Semana 4 La Contamiancion Ambiental Dispersion

8/17/2019 Semana 4 La Contamiancion Ambiental Dispersion

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Asignatura: Contaminación

ambientalPredicción de la concentración de la

contaminación en el aireSemana 4

UNIVERSIDAD NACIONA DE CEN!RODE PERU

"ACU!AD DE CIENCIAS

"ORES!AES # DE A$%IEN!E

Ing& Carolina Sotelo Alc'ntara


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Meteorología de la

contaminación atmosférica Cuando los gases o partículas son emitidas a la

atmósfera, desde un vehículo, industria u otrafuente, es difícil predecir su evolución dentro de

la misma debido a los siguientes factores:› Meteorológicos:

Velocidad y dirección del viento Temperatura y humedad

Turbulencia Estabilidad atmosférica Efectos topogr!cos de la meteorología

› "rigen de la emisión› #roceso


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$as emisiones contaminantes de laatmosfera son de interés a tres escalas›

Microescala: de orden de % &m 'por e(emplopenachos de chimenea)› Mesoescala: de orden de %** &m 'por e(emplo

vientos monta+a valle)› Macroescala: de orden de miles de &ilómetros

'por e(emplo altas-ba(as sobre océanos ycontinentes)

Estas escalas se relaciona también con el tiempo ydebido a .ue las velocidades del viento son

apro/imadamente 0m-s, los efectosmeteorológicos de microescala tienen lugardurante minutos y horas, los de mesoescala porhoras y días y los de macroescala durante días ysemana


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%1 Velocidad del viento

Cuanto mayor la velocidad del viento,menor la concentración del contaminante

VELOCIDAD DE EMISION

VIENTO : 6 m/seg

VIENTO : 2 m/seg


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Velocidad del VientoC232CTE345T6C25 7856C25

Velocidad del viento es cero al nivel del suelo Velocidad del viento aumenta con la altura Varía al 9uir alrededor de obstculos

onde:p ; e/ponente .ue depende de la estabilidad atmosférica y el

carcter de la super!cie subyacente 'varía desde apro/1 *,%

a *,< al pasar de una atmósfera inestable a una estable)

p

nn

Z uu

=10

10


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Velocidad del VientoE=ECT" 5"73E $"5 C">T2M6>2>TE5

72?2› #oca dispersión de

gases y partículas

› Menos resuspensión departículas

› Menos potencial dedispersar residuos

2$T2› 7uena dispersión de

gases y partículas

'polvo)

› Mayor resuspensiónde partículas

› Mayor potencial dedispersar residuos


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Velocidad del VientoE=ECT"5 E VE$"C62E5 72?25

En una condición de vientos suaves, los gases calientes en la plumapueden crear una circulación .ue puede causar .ue la contaminacióncircule en un bucle hasta el nivel del suelo a una cierta distancia de la

fuente


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irección del Viento

5i el viento no sopla hacia un cierto receptor,no habr problemas en ese receptor #E3" Elviento sopla en cada dirección parte del

tiempo

Características bsica› En cada lugar hay direcciones de viento

prevalentes› 5e basa en observaciones de super!cie @

las plumas generalmente via(an en lo alto› 5e reporta como la dirección E5E donde

sopla el viento1


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A1 Turbulencia

$a velocidad variable del viento debido a los obstculos'edi!cios, plantas, bos.ues, etc1) se llama turbulencia y porser producto de la rugosidad del terreno se denominaturbulencia mecnica: .ue es parcialmente responsable de la

dispersión atmosférica de la contaminación1 Controla la dilución con aire de la pluma de contaminantes Controla la estructura de la pluma de contaminantes $a turbulencia también se produce por la gradiente vertical de

temperatura1 $a super!cie templada de la tierra provoca .ue el aire caliente

o Btérmicas se eleven produciendo corrientes en dondemasas de aire asciendan y otras masa frías desciendan

Este movimiento turbulento se denomina turbulencia térmicao fuerDa ascensional1


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Turbulencia"36E> F E5C2$2

"36E>› Mecnica›

Térmica

E5C2$2› #e.ue+a›

rande

C2TE"3425› =i(adas por

#as.uill y iGord


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Turbulencia T6#"5

TH3M6C2› El calor de la super!cie

terrestre calienta elaire .ue esta sobre lasuper!cie provocando.ue se levante

› M/ima en lasprimeras horas de la

tarde

› Mínima al amanecer

MEC8>6C2› #rovocada por los

cambios de velocidad

del viento cerca a latierra en su afan deevitar obstaculos

› $a fuerDa depende

de la velocidad delviento y de laaspereDa de lasuper!cie


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$a 3ealidad de la Turbulencia

