evaluación del impacto de las emisiones de la termoeléctrica de
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INSTITUTO NACIONAL DE ECOLOGIA DIRECCION DE INVESTIGACIÓN SOBRE LA CALIDAD DEL AIRE
Evaluación del impacto de las emisiones de la termoeléctrica de Tuxpan en la calidad del aire de la región, usando el sistema de modelado de dispersión
CALMET-CALPUFF
Informe final
Dirección General de Investigación sobre la Contaminación Urbana, Regional y Global
Diciembre, 2003
2
Evaluación del impacto de las emisiones de la termoeléctrica de Tuxpan en la calidad del aire de la región, usando el sistema de
modelado de dispersión CALMET-CALPUFF
Proyecto INE
Dirección de Investigación sobre Calidad del aire
PARTICIPANTES
Instituto Nacional de Ecología Responsabilidad
Dr. Adrían Fernández Bremauntz Coordinación del proyecto
Dra. Leonora Rojas Bracho Revisión y directriz del informe
M.C. Verónica Garibay Integración de la información, inventario de emisiones y elaboración del reporte final
Ing. María Tania López Villegas Modelación de la dispersión de contaminantes, análisis de resultados y elaboración del reporte final
Act. Guadalupe Tzintzun Cervantes Procesamiento y aplicación de herramientas estadísticas a los datos meteorológicos
M.C. Miriam Zuk Estimación de los efectos en salud y valuación económica
Biol. Rodolfo Iniestra Gómez Modelación de la meteorología de la región y ejecución del modelo SCREEN.
M.I. Israel Laguna Monroy Estimación económica de los esquemas de control
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Entidades Participantes
Dirección de Investigación sobre Cambio Climático INE
Dirección de Reordenamiento Ecológico y Conservación de los Ecosistemas INE
Servicio Meteorológico Nacional CNA Dirección General de la Calidad del Aire SEMARNAT
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RESUMEN EJECUTIVO 7
ANTECEDENTES 10
EL SECTOR ELÉCTRICO MEXICANO 10
EVOLUCIÓN DE LA CAPACIDAD INSTALADA 11
USO DE COMBUSTIBLES PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN MÉXICO 12
EMISIONES DEL SECTOR ELÉCTRICO MEXICANO 13
LA PLANTA TERMOELÉCTRICA ADOLFO LÓPEZ MATEOS 14
DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO 14
CLIMATOLOGÍA GENERAL DE LA ZONA DE ESTUDIO 16
IMPACTOS A LA SALUD CAUSADOS POR SO2 Y PM10 18
IMPACTOS SOBRE EL MEDIO AMBIENTE 21
OPCIONES PARA EL CONTROL DE EMISIONES 22
EQUIPOS DE CONTROL DE EMISIONES DE ÓXIDOS DE AZUFRE 23
EQUIPOS DE CONTROL DE EMISIONES DE PARTÍCULAS FINAS 23
REDUCCIÓN DEL CONTENIDO DE AZUFRE EN EL COMBUSTIBLE 24
USO DE ADITIVOS 24
OBJETIVO DEL ESTUDIO 26
5
OBJETIVOS ESPECÍFICOS 26
METODOLOGÍA 27
CARACTERIZACIÓN DE EMISIONES DE LA TERMOELÉCTRICA DE TUXPAN 28
MODELACIÓN DE LA DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES 29
DIAGNÓSTICO PRELIMINAR CON EL MODELO SCREEN 29
SELECCIÓN DEL PERÍODO DE SIMULACIÓN 30
SELECCIÓN DEL DOMINIO DE SIMULACIÓN 30
APLICACIÓN DEL SISTEMA CALMET-CALPUFF 33
ESCENARIOS DE CONTROL 35
MODELACIÓN DE LOS IMPACTOS EN SALUD 36
CONCENTRACIÓN ANUAL PONDERADA POR LA POBLACIÓN 36
EVALUACIÓN DE LOS IMPACTOS EN SALUD 36
VALUACIÓN DE IMPACTOS EN SALUD 39
ESTIMACIÓN DEL COSTO DE LAS MEDIDAS DE CONTROL DE EMISIONES 41
RESULTADOS 44
RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN DE LA DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES 44
RESULTADOS DE LA APLICACIÓN DE MODELO SIMPLIFICADO SCREEN 44
RESULTADOS DE LA SELECCIÓN DE PERIODO DE MODELACIÓN 46
BIÓXIDO DE AZUFRE (SO2) 52
PARTÍCULAS PRIMARIAS (PM10) 59
6
PARTÍCULAS SECUNDARIAS, SULFATOS (SO4=), NITRATOS (NO3�), ÁCIDO NÍTRICO (HNO3) 63
RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN DE ESCENARIOS DE CONTROL 68
RESULTADOS DE LA ESTIMACIÓN Y VALUACIÓN DE IMPACTOS EN SALUD 72
VALUACIÓN DE LOS IMPACTOS EN SALUD 72
ESTIMACIÓN DE LOS COSTOS DE MEDIDAS DE CONTROL DE EMISIONES 74
DISCUSIÓN 76
DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES 76
ESTIMACIÓN Y VALUACIÓN DE IMPACTOS EN SALUD 78
LIMITACIONES 79
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 81
AGRADECIMIENTOS 83
BIBLIOGRAFIA 84
ANEXOS 89
ANEXO I. DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS DE CONTROL PARA SO2 Y PARTÍCULAS 89
EQUIPOS DE CONTROL DE EMISIONES DE PARTÍCULAS FINAS 90
ANEXO II. METODOLOGÍA EMPLEADA EN LOS TRABAJOS DE LEVI 91
ANEXO III. CUADROS DETALLADOS DE LA CONCENTRACIÓN OBTENIDA EN LA MODELACIÓN 93
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RESUMEN EJECUTIVO
Actualmente, la relación entre la generación de energía y sus impactos sobre el medio ambiente es motivo de estudio en todo el mundo, por su relación con la calidad del aire local, regional y global, así como por sus implicaciones estratégicas en el desarrollo de los países.
A marzo del 2003, la capacidad efectiva instalada en México era de 40,534 MW en todo el país, produciéndose el 64.83% por las termoeléctricas que consumen hidrocarburos. De acuerdo al último inventario de emisiones de gases de efecto invernadero en México (INE, 2000), el 32% del CO2 equivalente corresponde a procesos de combustión. Además, conforme a la tendencia de las emisiones nacionales presentadas por la Secretaría de Energía, el sector eléctrico aporta aproximadamente el 68% de las emisiones de SO2, el 24% de las emisiones de partículas primarias y el 20% de las emisiones de NOx (SENER, 2001).
Estas cifras dan una idea de la magnitud de las emisiones del sector eléctrico en el territorio mexicano, sin embargo, la falta estimaciones de los impactos en la salud y en el ambiente, a nivel local, regional y global, contribuye a soslayar argumentos que pueden servir para la definición de nuevos límites de emisión, así como para el establecimiento de nuevos compromisos a corto y largo plazo en materia de políticas regulatorias nacionales e internacionales, que beneficien el estado actual de la salud de la población y de nuestro entorno.
Los contaminantes provenientes de las plantas generadoras de energía en México, son un riesgo potencial a la salud de la población, debido a la liberación de gases de desecho producto del enorme consumo de hidrocarburos pesados con alto contenido de azufre. Es por ello que en este estudio se modeló las dispersión y el trasporte de las emisiones de una de las plantas de mayor capacidad instalada, ubicada en la línea costera del municipio de Tuxpan en el estado de Veracruz. Esta planta consume anualmente alrededor de 3.7 millones de m3 de combustóleo y libera a la atmósfera 257,000 ton/año de SO2, 22,000 ton/año de NOx y 17,000 ton/año de PM101.
La región que se modeló fue un área cuadrada de 120 km X 120 Km, determinada por un radio de influencia de 30km de las emisiones de la termoeléctrica Se estimó el promedio de la concentración anual de los
1 Las estimaciones de las emisiones se obtuvieron de la Subsecretaría de Gestión para la Protección Ambiental, SEMARNAT, para el año 2000.
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contaminantes SO2, partículas primarias (PM10) y partículas secundarias (SO4, NO3 y HNO3), en los siete poblados de mayor tamaño (mayores de 10 mil habitantes) dentro de la región modelada.
Los tres periodos representativos del año 2001 fueron seleccionados a través de la aplicación del análisis cluster de la información meteorológica disponible en la región de estudio y representaron el 98% de las condiciones meteorológicas de dicho año. Se usó el modelo meteorológico de pronóstico CALMET, que reproduce los campos de viento y parámetros termodinámicos en el dominio; para mejorar la estructura de los vientos en la vertical se usó el modelo meteorológico de pronóstico MM52. Para la cálculo de la dispersión se utilizó el modelo CALPUFF (Levy, et al., 2002) (Levy y Spengler, 2001).
Las zonas sur, oeste y noroeste y el receptor Tuxpan resultaron con las concentraciones promedio más elevadas de los contaminantes modelados. La concentración anual promedio en el dominio de estudio para SO2 fue de 3.39 µg/m3, para las partículas menores a 10 micras resultó de 0.26 µg/m3, y en cuanto a las partículas secundarias se obtuvo un valor de 0.58 µg/m3.
En este estudio se cuantificaron los efectos potenciales para la salud, usando las concentraciones agregadas de las partículas primarias y secundarias para cada celda de la malla de modelación. Se utilizaron funciones de concentración-respuesta para cada uno de los indicadores de efectos para la salud y se obtuvo de este análisis que las concentraciones modeladas se asociarían con siete casos anuales de mortalidad por exposición aguda, 17 casos anuales de mortalidad por exposición crónica, 127 casos de bronquitis aguda, 23 visitas a urgencias por causas respiratorias, una visita a urgencias por asma, 3800 días de actividad restringida, 37, 000 días de actividad restringidas menores y dos admisiones hospitalarias por causas respiratorias.
Aplicando el método de valoración contingente (Disponibilidad a pagar) de un estudio realizado en la ciudad de México, se obtuvo un valor monetario anual, de 33 millones de dólares, con un intervalo de confianza del 90% entre 8 y 72 millones de dólares. La incertidumbre está relacionada con la variabilidad del coeficiente de concentración-respuesta y del parámetro de disponibilidad a pagar.
Con fines de comparación se consideraron diferentes tecnologías de control de emisiones de SO2 y PM10, así como la estimación de una mezcla combustóleo-diesel para garantizar un menor contenido de azufre (2%) y el uso de aditivos para los procesos de combustión. La opción más económica es agregar aditivos al combustible, con un costo aproximado de 15 millones de dólares al año, y reducciones del 6% en SOX y 20 % en partículas (PM10). Por otro lado, el lavador usando lechada de cal, resultó ser eficiente en la reducción de SOX y de PM10,
2 Mesoscale Model versión 5.0
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pues se esperaría una reducción de 92% y 75% respectivamente; sin embargo, se requiere un capital inicial aproximado a 700 millones de dólares y 19 millones de dólares anuales por concepto de operación del equipo. Los datos comparativos que obtuvimos en esta etapa, se usarán posteriormente para completar un análisis costo-beneficio más detallado, que permitirá seleccionar la opción de control más costo-efectiva.
La metodología aplicada en el presente estudio permite la evaluación de los impactos en salud de las emisiones provenientes de termoeléctricas, pudiendo ser aplicada a otras y así proporcionar información para incluir en el análisis ambiental para la toma de decisiones y una gestión transparente.
