atmosférica dado por la misma autoridad ambiental. Esto con el fin de mejorar la comprensión de los distintos fenómenos pero también para contextualizar a los ciudadanos con la terminología técnica apropiada. Los talleres mencionados fueron exitosos no solamente en número de participantes, sino también en lo que respecta a la legitimidad del proceso constructivo de aportes a la política pública. Adicionalmente es importante mencionar que la participación comunitaria en estos procesos permite avanzar en la búsqueda del equilibrio entre los tres factores que influyen en la política pública: la presión de los movimientos populares para tener una mayor participación, la necesidad de cambiar las relaciones entre el gobierno y la sociedad, y la reducción de las externalidades negativas de la toma centralizada de decisiones. Lección 28. Planes de descontaminación atmosférica. Un plan de descontaminación del aire es el instrumento de planeación a corto y mediano plazo definido por gobiernos locales para una región geográfica específica, que orienta las acciones progresivas tendientes a la descontaminación progresiva del aire de la ciudad, con el propósito de prevenir y minimizar los impactos al ambiente y a la salud y calidad de vida de las personas. Son múltiples las experiencias exitosas de implementación de un plan de descontaminación del aire. A nivel internacional es ampliamente conocido el caso del Área Metropolitana de los Ángeles en California. La última actualización realizada a este plan se dio en el año del 2007. A nivel latinoamericano lo realizado en Santiago de Chile también fue una experiencia interesante para utilizar como caso de estudio. Una ciudad en la que gracias a la planeación de la estrategia a implementar y la efectividad de las medidas propuestas, se pudo mejorar considerablemente las condiciones de calidad del aire. En el contexto nacional, recientemente Bogotá y el Área Metropolitana del Valle de Aburrá 111 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica expidieron sus planes de descontaminación del aire. Para el caso específico de la capital del país dicho plan se diseñó a diez años y se convirtió además en la hoja de ruta en términos de contaminación atmosférica para la autoridad ambiental de la ciudad. Para conocer los lineamientos de un plan de descontaminación del aire exitoso implementado en el Estado de California (Estados Unidos) ver el siguiente enlace [Ir al artículo] Una visión presentada por el portal Bogotá 2038 en el tema del Plan de Descontaminación del Aire de Bogotá [Ir al artículo] De manera general un plan de descontaminación atmosférica propone una serie de elementos y medidas a tomar para ejercer un control a esta problemática. A pesar de que cada plan de descontaminación es propio de una jurisdicción particular, es común encontrar que como resultado de las caracterizaciones, modelaciones y proyecciones realizadas se encuentren medidas tales como: Fuentes Móviles Mejoramiento de la calidad de los combustibles vehiculares: desulfuración en diésel y gasolina. Establecimiento de un plan de inspección y mantenimiento vehicular preventivo. Exigencias de cumplimiento de tecnologías más limpias a fabricantes e importadores de vehículos nuevos. Implementación de incentivos para la renovación del parque vehicular. Fomento de uso de medios de transporte público como medio de movilización cotidiano. Implementación de sistemas de control de emisiones (filtros) en vehículos operados con combustible diésel. Desestimulo del uso de motocicletas con motores de dos tiempos como medio de transporte en centros urbanos. Fuentes Fijas Incentivar tributaria y económicamente el uso de combustibles limpios en la industria. Particularmente en lo relacionado al uso de gas natural. Desarrollar mecanismos de control de calidad en las mediciones de emisión de especies contaminantes del aire en fuentes fija. Incentivar procesos internos de prácticas de producción más limpia y uso eficiente de la energía. Fortalecer el marco jurídico de control y seguimiento a las emisiones de procesos industriales. 112 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Cultura Ciudadana y Educación Ambiental Promover la cultura de mantener la certificación de control de emisiones de gases actualizada. Promover un uso racional del vehículo particular, incluyendo campañas de carro compartido. Promover las buenas prácticas de conducción en conductores particulares y de transporte público. Promover el uso de medios de transporte no motorizados en días particulares de la semana. Además de las medidas comunes de encontrar en los planes de descontaminación del aire. Es necesario que cada uno de estos documentos presente un cronograma de implementación del portafolio de medidas propuestas y un mecanismo de seguimiento del estado de avance de esta implementación y de los resultados de su ejecución. Es así