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CAPITULO I

F u e n t e s d e Á r e a :

C o m b u s t i ó n R e s i d e n c i a l d e

L e ñ a

“ A C T U A L I Z A C I Ó N D E L I N V E N T A R I O D E E M I S I O N E S

A T M O S F É R I C A S Y M O D E L A C I Ó N D E C O N T A M I N A N T E S D E

C O N C E P C I Ó N M E T R O P O L I T A N O , A Ñ O B A S E 2 0 1 3 ”

Informe Elaborada para:

SEREMI DEL MEDIO AMBIENTE

REGIÓN DEL BIOBIO

GOBIERNO DE CHILE

Temuco, Diciembre de 2015

2

SERVICIOS INTEGRALES DE CALIDAD AMBIENTAL LTDA. – SICAM INGENIERÍA

Prieto Sur 965, Temuco - Chile

Email: [email protected] - Teléfono: (045) 2647070

ÍNDICE DE CONTENIDOS

ÍNDICE DE FIGURAS ..............................................................................................................................3

ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................................................3

1 ALCANCES DEL CAPÍTULO: INVENTARIO DE EMISIONES PARA COMBUSTIÓN RESIDENCIAL DE

LEÑA .........................................................................................................................................................5

2 ANTECEDENTES GENERALES ASOCIADOS A LA COMBUSTIÓN RESIDENCIAL DE LEÑA ....................7

3 METODOLOGÍAS UTILIZADAS PARA ESTIMAR EMISIONES PROVENIENTES DE LA COMBUSTIÓN

RESIDENCIAL DE LEÑA ........................................................................................................................... 10

4 RECOPILACIÓN Y SELECCIÓN DE FACTORES DE EMISIÓN PARA SU APLICACIÓN REPRESENTATIVA

EN EL INVENTARIO DE EMISIONES DE CONCEPCIÓN METROPOLITANO .............................................. 13

5 DETERMINACIÓN DE LOS NIVELES DE ACTIVIDAD DE FUENTES DE ÁREA ASOCIADAS AL

CONSUMO RESIDENCIAL DE LEÑA. ....................................................................................................... 20

5.1 DESARROLLO DE ENCUESTA PARA EL LEVANTAMIENTO DE INFORMACIÓN DE CONSUMO

RESIDENCIAL DE LEÑA EN LAS COMUNAS DE CONCEPCIÓN METROPOLITANO ............................... 20

5.2 DESARROLLO DE UN DISEÑO DE MUESTREO PARA APLICACIÓN DE LA ENCUESTA ............. 21

5.3 APLICACIÓN DE LA “ENCUESTA DE CARACTERIZACIÓN RESIDENCIAL AL USO DE LEÑA Y SUS

ARTEFACTOS DE COMBUSTIÓN”. ...................................................................................................... 22

5.4 RESULTADOS DE LA ENCUESTA ............................................................................................. 28

6 ESTIMACIÓN DE EMISIONES .......................................................................................................... 32

6.1 CONSIDERACIONES Y AJUSTES PARA EL ANÁLISIS DE RESULTADOS ..................................... 32

6.2 NIVELES DE ACTIVIDAD ......................................................................................................... 32

6.3 CÁLCULO DE EMISIONES ....................................................................................................... 33

7 CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 38

8 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................ 40

9 ANEXOS ......................................................................................................................................... 42

9.1 ANEXO 1-1: METODOLOGÍAS DE ESTIMACIÓN DE EMISIONES, CRL. ......................... 42

9.2 ANEXO 1-2: ANÁLISIS DE FACTORES DE EMISIÓN PARA CRL. ..................................... 42

9.3 ANEXO 1-3: ENCUESTA DE CONSUMO DE LEÑA. .......................................................... 42

3




ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Principales fuentes emisoras de MP2,5, en Chile, y su relevancia en el sur del país. ...5

Figura 2. Equipo de trabajo operativo de aplicación de encuestas. ..................................................... 23

Figura 3. Mapa tipo entregado a los encuestadores para la orientación en terreno. ............... 26

Figura 4. Carpeta con materiales de terreno utilizada por encuestadores. ................................ 27

Figura 5. Instrumento utilizado por encuestadores para medición de humedad de leña. ....... 28

Figura 6. Aporte porcentual de cada tipo de artefacto para los distintos contaminantes........ 35

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Contaminantes considerados para la estimación de emisiones. ......................................6

Tabla 2. F.E. de MP10 para combustión residencial de leña (g MP10/kg neto de leña). .......... 15

Tabla 3. F.E. de MP2,5 para combustión residencial de leña (g MP2,5/kg neto de leña). ......... 16

Tabla 4. F.E. de CO para combustión residencial de leña (g CO/kg neto de leña). .................... 17

Tabla 5. F.E. de NOx para combustión residencial de leña (g NOx/kg neto de leña). ............... 18

Tabla 6. F.E. de SO2 para combustión residencial de leña (g SO2/kg neto de leña). ................ 18

Tabla 7. F.E. de COVs para combustión residencial de leña (g COVs/kg neto de leña). ........... 18

Tabla 8. F.E. de HAPs para combustión residencial de leña (g HAPs/kg neto de leña). ............ 19

Tabla 9. Diseño muestral para las comunas de Concepción Metropolitano. ............................. 22

Tabla 10. Consumo promedio de leña por vivienda (m3/año), y proporción de uso (%), en CM,

año 2013............................................................................................................................................... 29

Tabla 11. Distribución porcentual del stock de artefactos a leña, en comunas de CM (%). ..... 29

Tabla 12. Manipulación del ingreso de aire de combustión en artefactos de combustión lenta,

según jornadas de uso del artefacto ................................................................................................ 30

Tabla 13. Consumo promedio de leña por vivienda, y proporción de uso, en comunas de CM.

............................................................................................................................................................... 30

Tabla 14. Distribución de calidad de la leña utilizada en comunas de CM, en términos de su

condición de humedad (%). ............................................................................................................... 31

Tabla 15. Número de viviendas tipo casa en comunas de CM. .................................................... 32

Tabla 16. Consumo total de leña en comunas de CM, año base 2013. ....................................... 33

Tabla 17. Densidad de leña (Kg/m3 estéreo) para leña de especies nativa y exótica, bajo 3

condiciones de humedad................................................................................................................... 34

Tabla 18. Emisiones estimadas para la fuente combustión residencial de leña (Ton/año),

según tipología de artefactos en uso en las comunas de CM, año base 2013. ......................... 35

Tabla 19. Emisiones de MP10 en comunas de CM, año base 2013 (Ton/año). .......................... 36

Tabla 20. Emisiones de MP2,5 en comunas de CM, año base 2013 (Ton/año). ......................... 36

Tabla 21. Emisiones atmosféricas en comunas de CM, año base 2013 (Ton/año)..................... 37

4




ABREVIACIONES Y ACRÓNIMOS

EPA Environmental Protection Agency

CARB California Air Resources Board

NPI National Pollutant Inventory

EEA Environmental European Agency

NEI National Emission Inventory

TCEQ Texas Commission on Environmental Quality

EIIP Emission Inventory Improvement Program

CEMS Continuos Emission Monitoring System

PEMS Predictive Emission Monitoring System

CONAMA Comisión Nacional del Medio Ambiente

D.S. Decreto Supremo

PDA Plan de Descontaminación Atmosférica

F.E. Factor de Emisión

N.A. Nivel de Actividad

MP Material Particulado

MP10 Material particulado de diámetro ≤ 10 µm

MP 2.5 Material particulado de diámetro ≤ 2.5 µm

BC Black Carbon

OC Organic Carbon

TSP Partículas totales suspendidas (por sus siglas en inglés)

COVs Compuestos Orgánicos Volátiles

COVNM Compuestos Orgánicos Volátiles No Metánicos

CO Monóxido de Carbono

CO2 Dióxido de Carbono

NOx Óxidos de Nitrógeno

NH3 Amoniaco

N2O Óxido nitroso

TOG Total Organic Gases

TNMHC Hidrocarburos totales no Metánicos (por sus siglas en inglés)

ROG Gases Orgánicos Reactivos (por sus siglas en inglés)

HAP Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos

CH4 Metano

SOx Óxidos de Azufre

O3 Ozono Troposférico

PTAS Planta de tratamiento de aguas servidas

GLP Gas licuado de petróleo

GN Gas Natural.

5




1 ALCANCES DEL CAPÍTULO: INVENTARIO DE EMISIONES PARA

COMBUSTIÓN RESIDENCIAL DE LEÑA

El presente capítulo corresponde a la actualización del inventario de emisiones para la fuente

combustión residencial de leña de las comunas que integran el área urbana de Concepción

Metropolitano. El documento se presenta como un insumo para la gestión que realiza el

Ministerio de Medio Ambiente, en áreas urbanas con problemas de contaminación

atmosférica.

Para el presente estudio, y en base a todos los antecedentes disponibles a nivel nacional, y

particularmente de la zona centro sur de Chile, respecto de la relevancia de la combustión

residencial de leña en la generación de emisiones contaminantes, el consultor consideró

pertinente desarrollar un capítulo exclusivo para exponer los alcances de esta fuente en la

presente actualización del inventario de emisiones, al igual como lo ha presentado en otros

estudios desarrollados en este ámbito. Esto, ya que si bien según las clasificaciones

internacionales, esta fuente se agrupa en la categoría fuente de área1, la relevancia que tiene

de manera individual en la zona centro-sur del Chile (ver Figura 1), justifica un apartado

específico en el que se pueda profundizar mejor respecto de las variables que inciden en la

estimación de emisiones.

