clase11 cambio climático y efecto invernadero

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Fundamentos de Ingeniera Ambiental

Karin Bartl, Ph.D.

Semestre 2013-2

11/11/2013 Karin Bartl Ph.D.


Estabilidad de atmosfera

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Modelo de dispersin



Contaminacin ambiental y meterologa

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Fundamentos de Ingeniera Ambiental Contaminacin atmosfrica

Elevacin de la columna

H = Altura efectiva (m)

H = h + h

Donde:

h = altura real.

h = elevacin de la columna.




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Modelo de dispersin para una fuente lineal

Supongamos: Una carretera es una fuente lineal infinita con emisiones continuas.

q = vehculos/sec g emision /vehculokm



Modelo de dispersin para una fuente lineal

q = vehculos/seg g emisin /vehculo m

z= c xd + f

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Modelo de fuentes de rea

Tarea 4



Calidad de aire en espacios cerrados

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Fundamentos de Ingeniera Ambiental Calidad de aire en espacios cerrados


El ser humano esta expuesto a productos qumicos y a partculas del aire que respiramos, que se encuentran en los ambientes interiores, donde pasamos gran parte de nuestro tiempo. Contaminacin interior del aire depende de: Eleccin de materiales del constructor. Diseo de filtracin del aire. Sistemas de ventilacin.



Humo de cigarrillo: monxido de carbono, benceno, acrolena, y otros aldehdos y partculas.

Maquinas fotocopiadoras: ozono.

Materiales de construccin (p.e. adhesivos): Formaldehido.

Pinturas: plomo al ser raspadas.

Productos de limpieza domestico, pinturas: compuestos orgnicos voltiles.

Ejemplos:



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McKone et al., 2009


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http://www.youtube.com/watch?v=0Voy3lJ89iw




El Plomo


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El tabaco 87% de las muertes por cncer pulmonar estn relacionadas con el tabaco.




El amianto Tambin llamado asbesto, es un grupo de minerales

metamrficos fibrosos. Los minerales de asbesto tienen fibras largas y resistentes

que se pueden separar y son suficientemente flexibles como para ser entrelazadas y tambin resisten altas temperaturas.

Se ha usado en una gran variedad de productos como en materiales de construccin (tejas para recubrimiento de tejados, baldosas y azulejos, productos de papel y productos de cemento con asbesto), textiles termo-resistentes, envases, paquetera y revestimientos, pinturas,


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El amianto Se ha determinado por los organismos mdicos

internacionales que los productos relacionados con el asbesto/amianto provocan cncer con una elevada mortalidad




El radn Responsable de muchos cnceres de pulmn. Se produce por la desintegracin radioactiva natural del

uranio presente en las rocas y el suelo. Tambin puede encontrarse en el agua y en

determinados materiales de construccin de mala calidad.

http://www.youtube.com/watch?v=-S8vr27plZs


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Cambio climtico


Fundamentos de Ingeniera Ambiental Cambio climtico

Cambio climtico

Las zonas de transicin que separan estas capas se denominan: Tropopausa Estratopausa Mesopausa

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Radiacin solar

Transferencia de energa y masa

La radiacin solar estratosfrica muestra caractersticas espectrales muy aproximados a la radiacin de un cuerpo negro a 5800K.

Masters & Ela, 2008

Constante solar: 1372 W/m2

Constante solar media: 342 W/m2



Radiacin de la tierra


El tipo de energa que se retorna es distinto.

www.tecnum.es

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La temperatura media en la Tierra se mantiene prcticamente constante en 15C.

La temperatura se mantiene constante porque la tierra devuelve al espacio la misma cantidad de energa que recibe.

Sin la atmsfera la temperatura sera de unos -19C.


Fundamentos de Ingeniera Ambiental Cambio climtico

Cambio climtico

Por qu la temperatura promedio actual es de 15C y no de 19C?

Efecto Invernadero

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www.tecnum.es

Se retrasa la devolucin de la energa porque casi toda la radiacin trmica de la tierra es absorbida por el vapor de agua y los gases de efecto invernadero.

Efecto Invernadero



Efecto invernadero


http://tecnoandratx3r.wikispaces.com/Energia+nuclear

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Efecto invernadero


IPCC 1996

Albedo = 31%



Efecto invernadero


Los gases de Efecto Invernadero son:

Dixido de carbono CO2

Metano CH4

Oxido nitroso

Halocarbonos = Gases con base de carbono con fluor, cloro y/o bromo.

