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Modelos de dispersión Atmosférica: qué son y cuál es su objetivo

Publicado el 13/05/2021

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modelos de dispersión atmosferica

Los modelos de dispersión atmosferica son una herramienta indispensable para disponer de datos anticipados de los efectos de la dispersión de contaminantes atmosféricos, lo que supone para las empresas un poderoso elemento para poder anticiparse y establecer acciones correctivas que eviten futuras sanciones por incumplimiento de límites legales en materia de calidad del aire.

El incremento de la sensibilización ambiental y por consiguiente del marco legislativo atmosférico que se está desarrollando a nivel mundial, y en especial en Europa, evidencia una clara necesidad de herramientas complementarias a los sistemas de control y medición industrial que permitan de manera rápida, hacer cálculos predictivos para la toma de decisiones y de acciones correctivas.

Dentro de estas herramientas encontramos muy interesantes en especial los modelos de dispersión atmosférica,  puesto que permiten disponer de datos anticipados de los efectos de las emisiones de partículas y gases, lo que supone a las empresas un interesante y poderoso elemento para poder controlar, anticipar y sobre todo establecer acciones correctivas que eviten futuras sanciones por incumplimiento de límites legales en materia de calidad del aire.

Las actividades potencialmente contaminadoras de la atmósfera deben ver en los modelos de dispersión de contaminantes como un gran aliado, una herramienta clave para el control de sus emisiones atmosféricas y de los efectos de la dispersión atmosférica.

 

Que son los modelos de dispersión de contaminantes atmosféricos

Los modelos de dispersión de contaminantes atmosféricos son modelos matemáticos que permiten hacer una estimación de la concentración de un contaminante en la atmósfera según un conjunto amplio de variables que interfieren en el proceso. Las principales variables que influyen en los modelos de dispersión atmosférica son:

  • Variables meteorológicas (como la velocidad y dirección de los vientos, estabilidad atmosférica)
  • Variables topográficas o de orografía del terreno
  • Variables relativas a la emisión del contaminante
    • Cantidad emitida
    • Posición y altura del foco emisor
    • Tipo de contaminante (Gases o Partículas)
    • Temperatura de emisión.
    • Velocidad de emisión
  • Comportamiento químico del contaminante (como la vida media o reactividad química del compuesto)

Los modelos de dispersión de contaminantes en el aire son modelos simulan las condiciones físicas y químicas que pueden afectar a la dispersión atmosférica, lo que nos permite prever la concentración en diferentes puntos en el entorno de un foco emisor.

Para la realización de los modelos de dispersión atmosférica se emplean representaciones matemáticas que introducen en su fórmula las diferentes variables que afectan a la dispersión de contaminantes. Con el uso de equipos informáticos los potentes cálculos se pueden realizar de manera relativamente sencilla lo que permite hacer una representación de la calidad del aire en el entorno del foco emisor del contaminante.

 

Para hacer correr el modelo matemático de dispersión atmosférica, se recopila información diversa, como la ubicación del punto de emisión, la cantidad y tipo de contaminantes emitidos, condiciones del gas de la chimenea, altura de la chimenea, factores meteorológicos (velocidad del viento, temperatura ambiental y presión atmosférica).  Esto permite estimar los niveles de concentración a distintas distancias del foco emisor y para diferentes direcciones.

Con objeto de que los resultados obtenidos con el modelo de dispersión de contaminantes en el aire puedan ser fiables y representativos es necesario contar también con valores de inmisión fondo, a los que se suman los valores de concentración obtenidos a partir de la modelización. Esto permite comparar los resultados con los límites de calidad del aire establecidos en la normativa aplicable.

 

Cual es el objetivo de los modelos de dispersión atmosférica

El principal objetivo que se persigue con un modelo de dispersión atmosférica es prever la concentración del contaminante en diferentes puntos del entorno del foco emisor y por tanto hacer predicciones de la calidad del aire.  Los modelos de dispersión atmosférica son herramientas que se utilizan de manera frecuente en determinados estudios ambientales por técnicos expertos, para valorar las condiciones de calidad del aire previstas como consecuencia de una instalación emisora.