Figura 1. Principales fuentes emisoras de MP2,5, en Chile, y su relevancia en el sur del país.

1 Se entiende por fuentes de área, aquellas fuentes existentes dentro de un área que al ser demasiado pequeñas

(emisión menor a 100 Ton/año) no es posible registrarlas individualmente, pero que de forma colectiva tienen un

impacto significativo (Manual de inv. México, 1997).

6




Fuente: Primer reporte del estado del medio ambiente, MMA, 2014 [1].

En el transcurso de este capítulo, así como en sus anexos, el consultor presenta antecedentes

recopilados a nivel nacional e internacional respecto a las metodologías de estimación de

emisiones, y sobre estos, desarrolla un análisis de las variables que generan puntos de

inflexión en los resultados de estimación de emisiones, proponiendo los cambios que

considera pertinentes para su aplicación en el inventario correspondiente a la fuente

combustión residencial de leña de las comunas de Concepción Metropolitano. Con esto, el

documento proyecta servir como material de consulta en aspectos referentes a las

metodologías de cálculo, la determinación de los niveles de actividad, y la definición de los

factores de emisión (F.E.).

El capítulo contiene la estimación de emisiones de: material particulado de diámetro

aerodinámico menores a 10 μm (MP10) y 2.5 μm (MP2.5), monóxido de carbono (CO), óxidos

de nitrógeno (NOx), óxidos de azufre (SOx), compuestos orgánicos volátiles (COVs) e

hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs). Presenta estimaciones en forma global y

desagregada a nivel de distrito para cada una de las comunas incluidas en el área de estudio.

Tabla 1. Contaminantes considerados para la estimación de emisiones.

Contaminante MP10 MP2,5 CO NOx SOx COVs HAPs

Fuente: Elaboración propia.

De igual manera, al término del capítulo se presenta una proyección de las emisiones

estimadas para el año base 2013, considerando un horizonte de 5 y 10 años, mediante 2

escenarios de evaluación. Esto, con la finalidad de darle al inventario base una perspectiva en

el tiempo, considerando que la Seremi del Medio Ambiente de la región del Biobío se

encuentra elaborando un Plan de Descontaminación Atmosférica (PDA) para MP2,5 del cual

se espera la implementación de una serie de medidas que permita disminuir los actuales

niveles de emisiones a la atmosfera. Los escenarios considerados en la evaluación

correspondieron a:

- Escenario base proyectado, sin PDA: considera que las tendencias en el uso de leña

mantienen el actual mecanismo de evolución, proyectando variaciones únicamente en

función del aumento del parque de viviendas.

- Escenario regulado proyectado, con PDA: a lo anterior, se sumó el análisis e

incorporación de algunas variantes relacionadas con las principales medidas que

contendrá el PDA de Concepción Metropolitano, a través de sus líneas estratégicas.

7




2 ANTECEDENTES GENERALES ASOCIADOS A LA COMBUSTIÓN

RESIDENCIAL DE LEÑA

Las estufas de uso residencial, aunque se consideren individualmente como pequeñas

fuentes, son numerosas y tienen el potencial para contribuir significativamente a la

contaminación del aire en ciudades densamente pobladas, especialmente en los países en

desarrollo [2].

2.1 CONSUMO DE LEÑA

El consumo residencial de leña es masivo en gran parte del territorio nacional. En efecto, su

uso se extiende con significativa presencia desde la VI región de O’Higgins, hasta la XI región

de Aysén, representando en promedio cerca del 59% del consumo de energía [3].

La leña proviene fundamentalmente del bosque nativo, y se advierte además que su

consumo es mayor a medida que se avanza hacia el sur del país. Calefacción, cocción de

alimentos y calentar agua son los usos finales más importantes a los cuales se orienta su uso.

Esto se sustenta básicamente en el menor precio en relación a otros energéticos, pero

también, en base a un importante arraigo cultural observado especialmente hacia el sur.

Lamentablemente, el mercado en que se desenvuelve la producción comercialización y,

consumo de leña es altamente informal, con una producción basada en bajas o casi nulas

orientaciones técnicas y ambientales. Esto ha derivado en los impactos ambientales negativos

que la sindican como uno de los factores más importantes en el deterioro de la calidad del

aire de las principales ciudades desde la RM a la XI Regiones.

Con ánimo de revertir esto último, durante el último tiempo diversos actores vinculados al

sector de la biomasa, sugieren que el uso de esta representa una oportunidad de

sustentabilidad y autonomía energética para el país, emplazando al Estado de Chile para que

tome un rol más decidido en reconocerla como un combustible, y en avalar su rol estratégico

en la matriz energética nacional. Solo así se podrá avanzar en su regulación, y contrarrestar

los impactos ambientales negativos.

Consumo de leña en las comunas de Concepción Metropolitano

Se estima que el consumo residencial de leña en el área urbana de las comunas de

Concepción Metropolitano supera los 68.000.000 millones de astillas anuales. En efecto, las

estimaciones obtenidas a través de la “Ejecución de encuestas sobre de leña residencial en las

8




comunas de la zona denominada Concepción Metropolitano, región del Biobío”, ejecutado

por la Unidad de Desarrollo Tecnológico de la Universidad de Concepción [4], señalan un

consumo promedio de 966 astillas por vivienda (considerando el total de viviendas), lo cual

explica las elevadas emisiones contaminantes generadas por esta fuente residencial.

El desarrollo del presente inventario de emisiones es una oportunidad importante para

actualizar la estimación de consumo residencial de leña en las comunas de Concepción

Metropolitano, por cuanto sus resultados no solo servirán para estimar las emisiones

generadas, sino que también para orientar medidas tendientes a mejorar la oferta, y

regulación del combustible.

2.2 FACTORES QUE INCIDEN EN LAS EMISIONES

Las emisiones provenientes de la combustión residencial de leña son muy variables y

dependen de muchos factores. La experiencia y la evidencia disponible, señalan que los

factores más determinantes en la generación de elevadas tasas de emisión de contaminantes

a partir de la combustión residencial de leña son las características de la leña, los equipos de

combustión y las prácticas operativas por parte de los usuarios. En relación a esto:

Características de la leña: Las características del combustible empleado es una variable

crítica en la generación de emisiones. Respecto a la leña utilizada en los artefactos de

combustión residencial, resulta relevante: el contenido de humedad, y la carga de le leña

introducida en la caja de fuego. Esto quedó demostrado en los ensayos realizados en Suiza, a

un calefactor residencial de fabricación chilena, donde se muestra que las emisiones

aumentan hasta 60 veces, al pasar de una operación ideal (que considera leña seca), y una

operación típica (que considera leña con mayor contenido de humedad, y uso de palos más

grandes que ocupan mayor espacio dentro de la caja de fuego) [5].

Equipos de combustión: las diferencias de diseño de los equipos de combustión de

leña, impactan de manera significativa en la calidad del proceso de combustión, y con ello, la

cantidad de emisiones generadas. Así, las tecnologías más ineficientes, exhiben diseños que

no disponen mecanismo de control de ingreso de aire de combustión, o en su defecto,

facilitan una operación que impide configurar las condiciones óptimas que permitan alcanzar

una relación adecuada de aire-combustible, desfavoreciendo el proceso de combustión e

incrementando las emisiones. Por otra parte, las tecnologías más desarrolladas, resultan ser

más eficientes en cuanto a la obtención y entrega de energía, así como en la reducción de

emisiones contaminantes.

Prácticas operativas: Una velocidad de combustión lenta y una baja intensidad de la

llama repercute en mayores emisiones. De esta manera, las prácticas inducidas por los

usuarios tales como “cerrar el tiraje” (restringir el ingreso de aire de combustión), o

9




“sobrecargar la cámara de combustión o cargar troncos grandes” (reducir la turbulencia en la

mezcla aire-combustible), redundará en el aumento de las emisiones contaminantes. La

combustión de elementos ajenos (plástico, residuos, ropa, etc.), favorecerá, además de la

formación de creosota y riesgos de inflamación, el incremento de las emisiones.

Por otro lado, se tiene que las condiciones que promueven una velocidad de combustión

rápida y la destrucción de la materia volátil, desprendida en las primeras fases del proceso de

combustión, repercuten en menores tasas de emisión de contaminantes [6].

10




3 METODOLOGÍAS UTILIZADAS PARA ESTIMAR EMISIONES

PROVENIENTES DE LA COMBUSTIÓN RESIDENCIAL DE LEÑA

Teniendo presente que el objetivo de la presente actualización del inventario de emisiones es

estimar las emisiones de MP10, MP2,5, CO, NOX, SO2 y COVs, que son generadas por

artefactos domiciliarios que combustionan leña, ya sea para efectos de calefacción y/o

cocción de alimentos en las comunas de Concepción Metropolitano, se debe priorizar el uso

de aquellas metodologías que mejor reflejen aquellas variables que determinan la situación

actual de la intercomuna.

Al respecto, existe consenso a nivel internacional y nacional, que las diversas metodologías

convergen al uso de variables comunes, a saber, caracterización de la fuente y sus niveles de

actividad y la selección de F.E. No obstante, las metodologías específicas utilizadas para

identificar los parámetros que establecen estas variables pueden variar, lo cual deriva en el

aumento o disminución de incertidumbre asociada a la estimación.