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ANTECEDENTES
Actualmente, la relación entre la generación de energía y sus impactos sobre el medio ambiente es motivo de estudio en todo el mundo, por su relación con aspectos ambientales de índole local como la calidad del aire, y de naturaleza global, como el cambio climático, así como sus implicaciones estratégicas en el desarrollo de los países.
El sector eléctrico mexicano
En nuestro país, a finales de marzo de 2003, el Sistema Eléctrico Nacional (SEN) contaba con una capacidad efectiva instalada de generación3 de 40,354 MW, de los cuales 36,859 MW corresponden a la Comisión Federal de Electricidad y a la Compañía de Luz y Fuerza del Centro y 3495 MW a Productores Independientes de Energía. Para fines de operación y planeación, el SEN se divide en nueve áreas: Noroeste, Norte, Noreste, Occidental, Central, Oriental, Peninsular, Baja California y Baja California Sur. Con excepción de la Noroeste, Baja California y Baja California Sur, todas las demás forman el Sistema Interconectado Nacional. Se espera que en el 2004 se incorpore el área Noroeste al Sistema Interconectado. (SENER, 2002b).
3 Se refiere a la máxima carga que un sistema de generación puede alimentar bajo condiciones establecidas, por un período de tiempo dado.
Figura 1. Capacidad de generación de energía eléctrica en México (Megawatts)
05,000
10,00015,00020,00025,00030,000
Term
oeléc
trica
s
Hidr
oeléc
trica
s
Carb
oeléc
trica
s
Nucle
oeléc
trica
Geo
term
oeléc
trica
s
Eoloe
léctri
ca
11
De acuerdo a datos de la CFE, la capacidad de generación de energía eléctrica está constituida principalmente por centrales termoeléctricas e hidroeléctricas. A marzo del 2003 la capacidad total de generación de energía eléctrica estaba constituida de la siguiente manera: 65% centrales termoeléctricas convencionales que consumen hidrocarburos, 23.2 % centrales hidroeléctricas, 6.4 % centrales carboeléctricas, 3.3 % la central núcleo eléctrica de Laguna Verde, 2.1 % centrales geotérmicas y eólicas (Gráfica 1).
Evolución de la capacidad instalada
El crecimiento de la capacidad instalada a lo largo de los últimos 10 años se observa en la siguiente gráfica (SENER, 2002):
Figura 2. Capacidad instalada en el período 1989-2001
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
Año
Capa
cidad
Inst
alada
(MW
) Termoeléctrica
Energía eólica
Geotermoeléctrica
Hidroeléctrica
Nucleoeléctrica
Carboeléctrica
Cabe notar que, durante la segunda mitad de este período, el crecimiento en la capacidad instalada fue significativamente menor que durante la primera mitad, llegando casi a un estancamiento durante los últimos años, como puede observarse en el siguiente cuadro.
Cuadro 1. Crecimiento en la capacidad instalada en el período 1990 - 2001
Período Crecimiento Carbo-eléctrica Nuclear Hidro-
eléctrica Geotermia Energía eólica
Termo-eléctrica TOTAL
1990-1995 MW 1050 634 1524 53 2 4475 7738
1995-2001 MW 350 56 290 85 0 3245 4026
Fuente: (SENER, 2002)
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Para finales de 2003 se espera que la capacidad instalada nacional aumente en 3,939 MW como resultado de la construcción y puesta en marcha de diez nuevas centrales de generación en los estados de Veracruz, Campeche, Sonora, Michoacán, Baja California, Chihuahua, Tamaulipas, Querétaro y Puebla (Reforma, 2003).
Uso de combustibles para la generación de energía eléctrica en México
En el 2000 se generaron más de 192,000 GWh, de los cuales el 58% se produjo a través de la combustión de hidrocarburos, el 21% por hidroelectricidad, el 12% por carbón, el 5% por energía nuclear y el 4% por energía geotérmica y eólica. Las centrales termoeléctricas convencionales utilizan combustóleo y gas natural. El combustóleo se utiliza en centrales que se encuentran principalmente en los puertos o en la proximidad de las refinerías de Petróleos Mexicanos. El gas natural se utiliza en las Zonas Metropolitanas del Valle de México y Monterrey, así como en las centrales de ciclo combinado.
Por otro lado, en lo que respecta a las hidroeléctricas, el mayor aprovechamiento hidráulico se encuentra en el río Grijalva, en el sureste del país, en las centrales Belisario Domínguez (Angostura), M. Moreno Torres (Chicoasén), Malpaso y A. Albino Corzo (Peñitas). Las centrales carboléctricas se encuentran en el estado de Coahuila: la central J. L. Portillo (Río Escondido) cuenta con una capacidad de 1,200 MW y la de Carbón II, con 1,400 MW. El único proyecto dual del sistema eléctrico nacional es la central �Presidente Plutarco Elías Calles� (Petacalco) con 2,100 MW, localizada en el estado de Guerrero. La más grande central de energía geotérmica es Cerro Prieto, con 86% de la capacidad de generación geotérmica del país (620 MW), localizada en las cercanías de Mexicali, Baja California, mientras que el 14% restante corresponde a las centrales de Los Azufres, Michoacán y Los Humeros, Puebla. La central nucleoeléctrica de Laguna Verde se encuentra en el municipio de Alto Lucero, Veracruz, con dos unidades de 1,365 MW cada una, que entraron en operación en 1990 y 1995, respectivamente. Las centrales turbogas y los motores de combustión interna se utilizan como fuentes de energía eléctrica en horas pico o para suministrar electricidad en regiones aisladas y utilizan como combustible principal el diesel (Secretaría de Energía, 2002b).
El consumo de combustibles se ha incrementado conforme aumenta la capacidad instalada. El Cuadro 2 muestra el incremento en el consumo de los diferentes energéticos utilizados en la producción de energía eléctrica en nuestro país.
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Cuadro 2. Crecimiento en el consumo de energéticos para la producción de energía eléctrica en el período 1988-2001
Diesel Combustóleo Gas natural Carbón Uranio TOTAL
PJ 11.02 280.523 297.717 149.84 92.754 835.81
% 144% 44% 278% 194% 2357% 101%4
Fuente: (SENER, 2002)
Como cualquier otra actividad de aprovechamiento, el consumo de energéticos tiene impactos sobre el medio ambiente. Para los propósitos de este reporte, son de interés particular las emisiones a la atmósfera por la combustión de derivados del petróleo, principalmente el bióxido de azufre (SO2) y las partículas suspendidas con diámetros aerodinámicos menores a 10 micrómetros (PM10), incluyendo partículas secundarias como los sulfatos.
Emisiones del sector eléctrico mexicano
En México, la generación de electricidad produjo el 57% de las emisiones totales de SO2 durante el año 2001, alcanzando 1.7 millones de toneladas (figura 1). En lo que respecta a NOx, las emisiones de este sector ascendieron a 297 mil toneladas y las de SO2 fueron de 1.7 millones de toneladas en el 2001 (SENER y SEMARNAT, 2003), lo que equivale aproximadamente a 17 kg de SO2 y 2.8 kg de NOx por habitante, 870 kg de SO2 y 140 kg NOx por kilómetro cuadrado (Secretaría de Energía, 2002a).
4 Petajoules (1x1015 Joules)
Figura 3. Emisiones totales de SO2 en México, 2000. (Secretaría de Energía, 2002a)
PEMEX14%
Metalurgia1%Industria
19%Quema de Gas
8%
Transporte1%
Electricidad57%
14
La planta termoeléctrica Adolfo López Mateos
Este complejo termoeléctrico de la Comisión Federal de Electricidad, se ubica en la Ciudad de Tuxpan, Veracruz, a seis kilómetros al norte de la desembocadura del Río Tuxpan. Sus coordenadas geográficas son 21° 01� 00.1�� Latitud Norte y 97° 19� 41.3�� Longitud Oeste. La planta termoeléctrica Adolfo López Mateos es la de mayor capacidad en su tipo en el país y cuenta con 6 unidades generadoras de vapor con una capacidad instalada total de 2,100 MW que durante el año 2000 produjeron alrededor de 15,000 GWh y consumieron más de 3.7 millones de metros cúbicos de combustóleo (SENER, 2001). En la figura 4 se observa la producción de energía eléctrica de este complejo en el período de 1997-2001.
(SENER, 1998, 1999, 2000, 2001 y 2002b)
Descripción de la zona de estudio
En términos de población, las zonas urbanas más importantes localizadas en el perímetro de mayor impacto de la termoeléctrica son Tuxpan, Cazones, Naranjos, Poza Rica, Cerro Azul, Álamo y Tamiahua, su población total suma 483,651 habitantes. Los tipos de vegetación predominante en el área de estudio son selva mediana subperennifolia (secundaria), selva baja inundable (secundaria), pastizal cultivado y/o inducido y vegetación acuática (CIBNSC, et al. 1999).
En la región existen grandes extensiones de pastizales inducidos y cultivados, destacando por su importancia las siguientes especies: Axonophus fissifolius, Chamaecrista nictitans, Mimosa pudica (dormilón), Paspalum
conjugatum, Panicum sp., Blechum brownei, Desmodium triflorum, Sida rhombifolia, Sporolobus indicus, Euphorbia hypericifolia, Cynodon plectostachyus (Zacate estrella), Echinochloa pyramidalis, entre otras.
Figura 4. Producción de energía eléctrica de la planta Adolfo López Mateos
14,026 14,371 14,599 14,63815,190
0
4,000
8,000
12,000
16,000
1997 1998 1999 2000 2001
Pro
du
cció
n (
GW
15
Termoeléctrica
A.L.M.
En la zona de estudio, sobresalen algunas especies por su valor económico, principalmente maderable. Cabe destacar que el aprovechamiento de las especies maderables es esporádico, en pequeña escala y solamente para uso local (Pennington y Sarukhán, 1998); entre ellas destacan: cedro (Cedrella odarata), caoba (Swietenia
macrophylla King), encino (Quercus
oleoides), piocha (Melia azederach), uvero
(Coccoloba barbadensis), varios géneros de mangle (Conocarpus erectus, Rhizophora
mangle, Laguncularia racemosa (L.) Gaertn), Chicozapote (Manilkara Zapota), Sauce (Salix chilensis), Álamo (Platanus mexicana), Ceiba (Ceiba pentrada (L.) Gaertn), Pucté (Bucida buceras L.), Hormiguillo (Cecropia obtusifolia Bertol), Jobo (Spondias mombim L.), Chaca (Bursera simaruba), Anona (Rollinia
rensoniana Triana & Planchon), Zapote reventón (Pachiria aquatica), Palma apachite (Sabal mexicana Mart.), Espino ó Huizache (Acacia farnesiana (L.) Willd)
De entre los cultivos de importancia económica en la zona sobresalen los cítricos, maíz, fríjol y chile verde, principalmente (SEFIPLAN, 2002).
Es de interés especial también la existencia de otros ecosistemas, como la Laguna de Tampamachoco ubicada aproximadamente a 2 km de la termoeléctrica y a 11.2 kilómetros al este de la Ciudad y Puerto de Tuxpan, Veracruz. Está limitada al norte con la laguna de Tamiahua y la Sierra Otontepec; al sur con el Río Tuxpan o Pantepec y por la Sierra de Papantla; al oriente con el Golfo de México y al poniente con el Municipio de Puerto de Tuxpan, Veracruz y parte de la Sierra Madre Oriental (CICATA � IPN, 2001). La laguna es de forma alargada y paralela a la línea de costa, con longitud de 10.6 km y anchura máxima de 2.7 km; tiene una extensión de 1,500 ha. y una profundidad promedio de 1.50 m (Reguero y García-Cubas, 1991). Es una laguna de características marinas con influencia de agua dulce proveniente del Río Tuxpan.