MEC8>6C2vs1 TH3M6C2


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I1 Temperatura

$a temperatura controla la actividad enla atmósfera

$a temperatura controla como secomportar una pluma decontaminantes

$a temperatura controla .ue tan rpidoocurrirn las reacciones .uímicasatmosféricas


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C232CTE365T6C25 7256C25

CE3C2 2 $25J#E3=6C6E› 2lta

Tasas de reacción msrpidas $a super!cie se seca

› 7a(a Tasas de reacción ms

lentas Kumedad permnece

en la super!cie o secongela 'sellando lasuper!cie)

V2362C6L> C"> 2$TJ32› 3elaciones con la

super!cie son

importantes› >ormalmente la

temperatura ba(a %grado Celsius por cada%** m de altura sobre

el suelo› $a tasa de cambio de la

temperatura determinala estabilidad de laatmósfera


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radientes de temperatura

En las Donas ms ba(as de latroposfera, la temperatura del

ambiente habitualmente disminuyecon la altitud1

$a velocidad con la .ue la temperaturadisminuye se conoce como gradientede temperatura .ue es de 1N OC-&m o%OC-%** m


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C2TE"3425 7856C25

6nestable 'ma+anas soleadas)

>eutral 'nublado, ventoso, tardessoleadas)

Estable 'noche, cielo claro, vientossuaves, primeras horas de la ma+ana)

INVERSION TERMICA


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AIRE

CALIENTE

AIRE FRIO

AIRE MAS

FRIO

A

LT

I

T

U

D

0

0

TEMPERATURA

AIRE

CALIENTE

AIRE FRIO

AIRE MAS

FRIO

A

LT

I

T

U

D

0

0

TEMPERATURA

INVERSION TERMICA

La atmosfera inestable permite !e los "asesemiti#os se #isipen en la atmosfera alta En !na atmosfera estable$ la CAPA DEINVERSION impi#e la e%a&!a&i'n #e "ases


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Estabilidad @ 6M#"3T2>C62

Controla como se comporta la pluma Controla .ue tan rpido se esparce la

pluma #uede prevenir .ue la pluma se

levante, y por tanto aumenta laconcentración cerca del suelo

#uede aislar la pluma respecto de lasuper!cie, y así reducir laconcentración de contaminantes cerca

del suelo


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2ltura de MeDcla

$a tierra emite rayosinfrarro(os

En una noche clara sin

nubes, hay una pérdidaneta de calor en lasuper!cie lo .ue enfría elaire formando unainversión nocturna1

$a capa entre la super!ciey la inversión es lo .ue sellama Bcapa de meDcla


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2ltura de MeDcla @6mportancia

$os contaminantes se meDclan dentro de estacapa

$a distancia desde la super!cie a lo alto deesta capa se llama Baltura de meDcla

Cuanto mayor sea la altura de esta capa,mayor es el volumen de aire disponible dentrodel cual los contaminantes se pueden meDclar

5i la pluma es atrapada, cuanto mas ba(a seala altura de meDcla mayor sera laconcentración


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C232CTE345T6C25 7856C25de 2ltura de MeDcla

5e crea una inversión nocturna establecuando se enfría el aire en la super!ciede la tierra en la noche

En la ma+ana, la radiación solar calientala super!cie y las turbulencias termalesdestruyen la capa de inversión estable

2lrededor de medio día se forma unacapa bien meDclada con una tasa delapso superadiabtica 'una capainestable)


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Comportamiento de la #luma

25CE>5"5 T6#6C"5E $2 #$JM2


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Comportamiento de la #luma2E3"6>8M6C25 E CK6ME>E25


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Estabilidad y comportamiento de la pluma

• $a pluma de espiral de la !gura, se produce en condiciones muyinestables debido a la turbulencia causada por el acelerado girodel aire1

• Mientras las condiciones inestables generalmente sonfavorables para la dispersión de los contaminantes, algunasveces se pueden producir altas concentraciones momentneas

en el nivel del suelo si los espirales de la pluma se muevenhacia la super!cie1


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Estabilidad y comportamiento dela pluma

• $a pluma de abanico, se produce en condiciones estables1 El gradiente deinversión inhibe el movimiento vertical sin impedir el horiDontal y lapluma se puede e/tender por varios &ilómetros a sotavento de la fuente1

• $as plumas de abanico ocurren con frecuencia en las primeras horas de lama+ana durante una inversión por radiación1