Los inventarios desarrollados previamente en Chile, incluidos los inventarios para Concepción

Metropolitano, han seguido la metodología propuesta por el Programa de Mejoramiento de

Inventarios de Emisiones, EIIP, de la EPA [6]. Esta consiste en la multiplicación de un factor de

emisión por el nivel de actividad de la fuente emisora, de acuerdo a la siguiente expresión

general:

𝐸 = 𝐹𝐸 × 𝑁𝐴

Ecuación 1

Dónde:

E : Emisiones del contaminante en estudio (Ton/año).

FE : Factor de emisión del contaminante en estudio, en función del nivel de actividad que

caracteriza a la fuente (Ton/kg leña).

NA : Nivel de actividad. Corresponde al consumo promedio de leña (Kg/año).

En el Anexo 1 se puede consultar mayores antecedentes respecto de las metodologías más

difundidas para la estimación de emisiones de la fuente combustión residencial de leña, que

fueron preparados por SICAM INGENIERÍA en el marco de la actualización y elaboración de

los inventarios de emisión para las comunas de Temuco y Padre Las Casas y para la comuna

11




de Valdivia, respetivamente, realizadas el año 2014 [7, 8]. Se incluye una revisión del estado

del arte de aquellas metodologías utilizadas en EE.UU., que han sido adaptadas en la mayor

parte de la comunidad internacional, incluyendo a nuestro país.

3.1 DEFINICIÓN METODOLÓGICA PARA ESTIMAR LAS EMISIONES GENERADAS POR

EL CONSUMO DE LEÑA EN LAS COMUNAS DE CONCEPCIÓN METROPOLITANO,

AL AÑO BASE 2013.

La metodología de estimación propuesta sigue la estructura sugerida en las diversas fuentes

de referencia, manteniendo por defecto la estructura de los inventarios desarrollados

previamente en el área de estudio, basados en la ecuación 1.

𝐸𝑖 = 𝐹𝐸𝑖𝑗 × 𝑁𝐴𝑗 Ecuación 2

Dónde:

Ei : Emisiones del contaminante i en estudio (Ton/año).

FEij : Factor de emisión del contaminante i para un artefacto del tipo j (Ton/Kg leña).

NAj : Nivel de actividad, definido como el consumo anual de leña del artefacto j (Kg

leña/año).

Se cree que el stock de artefactos disponibles en el área de estudio se ha incrementado en

las últimas décadas. No obstante, la evidencia señala que este incremento no ha sido

acompañado por una evolución tecnológica, la cual ha sido pasiva tanto en el aspecto

tecnológico, como en la tasa de recambio natural que efectúan los usuarios. Por otra parte, la

mayor demanda de leña, producto del crecimiento poblacional, ha generado una

sobreexplotación del recurso, especialmente sobre el bosque nativo, haciendo cada vez más

escasa su disponibilidad, y derivando en efectos adversos que afectan su calidad. Estas

consideraciones deben verse reflejadas en la determinación de los niveles de actividad.

Por tal motivo, el énfasis se concentra en la aplicación de las metodologías específicas para

caracterizar los niveles de actividad en Concepción Metropolitano. En el presente estudio se

consideró:

1. Aplicación de una encuesta residencial, con características de representatividad

estadística, con la cual se pudo determinar:

Consumo total de leña en el área de estudio (Toneladas/año), y distribuida

según estratos específicos.

Caracterización del tipo de artefactos de combustión residencial de leña, y su

distribución en el área de estudio.

12




Identificación de los perfiles de uso de los equipos de combustión, según

intensidad, modos de operación, y su variabilidad estacional.

2. Análisis de estadísticas demográficas que permitió expandir los resultados de la

encuesta. Se consideró los siguientes elementos:

Distribución de población y viviendas urbanas en las comunas de Concepción

Metropolitano, estableciendo la evolución que ha tenido en los últimos años.

Distribución del tipo de viviendas presentes en el área de estudio.

3. Análisis de Información referente a regulaciones de índole nacional y local: que

entrega antecedentes para realizar la proyección de emisiones según los escenarios

de evaluación requeridos. En este aspecto, se considera:

Desarrollo y uso de nuevas tecnologías de combustión residencial de leña.

Establecimiento de periodos de restricción al uso de leña.

Regulaciones referidas al aislamiento térmico de viviendas, que permite

disminuir el consumo de leña.

Establecimiento de programas de sensibilización y educación ambiental.

Sustitución o recambio de tecnologías de combustión de leña, por otras más

eficientes y menos contaminantes.

Prohibición al uso de tecnologías específicas, tales como chimeneas de hogar

abierto, cocinas a leña, entre otras.

Este es un factor determinante a la hora de proyectar las emisiones, por cuanto permite

construir escenarios futuros de manera más representativa.

13




4 RECOPILACIÓN Y SELECCIÓN DE FACTORES DE EMISIÓN PARA SU

APLICACIÓN REPRESENTATIVA EN EL INVENTARIO DE EMISIONES DE

CONCEPCIÓN METROPOLITANO

Los factores de emisión son, junto a los niveles de actividad (asociado básicamente al

consumo de leña), las principales variables a considerar en el desarrollo de un inventario de

emisiones, y de su calidad y representatividad dependerán en buena medida los resultados

que se obtengan. Así, un factor de emisión que no represente fielmente las condiciones

reales del proceso de combustión residencial de leña de un área determinada, podrá generar

problemas de incertidumbre de la estimación, ya que los resultados pudiesen ser

ampliamente subestimados o sobrestimados.

Los factores que determinan el nivel de emisiones de un área determinada, de manera más

significativa son, el stock de artefactos en uso, el consumo de leña que los caracteriza, y su

modo de operación. A partir de la caracterización de estos factores o variables, se determinan

los FE que deben emplearse en la estimación de emisiones. En este sentido, corresponde

mencionar que durante los últimos años se han realizado una serie de estudios técnicos que

han proporcionado nuevos antecedentes, más ajustados a la realidad del país.

4.1 PROPUESTA DE FACTORES DE EMISIÓN A UTILIZAR

El año 2014 SICAM INGENIERÍA desarrollo los estudios “Actualización del inventario de

emisiones atmosféricas para Temuco y Padre Las Casas, año base 2013”, e “Inventario de

emisiones atmosféricas y modelación de contaminantes de la comuna de Valdivia, año base

2013” [7, 8], en cuyo contexto se realizó una propuesta de nuevos FE para estimar las

emisiones asociadas a la fuente: Combustión residencial de leña, derivada de un completo

análisis del estado del arte asociado a esta importante variable. Ver detalles en Anexo 2.

Según se explica en los antecedentes presentados, en los últimos años se ha generado una

base de nuevos FE, levantada específicamente para reflejar las condiciones reales que

caracterizan la fuente combustión residencial en Chile. En específico, estos antecedentes han

sido generados a través de mediciones efectuadas a partir del año 2010, en los Laboratorios

de la Universidad Católica de Temuco, Universidad de Concepción y la empresa SERPRAM

S.A. También fueron considerados algunos antecedentes reportados por el Laboratorio OMNI

de EE.UU., que se obtuvieron de un servicio técnico de mediciones contratado por la SEREMI

14




de Medio Ambiente de la región del Biobío, para la evaluación según protocolos de

certificación, de 5 artefactos fabricados y/o comercializados en Chile. Es preciso señalar

también, que todas las mediciones y ensayos realizados y reportados a la fecha,

corresponden a mediciones de MP total.

El siguiente listado corresponde a diferentes estudios de medición de emisiones en

artefactos de combustión residencial de leña realizados en Chile y el extranjero, que fueron

revisados en el contexto de dicho análisis, para seleccionar los factores de emisión más

apropiados para utilizar en la estimación de emisiones atmosféricas asociadas a esta fuente

emisora. Se consideran principalmente los estudios realizados en Chile, ya que aportarían

antecedentes más representativos del contexto local, en términos del tipo de artefactos de

combustión residencial de leña empleados, el tipo y calidad de leña utilizada, y las diferentes

tasas de quemado de leña de los artefactos disponibles.

Proyecto FONDEF “Investigación y Generación de Factores de Emisión de

Contaminantes Atmosféricos para Artefactos Residenciales que Combustionan

Biomasa de Relevancia Nacional”. Universidad Católica de Temuco, 2014 [9].

Mediciones de emisiones de MP generadas por artefactos de combustión residencial

de leña provenientes del programa de recambio de la ciudad de Coyhaique.

Laboratorio emisiones Universidad Católica de Temuco, 2011 [10].

Mediciones realizadas en el marco del programa de mejoramiento tecnológico de

artefactos, desarrollado en convenio por CONAMA y Universidad Católica de Temuco,

2012 [11].

Medición de material particulado, monóxido de carbono y eficiencia térmica para

diferentes estufas del mercado nacional. Universidad de Concepción, 2012 [12].

Medición de artefactos de uso residencial que operan con biomasa para apoyar

procesos regulatorios ambientales. Reporte para CONAMA. SERPRAM, 2006 [13].

Results from Tests on Wood Stoves and revised Recommendations for Emission Limit

Values for Chile. Reporte para CONAMA. COSUDE, 2006 [14].

Emissions Inventory Improvement Program (EIIP), Residential Wood Combustion. EPA,

2001 [15].

Cabe señalar que el análisis se concentró en la identificación y selección de los F.E. más

representativos para estimar las emisiones de material particulado, MP, y a partir de este, la

determinación de los F.E. para material particulado respirable y material particulado fino,

MP10 y MP2,5, respectivamente, por cuanto se constituyen como los contaminantes más

sensible de analizar en el desarrollo del inventario de emisiones para las ciudades del sur de

15




Chile. A partir de su identificación, se seleccionaron F.E. para los demás contaminantes,

considerando los criterios utilizados previamente.