La laguna de Tampamachoco, junto con las lagunas de Tamiahua y Pueblo Viejo, son consideradas de gran importancia ecológica y económica desde el punto de vista pesquero. La laguna de Tampamachoco, al estar en una zona de transición entre el mar y el continente, tiene una mezcla de agua dulce y agua marina, que la
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convierte en un ecosistema con una gran biodiversidad de peces, moluscos y crustáceos de alto valor comercial y natural.
Los Departamentos de Biología e Hidrobiología de la Universidad Autónoma Metropolitana (Unidad Iztapalapa) realizaron una investigación de identificación de los peces del sistema Tuxpan-Tampamachoco; que dio como resultado una lista de 179 especies de peces conocidas, destacando al sistema Tuxpan-Tampamachoco como uno de los ambientes más ricos en especies de peces de las costas del Atlántico de México (Pérez y Torres, 2000). Asimismo, el cultivo del ostión es de gran importancia en esta zona, debido a que las lagunas de Pueblo Viejo, Tamiahua y Tampamachoco aportan hasta un 90 por ciento de la producción nacional. (La Jornada, 2000).
Un estudio realizado a finales del año 2000 y principios del año 2001, por el Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada del Instituto Politécnico Nacional (CICATA-IPN), reveló la existencia de 31 bancos ostrícolas en la laguna de Tampamachoco y recolectó un total de 184 organismos acuáticos de importancia comercial, registrándose 10 especies con diferente nombre común.
Climatología general de la zona de estudio
El conocimiento de los fenómenos locales y/o regionales que afectan o determinan la meteorología de una región específica es de gran importancia en el proceso de selección tanto del período de simulación como de la extensión geográfica del área a modelar, pues ello permite identificar, a priori, las zonas de posible impacto de los contaminantes emitidos por una fuente o conjunto de fuentes de emisión.
A continuación se describen los fenómenos meteorológicos más importantes en la región del Golfo de México y que tienen impacto en la meteorología del municipio de Tuxpan, Veracruz.
Igualmente, se describen los patrones de viento en superficie identificados en Tuxpan en el 2001 a partir del análisis de la información meteorológica (Subgerencia de Monitoreo Atmosférico del Servicio Meteorológico Nacional).
Frentes fríos: En el invierno, el clima mexicano es afectado por ciclones de latitudes medias que generan frentes fríos. Algunos de estos sistemas logran alcanzar bajas latitudes convirtiéndose en �Nortes�, que afectan los estados de la vertiente del Golfo de México, la península de Yucatán y partes de Centroamérica y el Caribe (Schultz, et al. 1997). En la vertiente del Golfo de México, los nortes generan vientos de hasta 30 m/s, descensos de temperatura que van de 2 a 15 °C en 24 horas, nubosidad baja, y en ocasiones, precipitación (Magaña, et al. 1999). De acuerdo con datos históricos recopilados entre 1917 y 2000 en el Observatorio Meteorológico de
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Veracruz (CNA, 2002) los nortes pueden ocurrir en cualquier época del año, sin embargo, se ha observado que se presentan con mayor frecuencia entre septiembre y febrero (figura5).
Ciclones tropicales: La temporada de ciclones tropicales puede variar según las condiciones meteorológicas, sin embargo, existe un patrón general más o menos constante de tal manera que se puede establecer que en el Atlántico, Caribe y Golfo de México comienza el 1° de junio de cada año y se extiende hasta el 30 de noviembre. En el caso concreto de la temporada del 2001, se generaron 17 ciclones (CNA, 2003). Su distribución de ocurrencia a lo largo del año se puede apreciar en la figura 6. El impacto que tiene la ocurrencia de ciclones tropicales en el Atlántico sobre las lluvias registradas en Tuxpan lo podemos apreciar en la figura 5, donde se observa que en los meses con mayor actividad ciclónica del 2001 (agosto, septiembre y octubre), también se registró la mayor cantidad de lluvia.
0
10
20
30
40
50
Ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic
Mes
Porc
enta
je (%
)
Figura 5. Porcentaje de días con Nortes en Veracruz Datos históricos 1917 a 2000
0
100
200
300
400
500
600
Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic
Mes
Prec
ipita
ciòn
(mm
0
1
2
3
4
5
6
No.
de
cicl
ones
Precipitaciòn (mm)
Ciclones tropicales
Figura 6. Precipitación y ciclones tropicales 2001
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Brisa de tierra y de mar: Este fenómeno que tiene su origen en un calentamiento diferencial entre la superficie del mar y de la tierra, por efecto de la radiación solar es muy claro en la zona de Tuxpan, pues como se puede apreciar en la figura 7, en las primeras horas del día (de 1 a 6 de la mañana) el viento dominante tiene componente del oeste (de tierra a mar).
Entre las 7 y las 12 del día, cuando la tierra se empieza a calentar se registra una transición en la dirección del viento, de tal forma que empieza a aparecer el viento con componente del este (de mar a tierra), que se establece como viento dominante entre la 1 y las 6 de la tarde. Finalmente, entre las 7 de la tarde y las 11 de la noche, cuando la tierra se enfría nuevamente, vemos una transición en la dirección del viento, empezando a dominar aquel con componente este, aún cuando queda un remanente de viento del oeste.
Impactos a la salud causados por SO2 y PM10
Las emisiones de interés en el presente estudio son importantes en términos de sus efectos en la salud pública y en el medio ambiente. Las emisiones de SO2 y partículas suspendidas son las que presentan más preocupación en la salud humana de los contaminantes provenientes de la termoeléctrica. El SO2 puede causar daños temporales en la respiración en niños y adultos asmáticos que realicen actividades al aire libre. La exposición aguda de individuos asmáticos a niveles elevados de SO2 al realizar un ejercicio moderado puede causar que la
WIND ROS E PLOTSt at i on # - Tu xpan , Verac ru z. ( 2001 , 1 a 6 h rs)
NORT H
SOUTH
WEST EAST
6%
12%
18%
24%
30%
W ind Speed ( m/ s)
> 11.06
8. 49 - 11. 06
5. 40 - 8. 49
3. 34 - 5. 40
1. 80 - 3. 34
0. 51 - 1. 80
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1 a 6 hrs
Velocidad promedio = 4 m/s
WIND ROS E PLOTSt at i on # - Tu xpan , Verac ru z (20 01; 1 3 a 1 8 h r s)
NORT H
SOUTH
WEST EAST
6%
12%
18%
24%
30%
W ind Speed ( m/ s)
> 11.06
8. 49 - 11. 06
5. 40 - 8. 49
3. 34 - 5. 40
1. 80 - 3. 34
0. 51 - 1. 80
UNI Tm/ s
DI SPLAYWi nd Sp eed
CALM W INDS3. 41%
MO DELER
DATE6/ 11/ 02
COM PANY NAME
I nst it u to N aci ona l de E col ogí a
COM MENTS
WR P L O T V ie w 3 .5 by L a k es E n v ir on m e n ta l So f tw a re - w w w .l a ke s -e n vi ro n m en t al .c o m
PLOT YEAR- DATE- TIM E200 1 2 001 200 1 2 001 200 1 2 001 200 1 2 001 200 1 2 001 200 1 2 001 1 - 31D i c E ne 1 PM - 6 P M
AVG. WIN D SP EED5. 85 m /s
ORI ENTATI OND ir ect i on( bl ow in g fr o m)
PRO JEC T/PLOT NO.
13 a 18 hrs
Velocidad promedio = 6 m/s
WIND ROSE PLOTSt at i on # - Tu xpan , V eracr u z. ( 2001; 19 a 23 hr s)
NO RTH
SO UTH
WE ST EAS T
6%
12%
18%
24%
30%
Wind Speed (m/ s)
> 11.06
8.49 - 11. 06
5.40 - 8. 49
3.34 - 5. 40
1.80 - 3. 34
0.51 - 1. 80
UN ITm/ s
DI SPLAYWi nd S peed
CA LM W IND S24 .39 %
M ODELER
DA TE6/ 11/ 02
CO MPANY NAM E
I nst i tu to N aci on al de E col ogí a
CO MMEN TS
WR P L O T V ie w 3 .5 by L a k es E n v iro n m e n ta l S o ft w a re - w w w .l ak e s- e nv ir o nm e n ta l. co m
PLO T YEAR- DATE- TIM E20 01 2001 20 01 2001 200 1 2 001 20 01 2001 20 01 2001 200 1 2 001 1 - 31 Di c Ene 7 P M - 1 1 P M
AVG . WI ND SPEED4. 24 m / s
O RIENTA TIOND ir ec ti on( bl ow i ng f ro m )
PR OJECT/PLO T NO .
19 a 23 hrs
Velocidad promedio = 4 m/s
WIND ROSE PLOTSt at i on # - Tu xpan , V eracr u z ( 200 1; 7 a 12 hrs)
NO RTH
SO UTH
WE ST EAS T
6%
12%
18%
24%
30%W ind Speed (m/ s)
> 11.06
8.49 - 11. 06
5.40 - 8. 49
3.34 - 5. 40
1.80 - 3. 34
0.51 - 1. 80
UN ITm/ s
DI SPLAYWi nd S peed
CA LM W IND S9. 89%
M ODELER
DA TE6/ 11/ 02
CO MPANY NAM E
I nst i tu to N aci on al de E col ogí a
CO MMEN TS
WR P L O T V ie w 3 .5 by L a k es E n v iro n m e n ta l S o ft w a re - w w w .l ak e s- e nv ir o nm e n ta l. co m
PLO T YEAR- DATE- TIM E20 01 2001 20 01 2001 200 1 2 001 20 01 2001 20 01 2001 200 1 2 001 1 - 31 Di c Ene 7 A M - Noo n
AVG . WI ND SPEED4. 81 m / s
O RIENTA TIOND ir ec ti on( bl ow i ng f ro m )
PR OJECT/PLO T NO .
7 a12 hrs
Velocidad promedio = 5 m/s
Figura 7. Variación diurna de la dirección del viento en Tuxpan, Veracruz (2001)
19
función pulmonar se reduzca, lo que puede acompañarse de síntomas como estornudos, opresión en el pecho y falta de aire (Molina, 2002). Otros efectos que se han asociado con exposiciones crónicas de SO2 aunadas a niveles elevados de partículas en el ambiente, incluyen enfermedades respiratorias, alteraciones en las defensas pulmonares, y agravación de enfermedades cardiovasculares preexistentes. En un estudio reciente, se reanalizaron los estudios de cohorte de Pope et al (1995) y Dockery et al. (1993) y encontraron que la exposición a SO2 está relacionada con la muerte prematura (Krewski et al., 2000). Los subgrupos poblacionales más vulnerables bajo estas condiciones incluyen a los individuos con padecimientos cardiovasculares o enfermedades pulmonares crónicas, así como niños y adultos mayores.