como la formulación del plan de descontaminación involucra acciones de mejoramiento continuo a desarrollar después del análisis de los resultados de las valoraciones periódicas que se realicen. Las variables fundamentales en estas evaluaciones serán los niveles de concentración ambiente de los distintos contaminantes del aire. Estos serán los indicadores de calidad y de eficiencia de las medidas implementadas. Algunos planes de descontaminación más avanzados incluyen la modelación como un sofisticado mecanismo de seguimiento en el tiempo de la estrategia del plan. Este tipo de metodología tiene la ventaja de que permite un análisis mucho más profundo y diferenciado de cada una de las variables. Es importante entender que los planes de descontaminación del aire deben ser flexibles en cuanto a la capacidad que tengan las medidas de ser adaptadas de acuerdo a los cambios de demográficos, económicos y de desarrollo territorial. Adicionalmente, un aspecto fundamental para que el esfuerzo desarrollado en un plan de descontaminación del aire sea exitoso tiene que ver con la necesidad de que éste aborde la problemática desde una perspectiva integral. Entendiendo que las medidas sugeridas son complementarias y no excluyentes entre sí. Al mismo tiempo se debe entender que la contaminación atmosférica tiene múltiples fuentes de generación y a todas estas fuentes deben ser involucradas en el diseño de las medidas a implementar. En el siguiente enlace puede encontrar el documento del Plan decenal de Descontaminación Atmosférica de Bogotá. Se recomienda el archivo y lectura del mismo ya que representa un documento clave de la gestión de la calidad del air en el país [Ir al documento] 113 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Lección 29. Sistema Nacional Ambiental: estructura y funciones La Ley 99 de 1993 dio origen al Sistema Nacional Ambiental – SINA – como el conjunto de orientaciones, normas, actividades, recursos, programas e instituciones que permiten la puesta en marcha de los principios generales ambientales contenidos en esta Ley. Esta Ley reconoce la importancia del desarrollo de principios de sostenibilidad y el derecho a la vida saludable de las personas dentro de lo cual se puede enmarcar la gestión de la calidad del aire. Entendiendo al aire limpio como un recurso escaso y de interés para la población se hace evidente la necesidad de la intervención gubernamental para su adecuada gestión. La Figura 50 ilustra los diferentes actores que hacen parte del SINA. Como puede observarse el SINA no sólo se constituye por entidades públicas sino que busca aglomerar los diversos actores ambientales del país. En términos de la gestión de la calidad del aire; desde el punto de vista estatal, los principales actores institucionales son: 1) Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible; 2) Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de Colombia –IDEAM–; 3) Corporaciones Autónomas Regionales y 4) Autoridades Ambientales Urbanas. A continuación se describe de manera sencilla las funciones de estas entidades en el contexto de la gestión de la calidad del aire. ACTORES SOCIALES Organizaciones comunitarias Organizaciones Indígenas y afro colombianos Entidades de Investigación: Otros entes públicos IDEAM HUMBOLDT INVEMAR IIAP SINCHI Universidades y Centros de Investigación Ambiental Públicos y Privados Gremios de la producción DNP Entidades Territoriales Municipio, departamentos, distritos y resguardos CAR’S Autoridades Regionales y de Ambientales Desarrollo Sostenible Urbanas Ministerios Institutos Órganos de control, cortes y fueros judiciales Gestión Ambiental Colectiva Gestión Ambiental Colectiva ONG MINISTERIO DEL AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL ACTORES INSTITUCIONALES 114 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Figura 50. Sistema Nacional Ambiental. Fuente: Proyecto Somos SINA. Guía de Planificación Ambiental Regional. El Ministerio de Ambiente; hoy Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, es creado mediante la Ley 99 de 1993 y se establece como cabeza del SINA. Es el organismo rector de la gestión del medio ambiente y de los recursos naturales renovables. En este sentido, es el encargado de impulsar una relación de respeto y armonía del hombre con la naturaleza y de definir, en los términos de la ley, las políticas y regulaciones a las que se sujetarán la recuperación, conservación, protección, ordenamiento, manejo, uso y aprovechamiento de los recursos naturales renovables y del medio ambiente de la Nación, con el fin de asegurar el desarrollo sostenible (Ley 99 de 1993). Los objetivos primordiales del MAVDT (Decreto 216 de 2003) son contribuir y promover el desarrollo sostenible a través de la formulación y adopción de las políticas, planes, programas, proyectos y regulación en materia ambiental, recursos naturales renovables, uso