2.1.1 PROPUESTA DE FACTORES DE EMISIÓN A UTILIZAR PARA MP10 Y MP2,5.

La siguiente Tabla muestra los F.E. de MP10 propuestos por SICAM INGENIERÍA para aplicar

en la presente actualización del inventario de emisiones de Concepción Metropolitano, los

cuales corresponden a los FE utilizados en la Actualización del inventario de emisiones de

Temuco y Padre Las Casas, año base 2013, y del Inventario de emisiones de Valdivia, año

base 2013, realizados por SICAM INGENIERÍA durante el año 2014.

Notar que esta propuesta considera FE para ocho tipos de artefactos y para las siguientes

tres condiciones, asociadas a su operación: uso de leña seca, uso de leña húmeda y mala

operación de los artefactos.

Tabla 2. F.E. de MP10 para combustión residencial de leña (g MP10/kg neto de leña).

Tipo de artefacto Leña seca

(Hd. b.s. < 25%)

Leña húmeda

(Hd. b.s. > 25%)

Mala operación

(leña seca y húmeda)

Cocina a leña

7,51

13,91

33,82

Combustión lenta S/T

6,21

11,81

45,83

Combustión lenta C/T

5,21

11,01

29,54

Salamandra

12,71

28,51

-

Chimenea

10,15

28,56

-

Calefactor certificado 2,57

11,08 11,0

8

Nueva Tecnología

2,19

5,510

8,910

Calefactor a pellet

1,911

- -

Fuente: Elaboración propia

1. Corresponden a una propuesta de F.E. de SICAM INGENIERÍA, definida en base al análisis de los resultados

obtenidos a partir del proyecto FONDEF D08I1147, ejecutado por la UCT. Se obtuvieron valores ponderados para

las distintas especies utilizadas, alineados con resultados obtenidos en otros ensayos a nivel local e internacional,

y coherentes con antecedentes bibliográficos internacionales en torno a la variación de emisiones según especies

de leña.

2. Corresponden a una propuesta de F.E. de SICAM INGENIERÍA, definida en base a la experiencia desarrollada por

sus profesionales, a través de mediciones realizadas in situ, y en laboratorio. Corresponde a una condición típica

de las cocinas a leña, obtenida cuando se utiliza el horno para efectos de cocción de alimentos.

3. Corresponden a una propuesta de F.E. de SICAM INGENIERÍA, definida a partir del análisis de resultados

presentados por el Laboratorio de Emisiones de la UCT, para un calefactor sin templador proveniente del

programa de recambio de Coyhaique (previo a su chatarrización), operado con ingreso de aire completamente

cerrado. El F.E. propuesto está en sintonía con resultados obtenidos en otros ensayos a nivel local e internacional,

y coherentes con antecedentes bibliográficos internacionales en torno a la variación de emisiones según esta

condición de mala operación.

4. Corresponden a una propuesta de F.E. de SICAM INGENIERÍA. Seleccionado de los resultados asociados a un

ensayo realizado en el Laboratorio de emisiones de la UCT a un artefacto usado proveniente del Programa de

Recambio de Calefactores de la ciudad de Coyhaique, del año 2011.

16




5. Corresponden a una propuesta de F.E. de SICAM INGENIERÍA, definida en base a resultados obtenidos en

Laboratorio de Emisiones de la UCT, mediante mediciones realizadas a un artefacto tipo calefactor, pero que por

adaptaciones realizadas después de años de uso, se opera como artefacto de hogar abierto, sin control de aire de

combustión.

6. Corresponden a una propuesta de F.E. de SICAM INGENIERÍA. Corresponde al valor propuesto para Salamadras,

ya que se sugiere que el comportamiento es similar en las condiciones señaladas.

7. Corresponden a una propuesta de F.E. de SICAM INGENIERÍA, definida en base a los resultados de medición

aproximados reportados por el Laboratorio DIRIGOLAB de EE.UU, para la medición de un calefactor con

templador (Amesti), en instancias que dicho modelo de calefactor estaba siendo sometido a certificación en Chile,

y en el contexto de una evaluación del artefacto asociado a su funcionamiento con y sin el uso de un filtro

catalítico.

8. Corresponden a una propuesta de F.E. de SICAM INGENIERÍA. Corresponde al valor propuesto para calefactores

C/T, ya que se sugiere que el comportamiento es similar en las condiciones señaladas.

9. Corresponden a una propuesta de F.E. de SICAM INGENIERÍA, definida a partir de resultados de medición

reportados por el Laboratorio de Emisiones de la UCT para ensayos realizados a un prototipo desarrollado por la

industria local (réplica de calefactor SIRIUS). De igual manera, resultados similares fueron reportados por el

Laboratorio DIRIGOLAB de EE.UU, para la medición de un calefactor con templador (Amesti) que fue operado con

un dispositivo catalítico instalado al inicio del cañón (Ecofiltro).

10. Corresponden a una propuesta de F.E. de SICAM INGENIERÍA. Definido a partir de la experiencia del equipo

profesional a cargo del estudio. En particular se consideraron los resultados de abatimiento de emisiones (% de

reducción) obtenidas de mediciones realizadas en calefactores a leña que utilizan filtro catalítico (Ecofiltro), bajo

las condiciones señaladas.

11. Corresponden a una propuesta de F.E. de SICAM INGENIERÍA, definida a partir de resultados de medición

reportados por el Laboratorio de Emisiones de la UCT para ensayos a un calefactor a pellet importado y

comercializado por una empresa de Temuco, y operada con pellet producido y comercializado en Chile. Al

respecto, se debe destacar que esta corresponde a ensayos preliminares de un artefacto importado desde China,

cuya calidad pudiese no representar los mejores atributos de esta tecnología.

Considerando que para el MP2,5, al igual que para el MP10, no existen mediciones

específicas que den cuenta de su valor, se utiliza un factor que permite estimar su

desagregación. Así, para definir los F.E. de MP10 se utilizó el supuesto de que todo el MP

correspondería a MP10. Para el MP2,5 se aplicó el factor de proporcionalidad sugerido por,

Chow, J.C.; Watson, J.G., 1998 [21], que señala que el 93,1% de las emisiones de MP10

provenientes de la combustión residencial de leña, corresponden a la fracción fina de MP2,5.

Tabla 3. F.E. de MP2,5 para combustión residencial de leña (g MP2,5/kg neto de leña).


(Hd. b.s. < 25%)

Leña húmeda

(Hd. b.s. > 25%)

Mala operación


Cocina a leña

7,0 13,0 31,5


5,8 11,0 42,6


4,9 10,2 27,5

Salamandra

11,8 34,1 -

Chimenea

9,2 26,6 -

Calefactor certificado 2,3 10,2 10,2

17




Nueva Tecnología

2,0 5,1 8,2

Calefactor a pellet

1,8 - -


2.1.2 FACTORES DE EMISIÓN DE CO, NOX, SOX, COVS, HAPS.

De acuerdo a lo señalado al inicio del punto anterior, el o los F.E. más relevantes para la

actualización del inventario de emisiones de las comunas de Concepción Metropolitano, son

el MP10 y MP2,5, debido a que son precisamente estos contaminantes los que determinan la

condición de zona saturada que prevalece sobre ambas comunas. No obstante lo anterior, un

buen inventario de emisiones debe ser capaz de representar todos los contaminantes

presente en un área de estudio. De esta manera, la presente actualización del inventario de

emisiones consideró, para la fuente combustión residencial de leña, la propuesta de F.E. para

todos los contaminantes criterio.

Las Tablas siguientes muestran los F.E. seleccionados para los contaminantes indicados, para

su aplicación en la presente actualización del inventario de emisiones, los cuales fueron

escogidos, principalmente, a partir de los resultados obtenidos en los ensayos específicos de

los cuales se tomaron los F.E. de MP, pero también de otros ensayos de mayor

representatividad para el contaminante en evaluación. Los F.E. para calefactores a Pellet

fueron definidos a partir del F.E. reportados para la tecnología de combustión que más se

asemeja, en términos de eficiencia y regulación, y solo se consideran para la condición de uso

de combustible seco.

Tabla 4. F.E. de CO para combustión residencial de leña (g CO/kg neto de leña).


(Hd. b.s. < 25%)

Leña húmeda

(Hd. b.s. > 25%)

Mala operación


Cocina a leña

305,4 444,7 1.139,7


207,1 443,1 584,7


129,1 238,5 400,8

Salamandra

309,9 464,1 -

Chimenea

126,3 401,0 -


Nueva Tecnología

10,0 71,6 120,2

Calefactor a pellet

10,0 - -


18




Tabla 5. F.E. de NOx para combustión residencial de leña (g NOx/kg neto de leña).


(Hd. b.s. < 25%)

Leña húmeda

(Hd. b.s. > 25%)

Mala operación


Cocina a leña

2,1 2,7 2,7


2,0 3,0 3,0


1,9 2,0 2,0

Salamandra

7,7 3,1 -

Chimenea

1,3 1,3 -


Nueva Tecnología

1,9 2,0 5,3

Calefactor a pellet

1,9 - -


Tabla 6. F.E. de SO2 para combustión residencial de leña (g SO2/kg neto de leña).