Asimismo, las partículas suspendidas, que son catalogadas como primarias (emitidas de la fuente) y secundarias (generadas en la atmósfera), causan una amplia variedad de impactos en salud. Muchos estudios científicos han relacionado la exposición a PM10 con una serie de problemas significativos de salud, que incluyen: agravación de asma, aumento en los síntomas respiratorios como tos y respiración difícil o dolorosa, bronquitis crónica, y hasta reducción de la función pulmonar. (EPA, 1997). Existe mucha evidencia sobre la relación entre la exposición a PM y mortalidad prematura. Estudios de corto plazo han mostrado que hay aproximadamente un incremento de
1% en el riesgo de mortalidad por exposición a un incremento de 10µg/m3 en la concentración de PM10 (Samet et
al., 2000). Los estudios de México confirman este efecto en este país (Borja-Aburto et al., 1998; Loomis et al., 1999; y Castillejos et al., 2000). Estudios de largo plazo han mostrado un riesgo más elevado de mortalidad
prematura, entre 4% a 8% incremento en el riesgo de mortalidad por exposición incremental a 10µg/m3 de PM10
(Dockery 1993, Pope 2002). Los grupos más sensibles que pueden presentar mayor riesgo son los adultos mayores, los individuos con enfermedades cardiopulmonares y los niños. En el cuadro 3 se presentan los efectos más relevantes relacionados con estos contaminantes.
Cuadro 3. Contaminantes generados por termoeléctricas y sus impactos a la salud humana
Contaminante Efectos
Partículas Suspendidas (PM)
Agravación de asma; aumento en los síntomas respiratorios como tos, bronquitis crónica, hasta reducción de la función pulmonar; agravación de enfermedades cardiovasculares preexistentes; mortalidad prematura.
Bióxido de Azufre (SO2)
Reducción de la función pulmonar; agravación de asma; enfermedades respiratorias; alteraciones en las defensas pulmonares; y agravación de enfermedades cardiovasculares preexistentes
20
Se tiene la hipótesis de que ciertos componentes de las partículas ambientales son más tóxicos y causan efectos adversos a la salud con mayor probabilidad que otros. Los componentes más importantes de las partículas son metales, compuestos orgánicos, material de origen biológico, iones, gases reactivos y la parte central de la partícula que frecuentemente está formada de carbono elemental puro.
Además del SO2 y de las partículas PM10 primarias, en este trabajo se incluyó el análisis de los iones sulfatos y nitratos, que forman en la atmósfera sulfato de amonio ((NH3)2SO4) y nitrato de amonio (NH3NO3), y adicionalmente el ácido nítrico HNO3.
En el cuadro 4 se presentan los principales componentes de las partículas y sus correspondientes efectos biológicos.
Cuadro 4. Compuestos químicos de las partículas y sus efectos biológicos
Compuestos Componentes principales Efectos biológicos descritos
Metales Hierro, vanadio, níquel, cobre, platino y otros Pueden provocar inflamación, causar daño al ADN, y alterar la permeabilidad de la célula por inducción de especies reactivas de oxígeno (en particular los radicales libres de hidroxilo) en los tejidos.
Compuestos orgánicos
Muchos de ellos se encuentran adsorbidos sobre las partículas; algunas especies orgánicas volátiles o semivolátiles pueden formar partículas por sí solas.
Algunos pueden causar mutaciones o cáncer; otros pueden actuar como irritantes e inducir reacciones alérgicas.
De origen biológico
Virus, bacterias y sus endotoxinas (lipopolisacáridos), residuos de animales y plantas (como fragmentos de polen) y esporas de hongos
El polen de las plantas puede provocar respuestas alérgicas en las vías respiratorias de individuos sensibles; los virus y las bacterias pueden provocar respuestas inmunológicas de defensa en las vías respiratorias.
Iones Sulfatos (generalmente sulfato de amonio), nitratos (generalmente nitrato de amonio o de sodio) y acidez (H+)
El ácido sulfúrico en concentraciones relativamente altas puede impedir la eliminación mucociliar y aumentar la resistencia de las vías respiratorias en los individuos con asma; la acidez puede cambiar la solubilidad (y disponibilidad) de metales y otros compuestos adsorbidos sobre las partículas.
21
Compuestos Componentes principales Efectos biológicos descritos
Gases reactivos Ozono, peróxidos, aldehídos Pueden adsorberse sobre las partículas y ser transportados hacia las vías respiratorias bajas, causando daños.
Parte central de la partícula
Material carbonáceo El carbono induce irritación de los pulmones, proliferación de las células y fibrosis por exposición prolongada.
Fuente: (HEI, 2002)
Impactos sobre el medio ambiente
La exposición crónica a contaminantes tales como el ozono (O3) y el bióxido de azufre (SO2), puede retrasar el comienzo del desarrollo primaveral de los árboles, dando como consecuencia un proceso de senectud prematura y de defoliación durante el otoño. Estos procesos conllevan a un desarrollo anual reducido y finalmente la pérdida del vigor de los árboles y su declinación. En las coníferas dicho impacto es precedido por una falta de retención de las acículas5 más viejas de los árboles en condiciones críticas (Krupa, 1999).
Los síntomas de daño forestal por contaminación atmosférica son muy diversos. En Norteamérica, especialmente en las coníferas, uno de los síntomas foliares visibles más importantes es una clorosis6 acompañada de la pérdida de las acículas, que se observa más frecuentemente en las ramas más viejas y en las acículas de mayor edad; por el contrario, en Alemania Occidental, la pérdida de acículas no está acompañada por la clorosis pronunciada o por síntomas de deficiencias nutrimentales. Los síntomas en ambas regiones del mundo se deben principalmente a las altas concentraciones de ozono (O3). En cambio, en las especies forestales latifoliadas7 e inclusive en la mayoría de los cultivos agrícolas de todo el mundo, los síntomas mas indicativos del daño por SO2
son una necrosis8 intervenal.
El daño a los ecosistemas forestales por el SO2 y otros contaminantes primarios se ha observado en varias regiones del mundo. Los peores casos de daño forestal a escala mundial se han presentado en algunas regiones subalpinas de Polonia, Checoslovaquia y en el este de Alemania e Inglaterra. Este tipo de daño ha sido asociado con la clásica declinación de los bosques. Por ejemplo, en Norteamérica (Canadá, EE. UU., y México) se acepta
5 Hojas, largas y muy delgadas, puntiagudas, como las de los pinos, cedros, y otras especies 6 Pérdida de clorofila o amarillamiento de una hoja 7 Plantas de hoja ancha (p. ej. encino) 8 Muerte del tejido foliar, el cual generalmente, se vuelve café, café obscuro, rojo o negro
22
en términos generales que el O3 causa daños más severos a las plantas que el peroxiacetil-nitrato (PAN) y los óxidos de nitrógeno (NOx) (Hernández y Bauer, 1986, 1989).
La generación de energía eléctrica a través del uso de combustibles fósiles emite más SO2 que otros procesos industriales combinados (fundidoras, acereras y refinación de petróleo). De igual manera este proceso genera emisiones de NOx. Juntos el SO2 y NOx son los mayores precursores de la deposición ácida (lluvia ácida), que se asocia con la acidificación de suelos, lagos y arroyos. El SO2 también es el principal precursor del PM2.5 el cual es importante por sus efectos nocivos para la salud. Por otro lado el NO2 interactúa fotoquímicamente para generar ozono y peroxiacetil nitrato, ambos caracterizados por sus efectos nocivos a la vegetación (Skelly, et al., 1991; Malhotra and Blaeul, 1980).
El daño por bióxido de azufre a la vegetación normalmente se localiza en áreas cercanas a la fuente, dependiendo de la dirección del viento y la altura de las chimeneas, el daño puede observarse entre 8 y 16 km a la redonda, disminuyendo este gradualmente con la distancia.
Los daños ocasionados por este contaminante comienzan cuando las concentraciones se incrementan más haya de un nivel crítico, la fotosíntesis, respiración y otros procesos celulares fundamentales son deteriorados. Si la concentración y el tiempo de exposición se prolongan, el daño comienza a ser irreversible llegando a ocasionar la muerte del tejido. Se ha demostrado en estudios en invernadero que el crecimiento y el rendimiento se reducen inclusive antes que la planta presente síntomas visibles (Malhotra and Blaeul, 1980).
La deposición de grandes cantidades de SO2 en los suelos puede alterar las características químicas del mismo de tal manera que dañe indirectamente la vegetación que sobre él crece. El daño a las plantas o disminución del rendimiento es el resultado de: 1) acidificación química del suelo, 2) deficiencia nutrimental, debido principalmente la solubilidad y lixiviación de los nutrientes, 3) cambios en la microflora, debido a un incremento en la acidez y 4) liberación de elemento tóxicos, por ejemplo de Aluminio (Al) (Malhotra and Blaeul, 1980).
Dependiendo de la concentración y tiempo de exposición, el SO2 puede causar una variedad de síntomas visibles tanto sobre la vegetación forestal como cultivos. Estos síntomas se han clasificado como agudos, crónicos y transitorios.
Opciones para el Control de Emisiones
La mayoría de las emisiones de contaminantes a la atmósfera se pueden reducir utilizando una o más de las siguientes opciones:
• Instalación de equipos de tratamiento de los gases de escape.
23
• Modificación de los procedimientos de operación de las calderas, mediante la instalación y operación de dispositivos automáticos de control y monitores continuos que miden la composición de los gases en chimenea.
• Diseño e instalación de equipos de tratamiento de las materias primas de los procesos, para prevenir las emisiones al aire.
• Modificación de materias primas, en este caso los combustibles, por otros más limpios,.
• Modificación de las tecnologías de producción de energía eléctrica.
Siendo que la planta termoeléctrica en Tuxpan, Veracruz, se encuentra ya instalada y operando, para fines de este estudio se consideran únicamente como opciones la instalación de equipos de control de emisiones antes de su salida por la chimenea, el cambio de combustible y el uso de aditivos para mejorar la combustión. A continuación se describen estas opciones.
Equipos de control de emisiones de óxidos de azufre9
Los óxidos de azufre (S02, S03) son compuestos gaseosos muy solubles en agua (Perry y Cilton, 1992), llegándose a disolver hasta en un 98%. Sin embargo, para lograr niveles altos de remoción de estos gases, se requiere que tengan un contacto físico con el agua durante el tiempo suficiente para disolverse e integrarse dentro del líquido que efectúa la absorción. Para ello, se utilizan varios equipos de absorción, de los cuales se mencionan los más comunes a continuación:
! Lavadores en Regadera o Aspersión
! Lavadores de torre empacada o de plato:
! Lavadores con lechada de cal
En el anexo 1 se describen a detalle el funcionamiento de los equipos.
Equipos de control de emisiones de partículas finas
Las siguientes son opciones para el control de emisiones de partículas finas, antes de su descarga al ambiente:
! Precipitadores electrostáticos:
! Filtros de bolsas:
9 La información técnica de estos esquemas de control se profundizan en el ANEXO I
24
! Otros dispositivos de control: En el mercado existen otros dispositivos que logran la remoción de partículas finas, los cuales tienen desempeños pobres (por ejemplo, los ciclones que presentan eficiencias menores al 15 % para PM10 y PM2.5) o resultan muy costosos por lo que no se incluyen en este reporte
En el anexo 1 se describen a detalle el funcionamiento de los equipos.
Reducción del contenido de azufre en el combustible
El combustóleo pesado que se usa actualmente en la termoeléctrica, según datos de la Subsecretaría de Gestión de SEMARNAT, es la fuente más importante de óxidos de azufre y de partículas finas (emitidas como cenizas volantes). Su contenido de azufre es superior al 3.6 por ciento en peso, y el contenido de material no volátil (cenizas) oscila alrededor de 2.5 por ciento en peso. Para efectos de este estudio, se considera que, de utilizarse combustóleo de menor contenido de azufre, 2 por ciento como máximo, disminuiría la emisión de óxidos de azufre en un 45% logrando al mismo tiempo una reducción menor en la emisión de partículas finas. Este porcentaje se obtuvo considerando que todo el azufre en el combustóleo se transforma en SO2 después de la combustión, siendo directamente proporcionales las emisiones de SO2 y el contenido de azufre en el combustible (De Nevers, 1997).