del suelo, ordenamiento territorial, agua potable y saneamiento básico y ambiental, desarrollo territorial y urbano, así como en materia habitacional integral. En términos prácticos esto representa; para el caso de la gestión de la calidad del aire, que el Ministerio de Ambiente es el encargado de la creación y promoción del marco de política para la protección del recurso aire. Esto lo logra mediante la expedición de normatividad específica para la protección del recurso (decretos y resoluciones), el dialogo con los actores del SINA y el apoyo a actividades de investigación para la gestión del recurso aire. El Ministerio de Ambiente es también el encargado del licenciamiento de proyectos de impacto nacional. El grupo encargado de la gestión de la calidad del aire en el Ministerio de Ambiente es la Dirección Sectorial y Urbana. El IDEAM es el encargado de generar información y conocimiento para asesorar la toma de decisiones sobre el uso sostenible de los recursos naturales, así como para hacer pronósticos y alertar sobre condiciones ambientales e hidrometeorológicas que puedan generar desastres (Ley 99 de 1993). Es la entidad que brinda soporte técnico y científico por excelencia al SINA para la toma de decisiones sobre el uso sostenible de los recursos naturales. En la práctica, el IDEAM realiza la consolidación de la información de calidad del aire en el país y desarrolla los elementos técnicos y protocolos necesarios para la captura de información. Documentos como el Protocolo para el Monitoreo y seguimiento de la Calidad del Aire adoptado por el Ministerio de Ambiente mediante la Resolución 2154 de 2010 fue desarrollado por el IDEAM. Otro elemento de frecuente consulta desarrollado por el IDEAM es el SISAIRE o Sistema de Información sobre la Calidad del Aire. Esta herramienta consolida la documentación de calidad del aire del país y los reportes de las estaciones de monitoreo de calidad del aire de las CARs. 115 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica Visita en el este enlace la página del SISAIRE [Ver Sisaire] De acuerdo a la Ley 99 de 1993 las CARs tienen por objeto la ejecución de las políticas, planes, programas y proyectos sobre medio ambiente y recursos naturales renovables, y el cumplimiento y oportuna aplicación a las disposiciones legales vigentes sobre su disposición, administración, manejo y aprovechamiento, conforme a las regulaciones, pautas y directrices expedidas por el MAVDT. Entre sus funciones se cuenta ejercer las funciones de evaluación, control y seguimiento ambiental de los usos del agua, el suelo, el aire y los demás recursos naturales renovables. Las Autoridades Ambientales Urbanas presentan un papel muy similar a las CARs pero su jurisdicción se circunscribe a ciudades de más de un millón de habitantes. Las CARs y Autoridades Ambientales Urbanas son las entidades gubernamentales con la que mayor contacto tiene la comunidad y los industriales. Ellas son las encargadas del licenciamiento de proyectos y expedición de permisos ambientales de la mayoría de actividades dentro de su jurisprudencia. Se encargan también de realizar el seguimiento y verificación del cumplimiento de los estándares de emisión por parte de fuentes fijas y móviles y reciben las quejas de la comunidad. Es muy importante que el ingeniero ambiental conozca la autoridad ambiental que ejerce control sobre su área de influencia. Las CARs y Autoridades Ambientales Urbanas son las encargadas de desarrollar los planes de descontaminación de las ciudades-regiones y pueden por principio de rigor subsidiario establecer condiciones más restrictivas de emisión en su jurisdicción. Lección 30. Entidades internacionales relacionadas con la gestión de la calidad del aire La problemática de la calidad del aire es generalizada en el mundo entero asociada principalmente al desarrollo industrializada. En este orden de ideas, los desafíos que actualmente enfrentamos en Colombia; y en general en los países en vía de desarrollo, ya se han presentado anteriormente en los países industrializados. Debido a esto existen entidades en los países desarrollados que se constituyen en una muy buena fuente para la obtención de información secundaria que pueda ser de utilidad para el desarrollo de programas de gestión de la calidad del aire en el país. Como parte de la responsabilidad social de los países industrializados; cuyo modelo de desarrollo copiado por los países en vía de desarrollo es uno de los principales generadores de contaminación atmosférica, existen agencias de cooperación 116 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Control de la contaminación atmosférica internacional que buscan promover el desarrollo limpio12 en los países en vía de desarrollo mediante asesoría técnica y recursos. La banca multilateral también brinda créditos a bajas tasas de interés para el desarrollo de proyectos ambientales. En