(Hd. b.s. < 25%)

Leña húmeda

(Hd. b.s. > 25%)

Mala operación


Cocina a leña

0,2 0,2 0,2


0,1 0,0 0,2


0,1 0,0 0,0

Salamandra

0,2 0,2 -

Chimenea

0,2 0,2 -


Nueva Tecnología

0,1 0,0 0,0

Calefactor a pellet

0,1 - -


Tabla 7. F.E. de COVs para combustión residencial de leña (g COVs/kg neto de leña).


(Hd. b.s. < 25%)

Leña húmeda

(Hd. b.s. > 25%)

Mala operación


Cocina a leña

114,5 363,5 1.033,2


26,5 84,1 241,2


26,5 84,1 241,2

Salamandra

114,5 363,5 -

Chimenea

114,5 363,5 -

19





Nueva Tecnología

26,5 84,1 241,2

Calefactor a pellet

26,5 - -


Tabla 8. F.E. de HAPs para combustión residencial de leña (g HAPs/kg neto de leña).

Tipo de artefacto Leña seca Leña húmeda Mala operación

Cocina a leña

1,1 1,6 1,6


0,0 16,3 16,3


0,3 14,6 14,6

Salamandra

2,0 1,6 -

Chimenea

2,0 1,6 -


Nueva Tecnología

0,3 14,6 14,6

Calefactor a pellet

0,3 - -


20




5 DETERMINACIÓN DE LOS NIVELES DE ACTIVIDAD DE FUENTES DE

ÁREA ASOCIADAS AL CONSUMO RESIDENCIAL DE LEÑA.

La combustión residencial de leña y las variables involucradas con esta práctica representan

las variables más importantes para la estimación de emisiones atmosféricas en ciudades del

sur de Chile. Esto ha quedado de manifiesto en todos los inventarios desarrollados a la fecha

en las ciudades ubicadas al sur de la región metropolitana [7, 8, 16, 17, 18, 19].

A raíz de lo anterior, es de relevancia poder caracterizar de manera representativa el

comportamiento de los usuarios en relación al uso de este combustible, según el área

geográfica donde se desarrolla el inventario de emisión. Al respecto, se debe tener en

consideración la metodología con que se realiza la caracterización, ya que se ha observado

disparidad en los instrumentos utilizados para recoger la información desde el territorio.

De esta manera, para determinar el consumo de leña en las comunas de Concepción

Metropolitano, la contraparte técnica del estudio estableció como requerimiento, la

aplicación de una encuesta que permitiese recolectar información sobre el consumo

domiciliario de ambas comunas, a objeto de disponer de información actualizada para

estimar las emisiones atmosféricas asociadas a esta fuente emisora.

5.1 DESARROLLO DE ENCUESTA PARA EL LEVANTAMIENTO DE INFORMACIÓN DE

CONSUMO RESIDENCIAL DE LEÑA EN LAS COMUNAS DE CONCEPCIÓN

METROPOLITANO

De acuerdo a lo establecido en las bases de la Licitación, la contraparte técnica del estudio

facilitaría el diseño de un instrumento estándar para el levantamiento de información referida

al consumo de leña en las comunas de Concepción Metropolitano.

Dicho instrumento consiste en la “Encuesta de consumo energético para el sector

residencial”, elaborado el año 2013 por la Universidad Austral de Chile y modificada por la

Corporación de Desarrollo Tecnológico CDT, por encargo del Ministerio del Medio Ambiente.

Esto, en el marco del proyecto “ENCUESTA DE CONSUMO ENERGÉTICO PARA EL SECTOR

RESIDENCIAL”, cuyo objetivo fuera: “Diseñar y aplicar un instrumento de recopilación de

21




información asociada al consumo energético para calefacción y cocción del sector residencial

que sirva como línea base tanto para la elaboración del Análisis General de Impacto

Económico y Social de los Planes de Descontaminación como una herramienta de evaluación

de las políticas ambientales implementadas por el MMA para 10 ciudades del centro sur de

Chile“.

Luego de efectuada la primera reunión de trabajo del presente proyecto, el equipo técnico

de SICAM INGENIERÍA propuso a la Contraparte técnica de la Seremi de Medio Ambiente del

Biobío, la pertinencia de hacer ajustes técnicos en el diseño del instrumento, debido a que

este no permitía recoger información útil a los propósitos del inventario de emisiones, y

porque debido a su extensión (7 páginas), y lenguaje presentaría dificultades de llevar a cabo

exitosamente, considerando el número de encuestas comprometidas, y el escaso tiempo

disponible para su aplicación. Habiendo consenso en lo expuesto, SICAM INGENIERÍA

propuso utilizar el mismo instrumento empleado en la Actualización del inventario de

emisiones atmosféricas de Temuco y Padre Las Casas, y la elaboración del inventario de

emisiones atmosféricas de Valdivia, ejecutados por la empresa consultora durante el año

2014, y que considera únicamente aquellos aspectos que resultan más relevantes para

conocer los niveles de actividad de la fuente “combustión residencial de leña”.

El Anexo 3, muestra el instrumento desarrollado por SICAM INGENIERÍA para los inventarios

desarrollados el año 2014, con la incorporación de nuevos ajustes propuestos por la

contraparte técnica, para ser utilizado en la Actualización del inventario de emisiones de

Concepción Metropolitano.

5.2 DESARROLLO DE UN DISEÑO DE MUESTREO PARA APLICACIÓN DE LA

ENCUESTA

A continuación se presenta el diseño muestral elaborado para la aplicación de las encuestas,

destacando los aspectos operativos del mismo.

Observaciones preliminares

El diseño muestral desarrollado para el levantamiento de información de consumo de leña en

la zona urbana de las comunas de Concepción Metropolitano, considera como información

base, aquella presentada en los resultados “no oficiales” del PreCenso 2011, debido a que

este proporciona información demográfica y cartográfica, lo que permite hacer una

distribución espacial para ejecutar el Diseño Muestral.

Otros aspectos importantes fueron:

Todo el proceso de definición de la muestra se hizo considerando a los Distritos

Censales como estratos.

22




El parámetro base a estimar es una media poblacional.

Las varianza utilizada corresponde a aquella determinada para cada Distrito Censal de

Concepción Metropolitano, en el estudio desarrollado para CENMA por la Unidad de

Desarrollo Tecnológico (UDT), de la Universidad de Concepción (UDEC), el año 2010.

El margen de error utilizado fue de 100 astillas, el nivel de confianza del 95% y se

utilizó afijación proporcional al tamaño del estrato (Distrito Censal). Corresponde

destacar que el margen de error se propone en correspondencia al parámetro o

variable observada.

Constitución de la muestra

De manera global, el diseño muestral sugiere aplicar aproximadamente 1.780 encuestas. La

propuesta contempló un plan de muestreo compuesto o global, considerando muestreo

estratificado y conglomerado en dos etapas. La Tabla siguiente resume el número de

encuestas asignadas para cada comuna según el marco muestral empleado.

Tabla 9. Diseño muestral para las comunas de Concepción Metropolitano.

DISTRITO N° manzanas N° encuestas

Concepción 69 276

Coronel 60 240

Chiguayante 30 120

Hualqui 10 40

Lota 39 156

Penco 21 84

San Pedro 54 216

Talcahuano 84 336

Hualpén 49 196

Tomé 29 116

TOTAL 445 1.780

Fuente: Elaboración propia

La selección de las manzanas en cada Distrito Censal se hizo mediante la opción ‘sample ()’

del programa R2.

5.3 APLICACIÓN DE LA “ENCUESTA DE CARACTERIZACIÓN RESIDENCIAL AL USO DE

LEÑA Y SUS ARTEFACTOS DE COMBUSTIÓN”.

2 R Core Team (2014). R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical

Computing, Vienna, Austria. URL http://www.R-project.org/.

23




Para la ejecución del instrumento, que según los requerimientos establecidos en el diseño

muestral, implica la ejecución de 1.780 encuestas sobre consumo de leña residencial en las

comunas de Concepción Metropolitano, Región del Biobío, se realizaron las siguientes

actividades:

Conformación de equipo operativo

Para lograr dar cumplimiento efectivo al trabajo de aplicación de encuestas, se conformó un

equipo de trabajo que pudiese estar directamente involucrado con el proceso de

levantamiento de la información. Su estructura de conformación general se muestra en la

siguiente figura 2.

Figura 2. Equipo de trabajo operativo de aplicación de encuestas.

De esta manera, el coordinador general, responsable de los ajustes de diseño de la encuesta

y el plan de muestreo, contó con el apoyo de profesionales con vasta experiencia en las

labores de supervisión en terreno, generación de mapas y rutas de acercamiento.

Reclutamiento de encuestadores

SICAM INGENIERÍA cuenta con amplia experiencia en el trabajo con encuestadores y

monitores de terreno, desarrollada en la ejecución de actividades asociadas a inventarios de

emisión, programas de recambio de calefactores, entre otros, donde ha conformado y

coordinado grupos de estudiantes universitarios.

24




Para la función de encuestadores, se contactó a estudiantes universitarios de la ciudad de

Concepción, con experiencia en este tipo de trabajos, que cumplieran con el siguiente perfil:

Estudiantes que hubiesen trabajado previamente en aplicación de encuestas.

Estudiantes universitarios de al menos 4to. Año, que conocieran el área de estudio.

Estudiantes con competencias blandas observables, responsables, con habilidades

comunicacionales, y manejo de situaciones complicadas y resolución de imprevistos.