Uso de aditivos
Los aditivos son productos químicos, orgánicos e inorgánicos, líquidos, sólidos, gaseosos, emulsionados o en suspensión, que se aplican a los combustibles y/o los gases productos de la combustión. Algunos aditivos ayudan a disminuir el carbono no quemado, lo que reduce la opacidad de la pluma de la chimenea. Estos productos se dosifican en la línea antes de los quemadores, y en una zona que permita su homogeneización, como lo es la succión de la bomba de combustible y se utilizan en una relación de aproximadamente 1 litro de aditivo por cada 4,500 litros de combustóleo (Carbono 14, 2003).
Existen también aditivos que actúan como neutralizantes en los gases de chimenea, y que poseen una alta reactividad con el SO3. Esta reactividad evita la formación de ácido sulfúrico, evitando la corrosión en las zonas de baja temperatura, reduciendo a su vez la corrosión en las zonas de baja temperatura. El punto de dosificación es antes de los economizadores o antes de los precalentadores de aire. Se utilizan en una relación aproximada de 1 litro por cada 1,500 litros hasta 5,000 litros dependiendo de las condiciones de operación (Carbono 14, 2003).
El uso de este tipo de productos puede alcanzar reducciones superiores a 70% de SO3 en los gases de chimenea y entre 15 y 30% de las partículas suspendidas totales. Adicionalmente, promueven una mejor
25
combustión, incrementando la eficiencia en las calderas entre 1 y 2% y reduciendo la opacidad de la pluma en al menos 10%. Sin embargo, el pH de la ceniza aumenta en por lo menos una unidad (Carbono 14, 2003).
En términos de costo, éste depende del tipo y mezcla que se utilice. Sin embargo, considerando las condiciones generales de la planta Adolfo López Mateos y el volumen de combustóleo que utiliza, se puede aproximar a 16 millones de dólares por año (Carbono 14, 2003).
26
OBJETIVO DEL ESTUDIO
El objetivo del presente estudio es evaluar los posibles efectos causados por las emisiones derivadas de la producción de energía eléctrica � en específico bióxido de azufre (SO2), partículas menores a 10 micras (PM10) y partículas secundarias (sulfatos, nitratos y ácido nítrico ) � en la planta termoeléctrica Adolfo López Mateos, en Tuxpan, Veracruz.
Tomando en cuenta los diferentes ecosistemas que interaccionan en la región de estudio, es de gran importancia evaluar los posibles efectos de las emisiones de contaminantes de la planta termoeléctrica de Tuxpan. Sin embargo, cabe mencionar que este trabajo sólo incluye el cálculo y la valuación económica de los efectos en la salud humana. Aunque se reconoce la posibilidad de un beneficio económico en relación a las especies marinas y maderables de la zona, esta cuantificación se pretende realizar en posteriores etapas.
Objetivos específicos
1. Desarrollar e implementar una metodología de cálculo para estimar la concentración anual de los contaminantes de interés.
2. Aplicar metodologías de cálculo para la evaluación de los efectos en la salud de la población.
3. Evaluar en términos económicos los efectos en salud de los habitantes de la región de estudio, derivados de la exposición de la población a las partículas primarias y secundarias.
4. Realizar una comparación entre diferentes tecnologías de control de emisiones, y sugerir la más viable.
Para lograr estos objetivos se utilizaron los datos de emisiones proporcionados por la Subsecretaría de Gestión de SEMARNAT, se utilizó el sistema CALMET/CALPUFF para modelar la dispersión de contaminantes y se realizó una estimación de los impactos en salud, así como una valuación económica de estos impactos y de las posibles medidas de control de emisiones para reducirlos.
En la siguiente sección, se describe la metodología que se llevó a cabo para obtener los resultados, análisis y conclusiones que se presentan en este trabajo.
27
METODOLOGÍA
La metodología utilizada en este estudio se basa principalmente en la descrita por Levy, Spengler, et al. (2001, 2002) en estudios publicados previamente, las etapas a detalle de estos estudios se describen en el anexo II. De manera esquemática se muestra, en le siguiente diagrama las tres etapas fundamentales de la metodología del presente estudio.
La primera etapa: caracterización de las emisiones de la termoeléctrica
Las emisiones anuales de bióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y PM10, para la tres chimenea de la plantea, se obtuvieron a partir de factores de emisión y consumos de combustible que se reportan en la cédula de operación anual (COA), estos estimados fueron proporcionados por la Dirección General de Gestión de Calidad del Aire y Registro de Contaminantes de la Subsecretaria de Gestión para la Protección Ambiental de SEMARNAT, en la sección posterior se presentan los datos usados para la modelación.
La segunda etapa: estimación de las concentraciones de los contaminantes de interés en la región de estudio
Como se presenta en el esquema, para alcanzar la segunda etapa se modelaron las emisiones de la termoeléctrica, usando como diagnóstico preliminar el modelo SCREEN, y posteriormente el sistema de modelado CALMET-CALPUFF (Earth Tech, Concord, MA), actualmente recomendado por la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos por su capacidad para incorporar campos de viento tridimensionales complejos y para estimar concentraciones de partículas primarias y secundarias. Dentro de la modelación de la dispersión existen una serie de pasos que por su complejidad, se describe a detalle en las siguientes secciones.
La tercera etapa: cuantificación de los efectos en salud y su valuación económica
Al igual que en la etapa anterior, la modelación de los efectos en salud se determinaron mediante el uso una metodología desarrollada en el INE para el proyecto Beneficios Locales y Globales del Control de la
Caracterización de las emisiones
Concentraciones de los contaminantes
Efectos en salud yvaluación económica
Modelación de la
dispersión
Modelación los efectos en salud
28
Contaminación en la Zona Metropolitana del Valle de México (Mckinley et al., 2003) y adaptada para este proyecto. Las herramientas utilizadas para la realización de esta etapa, básicamente fueron: la funciones dosis-respuesta para le evaluación de los riesgos en salud y para la valuación del efectos en salud se usó el método de valoración contingente, que mediante encuestas se estima un valor económico de las riesgos a enfermedades y de la pérdida de la vida. Dentro de la modelación de los efectos en salud, existen una serie de pasos que por su complejidad, se describe a detalle en las siguientes secciones.
Caracterización de emisiones de la termoeléctrica de Tuxpan
El complejo termoeléctrico Adolfo López Mateos cuenta con tres chimeneas, cada una de 120 metros de altura y 5.5 metros de diámetro interior. Cada chimenea descarga los gases provenientes de la combustión a una velocidad que oscila entre 22 y 23 m/s, con una temperatura entre 425 y 428K. Las emisiones de cada unidad de generación se muestran en el cuadro 5 para bióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOx) y partículas menores de 10 micras (PM10).
Cuadro 5. Datos de emisión del Complejo Termoeléctrico “Adolfo López Mateos”.
Emisiones
(ton/año)
Unidad
SO2 NOx PM10
1 89,288 7,426 5,795
2 91,031 7,570 5,908
3 76,248 6,342 4,948
Total 256,567 21,338 16,651
Fuente: SEMARNAT, 2003.
Estas emisiones fueron estimadas tomando como base el consumo de combustibles reportado a en las Cédulas de Operación Anual. Si bien estas emisiones corresponden al año 2000, son aproximadamente representativas del comportamiento de las emisiones de la planta durante el período 1998-2001. Debido a que no se disponen de los consumos de combustóleo mes a mes de la planta, se consideró uniformidad en las emisiones a lo largo del año, (Levy, et al., 2002).
29
Modelación de la dispersión de contaminantes
Diagnóstico preliminar con el modelo SCREEN
El modelo de pluma Gaussiana SCREEN fue diseñado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA) e incorporado a un programa de evaluación de fuentes puntuales en tres fases, en las que SCREEN puede utilizarse en la primera y segunda, ya que sus requisitos de información son mínimos10 y demanda poco tiempo de cómputo. La primera fase de la evaluación consiste en el diagnóstico de la(s) fuente(s). En esta fase el modelo proporciona un diagnóstico básico, presentando escenarios con diferentes condiciones meteorológicas en las que la fuente puede impactar con mayor intensidad. Para tal efecto, SCREEN examina todo el rango de clases de estabilidad atmosférica y velocidad del viento para identificar el �peor caso� de condiciones meteorológicas y consecuentemente las máximas concentraciones a nivel del piso bajo estas condiciones. En la segunda fase el diagnóstico se realiza con información meteorológica correspondiente a la zona de estudio y finalmente, en la tercera fase se realiza un análisis más fino del escenario. Cuando los resultados de la segunda fase indican que existe un problema en la calidad del aire, se recurre a un modelo más complejo que pueda considerar información con características más precisas de la zona de estudio (EPA, 1995).
Se aplicaron las fases I y II de la metodología recomendada por la USEPA, utilizando SCREEN, en primera instancia, para estimar el impacto máximo de las emisiones de bióxido de azufre y PM10, bajo las peores condiciones meteorológicas. En seguida, se efectuó la estimación del impacto de las mismas emisiones pero considerando condiciones meteorológicas críticas.
Como consecuencia y de acuerdo con el procedimiento de la USEPA, se decidió utilizar un modelo de dispersión más sofisticado, que permitiera incorporar en la simulación información con las características de la zona de estudio y obtener una mejor caracterización de la distribución de las concentraciones de este contaminante. La aplicación de este modelo se describe a continuación.
10 La información básica demandada por el modelo SCREEN son los datos sobre emisiones de la fuente (g/s), la altura de la chimenea (m), el diámetro interior de la chimenea (m), la velocidad de salida del gas de la chimenea (m/s), la temperatura del gas de la chimenea (°K), la temperatura ambiente (°K) y la altura del receptor sobre el suelo (m).
30
Selección del período de simulación
La estimación de impactos en salud requiere datos de concentración de contaminantes que sean representativos para todo un año, para lo cual, se puede utilizar la distribución de frecuencias de ciertas condiciones meteorológicas para calcular la concentración anual, como se indica en la siguiente expresión (De Nevers, 1998).
=
∑icameteorológcond
esadeocurrenciadefrecuencia
icameteorológcondiciónesapara
iónconcentrac
anualpromedio
iónConcentrac
icasmeteorológscondicionelastodassobre .
Por lo tanto, para este estudio se buscaron períodos representativos de las condiciones meteorológicas más frecuentes en la zona de Tuxpan. Con este propósito, se utilizó la técnica estadística multivariada de análisis de
cluster (Physick W.L. y Goudey R., 2001), para seleccionar las semanas que representan las condiciones meteorológicas más frecuentes del año 2001, usando las variables meteorológicas y termodinámicas disponibles.
Debido a que la variable de dirección del viento es circular y no es posible promediarla de la misma manera que las demás variables, en este caso se utilizó un análisis intuitivo comparando las rosas de viento del año 2001, previo al análisis de cluster y auxiliar en la obtención de períodos representativos.
El análisis de cluster calcula las distancias (euclidianas) entre los valores de las diferentes variables. De acuerdo con estas distancias, los casos más correlacionados son clasificados en el mismo grupo. Para este análisis se incluyeron las variables de magnitud del viento (vvto), temperatura (T), presión (P), humedad relativa (Hr), y precipitación (Prec).