Por ejemplo los modelos de dispersión son trabajos indispensable en las Evaluaciones de Impacto Ambiental de una instalación, aunque también tienen otras muchas aplicaciones en el ámbito medioambiental. Entre otros:

  • Estudios de calidad del aire en situación pre-operacional, previo a la implantación de una determinada actividad en un territorio.
  • Estudio de emisiones y calidad del aire durante el funcionamiento de una determinada instalación
  • Identificación de focos de emisión, potenciales problemas y planificación de emisiones correctoras.
  • Delimitación de áreas sensibles y áreas contaminadas en la planificación territorial.
  • Propuesta y análisis previo de medidas correctoras.
  • Elaboración de inventarios de emisiones.
  • Diseño de planes de acción.
  • Cálculo de alturas de chimenea

 

Las administraciones públicas cada vez más requieren la realización de estas simulaciones de dispersión de contaminantes atmosféricos para los proyectos de instalaciones potencialmente contaminadoras de la atmósfera, para evaluar su viabilidad ambiental, otorgar permisos de actividad y establecer las medidas correctoras que sean necesarias.

Igualmente, para los casos de superaciones de los umbrales de información y de alerta de calidad del aire es una herramienta que permite informar sobre los niveles previstos y tomar medidas en la aplicación de planes de acción a corto plazo (protocolos de contaminación).

Fundamentalmente el objetivo que se persigue con una modelización de la dispersión atmosférica es garantizar mediante un estudio previo y fiable, que las condiciones de contaminación previstas como consecuencia de la instalación de un foco emisor, no ponen en riesgo la calidad del aire del entorno y por tanto poder hacer una estimación del cumplimiento futuro de los límites de calidad del aire.  Igualmente, los estudios de dispersión de contaminantes pueden ser utilizados como medida preventiva, estableciendo cambios de proyecto, o acciones correctivas previas a la instalación del foco que eviten la superación de los límites.

 

Factores que influyen en la dispersión atmosférica

Una vez que un contaminante es emitido a la atmósfera a través de una chimenea puede ser dispersado y transportado en la dirección del viento predominante. Este proceso no es sencillo puesto que interfieren infinidad de variables lo que requiere la utilización de herramientas de simulación matemáticas de dispersión de contaminantes atmosféricos de alto nivel técnico.

Los fenómenos de dispersión de contaminantes en la atmósfera están influenciados por múltiples factores. De una manera resumida podemos citar:

  • El Viento: la velocidad del viento es una de las variables que afecta a la concentración de contaminantes en la atmósfera. A mayor velocidad del viento, menor será la concentración de contaminantes, puesto que el viento ayuda a dispersar en las zona de afección
  • La Estabilidad Atmosférica: el movimiento vertical se denomina “estabilidad atmosférica”, que tiene una alta influencia sobre la dispersión de los contaminantes en la atmósfera.Cuanto mayor inestabilidad la dispersión aumenta
  • La Radiación Solar: influyen en la formación de ozono, ya que permiten la reacción de vapores orgánicos con los óxidos de nitrógeno.
  • La Precipitación: la lluvia arrastra y lava las partículas contaminantes del aire
  • La Topografía: una topografía del terreno compleja con valles zonas montañosas a menudo experimentan altas concentraciones de contaminantes del aire.

 

Tipos de modelos de dispersión atmosférica

Existen principalmente cinco tipos de modelos matemáticos de cálculos en los que se basan los modelos de dispersión atmosférica:

  • Modelos de dispersión atmoférica de caja.

Según este modelo los contaminantes tienen una distribución de tipo homogénea dentro de una caja y en base a esta asunción se calcula la concentración de contaminantes en cualquier zona dentro de esa área.