la Tabla 8 se presentan algunas de las entidades que pueden resultar de interés para el ingeniero ambiental. Regularmente la cooperación internacional se enfoca en el desarrollo de proyectos de bajo carbono. En algunas ocasiones se apoyan directamente proyectos para reducir emisiones de contaminantes criterio. En otras ocasiones estas reducciones o las de GEI deben entenderse como cobeneficios para acceder al apoyo 12 117 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Introducción a la problemática y estudio del ambiente Tabla 8. Entidades internacionales relacionadas con la gestión de la calidad del aire. Elaboración propia. Nombre Organización Mundial de la Salud (OMS) – World Health Organization (WHO) Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente - PNUMA Enlaces de interés Página web de la entidad: http://www.who.int/es/ Guías de calidad del aire y salud http://www.who.int/mediacentre/factsheets /fs313/es/index.html Sitio web: http://www.unep.org/spanish/ Página regional de la entidad: http://www.pnuma.org/ Estrategia para una flota de transporte limpia: http://www.unep.org/tntunep/toolkit_esp/ Observaciones Autoridad directiva y coordinadora de la acción sanitaria en el sistema de las Naciones Unidas. Presenta información y estudios sobre temas de calidad del aire y salud. Las guías de calidad del aire cuentan con alto reconocimiento Autoridad directiva y coordinadora de la acción ambiental en el sistema de las Naciones Unidas. Cuenta con información para el desarrollo de proyectos con bajas emisiones Página web de le entidad: http://new.paho.org/hq/index.php?lang=es Página local de la entidad: http://new.paho.org/col/ Organización Panamericana de la Salud - OPS CEPIS - Centro Panamericano de Ingeniería Autoridad regional de la OMS. Cuenta con una Sanitaria y Ciencia del Ambiente: amplia base de datos de información en temas http://www.bvsde.paho.org/bvsacep/e/servi. de calidad del aire y salud. html Biblioteca Virtual de Desarrollo Sostenible y Salud Ambiental: http://www.bvsde.paho.org/sde/opssde/bvsde.shtml 118 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Introducción a la problemática y estudio del ambiente U.S. Environmental Protection Agency (U.S.E.P.A) EURO Sitio web en español: http://www.epa.gov/espanol/ Sitio web de la entidad: http://www.epa.gov/ Comisión Europea de Ambiente – Módulo aire http://ec.europa.eu/environment/air/index_ en.htm Síntesis de la legislación en medioambiente: http://europa.eu/legislation_summaries/envi ronment/index_es.htm Programa CAFE – Clean Air for Europe http://europa.eu/legislation_summaries/envi ronment/air_pollution/l28026_en.htm Clean Air Institute Página web de la entidad: http://www.cleanairinstitute.org/ JICA – Agencia Internacional de Cooperación Japonesa CCAP – Center for Clean Air Policy Página web de la entidad: http://www.jica.go.jp/english/news/field/ind ex_es.html Página web de la entidad: http://www.ccap.org/ Health Effect Institute Página web de la entidad: http://www.healtheffects.org/ MECA - Manufacturers of Emission Controls Association Página web de la entidad: http://www.meca.org/ Autoridad ambiental de Estados Unidos. Cuenta con una amplia base de datos de información en temas de calidad del aire y salud y soporte normativo. Autoridad ambiental de Europa. Cuenta con una amplia base de datos de información en temas de calidad del aire y salud y soporte normativo. Organización sin fines de lucro, formada en 2006 para mejorar la calidad del aire y combatir el cambio climático causado por el calentamiento global. Apoya para la resolución de los problemas de los países en vías de desarrollo ONG para el desarrollo de políticas de calidad del aire Instituto de investigación. Cuenta con una base de datos y red de expertos en calidad del aire y salud Cuenta con información sobre el desarrollo de sistemas de control 119 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Introducción a la problemática y estudio del ambiente Actividades de autoevaluación unidad Preguntas sobre la Unidad Identifique alguno de los principales sistemas más comunes a nivel industrial para el control de las emisiones de material particulado Identifique alguno de los principales sistemas para el control de las emisiones gaseosas a nivel industrial ¿Cuál es la importancia de implementar un programa de producción más limpia para efectos de la reducción o el control de las emisiones? Enuncie alguna de las principales fuentes de contaminantes del aire en espacios interiores. Identifique alguna estrategia que se podría implementar para el control de la contaminación del aire en espacios interiores. Cite algún dispositivo o estrategia para el control de emisiones vehiculares ya sea que operen con combustible Diesel o con gasolina. ¿Cuáles son los alcances de un plan de descontaminación del aire y que elementos lo integran? Actividades prácticas relacionadas con la unidad - Realice la búsqueda de un plan de descontaminación del aire de una ciudad de otra región del mundo - Revise su estructura y principales elementos - Lea y analice las estrategias o propuestas para el mejoramiento de los niveles de la calidad del aire a implementar con dicho plan - Revise el plan de descontaminación del aire de su ciudad, sino se cuenta con uno, revise lo contenido en el e Bogotá o el del Área Metropolitana del Valle de Aburrá. - Compare y analice las alternativas o estrategias propuestas en el plan internacional con el que haya seleccionado a nivel nacional. 