Se seleccionaron 25 estudiantes, los cuales fueron invitados a una reunión inicial de

coordinación, donde se les explicó, dentro un marco general, cuál sería el trabajo a realizar,

las condiciones y los resultados esperados de su trabajo.

Capacitación de encuestadores y equipo de trabajo

Una vez que se contó con la encuesta definitiva (instrumento), el diseño muestral para su

aplicación en las comunas de Concepción Metropolitano, la configuración del equipo y el

reclutamiento de los encuestadores, se procedió a realizar una completa capacitación que

consideró a todo el equipo (coordinadores de terreno, encuestadores, digitadores, entre

otros), donde se resaltaron aspectos técnicos básicos del proyecto, la relevancia de la

información a levantar, así como aspectos logísticos referentes a los sectores de intervención,

mecanismos de comunicación con el equipo y los entrevistados, así como el material de

apoyo que se dispondrá para el éxito de la actividad.

La capacitación se realizó en el día y hora indicados, y abordó los siguientes aspectos:

Fecha: Sábado 05/09/2015

Hora: 10:30 – 13:00 horas.

Lugar: Salón de reuniones – Centro de Negocios Concepción.

Contextualización: La idea fue que los encuestadores comprendieran la gestión que está

realizando el MMA en materia de descontaminación, y asociado a ello, la importancia del

estudio en cuestión. Que se familiarizaran con otras líneas que está desarrollando la Seremi,

para enfrentar de manera óptima posibles preguntas de la comunidad.

Diseño muestral: Se buscó que los encuestadores comprendieran los aspectos

fundamentales del diseño muestral, y las variables de este que inciden en la calidad de los

resultados a obtener. Se realizó una pequeña descripción de las variables a tener en cuenta a

la hora de aplicar una Encuesta de tipo Residencial.

Estrategia de intervención: Se intentó que los encuestadores aprendieran a lo menos un

diálogo de contacto para abordar al entrevistado, y manejasen estrategias de persuasión

25




“estandarizadas” para lograr aplicar el instrumento. Al mismo tiempo, que pudieran conocer

el plan de contingencias para abordar situaciones tales como “ausencia de moradores en la

vivienda” y/o “negación a responder”, entre otras.

Aspectos logísticos: Se analizó punto por punto la encuesta, y se respondieron dudas

respecto a esta. Se presentaron aspectos propios del trabajo en terreno, y los mecanismos de

comunicación entre el equipo (coordinador de terreno, encuestadores, encargado de

validaciones, digitadores), para establecer rutas, horarios de trabajo y traspaso de material,

entre otros. Se mostró material de cartografía, mapas y rutas para despliegue sincronizado de

los equipos de trabajo, y disminuir distancias entre viviendas a encuestar y minimizar riesgos.

De igual manera, se tocaron temas administrativos asociados al trabajo, tales como:

Se les dio a conocer fechas inicio y término, las condiciones del trabajo, el monto del

pago por el trabajo realizado, la forma de pago y las condiciones a las que está sujeto

el pago.

Se acordó un compromiso de confidencialidad y honestidad por el trabajo realizado.

Se tomó fotografía para elaboración de la tarjeta de identificación.

Se finalizó la jornada con un coffee break que sirvió para conocer mejor a los integrantes del

equipo, y la relevancia del proyecto.

Desarrollo e impresión de material de terreno

Este trabajo consistió básicamente en la impresión y foliado de encuestas. Desarrollo e

impresión de mapas ajustados a los sectores donde se aplicarían las encuestas (según

resultados del diseño muestral). Se utilizó la mejor información disponible, ya fuera en

google earth, google maps, o planos.cl.

También se desarrolló un Manual del Encuestador, que fue impreso y entregado a cada uno

de los encuestadores. En este se consideró información de contacto (teléfono, e-mail) del

coordinador, así como información técnica para la correcta ejecución de la encuesta.

26




Figura 3. Mapa tipo entregado a los encuestadores para la orientación en terreno.

Aplicación de encuestas y medición de humedad de leña

Una vez efectuada la capacitación, el sábado 05 de septiembre se inició la aplicación de

encuestas en terreno. Su ejecución fue desarrollada íntegramente por SICAM INGENIERÍA,

empresa a cargo de la actualización del inventario, entre los meses de septiembre y

noviembre de 2015, y contempló un total de 1.786 encuestas efectivamente aplicadas.

Se debe destacar, que contrario a lo que se estimaba preliminarmente, los días con lluvia se

extendieron más de lo tradicional, lo cual afectó el programa establecido preliminarmente,

pero que finalmente se cumplió en su totalidad dentro de los plazos establecidos para el

proyecto.

La siguiente Figura corresponde a un ejemplo de la carpeta tipo entregada a los

encuestadores para el trabajo en terreno, con encuestas, mapas de la manzana donde se

debe aplicar el instrumento, manual del encuestador, y una credencial de identificación del

encuestador.

27




Figura 4. Carpeta con materiales de terreno utilizada por encuestadores.

Finalmente, corresponde mencionar que según lo solicitado en las bases técnicas del estudio,

y estipulado en el contrato de la consultoría, el equipo consultor debería realizar una

medición de humedad de la leña, en las viviendas que fueran encuestadas y que declararan

utilizar dicho combustible. Al respecto, el procedimiento utilizado consistió en dotar a los

encuestadores con un xilohigrometro similar al mostrado en la Figura 5, para que realizaran

inmediatamente la medición en todas aquellas las viviendas que utilizan leña, siempre y

cuando fueran autorizados para tal efecto.

28




Figura 5. Instrumento utilizado por encuestadores para medición de humedad de leña.

De manera paralela a la etapa de aplicación de la encuesta se configuró un archivo para la

digitación de la misma, que se inició en el mes de octubre, luego que el supervisor visara

cada una de las encuestas aplicadas para confirmar su validez. Con todas las encuestas

aplicadas, y los datos ya tabulados, se pudo iniciar el proceso de análisis.

5.4 RESULTADOS DE LA ENCUESTA

A continuación se presentan los principales resultados obtenidos de la aplicación de la

“Encuesta de caracterización residencial en relación al uso de leña y sus artefactos de

combustión”, los que posteriormente son utilizados para la estimación de emisiones

atmosféricas asociados a la fuente combustión residencial de leña.

En primera instancia se presenta un resumen con los resultados obtenidos para la principal

variable del estudio, consumo promedio de leña en astillas, incluyendo además, la

proporción de viviendas que consumen leña, segregado a nivel de comuna. Debido a que los

consumos fueron informados en diferentes unidades o formatos por parte de los usuarios,

fue necesaria su transformación a una unidad de medida estándar (astillas), mediante Tabla

de conversiones3.

3 Unidad de Desarrollo Tecnológico (UDT), de la Universidad de Concepción (UDEC), el año 2010.

29




Tabla 10. Consumo promedio de leña (astillas/año), y proporción de uso (%), en CM, año 2013.

Alcance Resultado

Consumo promedio (astillas) 1.006

Proporción (%) 63,2


De igual manera, otro de los principales resultados a presentar corresponde a la

caracterización del tipo de artefactos presentes en la zona de estudio, ya que a partir de su

distribución y consumo de leña en cada uno de ellos se determina el nivel de emisiones

contaminantes generadas a partir de su operación. Se puede observar que la mayor cantidad

de artefactos corresponde a calefactores de combustión lenta con templador, seguido de

cocinas a leña, con 64,6% y 17,9%, respectivamente. En aquellos casos que se indica 0,0%,

podría corresponder porque no se identificó presencia de dichos artefactos, o porque su

presencia es tan bajo que se acerca a cero. En la Tabla 11 se muestra la distribución del tipo

de artefactos utilizados en cada comuna de Concepción Metropolitano.

Tabla 11. Distribución porcentual del stock de artefactos a leña, en comunas de CM (%).

Comuna Combustión

lenta C/T

Combustión

lenta S/T

Cocina

a leña Salamandra

Chimenea y

otras

Concepción 56,9 13,8 11,3 13,1 4,4

Coronel 72,1 2,5 22,3 2,0 0,5

Chiguayante 67,1 11,4 13,9 6,3 1,5

Hualqui 28,6 14,3 21,4 7,1 36,4

Lota 73,3 0,0 26,0 0,7 0,0

Penco 45,3 15,1 22,6 17,0 0,0

San Pedro 68,9 5,0 11,8 3,4 2,7

Talcahuano 69,7 2,6 18,7 5,2 0,0

Hualpén 47,9 8,5 19,7 5,6 0,0

Tomé 60,5 3,9 10,5 23,7 23,5

Total 64,6 6,1 17,9 7,0 4,5


Otro antecedente muy importante recabado a través de la encuesta, corresponde a las

prácticas utilizadas por los usuarios para operar sus artefactos de combustión,

específicamente, la práctica asociada a la manipulación del control de ingreso de aire

primario de combustión, por cuanto definen el F.E. a utilizar en la estimación de emisiones. Es

importante destacar que esta condición es relevante en el uso de los calefactores de

combustión lenta, ya sea con templador o sin templador, para los cuales una mala operación

30




se relaciona con la manipulación del control de ingreso de aire primario de combustión,

específicamente con la restricción de este mediante la regulación de la manilla de control.

También es importante esta condición en la operación de cocinas a leña, ya que si bien la

mala operación no se relaciona con la restricción al aire de combustión, si estaría relacionada

con la manipulación del dámper que deflecta la trayectoria de los gases de combustión a

través del horno de la cocina, ralentizando el proceso de combustión, enfriando la cámara y

con consecuencias en el aumento de emisiones contaminantes.