  • Modelos Gaussianos de dispersión de contaminantes

El modelo de dispersión Gaussiano es el modelo utilizado probablemente. El modelo se basa en la asunción de que la dispersión de contaminantes sigue una distribución Gaussiana.

  • Modelos Lagrangianos de dispersión de contaminantes

Los Lagrangianos son modelos matemáticos que siguen la contaminación de un penacho en parcelas o “partículas”, y como las parcelas o partículas se mueven por la atmósfera, modelando el movimiento de las partículas como un movimiento de trayectoria aleatoria. Se basa en el cálculo de las estadística de las trayectorias de un gran número de partículas de penacho y usa un sistema móvil de referencia

  •  Modelos Eulerianos de dispersión de contaminantes.

El modelo de dispersión Euleriano sigue el movimiento de un gran número de parcelas o partículas del penacho desde que se mueven de su posición inicial. En estos modelos se utiliza una referencia tridimensional cartesiana fija

  • Modelos de gas pesado o de gas denso.

Estos modelos simulan la dispersión de penachos de contaminantes de gas denso (más pesado que el aire).

 

Modelos gaussianos de dispersión de contaminantes

El modelo de dispersión gaussiano considera que el penacho de contaminantes emitido por una chimenea sigue una distribución gaussiana.

Los modelos gaussianos son los más antiguos y más empleados en el caso de que queramos calcular los efectos de un foco emisor a distancias no demasiado largas.

Estos modelos de dispersión atmosférica son adecuados si queremos estimar las concentraciones en distancias más largas. Estos modelos se suelen utilizar en los cálculos de concentración de un contaminante no reactivo producida por una fuente puntual, por ejemplo, la chimenea de una fábrica.

En estos casos, la combinación del ascenso vertical inicial de la columna de humo, junto con la velocidad del viento y la turbulencia en la atmósfera generan una estructura gaseosa característica que se suele denominar “penacho”. En función de las condiciones los penachos pueden tener diferentes formas:

  • Penacho de espiral: cuando se dan condiciones inestables, lo cual favorece la dispersión
  • Penacho de abanico: se da en condiciones estables
  • Penacho de cono: condiciones neutrales o ligeramente estables

 

¿Necesitas realizar un modelo de dispersión atmosférica?

Los modelos de dispersión atmosférica requerir sistemas informáticos con altas capacidad de cálculo. Además para la interpretación de los resultados se hace indispensable la intervención de expertos que sean capaces de hacer una valoración técnica de los valores obtenidos de dispersión de contaminantes, por lo que estos estudios suelen ser realizado por consultoras ambientales especializadas, a partir de un proceso muy riguroso que garantice la fiabilidad de los resultados obtenidos.

Eurofins Envira Ingenieros Asesores, y su equipo de técnicos ambientales expertos en la materia, para la realización de los modelos de dispersión atmosférica dispone de un software de Cálculo y Predicción de Emisiones y Calidad del Aire (CALPUFF) acoplado con un procesador de datos meteorológicos (CALMET), que procesa datos topográficos (elevaciones) y de uso del suelo para procesar la información meteorológica de la zona de estudio y generar los campos de viento y temperatura en una malla tridimensional, además de otros parámetros relacionados con la dispersión que incorpora diferentes métodos de cálculo.

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CALMET-CALPUFF es un modelo de dispersión atmosférica aprobado por la Agencia de Protección del Medio Ambiente de los EEUU (US EPA)

CALPUFF es uno de los Modelos de dispersión de aire más avanzados, de tipo soplo (PUFF) que ofrece cálculos completos hora a hora. Contiene algoritmos que le permiten hacer estimaciones en distancias cortas donde los modelos PUFF son generalmente menos rigurosos.

Es importante recurrir a profesionales con conocimientos y experiencia contrastado para la realización de modelos de dispersión de contaminantes en el aire con las garantías necesarias. Si necesitas la realización de un modelo de dispersión atmosférica ponte en contacto con nosotros a través de este formulario.