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$a pluma de cono, es característica de las condicionesneutrales o ligeramente estables1 Este tipo de plumastiene mayor probabilidad de producirse en días nubososo soleados, entre la interrupción de una inversión porradiación y el desarrollo de condiciones diurnas

inestables1


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Cuando las condiciones son inestables sobre unainversión '!gura), la descarga de una pluma sobre estada lugar a una dispersión efectiva sin concentracionesnotorias en el nivel del suelo alrededor de la fuente1 Estacondición se conoce como 9otación1


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5i la pluma se libera (usto deba(o de una capa de inversión, es probable .uese desarrolle una grave situación de contaminación del aire1 Fa .ue el suelose calienta durante la ma+ana, el aire .ue se encuentra deba(o de lamencionada capa se vuelve inestable1 Cuando la inestabilidad alcanDa elnivel de la pluma entrampada ba(o la capa de inversión, los contaminantesse pueden transportar rpidamente hacia aba(o hasta llegar al suelo'!gura)1 Este fenómeno se conoce como fumigación1


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#E3=6

$E5

E

C"$JM>

2C"

>$2

E5


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6nterpretación de las categorías de estabilidad

Velocidaddel (ientoU)* +m,s-

D.a de radiación solar /uellega

De noc0e: grado denublados

Intensa $oderada e(e 1 4,2 denubesba3as

5,2 denubesba3as

P A 2 27 7 Q R

A I 27 7 C E f I 0 7 7C C e

0 S C C d

S C

Clases de estabilidad de #as.uill12, 7, CU varían entre muy inestable y ligeramente inestable1U es neutra1 E y =U ligeramente y moderadamente establerespectivamente


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01 #recipitación

#uede remover los contaminantes delaire

#uede prevenir muy efectivamente laemisiones de partículas desde el suelo


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C232CTE345T6C25 7856C25

MJF #"C2› $a surper!cie es

seca

› >o limpia muy bienla contaminacióndel aire

› $a velocidad de

reacciónsubterrnea enrellenos sanitarioses casi normal

MJCK2› $a super!cie esta

saturada 'sellada)› $impia la

contaminación delaire

› 5e aumenta la

velocidad dereacciónsubterranea en losrellenos sanitarios

OCURRE EN DIRECCIONES PREFERENCIALES


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E/ponente p en per!les de ba(avelocidad

Clase deestabilidad

!errenorural claro

%os/ue67 8 4**m

i(er9oolurbano+urbanorural-

Urbano678 ** m

2 @ 7 C *1*W @ *1%**1AN

*1%0 @ *1A*1


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E(ercicios

eterminar la velocidad a A*, A**, I0*y 0** m de altura cuando J%* es de 0

m-s y p es *1A, estabilidad 1

2simismo determinar la velocidad enlas alturas indicadas anteriormente enestabilidad E en una Dona urbana rural1Kacer un gra!co comparativo

ispersión de


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ispersión decontaminantes

Es.uema de elevación del per!l de concentración de un penacho


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e la !gura se observa el per!l deconcentración de un penacho .uese eleva, procedente de unachimenea Ks, el contaminante seemite con un caudal X y unavelocidad de salida Y, el penachogana altura antes de desplaDarseaguas aba(o 'sotavento) debido laviento .ue prevalece por lascondiciones atmosféricas1

$a ganancia de altura se denominaelevación del penacho ZKU la alturaefectiva del penacho resulta

Ke; Ks [ ZK

2 medida .ue el penacho progresaagua aba(o se asume .ue ladifusión ad.uiere unadistribución gaussiana1


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Los tres términos de la ecuación gaussiana del penacho: concentración en el

eje central y términos vertical y lateral


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$a concentración m/ima nivel delterreno se encuentra en la línea central

del penacho y=o de manera que:


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Emisiones a nivel delterreno

Coe!cientes de dispersión de la columna como función de


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Coe!cientes de dispersión de la columna como función dela distancia en la dirección del viento respecto a la fuente


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E(ercicios

eterminar los coe!cientes dedispersión en y, D cuando se tienen lassiguientes condiciones:

\; I0* m, %


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#roblemas:

El fuego en un botadero de residuos sólidos emite Igr-s de >"/1 eterminar la concentración de >"/ a A]m aguas aba(o si la J%* es de 0 m-s y la estabilidades 1 Cual es la concentración m/ima en la super!ciedel terreno y sobre 0* m1

Calcular la concentración en de KA5 a %0*m sobre lasuper!cie considerando una estabilidad de tipo E a

I0** m del foco de emisión en la .ue se encuentrauna población urbana rural, adems se sabe .ue elgasto de emisión es de A* ]g-s y la J%* es de


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Elevación del penacho o modelo deascensión de columnas


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