Una vez realizada la selección de las semanas representativas de cada grupo, se utilizaron las variables meteorológicas imperantes en las mismas para llevar a cabo la simulación de la dispersión de contaminantes durante 2001.
Selección del dominio de simulación
Como se comentó con anterioridad, el dominio de simulación se definió de manera tal que quedaran incluidas las zonas urbanas aledañas a la región de interés. En este primer estudio se seleccionó un dominio de 120 km X 120 km, y se ubicaron las coordenadas geográficas de la termoeléctrica al centro del mismo, obteniendo un radio de acción de los contaminantes de 60 km. El punto de origen de la malla es 613 km UTMX y 2265 km UTMY con
31
una resolución de la celda de 2 X 2 km (ver, figura 10). El total de puntos receptores suma 3721, que pueden considerarse como receptores.
Figura 8. Topografía de la región de modelación y principales ciudades vecinas a la termoeléctrica
La termoeléctrica está localizada en la costa, como se muestra en la figura. Asimismo, se señalan las poblaciones más grandes (aquellas con más de 10,000 habitantes), que fueron seleccionadas como sitios receptores, mismas que se listan en el cuadro 6.
Cuadro 6. Puntos receptores dentro del dominio de simulación
Municipio Población
(hab) Distancias lineales a la
termoeléctrica (km) Altitud
(msnm)11
ZONA NORTE
Tamiahua 26,306 45.0 10
Naranjos 26,377 57.7 60
Cerro azul 24,729 39.5 140
11 msnm. Metros sobre el nivel del mar
TermoTuxpan
Naranjos
TamiahuaAlamo
Poza Rica
Cerro Azul
Cazones
N
32
Municipio Población
(hab) Distancias lineales a la
termoeléctrica (km) Altitud
(msnm)11
ZONA SUR
Tuxpan 126,616 7.4 10
Álamo 102,946 50.3 40
Cazones 23,839 29.3 10
Poza Rica 152,838 38.6 50
Población Total 483,651
Fuente: INEGI, 2003
Es importante señalar que la población total que se presenta en cuadro 6, corresponde únicamente a la de los siete poblados, sin embargo, también se cuantifico la población por localidad, mediante los sistemas de información referenciada, llegando a ser de 791,196 habitantes dentro del área seleccionada.
13. Arena 12. Bosque de encino 9. Vegetación acuática 8. Cuerpo de agua 6. Bosque de coníferas 5. Selva baja 4. Pastos 3. Cultivo de riego 2. Cultivo de temporal 1. Urbano
620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730
UTMX, km
2270
2280
2290
2300
2310
2320
2330
2340
2350
2360
2370
2380
UTM
Y, k
m Termo
Tuxpan
Naranjos
Tamiahua
Alamo
Poza Rica
Cerro Azul
Cazones 1
2
3
4
5
6
8
9
12
13
Laguna de Tampamachoco
Laguna de Tamiahua
60 km
45 km
30 km
15 km
Figura 9: Uso de suelo en la región de estudio
33
Como parámetro adicional, auxiliar en la simulación y el análisis, se obtuvo también una descripción del uso de suelo en la región. En la figura 11, se presenta el uso de suelo de la región seleccionada, en la cual se observa predominan la tierra de cultivo de temporal y los pastos para ganadería extensiva. También se señalan los municipios principales de la región y las lagunas más importantes como la Laguna de Tampamachoco y una fracción de la Laguna Tamiahua.
Una vez seleccionados el período y el dominio de simulación, se procedió con la simulación de la dispersión de contaminantes.
Aplicación del Sistema CALMET-CALPUFF
El sistema de modelado CALMET y CALPUFF (EarhTEch, Inc., 2000), fue desarrollado por Earth Tech (Concord, MA) para simular emisiones continuas de paquetes de contaminantes usando los campos de vientos particulares de una región específica (EPA, 2000). A través del modelo CALMET, se calculan las estructuras de viento del área de estudio y CALPUFF calcula la dispersión de contaminantes en los sitios receptores, tomando en cuenta campos de viento tridimensionales complejos, particularmente importante para las características de las termoeléctricas que ubican en las áreas costeras. Este sistema, recomendado por la USEPA, es capaz de calcular las concentraciones de los contaminantes, distribuidos en el dominio de estudio, a diferentes horas, para PM10 (partículas menores a 10 µm), bióxido de azufre (SO2) y las especies de la familia del nitrógeno (NOx). Además, tiene la peculiaridad de incluir un modelo simple de transformación química que permite estudiar y calcular algunas especies secundarias como los sulfatos (SO4) y los nitratos (NO3), que han tomado mucha relevancia por sus efectos potenciales sobre la salud humana (Finlayson-Pitts y Pitts, 2000). Asimismo, este sistema ha sido utilizado en estudios que sirven como base conceptual para este análisis (Levy, et al., 2002)
La fase inicial del análisis de CALPUFF involucra la generación de los archivos meteorológicos que procesa CALMET. Para la región de Tuxpan se prepararon los archivos meteorológicos con la información obtenida del Servicio Meteorológico Nacional (SMN) y se utilizaron datos de los radiosondeos que se realizan en el Puerto de Veracruz � los más cercanos a la zona estudiada � para obtener los perfiles verticales de los parámetros meteorológicos y termodinámicos. Para mejorar la descripción de la estructura de vientos en la vertical se utilizó el modelo de pronóstico MM5 (Robe y Scire, 1996) para la semana de estudio, de manera similar a lo efectuado en estudios similares (Levy, et al., 2002). El modelo CALMET tiene la capacidad de asimilar los campos meteorológicos de MM5 y de ajustarlos a la malla más fina una interpolación sofisticada. Este campo de vientos es mejorado con las consideraciones de los efectos del terreno, ajustando las observaciones de superficie y los datos de los perfiles verticales con valores ponderados que el usuario asigna. Además de reproducir los campos de viento de la región, CALMET cuenta con un módulo de micrometeorología que describe las características de
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capa de mezclado, campos tridimensionales de temperatura y parámetros que utiliza CALPUFF en sus rutinas de cálculo de la dispersión.
El Modelo Meteorológico de Mesoescala MM5 (PSU/NCAR, 2001), utilizado en este proyecto para generar los campos de viento tridimensionales iniciales, reproduce con certidumbre el fenómeno de la brisa de mar y de tierra, tal como se puede observar en la figura 4.
Figura 10. Resultado gráfico de la simulación de los campos de viento tridimensionales usando MM5.
(a) junio 13, 2001 9:00 a.m
(b) junio 12, 2001 7:00 p.m.
En la figura 10.a se observa que la dirección del viento durante las primeras horas de la mañana, es de tierra a mar, a medida, que la tierra absorbe más rápido calor, que el mar, se produce una baja presión en la porción de la tierra, que genera que la dirección de viento cambie de mar a tierra (ver, figura 10.b), este efecto se mantiene hasta que desciende nuevamente la temperatura y se vuelve a invertir la dirección (de tierra a mar), a lo que se le conoce comúnmente como un ciclo de brisa de tierra y de mar.
Adicionalmente, se prepararon diferentes archivos con información topográfica y de uso de suelo; parámetros micrometeorológicos para el período de simulación e información sobre presión, altura sobre el nivel de mar, temperatura, dirección de viento y velocidad de viento de las capas superiores de aire. Una vez hecho esto, se modificó el archivo de control de CALMET Y CALPUFF, para la selección de los parámetros particulares de estos días. En lo que respecta a CALMET, los parámetros considerados fueron:
• Una estación de superficie, localizada en Tuxpan.
35
• Dos sondeos por cada día de la modelación, correspondientes a las 18:00 hrs locales del día anterior (00z,gtc) y 6:00 hrs locales del día actual (12z, gtc).
• Campos meteorológicos del modelo MM5 para toda la semana de una malla de 6 X 6 km.
• Nueve capas en la vertical con alturas de 10m, 50m, 120m, 230m, 450m, 800m, 1250m, 1750m, 2250m.
Asimismo, para CALPUFF, se utilizaron los siguientes parámetros:
• La modelación de las concentraciones de SO2, PM10 y la estimación de la concentración de sulfatos (SO4), nitratos (NOx) y ácido nítrico (HNO3).
• Tres fuentes puntuales de emisión, equidistantes en 100 m a lo largo del eje Y, que representan las chimeneas de la termoeléctrica, considerando emisiones constantes a lo largo de la simulación debido a que no se dispone de datos con mayor especificidad temporal.
• Cálculo de los coeficientes de dispersión gaussiana, horizontal y vertical, por teoría de similaridad a partir de los parámetros meteorológicos generados por CALMET.
• Siete poblaciones como receptores puntuales agregados a la malla: Tuxpan, Poza Rica, Naranjos, Tamiahua, Cerro azul, Cazones y Álamo.
Estos parámetros se utilizaron tanto para la simulación de las concentraciones de los contaminantes mencionados durante los períodos seleccionados, como para obtener estimaciones de la reducción en las concentraciones por la aplicación de medidas de control de emisiones en la termoeléctrica.
Escenarios de control
En el cuadro 7 se reportan las principales medidas de reducción de emisiones de S0x, PM10 y PM2.5, así como sus eficiencias estimadas. De las opciones descritas en los Antecedentes, se seleccionaron los cuatro esquemas más efectivos en términos del porcentaje de remoción de contaminantes, según lo reportado en literatura. Con base en estos porcentajes, se llevaron a cabo nuevas simulaciones para determinar las reducciones en las concentraciones ambientales de los contaminantes de interés en los puntos receptores estudiados. Esta simulación se utilizó como insumo para estimar los beneficios en salud obtenidos como resultado del control de emisiones por varios métodos.
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Cuadro 7. Equipos de control de emisiones
Medida de Control Remoción de S0x (% en peso)
Remoción de partículas finas (% en peso)
Lavadoras con lechada de Cal *
92-95 %
75 %
Precipitador electrostático *
-- 99 %
Reducción del contenido de azufre en el combustible (2%) *
45 %
5 %
Uso de aditivos * 70% (como SO3)
6% (como SO2)
15-30%12
* Opciones de control seleccionadas para la simulación
Modelación de los impactos en salud
Concentración anual ponderada por la población
Se obtuvo la concentración anual ponderada por la población (CAPP), que refleja de manera más clara del impacto de las concentraciones de los contaminantes en la población (Levy y Spengler, 2002). La CAPP se calculó de la siguiente manera:
××××
====
receptoreslos de total Población
receptor del Poblacióntecontaminan del
anual iónConcentracpoblación la por ponderada
anualiónConcentrac
Evaluación de los impactos en salud
Como ya se mencionó con antelación, las emisiones de PM10 y SO2 pueden producir graves daños a la salud humana. Está sección explica el uso de los resultados de estudios epidemiológicos, para estimar los impactos en la salud por exposición a PM10. No se incluyeron los impactos de SO2 en esta primera etapa. Aunque hay
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evidencia sobre los impactos por exposición a SO2, estos impactos son comparativamente menores en magnitud a los impactos por exposición a partículas (Evans, 2000). La evidencia de la mortalidad por exposición a SO2 es débil, y no se ha verificado en México, además gran parte del impacto no es significativo cuando se incluyen partículas dentro del estudio.
Los impactos a la salud, en términos de mortalidad y morbilidad por exposición a PM10, se calculan usando la siguiente relación (Cesar, et.al., 2000):
I = β × Tb × C × Pob
donde:
I = impacto a la salud anual (nuevos casos de mortalidad, enfermedades etc.)