Adems: Partculas de carbn (holln)

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Cambio climtico


El Cambio Climtico es un cambio significativo y duradero de los patrones locales o globales del clima.

Las causas pueden ser naturales, como por ejemplo, variaciones en la energa que se recibe del Sol, erupciones volcnicas, circulacin ocenica,

O puede ser causada por influencia antropognica, como por ejemplo, a travs de la emisin de CO2 y otros gases que atrapan calor.



Cambio climtico


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Cambio climtico


Global average temperature since 1880. This graph from NOAA shows the annual trend in average global air temperature in degrees Celsius, through December 2012. For each year, the range of uncertainty is indicated by the gray vertical bars. The blue line tracks the changes in the trend over time.



Calentamiento Global


El Calentamiento Global es un aumento de la temperatura de la atmsfera terrestre que se ha estado observando desde finales del siglo XIX.

Se ha observado un aumento de aproximadamente 0.8 C desde que se realizan mediciones confiables, dos tercios de este aumento desde 1980.

La causa del calentamiento es el aumento de gases de efecto invernadero que resultan de las actividades humanas.

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http://www.youtube.com/watch?v=7MqlvHFa7jA



Consecuencias del Cambio Climtico


Derretimiento de glaciares, deshielo temprano.

Sequias e incendios mas devastadores.

Lluvias y tormentas mas intensas.

Temperaturas mas clidas.

Incremento en la intensidad de los ciclones.

Olas de calor mortales y propagacin de enfermedades.

Aumento del nivel del ocano.

Cambio en el ecosistema y muerte de especies.

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http://www.huffingtonpost.es



El ao 2012





Deshielo del rtico El 18 de septiembre de 2012 el casquete polar alcanz su mnimo histrico. Comparado con su extensin en el verano de 1979 (trazo rojo), el hielo rtico se redujo a la mitad.

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Verano de 2012 en EEUU El verano de 2012 fue el ms clido y seco desde que se tienen registros. La mitad de EEUU se declar zona catastrfica y en muchas zonas se perdi el 90% de las cosechas.





Sequa en el Misisipi En agosto, el ro Misisipi (Estados Unidos) dej de ser navegable en buena parte de su recorrido, quedando centenares de barcos varados en bancos de arena.

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Sandy Los cientficos creen que en el futuro habr ms huracanes como Sandy y con mayor frecuencia por la elevacin del nivel del mar y el calentamiento en las zonas tropicales de donde nacen.





Ola de fro en Europa Este mapa muestra la gran anomala trmica a ras de suelo que vivi Europa en febrero. En grandes zonas del continente la bajada de las temperaturas fue de 10 inferior a la media de otros aos.

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Inundaciones australianas En el verano austral, el sureste y este australianos vivieron una de las inundaciones ms graves de lo que va de siglo. La causa principal fue el fenmeno climtico de La Nia, pero el calentamiento antropognico estara agravando las precipitaciones.





Sequa en el cuerno de frica La Nia es tambin la gran culpable de que pases como Somalia, Etiopa y el norte de Kenia lleven aos de dursima sequa. Pero en la muerte de miles de personas s se debe al cambio climtico al menos parcialmente.

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Sequa en Espaa El invierno de 2011-2012 fue el ms seco en Espaa desde 1950.



Cambio Climtico en nmeros


Algunos nmeros sobre el cambio climtico

IPCC Working Group 1 Fifth Assessment Report Summary for Policy Makers - Climate Change 2013:

The Physical Science Basis.

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0.85 C Aumento de temperatura de tierras y ocanos entre 1880 y 2012.

3.7 C Aumento de temperatura hasta el ao 2100, si emisiones de GEI no bajan.

19 cm - Aumento del nivel de mar entre 1901 and 2010.

40 % - Aumento de concentraciones de CO2 en atmosfera entre 1750 y 2011.

63 cm - Incremento de nivel del mar hasta el ao 2100, si emisiones de GEI no bajan.

90% - De la energa adicional en el sistema climtico que fue adsorbido por los ocanos entre 1971 y 2010.



Las concentraciones de CO2, metano y xidos nitrosos han incrementado a niveles sin precedentes desde por lo menos 800 000 aos.

Concentraciones de CO2 han incrementado en un 40% desde tiempos pre-industriales.



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Los ocanos han absorbidos 30% del carbono emitido, causando acidificacin severa.





Gas principal del efecto invernadero.