120 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Introducción a la problemática y estudio del ambiente Fuentes documentales de la Unidad Capítulo 4: Banco Mundial (BN) (2007). Prioridades Ambientales para la Reducción de la Pobreza en Colombia: un análisis ambiental del país para Colombia. Versión en español: Editorial Mayol. ISBN 978-9588307107. CEPIS. (s.f.). Curso de Orientacion para el Control de la Contaminación del Aire. Recuperado el Noviembre de 2011, de http://www.bvsde.paho.org/bvsci/e/fulltext/orienta/frame_o.html de Nevers, N. (1998). Ingeniería de Control de la Contaminación del Aire. Mexico D.F.: McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. Espinosa, M y Behrentz, E. (2007). Caracterización de los Rangos de Exposición a Contaminantes Atmosféricos en Bogotá: estudio piloto. Tesis de Maestría. Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia. Franco, J.F.; Rojas, N.Y.; Sarmiento, O.L; Behrentz, E. (2007). Niveles de Material Particulado en Colegios Distritales Ubicados en Vías con Alto Tráfico Vehicular en la Ciudad de Bogotá. Tesis de Maestría. Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia. Maldonado, A.; Sarmiento, O.L. y Behrentz, E. (2007).Caracterización de la Contaminación en Microambientes Asociados con Hornos de Producción de Ladrillo en Boyacá: estudio piloto. Tesis de Maestría. Universidad de los Andes. Bogotá, Colombia. Organización Mundial de la Salud (OMS) (2007). Energía Doméstica y Salud: combustibles para una vida mejor. ISBN 92 41563168. Universidad de los Andes (ULA) (2008). Caracterización de la Exposición a Contaminantes Atmosféricos en Ambientes Interiores Relacionados con el Uso de Gasodomésticos. Disponible en: http://sur/documentos/Contaminacioneninteriore-InformeFinal.pdf U.S. EPA. (s.f.). U.S. Environmental Protection Agency. Introduction to Air Pollution Control. Recuperado el Noviembre de 2011, de http://www.epa.gov/eogapti1/control/intro/int101.html 121 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Introducción a la problemática y estudio del ambiente Capítulo 5: Arango, J. H. (2009). Calidad de los Combustibles en Colombia. Revista de ingeniería (29). Behrentz, E. (2010). Notas de clase. Evaluación de la exposición a contaminantes. Bogotá: Universidad de los Andes. Behrentz, E., Fitz, D. R., Pankratz, D. V., Sabin, L. D., Colome, S. D., Fruin, S. A., y otros. (2004). Measuring self-pollution in school buses using a. Atmospheric Environment , 38, 3735-3746. Behrentz, E., Osorio, D., & Uscátegu, N. (2007). Contaminación por Material Particulado en Inmediaciones de una Vía con Alto Tráfico Vehicular. Bogotá. Cateran. (s.f.). Cateran Catalytic Converters. Recuperado el Noviembre de 2011, de http://www.cateran.com.au/cateran/data.aspx CCAV. (s.f.). Función del Canister. Recuperado el Noviembre de 2011, de Centro de Capacitación Contra la Contaminación Ambiental Vehicular: http://www.cccav.net/canister/ CEPIS. (s.f.). Curso de Orientacion para el Control de la Contaminación del Aire. Recuperado el Noviembre de 2011, de http://www.bvsde.paho.org/bvsci/e/fulltext/orienta/frame_o.html de Nevers, N. (1998). Ingeniería de Control de la Contaminación del Aire. Mexico D.F.: McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. 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Recuperado el Noviembre de 2011, de MECA Emission Control Technology: 122 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Introducción a la problemática y estudio del ambiente http://www.meca.org/page.ww?section=Emission+Control+Technology&name=Alternativ e+Fuel+%2F+Advanced+Technology+Vehicles PNUMA. (s.f.). Manual del PNUMA y la TNT sobre el desarrollo de una estrategia para una flota limpia. Recuperado el Noviembre de 2011, de Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente: http://www.unep.org/tnt-unep/toolkit_esp/ Rojas, N. Y., & Fajardo, O. A. (2011). Particulate Matter Exposure Of Bicycle Path Users In A High Altitude City. Atmospheric Environment , 2011.09.047. SDA. (2011). Plan Decenal de Descontaminación del Aire para Bogotá. Bogotá: Alcaldía Mayor de Bogotá - Secretaría Distrital de Ambiente. SDA-Uniandes. (2009). Elementos Técnicos del Plan Decenal de Descontaminación de Bogota. 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