β = coeficiente de la función dosis respuesta (% cambio en impactos / unidad de concentración)
Tb = tasa basal de incidencia de enfermedad o mortalidad (impactos/100,000 personas)
C = concentración de PM10 (primarias y secundarias)
Pob = población expuesta (número de personas)
Se evaluaron los impactos a la salud anual por exposición a partículas debido a emisiones de la termoeléctrica para los siguientes impactos:
• Mortalidad por exposición aguda
• Mortalidad por exposición crónica
• Bronquitis crónica
• Admisiones en hospitales por causas respiratorias
• Admisiones en hospitales por causas cardiovasculares
• Urgencias respiratorias
• Días de actividad restringida (DAR)
• Días de actividad restringida menores (DARM)
El cálculo del incremento del riesgo en la salud (I), depende de los coeficientes de las funciones de dosis �
respuesta (β) de estudios epidemiológicos. En todo el mundo existen muchos estudios y evidencias sobre los
impactos a la salud por la exposición a partículas, para poder obtener un estimador combinado se realizan un estudio de meta-análisis de toda la información disponible.
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Para el presente estudio se usaron los coeficientes de tres meta-análisis (Evans, 2000; Cesar et al., 2000; USEPA, 1999), además de otros estudios epidemiológicos en México. Se usaron estos tres análisis porque cada uno tenía información sobre diferentes impactos y/o incluía información de diferentes estudios epidemiológicos. En algunos impactos existe una variabilidad grande entre los resultados, así que para conservar la incertidumbre asociada al coeficiente, se usó un intervalo de valores de los coeficientes. Para el estimador central, cuando fue posible, se usaron coeficientes derivados de estudios de México. Para más información sobre la selección de coeficientes se recomienda referirse al estudio �The Local Benefits of Global Air Pollution Control in Mexico City� (Mckinley et al., 2003)
En le cuadro 8 se muestran los coeficientes de dosis respuesta, como el porcentaje incremental por cada aumento de 10 ug/m3 de PM10, que se utilizaron en el presente análisis y su respectivo intervalo de confianza del 90%.
Cuadro 8. Coeficientes de dosis respuesta para exposición a PM10
Promedio IC 90% Mortalidad por Exposición Aguda 0.7 0.5 � 1.4
Mortalidad por Exposición Crónica 3.6 0 � 8.4
Bronquitis Crónica 10 5 � 15
Admisiones al Hospital por causas Respiratorias 1 0 � 2
Admisiones al Hospital por causas
Cardiovasculares
1.1 0.6 � 1.2
Urgencias por causas Respiratorias 2 1 � 4
Urgencias por Asma 4 1 �7
Días de actividad restringida (DAR) 0.3 0 � 1.3
Días de actividad restringida menores (DARM) 4.3 3.1 � 5.6
Como resultado de la modelación, se obtuvieron concentraciones promedio semanales representativas de 2001: del 1 al 7 de junio, del 5 al 11 de noviembre y del 10 al 16 de septiembre. Para estimar la concentración anual, se incluyeron las concentraciones semanales con su respectiva frecuencia de ocurrencia, en el modelo de los impactos a la salud.
Se usaron datos de incidencia de enfermedades del Distrito Federal (McKinley et al., 2003), debido a que no se disponen de datos de morbilidad para Veracruz. La información de hospitalizaciones y casos de urgencias
39
proviene de la base de datos de la Instituto Mexicano del Seguro Social (IMSS). La tasa basal, se obtuvo dividiendo la frecuencia de los casos por el número de asegurados del IMSS (ajustado por la sub-utilización13). La tasa basal de bronquitis crónica que se utilizo fue la reportada en el estudio de Cesar et al.( 2000).
Para la mortalidad, se utilizaron datos a nivel estatal de Veracruz, puesto que no se dispone de la información a nivel municipal. Para mortalidad crónica, se usa la tasa basal de mortalidad en la población de adultos mayores de 35, se usa esta cifra porque todos los estudios sobre mortalidad prematura por exposición crónica se han hecho en poblaciones adultas de este grupo. En lo que se refiere a la mortalidad aguda se utilizó, la tasa basal de mortalidad de toda la población de Veracruz.
Los datos de población se obtuvieron del Censo 2000 del INEGI, con población a nivel de localidad, distribuyendo la población en las celdas de la malla.
Finalmente el impacto se calculo en cada celda de la malla, usando los valores de concentración de partículas primaria y secundaria y los valores de población correspondiente.
Valuación de impactos en salud
Existen varios métodos para estimar los costos de los impactos a la salud, los cuales incluyen: los costos de enfermedades (costos directos de su tratamiento que incluyen medicinas, hospitales, etc.), valoración contingente (DAP, que es la cantidad de dinero que se está dispuesto a pagar por evitar un caso o reducir el riesgo de mortalidad o morbilidad), y la pérdida de productividad (que es el tiempo de trabajo perdido, que conlleva pérdidas en producción).
En este estudio, se utilizó el método de DAP que incluye el costo de salud más el dolor y sufrimiento que alguien experimenta. Se utilizaron datos de un estudio realizado en la Ciudad de México (Hammitt e Ibarrarán, 2002) en combinación con valores de los Estados Unidos (USEPA, 1999) y ajustados a las condiciones económicas de México.
El valor monetario de los impactos a la salud debido a la contaminación del aire fue calculado por separado para mortalidad y morbilidad. El valor de los daños a la salud fue calculado para asignar un valor monetario en cada caso y sumar los impactos:
13 La población de asegurados del IMSS se ajustó con un factor de 0.75, debido a que, aunque la gente esté asegurada por el IMSS usa servicios primados de salud.
40
)/()/($)/($ añocasoi
i
casoiaño IDAPTotalValor ∑ ×=
Donde Ii es el número de casos del impacto i (defunciones, hospitalizaciones, bronquitis etc.) por año y la DAPi es el costo social por unidad del mismo impacto.
Para DAP se usó un rango de valores. El estimador central se derivó del estudio en México (Hammitt and Ibarrarán, 2002) sobre la DAP por una reducción de riesgo de ciertos impactos como mortalidad, la gripe y bronquitis crónica. Para los valores extremos se usaron valores promedios de estudio previos en estados unidos (USEPA, 1999) que se ajustaron al ingreso mexicano. La siguiente ecuación se usó para ajustar la DAP para los ingresos en México (Cesar, et al., 2000):
ε
×=
USA
MexicoUSAMexico GNP
GNPDAPDAP
Donde ε es la elasticidad del ingreso y se usó un rango entre 0.3 y 2, debido a que no se conoce la elasticidad
exacta en México. En el siguiente cuadro se muestran el rango en valores de la DAP que se usaron en el estudio.
Cuadro 9. DAP para diferentes efectos en salud.
DAP por Caso (US$) Impacto Valor Bajo
(ε14 = 2) Valor Central
(Ibarrarán, 2002) Valor Alto (ε =0 .3)
Mortalidad $81,120 $506,000 $2,600,000
Bronquitis Crónica $4,394 $28,000 $140,980
Días de actividad restringida $2015 $4016 $6017
Días de actividad restringida menor 0 $2018 $30
Para la mortalidad por exposición crónica, se hace la suposición de que los decesos ocurren algunos años
14 La elasticidad de VSL (Valor Estadístico de una Vida) 15 Usamos solamente DAP por DARM 16 Estimado por un día perdido de trabajo: GNP per capita dividido entre 52 x 5 para obtener el salario diario 17 WLD (salario de un día perdido de trabajo) + DAP para DARM 18 Por una enfermedad menor (gripe)
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después de la exposición. Es por esto que se descuentan del valor monetario de los decesos en el futuro para calcular sus valores al año de exposición. Para esto se descontó el valor monetario de los decesos en el futuro hasta hoy usando una tasa de descuento social de 5%. Para los efectos de morbilidad y mortalidad debido a la exposición aguda, se hace la suposición de que los casos ocurren en el año de exposición, por lo tanto no se tienen que descontar los valores.
Estimación del costo de las medidas de control de emisiones
Con el objeto de tener mayores elementos para evaluar posibles opciones de control de emisiones, se llevó a cabo una estimación aproximada del costo de cada una de ellas. Es importante mencionar que dichos costos únicamente pretenden mostrar un valor de referencia, por lo que no pueden considerarse como valores en la toma de decisiones. Debido a que no se cuenta con referencias en el país sobre este tipo de opciones de control, los datos aquí mostrados contienen mayormente valores reportados en la literatura de Estados Unidos y, por consiguiente, no pueden ser extrapolados estrictamente a las condiciones de México. Sin embargo, el objetivo es proporcionar una idea de los costos relativos de las diferentes opciones analizadas, y no hacer una evaluación económica exhaustiva.
En el caso de las opciones que involucran la instalación de un equipo de control, como los lavadores con lechada de cal y los precipitadores electrostáticos, se tomaron como referencia los costos reportados por la EPA en su �EPA Air Pollution Control Cost Manual� (USEPA, 2002) y en la �Air Pollution Technology Fact Sheet� (USEPA, 2002a). Según estas referencias, para el caso de un lavador con lechada de cal, el costo de un equipo de control con un porcentaje de remoción del 99% de compuestos de azufre, para una unidad de 600 MW se desglosa como se presenta en el cuadro10:
Cuadro 10: Costos aproximados para la instalación de un lavador con lechada de cal para una planta termoeléctrica con capacidad de 600 MW.
Costos de capital
(dólares) Costos anuales
(dólares)
Costos de capital 200,000,000 Costos fijos de Operación y Mantenimiento
2,000,000
Costo de reactivos 1,200,000 Energía auxiliares 1,300,000 Pérdidas de energía 950,000
Total 200,000,000 5,450,000
42
Tomando en cuenta estas cifras y haciendo el cociente con respecto a la capacidad instalada de referencia (600 MW) se obtuvieron un costo unitario de capital de $333,333 dólares y un costo unitario anual de $9,083 dólares, por cada MW. De esta manera se obtuvo un valor que puede extrapolarse para estimar el costo de este tipo de equipos para una planta termoeléctrica con una capacidad diferente a la referida. El resultado de esta extrapolación se muestra en el apartado de Resultados.
Para estimar el costo de un precipitador electrostático, se tomaron en cuenta los datos reportados por la EPA, que se presentan en el cuadro11:
Cuadro 11. Costos aproximados para la instalación de un precipitador electrostático (USEPA, 2002a)
Costos de capital (dólares) Costos anuales (dólares)
Costos de capital $30,000 a $100,000 por m3/ s Costos fijos de operación y mantenimiento
$8,500 a $85,000 por m3 / s
Costos anualizados $10,000 a $85,000 por m3 / s
Costo-efectividad $45 a $280 por tonelada removida
De manera similar a lo realizado con el caso anterior, se utilizó el costo por tonelada removida para calcular el costo aproximado para el caso de la termoeléctrica de Tuxpan, considerando que este complejo cuenta con 3 chimeneas. El resultado de este cálculo se muestra en la sección Resultados de este reporte.
En lo que respecta a los aditivos, se tomaron en consideración datos proporcionados por el Instituto de Investigaciones Eléctricas y experiencias previas en el uso de estas sustancias en plantas termoeléctricas de nuestro país (Grupo Carbono 14, 2003).
En general, se considera que, para reducir la opacidad de la pluma de la chimenea, debe utilizarse 1 litro de aditivo por cada 4,500 litros de combustóleo. Adicionalmente, se agrega un aditivo �neutralizante� en los gases de chimenea, con una alta reactividad con el SO3, que evita la formación de ácido sulfúrico. Dependiendo del caso, la relación aditivo / combustible se encuentra en el rango de 1 litro por cada 1,500 litros hasta 5,000 litros, dependiendo de las condiciones de operación.