Fotosntesis:

6 CO2 + 6H2O luz solar, clorofina C6H12O6 + 6O2

C6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6H2O + energa

CO2


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CO2


Ciclo del carbono

http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/ciclo_del_carbono.htm



CO2


http://www.fao.org/docrep/article/wfc/xii/ms14-s.htm

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CO2


Global trends in carbon dioxide emissions from fuel combustion by region from 1971 to 2004. Note: EECCA = countries of Eastern Europe, the Caucasus and Central Asia.

http://www.ipcc.ch/



CO2


Intensidad de Carbono

Es la cantidad de carbono liberado por unidad de energa desprendida.

Algunos combustibles tienen alta intensidad de carbono como el carbn. Pero otros no liberan carbono directamente como las turbinas elicas y la energa nuclear.

Es improbable que exista un sistema energtico sin emisiones de carbono puesto que es difcil evitar tales emisiones durante la extraccin, procesamiento de materiales y construccin de cualquier planta energtica.

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CO2


La energa liberada durante la quema de combustibles con base de carbono es proporcional a la cantidad de oxigeno que consumen.

Ejemplos:

Carbn: C + O2 CO2

Petrleo: CH2 + 1.5O2 CO2 + H2O

Gas natural: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O



CH4


Es otro gas invernadero producido de forma natural.

Las concentraciones de metano en la atmosfera eran de 0.750 ppm durante muchos aos siendo ahora 1.750 ppm.

El metano se produce por fermentacin bacteriana bajo condiciones anaerobias, tales como pantanos, arrozales, vertederos, as como el tracto digestivo de los rumiantes.

60% de emisiones totales proviene de actividades humanas.

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CH4


Es un gas de efecto invernadero de gran potencia (25 veces la potencia del CO2).

Permanencia en la atmosfera corto: 9 15 aos.

Reacciona con el hidroxilo (OH): Concentracin de OH decrece: prolongando el tiempo de vida atmosfrico del metano restante.

Produce vapor de agua. En la troposfera esto no es importante pero en la estratosfera si lo es.

La destruccin del metano produce un incremento del ozono (un gas de efecto invernadero) .

Aumento del impacto climtico del metano.



N2O (xido nitroso)


Produce de forma natural pero concentracin ha aumentado por actividades humanas.

Mayoritariamente liberado en la etapa nitrificante del ciclo de nitrgeno.

Concentracin atmosfrica actual es de 0.32 ppm 16% sobre la concentracin preindustrial de 0.275 ppm.

Tiempo de vida en la atmosfera: 120 aos.

Gas de efecto invernadero muy potente: 298 veces la potencia del CO2.

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Otros gases


Halocarbonos (sintticos, periodos de vida muy largos, tambin destruyen capa de ozono, usos: refrigerantes, propelentes de aerosoles, fabricacin de plsticos espumosos).

Ozono (Troposfera: principal gas de la niebla fotoqumica;

Estratosfera: capa de ozono; capa de ozono versus cambio climtico?).

Aerosoles (tiempos de vida cortos; efectos regionales;

enfriamientos como calentamientos de la atmosfera).



Potencial de Calentamiento Global


El potencial de calentamiento global (GWP) es un factor de ponderacin que permite comparar el impacto acumulativo de un gas de efecto invernadero sobre el calentamiento global.

El GWP de un gas est definido por:

Forzamiento radiativo asociado con la adicin de una unidad de cada gas.

Velocidad de descomposicin en el tiempo.

Forzamiento radiativo asociado con la adicin de una unidad de cada gas en algn periodo en el futuro.

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Potenciales de calentamiento global relativos al CO2 (kg de CO2 por kg de gas). Fuente: IPCC, 2007 Nueva versin: 2013


Fundamentos de Ingeniera Ambiental Transferencia de energa y masa

Y muchos ms

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Ejemplo: Emisiones anuales: CO2: 27000 Mt CH4: 370 Mt N2O: 6 Mt Comparar el impacto de estos 3 gases en un horizonte temporal de 100 aos. CO2: GWP100 emisiones = 1 27000 Mt/a = 27000 Mt CO2 CH4: GWP100 emisiones = 23 370 MT/a= 8510 Mt CO2-eq N2O: GWP100 emisiones = 296 6 Mt/a = 1776 Mt CO2-eq





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Esfuerzos internacionales


Convencin Marco de las Naciones Unidas sobre Cambio Climtico

Se establece en 1992 conocido por las siglas UNFCCC o CMNUCC.

186 pases deciden hacer frente al problema del calentamiento global.