En esta oportunidad, a diferencia de los resultados obtenidos en estudios anteriores, se logró

caracterizar el modo de operación de este tipo de artefactos, según la jornada de uso del

artefacto, diferenciando entre el uso diurno y el uso nocturno, correspondiente a la

manipulación durante la última carga de leña, antes de irse a dormir.

Tabla 12. Manipulación del ingreso de aire de combustión en artefactos de combustión lenta, según

jornadas de uso del artefacto

Día Noche

Abierto 52,6% 4,8%

Medio 37,3% 27,8%

Cerrado 10,1% 67,4%


De acuerdo a lo mostrado en la Tabla anterior, existe un gran número de usuarios en las

comunas de Concepción Metropolitano, que cierra completamente el regulador que controla

el ingreso de aire primario de combustión en calefactores de combustión lenta, sin

templador y/o con templador, lo cual se acentúa drásticamente en la jornada de la noche.

A continuación se presentan los resultados obtenidos para el consumo anual promedio de

leña asociado a las comunas de Concepción Metropolitano (astillas), y la proporción de

viviendas que la consumen (%), segregado a nivel de distrito censal.

Tabla 13. Consumo promedio de leña por vivienda, y proporción de uso, en comunas de CM.

Alcance Consumo promedio

de leña (astillas/año)

Viviendas que

consumen leña (%)

Concepción 1.468 59,4

Coronel 966 83,2

31




Chiguayante 1.359 64,7

Hualqui 410 37,1

Lota 516 96,8

Penco 1.333 64,6

San Pedro 1.214 59,8

Talcahuano 631 53,6

Hualpén 1.237 59,8

Tomé 949 39,8

Total 1.006 63,2

Fuente: elaboración propia.

Finalmente, en la Tabla 14 se presentan los resultados obtenidos de las mediciones de

humedad, realizadas a muestras de leña que fueron facilitadas en viviendas que declararon

utilizar dicho combustible. Cabe destacar que no todas las viviendas que declaraban utilizar

leña estuvieron disponibles para facilitar una muestra, ya fuera porque no disponían del

combustible a la fecha de la entrevista, o simplemente porque no querían.

Tabla 14. Distribución de calidad de leña utilizada en comunas de CM, según condición de humedad

(%).

Alcance N° mediciones Leña seca (%) Leña húmeda (%)

Concepción 68 95,5 4,5

Coronel 111 73,4 26,6

Chiguayante 29 75,9 24,

Hualqui 3 100,0 0,0

Lota 148 53,4 46,6

Penco 36 97,2 2,8

San Pedro 83 92,8 7,2

Talcahuano 68 63,2 36,8

Hualpén 15 66,7 33,3

Tomé 39 92,3 7,7

Total 600 75,0 25,0


Se destaca que se realizaron 600 mediciones de humedad de leña, sobre un total de 1.055

viviendas que declararon utilizar dicho combustible, lo que representa un alcance sobre el

56%.

32




Luego, según lo mostrado en la tabla, se observa que en todas las comunas de Concepción

Metropolitano, donde se realizó el estudio, el consumo de leña seca predomina por sobre el

uso de leña húmeda. Un aspecto importante a tener en cuenta, dice relación con la fecha en

que se realizaron las mediciones, correspondiente a los meses de septiembre y octubre, al

término de la temporada de invierno y donde el uso de leña ya no es tan significativo, lo que

podría haber impactado en la sobreestimación de uso de leña seca. No obstante, el hecho de

haber encontrado comunas como Lota, donde el uso de leña húmeda estuvo cercana al 50%,

y Talcahuano – Hualpén, con uso de leña húmeda cercana al 40%, podría dar cuenta que no

es solo una cuestión de temporadas, sino de hábitos de uso y de disponibilidad.

6 ESTIMACIÓN DE EMISIONES

6.1 CONSIDERACIONES Y AJUSTES PARA EL ANÁLISIS DE RESULTADOS

En la Tabla 15 se muestra la distribución de viviendas tipo casa de las comunas de

Concepción Metropolitano, obtenida a partir de los antecedentes facilitados por el Instituto

Nacional de Estadísticas, correspondientes al Pre Censo 2011, y resultados preliminares del

Censo 2012 [21].

Tabla 15. Número de viviendas tipo casa en comunas de CM.

Alcance Viviendas tipo casa

(N°)

Concepción 51.724

Coronel 34.305

Chiguayante 23.821

Hualqui 6.202

Lota 15.156

Penco 13.001

San Pedro 36.401

Talcahuano 43.086

Hualpén 25.510

Tomé 15.378

Total 263.498


6.2 NIVELES DE ACTIVIDAD

33




Luego, a partir de los resultados obtenidos mediante la aplicación de la “Encuesta de

caracterización residencial en relación al uso de leña y sus artefactos de combustión”, se

determinaron los niveles de actividad a utilizar en la estimación de emisiones.

En la Tabla 16 se muestra el consumo de leña para cada una de las comunas de

pertenecientes a Concepción Metropolitano.

Tabla 16. Consumo total de leña en comunas de CM, año base 2013.

Alcance Consumo total

(astillas)

Concepción 43.101.500

Coronel 25.270.177

Chiguayante 17.905.154

Hualqui 530.981

Lota 7.559.002

Penco 4.879.646

San Pedro 15.175.254

Talcahuano 10.148.116

Hualpén 9.048.796

Tomé 6.529.464

Total 140.148.090


6.3 CÁLCULO DE EMISIONES

Para el cálculo de emisiones, además de los antecedentes mostrados previamente, se

utilizaron los F.E. detallados entre las Tablas 2 y 8 y la información resultante de la encuesta.

Debido a que los consumos son entregados en astillas de leña y los F.E. tienen la unidad de

gr de contaminante por kg de combustible, fue necesaria la transformación de los niveles de

consumo de astillas a kg.

La metodología empleada en la presente actualización, utilizó los datos de densidad

determinados por el INFOR en el “Estudio del mercado de la leña en la ciudad de Chillán,

2005” [20], en el que a través de pruebas de campo y mediciones en laboratorio, se logró

determinar la densidad para diversas especies de leña utilizadas en la zona centro sur de

Chile, bajo diferentes condiciones de humedad, siendo así, más representativa de la realidad

local.

34




Tabla 17. Densidad de leña (Kg/m3 estéreo) para leña de especies nativa y exótica, bajo 3 condiciones

de humedad.

VARIABLE Leña seca

(Hd: 25% b.s.)

Leña semi-húmeda

(Hd: 45% b.s.)

Leña húmeda

(Hd: 80% b.s.)

Densidad hualle 368 426 529

Densidad eucalipto 411 477 592

Fuente: INFOR, 2005.

Tal como se argumentara al inicio de este capítulo, otro antecedente que resulta

fundamental para que la estimación de emisiones atmosféricas sea representativa de lo que

realmente se genera y emite en las comunas de Concepción Metropolitano, corresponde al

nivel de humedad de la leña utilizada en los diferentes tipos de artefactos utilizados. En este

sentido, los las mediciones de humedad realizadas junto a la aplicación de la encuesta,

señalan valores porcentuales de uso de leña seca de un 75%, significativamente más altos

que los valores determinados para leña húmeda, correspondiente a un 25%. Para la

estimación de emisiones se consideró la condición de humedad identificada para cada

comuna a través de las mediciones realizadas e informadas en la Tabla 14.

El último, pero no menos importante antecedente a tener en cuenta para el cálculo de las

emisiones corresponde a las condiciones que son sometidos los artefactos de combustión

residencial de leña, en términos de la manipulación del control de ingreso de aire primario de

combustión. La cual según se indicó, condiciona el uso de uno u otro F.E.

En esta oportunidad a través de los resultados de la encuesta, se logró disponer de

antecedentes asociados al modo de operación de este tipo de artefactos, según la jornada de

uso de los mismos, es decir, modo de operación durante el día y modo de operación durante

la noche. No obstante, y considerando no existen antecedentes suficientes para distribuir el

consumo de leña en las diferentes jornadas de uso, día y noche, se consideró pertinente

definir un valor promedio de uso de tiraje cerrado. Esta condición fue aplicada a los

calefactores de combustión lenta, con templador y sin templador, y también a la operación

de cocinas a leña, ya que si bien para este último caso la mala operación no se relaciona con

la restricción al aire de combustión, si estaría relacionada con la manipulación del dámper

que deflecta la trayectoria de los gases de combustión a través del horno de la cocina,

ralentizando el proceso de combustión, enfriando la cámara y con consecuencias en el

aumento de emisiones contaminantes.

La siguiente Tabla muestra la estimación de emisiones atmosféricas obtenidas para la fuente

combustión residencial de leña de las comunas de Concepción Metropolitano, para los

diversos contaminantes considerados en el estudio.

35




Tabla 18. Emisiones estimadas para la fuente combustión residencial de leña (Ton/año), según

tipología de artefactos en uso en las comunas de CM, año base 2013.