A travs de una estabilizacin de las concentraciones de gases de efecto invernadero (GEI) en la atmsfera a niveles que no sean peligrosos para el sistema climtico.



Convencin Marco de las Naciones Unidas sobre Cambio Climtico

Un logro importante de la Convencin, es que reconoce que el problema del cambio climtico es real. La entrada en vigor del tratado represent un gran paso, dado que se dispona de menos pruebas cientficas que hoy en da.

La primera adicin al tratado, el Protocolo de Kyoto, se aprob en 1997. Entr en vigor en 2005.


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Protocolo de Kyoto

Pone en prctica la CMNUCC y compromete a los pases industrializados a estabilizar las emisiones de gases de efecto invernadero. La Convencin por su parte solo alienta a los pases a hacerlo.

Su objetivo principal es que entre los aos 20082012 se reduzcan en 5.2% las emisiones que los pases desarrollados producan en el ao 1990.

El primer perodo de compromiso del Protocolo de Kyoto concluy en 2012.




Protocolo de Kyoto

Verde oscuro Firmado y ratificado (Anexo I y II). Verde claro Firmado y ratificado. Rosado Firmado pero con ratificacin rechazada. Rojo Abandon.


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Adaptacin y Mitigacin




Funcion el Protocolo de Kyoto?


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Protocolo de Kyoto

La COP 18 sobre cambio climtico ratific el segundo periodo de vigencia del Protocolo de Kyoto de 2013 hasta 2020.

Este proceso denot un dbil compromiso de los pases industrializados, tales como Estados Unidos, Rusia, Japn y Canad, los cuales decidieron no respaldar la prrroga.




Adaptacin y Mitigacin


Las sociedades pueden responder al cambio climtico adaptndose a sus impactos y reduciendo las emisiones de GEI (mitigacin).

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Adaptacin - Opciones


Agua Tcnicas de almacenamiento y reuso de agua. Agricultura Modificacin fecha de siembra, reubicacin de cultivos, mejora de gestin de tierras. Infraestructura Reubicacin. Salud humana Planes de actuacin para hacer frente a los efectos del calor sobre la salud, servicios mdicos de emergencia. Transporte Reubicacin/replanificacin, Revisin de normas de carreteras y sistemas de drenaje, reacondicionamiento de instalaciones vulnerables. Energa Menor dependencia de fuentes de energa nicas, Consolidacin de infraestructura secundaria de transmisin y distribucin, fuentes renovables.

(Cambio Climtico 2007 Informe de Sntesis OMM y PNUMA)



Mitigacin - Opciones


Suministro de Energa Mejora de suministro y eficacia de distribucin. Transporte Vehculos de mayor aprovechamiento de combustible, hbridos, mas eficientes. Edificios Iluminacin eficiente, aparatos elctricos Energy star, sensores inteligentes, LEED. Industria Eficiencia: recuperacin de calor y de energa, reciclado de materiales, control de emisiones de gases. Agricultura Mejora de gestin de tierras de cultivo, mejora de tcnicas. Desechos Recuperacin de CH4 en vertederos, incineracin de desechos con recuperacin de energa, reciclado de desechos.

(Cambio Climtico 2007 Informe de Sntesis OMM y PNUMA)

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Tareas acadmicas - Calendario Tarea acadmica fuera de clase

Tarea acadmica dentro de clase Sem. Da Inicio de tarea acadmica Fin/Entrega de tarea acadmica

1 19.8. Lectura 1, Seleccin de Equipos

2 26.8. Tarea 1, Seleccin de Tema del Trabajo semestral Seleccin de Equipos Actividad Cooperativa 1

3 2.9. Lectura 1 Control de lectura 1

4 9.9. Tarea 2, Reporte y Poster de trabajo semestral

Tarea 1

5 16.9. Lectura 2 Seleccin de tema de trabajo semestral

Actividad Cooperativa de trabajo semestral 1

6 23.9. Tarea 3 Tarea 2 Actividad Cooperativa 2

7 30.9. Lectura 2 Control de lectura 2 9 17.10. Examen parcial, 8:00 - 11:00 am

10 21.10. Tarea 3 Actividad Cooperativa de trabajo semestral 2

11 28.10. Lectura 3 Actividad Cooperativa 3

12 4.11. Tarea 4 13 11.11. Lectura 3 Control de lectura 3

14 18.11. Tarea 4, Sesin de psteres (Nov. 21) Actividad Cooperativa 4 15 25.11 Entrega de reporte trabajo semestral

16 5.12. Examen final, 8:00 - 11:00 am

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