ARTEFACTO MP10 MP2,5 CO NOx SOx COVs HAPs

Combustión Lenta C/T 1.856,6 1.728,5 29.020,0 378,6 6,1 14.309,6 889,2

Combustión Lenta S/T 313,4 291,8 5.203,9 98,6 1,6 1.617,3 103,1

Cocina a Leña 551,5 513,4 19.193,6 34,8 5,6 15.160,8 39,2

Salamandra 229,7 213,9 4.813,8 103,8 2,9 2.131,8 28,7

Chimenea y otras 105,7 98,4 1.358,5 11,5 1,8 1.231,6 17,5

TOTAL 3.056,9 2.846,0 59.589,7 627,4 18,0 34.451,0 1.077,7


De los valores presentados, destacan las estimaciones realizadas para MP10 y MP2,5,

correspondientes a los contaminantes que afectan de manera más negativa la calidad del aire

en las comunas de Concepción Metropolitano, y que hoy día concentran la atención de

diversas instituciones vinculadas con la materia, principalmente desde el punto de vista

ambiental y sanitario, debido a los efectos negativos sobre la población. La Figura siguiente

permite observar de manera más gráfica el aporte de los diferentes tipos de artefactos a la

estimación de cada contaminante.

Figura 6. Aporte porcentual de cada tipo de artefacto para los distintos contaminantes.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

MP10 MP2,5 CO NOx SOx COVs HAPs

Ap

ort

e p

orc

entu

al

Contaminantes

Chimenea y otras

Salamandra

Cocina a Leña

Combustión Lenta S/T

Combustión Lenta C/T

36




En las Tablas 19 y 20 se muestra la estimación de emisiones de MP10 y MP2,5, provenientes

de la combustión residencial de leña en las comunas que integran Concepción

Metropolitano.

Tabla 19. Emisiones de MP10 en comunas de CM, año base 2013 (Ton/año).

Alcance Combustión

lenta C/T

Combustión

lenta S/T

Cocina

a leña Salamandra Chimenea Total

Concepción 286,4 98,2 70,9 81,2 24,6 561,3

Coronel 341,0 17,6 126,3 10,7 4,2 499,8

Chiguayante 306,1 78,6 74,3 24,4 3,9 487,2

Hualqui 2,3 1,4 2,2 1,4 4,3 11,6

Lota 100,9 - 42,8 1,2 - 145,0

Penco 79,0 39,0 47,4 25,4 - 190,8

San Pedro 400,6 44,7 79,8 12,9 33,4 571,4

Talcahuano 171,4 9,2 55,2 16,0 9,4 261,3

Hualpén 112,2 10,8 23,1 47,2 2,1 195,3

Tomé 56,7 13,9 29,5 9,2 23,8 133,3

Total 1.856,6 313,4 551,5 229,7 105,7 3.056,9


Tabla 20. Emisiones de MP2,5 en comunas de CM, año base 2013 (Ton/año).

Alcance Combustión

lenta C/T

Combustión

lenta S/T

Cocina

a leña Salamandra Chimenea Total

Concepción 266,6 91,4 66,0 75,6 22,9 522,6

Coronel 317,5 16,4 117,6 9,9 3,9 465,3

Chiguayante 284,9 73,2 69,2 22,7 3,6 453,6

Hualqui 2,1 1,3 2,1 1,3 4,0 10,8

Lota 94,0 - 39,8 1,2 - 135,0

Penco 73,5 36,4 44,1 23,6 - 177,6

San Pedro 373,0 41,6 74,3 12,0 31,1 532,0

Talcahuano 159,6 8,6 51,4 14,9 8,8 243,2

Hualpén 104,4 10,1 21,5 43,9 1,9 181,9

Tomé 52,8 13,0 27,5 8,6 22,2 124,1

Total 1.728,5 291,8 513,4 213,9 98,4 2.846,0


37




Posteriormente, en la Tabla 21 se muestra la estimación de emisiones atmosféricas

correspondientes a los contaminantes monóxido de carbono (CO), óxidos de

nitrógeno (NOx), óxidos de azufre (SOx), compuestos orgánicos volátiles (COVs), e

hidrocarburos aromáticos policícliclos (HAPs).

Tabla 21. Emisiones atmosféricas en comunas de CM, año base 2013 (Ton/año).

Alcance CO NOx SOx COVs HAPs

Concepción 11.685,2 155,2 5,0 5.283,2 155,5

Coronel 10.272,4 86,0 2,6 6.388,1 191,3

Chiguayante 8.664,7 94,5 1,9 5.292,2 188,5

Hualqui 252,5 2,2 0,1 137,1 3,1

Lota 3.098,0 23,0 0,7 1.993,4 62,1

Penco 4.125,1 46,4 1,4 2.321,1 52,7

San Pedro 9.838,9 102,9 2,4 6.266,2 217,3

Talcahuano 5.203,0 46,3 1,4 3.171,1 104,4

Hualpén 3.547,6 41,4 1,0 2.068,6 69,2

Tomé 2.902,1 29,5 1,5 1.529,9 33,7

Total 59.589,7 627,4 18,0 34.451,0 1.077,7


38




7 CONCLUSIONES

En relación a los niveles de actividad:

El instrumento o encuesta utilizado para realizar la caracterización residencial en relación al

uso de leña y sus artefactos de combustión de las comunas de Concepción Metropolitano,

correspondió al mismo instrumento utilizado en la actualización del inventario de emisiones

de Temuco y Padre Las Casas, año base 2013, y del inventario de emisiones de Valdivia, año

base 2013, salvo pequeños ajustes solicitados por la contraparte técnica, por lo que los

resultados obtenidos son fácilmente comparables.

El consumo promedio de leña en viviendas de Concepción Metropolitano que declaran

consumir este combustible alcanza 1.006 astillas. En tanto que la proporción de viviendas que

consume leña en el área urbana de esta área de estudio, alcanza el 63,2%.

La calidad de la leña utilizada en las comunas de Concepción Metropolitano, en términos del

contenido de humedad, corresponde a un 75% de leña seca, según los resultados del

monitoreo realizado junto con la encuesta. El 25% restante corresponde a leña húmeda y/o

semihúmeda.

La estimación proyectada del consumo total de leña en el área urbana de las comunas de

Concepción Metropolitano, alcanza las 175.350.986 astillas al año. Las comunas que

presentan los consumos más altos corresponden a Concepción y Coronel, con 45.140.482 y

27.577.339, astillas/año, respectivamente. Mientras que los consumos más bajos se presentan

en las comunas de Hualqui y Lota, con 944.510 y 7.561.153, astillas/año, respectivamente.

La distribución del tipo de artefactos es liderada por calefactores de combustión lenta con

templador, con 64,6%, seguido de cocinas a leña, con 17,9%, respectivamente.

Otro de los resultados más importantes de la encuesta y que tuvieron mayor trascendencia

en la estimación de emisiones corresponde al modo de uso de los artefactos, en términos de

la regulación del ingreso de aire de combustión, representada comúnmente con el cierre del

“tiraje”. De los resultados se observa que hay diferencias significativas según la jornada de

uso de los artefactos, día y noche. Así, se tiene que solo el 10,1% de los usuarios cierra

completamente el tiraje de su artefacto durante el día, y sobre el 67,4% declara que es una

práctica común hacerlo durante la noche.

En relación a la estimación de emisiones:

39




La estimación de emisiones de MP10 y MP2,5 proveniente de la combustión residencial de

leña en el área urbana de las comunas de Concepción Metropolitano alcanza a 3.056,9

Ton/año y 2.846,0 Ton/año, respectivamente. Para ambos contaminantes, la comuna que

presentan las mayores emisiones corresponde a la comuna de San Pedro, con 571,4 Ton/año

y 532,0 Ton/año, respectivamente. En tanto que las menores emisiones se presentan en la

comuna de Hualqui, con 11,6 Ton/año y 10,8 Ton/año, de MP10 y M2,5, respectivamente.

Para el cálculo de las emisiones se utilizó el supuesto que el consumo de leña es el mismo, en

términos de cantidad (kg de leña), cuando se realiza una buena o una mala operación del

artefacto, sobre una base de igual tiempo de operación.

40




8 BIBLIOGRAFÍA

[1] MMA, 2013. Primer reporte del estado del medio ambiente.

[2] Air Pollutant Emission Inventory Manual. The Global Atmospheric Pollution Forum.

Version 5.0, 2012.

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Chilena.

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Informe Final.

[5] VERENUM (Nussbaumer), 2006. Resultado de ensayos en calefactores a leña y

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[8] SICAM, 2014. Elaboración del inventario de emisiones atmosféricas y modelación

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[10] Universidad Católica de Temuco, 2011. Medición de emisiones de MP generadas

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recambio de la ciudad de Coyhaique. Informe de Laboratorio emisiones.

[11] CONAMA y Universidad Católica de Temuco, 2012. Mediciones realizadas en el

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Laboratorio emisiones.

41




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Optiflama.

[13] SERPRAM, 2006. Medición de artefactos de uso residencial que operan con

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[14] COSUDE, 2006. Results from Tests on Wood Stoves and revised Recommendations

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Saturación por PM10 en la Ciudad de TALCA. Informe final.

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Informe final.

[20] INFOR, 2005. Estudio del mercado de la leña en la ciudad de Chillán. Informe Final.

[21] INE, 2012. Censo de Población y Vivienda.

42




9 ANEXOS

9.1 ANEXO 1-1: METODOLOGÍAS DE ESTIMACIÓN DE EMISIONES, CRL.

9.2 ANEXO 1-2: ANÁLISIS DE FACTORES DE EMISIÓN PARA CRL.

9.3 ANEXO 1-3: ENCUESTA DE CONSUMO DE LEÑA.

capitulo i - cpc biobíoorientaciones técnicas y ambientales. esto ha derivado en los impactos...

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