Finalmente, para estimar los costos de una reducción en el contenido de azufre en el combustible a 2%, se tomaron como base los combustibles existentes en el país y se consideró la adición de diesel al combustóleo, en una cantidad tal que se lograra una mezcla con un contenido de azufre próximo al 2%. Para tal efecto, se
43
tomaron en cuenta los contenidos de azufre y otros elementos de cada combustible, de acuerdo con el siguiente cuadro:
Cuadro 12: Contenido de azufre y otros elementos en diesel, combustóleo y su mezcla
Porcentaje en peso (%) C H O N S H20 TOTAL
Combustóleo 86 9.65 0.45 0.2 3.6 0.05 100
Diesel 85.95 13.46 0.1 0.03 0.47 0 100
Mezcla (50% combustóleo, 50 % diesel)
85.975 11.555 0.275 0.115 2.035 0.025 100
Como puede observarse, una mezcla en una relación 1:1 combustóleo/diesel (en peso), da como resultado el porcentaje deseado de azufre. Ahora bien, para determinar qué volumen de esta mezcla sería necesario para satisfacer la demanda energética de la planta, se tomaron en cuenta los poderes caloríficos tanto del diesel como del combustóleo. En este caso, por tratarse de una mezcla con partes iguales de ambos combustibles, sus poderes caloríficos se promediaron, para obtener el poder calorífico de la mezcla:
Poder calorífico de la mezcla diesel-combustóleo = (p.c. del diesel) X 0.5 + (p.c. del combustóleo) X 0.5
Por lo tanto:
P.C. de la mezcla diesel-combustóleo [MJ/barril]= (6,392) X 0.5 + (5,72819) X 0.5 = 6060
Tomando en cuenta que los requerimientos de energía de la central A. López Mateos para el año 2000 ascendieron a 152, 153 TJ en el año 2000, se requerirían 25,107,755 barriles de la mezcla, que corresponderían aproximadamente a 3,991,821 m3, lo cual significaría utilizar 1,995,910 m3 (1,995,907,145 lt) de cada combustible.
Para calcular el costo aproximado de esta opción, se consideraron los precios corrientes reportados en el año 2000 para ambos combustibles.
19 Los valores del poder calorífico para cada combustible se obtuvieron del Balance Nacional de Energía 2001 (SENER,2002)
44
RESULTADOS
Resultados de la simulación de la dispersión de contaminantes
Resultados de la aplicación de modelo simplificado SCREEN
En la figura 11 se muestra la concentración máxima de bióxido de azufre, con respecto a la distancia, se aprecia que las emisiones de este contaminante pueden provocar la excedencia a la Norma Oficial Mexicana (0.13 ppm como promedio de 24 horas) a una distancia que oscila entre 800 metros y 30 km con respecto a la fuente. Igualmente es notable que el nivel de excedencia sea seis veces mayor que el valor de la norma. La distancia de mayor impacto se registra a 1,200 metros.
Figura 11. Variación de la concentración de SO2 con la distancia.
En la figura 12 se ilustra el perfil de concentración de bióxido de nitrógeno con respecto a la distancia y como en el caso anterior, aún sin considerar las concentraciones de fondo de este contaminante, las emisiones de la termoeléctrica por si solas provocan la excedencia a la norma de calidad del aire de este contaminante (0.21 ppm como promedio de 1 hora), a distancias que oscilaron entre 1,100 y 1,400 metros, respecto a la fuente. Nuevamente el mayor impacto se registra a 1,200 metros.
C o n ce n tr ación d e SO2 vs Dis tancia
0
0.1
0.2
0.3
0.40.5
0.6
0.7
0.8
0.9
100
500
900
1300
1700
2100
2500
2900
4500
6500
8500
1500
0
4000
0Dis tan cia (m )
Con
cent
raci
ón (p
pm)
NOM = 0.13 ppm (24 Horas )
45
Figura 12. Variación de la Concentración de NO2 con la distancia
Concentración de NO2 vs Distancia
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
100 500 900 1300 1700 2100 2500 2900 4500 6500 8500 15000 40000
Distancia (m)
Con
cent
raci
ón (p
pm) NOM =0.21 ppm (1 Hora)
Es importante mencionar aquí que la planta termoeléctrica reporta las emisiones de este contaminante como NOx y para efectos de esta simulación se asumió como NO2.
En lo que respecta a partículas suspendidas, la Figura 13 muestra cómo, aunque las emisiones de partículas provenientes de la termoeléctrica no provocan en sí mismas la excedencia de la norma de calidad del aire para este contaminante (150 µg/m3 como promedio de 24 horas) sí producen concentraciones ambientales muy cercanas a la misma, lo cual hace pensar que debe evaluarse la concentración de fondo para determinar si existe una excedencia más marcada.
Figura 13. Variación de la concentración de PM10 con la distancia
Concentración de PM10 vs Distancia
0
20
40
60
80
100
120
140
160
100
500
900
1300
1700
2100
2500
2900
4500
6500
8500
1500
0
4000
0
Distancia (m)
Con
cent
raci
ón (µ
g/m
3)
NOM = 150 µg/m3 (24 Horas)
46
Los resultados del modelo SCREEN indican que las emisiones de bióxido de azufre pueden representar un problema de calidad del aire ya que, por sí mismas, se pueden alcanzar concentraciones ambientales que exceden la norma respectiva para este contaminante, la norma diaria de SO2, igual a 0.13 ppm20 como promedio de 24 horas, concentración que no se debe exceder más de una vez por año.
Resultados de la selección de periodo de modelación
Conforme, a la metodología planteada se encontraron los resultados que se describen a continuación: En la figura 14 se presenta el comportamiento de las rosas de viento mensuales durante 2001. Del análisis visual y de acuerdo a la dirección predominante del viento, se observa claramente un grupo que comprende los meses de abril, mayo, junio y julio, los cuales presentan una componente importante de la dirección este, así como componentes de baja frecuencia e intensidad asociadas a los efectos de brisa de mar y tierra. Por otro lado, agosto posee, al igual que el grupo anterior, una componente importante del este, aunque aunado con una mayor frecuencia e intensidad de los vientos provenientes de oeste. Este mes puede ser considerado �de transición� entre estaciones. Septiembre cambia radicalmente la tendencia de los meses anteriores, ya que aumenta la frecuencia e intensidad de lo vientos del oeste, si bien persiste un remanente de vientos del este poco intensos. Otro grupo que puede apreciarse en función de la dirección del viento corresponde a los meses de octubre, noviembre, diciembre y enero, que presentan una componente importante del oeste la cual es intensa y frecuente, también con vientos débiles y poco frecuentes provenientes del este. Es necesario señalar que enero presenta también vientos provenientes del cuadrante noroeste, que puede deberse a efectos de los �nortes� o frentes fríos.
En lo que se refiere al mes de febrero, puede observarse que la dirección del viento presenta un comportamiento equilibrado de las componentes del oeste y del este, que son bastante intensas, predominando ligeramente la componente del oeste por encima de la del este. Marzo es otro mes peculiar en cuanto a la dirección de viento por presentar componentes importantes del norte, del oeste y del este, más intensos en esta última dirección. Este mes también podría estar influenciado por los �nortes� o frentes fríos.
20 NOM-022-SSA1-1993, Diario Oficial de la Federación del 23 de diciembre de 1994
47
WIND ROSE PLOT
Station # - TUXPAN, VERACRUZ. (aBRIL, 2001)
NORTH
SOUTH
WEST EAST
5%
10%
15%
20%
25%
W ind Speed (m/s)
> 11.06
8.49 - 11.06
5.40 - 8.49
3.34 - 5.40
1.80 - 3.34
0.51 - 1.80
UNIT
m/s
DISPLAYWind Speed
CALM W INDS14.01%
MODELER
DATE
30/10/02
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Instituto Nacional de Ecología
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PLOT YEAR-DATE-TIME
2001 Abr 1 - Abr 30Midnight - 11 PM
AVG. WIND SPEED
5.23 m/s
ORIENTATION
Direction(blowing from)
PROJECT/PLOT NO.
WIND ROSE PLOT
Station # - TUXPAN, VERACRUZ (Mayo,2001)
NORTH
SOUTH
WEST EAST
5%
10%
15%
20%
25%
W ind Speed (m/s)
> 11.06
8.49 - 11.06
5.40 - 8.49
3.34 - 5.40
1.80 - 3.34
0.51 - 1.80
UNIT
m/s
DISPLAYWind Speed
CALM W INDS19.08%
MODELER
DATE
30/10/02
COMPANY NAME
Instituto Nacional de Ecología
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PLOT YEAR-DATE-TIME
2001 May 1 - May 31Midnight - 11 PM
AVG. WIND SPEED
4.77 m/s
ORIENTATION
Direction(blowing from)
PROJECT/PLOT NO.
WIND ROSE PLOT
Station # - TUXPAN, VERACRUZ.(JUNIO,2001)
NORTH
SOUTH
WEST EAST
5%
10%
15%
20%
25%
W ind Speed (m/s)
> 11.06
8.49 - 11.06
5.40 - 8.49
3.34 - 5.40
1.80 - 3.34
0.51 - 1.80
UNITm/s
DISPLAY
Wind Speed
CALM W INDS
12.90%
MODELER
DATE
30/10/02
COMPANY NAME
Instituto Nacional de Ecología
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PLOT YEAR-DATE-TIME2001 Jun 1 - Jun 30Midnight - 11 PM
AVG. WIND SPEED4.41 m/s
ORIENTATION
Direction(blowing from)
PROJECT/PLOT NO.
WIND ROSE PLOT
Station # - TUXPAN, VERACRUZ (Julio,2001)
NORTH
SOUTH
WEST EAST
5%
10%
15%
20%
25%
W ind Speed (m/s)
> 11.06
8.49 - 11.06
5.40 - 8.49
3.34 - 5.40
1.80 - 3.34
0.51 - 1.80
UNIT
m/s
DISPLAYWind Speed
CALM W INDS
21.69%
MODELER
DATE
24/10/02
COMPANY NAME
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Rosa de vientos construida con datos registrados cada 10 minutos por la estación meteorológica de Tuxpan, Ver.
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PLOT YEAR-DATE-TIME
2001 Jul 1 - Jul 31Midnight - 11 PM
AVG. W IND SPEED4.38 m/s
ORIENTATION
Direction(blowing from)
PROJECT/PLOT NO.
WIND ROSE PLOT
Station # - TUXPAN, VERACRUZ, 8Dic, 2001)
NORTH
SOUTH
WEST EAST
5%
10%
15%
20%
25%
W ind Speed (m/s)
> 11.06
8.49 - 11.06
5.40 - 8.49
3.34 - 5.40
1.80 - 3.34
0.51 - 1.80
UNIT
m/s
DISPLAY
Wind Speed
CALM W INDS25.13%
MODELER
DATE24/10/02
COMPANY NAME
Instituto Nacional de Ecología
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PLOT YEAR-DATE-TIME
2001 Dic 1 - Dic 31Midnight - 11 PM
AVG. WIND SPEED
4.75 m/s
ORIENTATIONDirection(blowing from)
PROJECT/PLOT NO.
Abril
Mayo
Junio
Julio
Diciembre
WIND ROSE PLOT
Station # - TUXPAN, VERACRUZ. (Enero,2001)
NORTH
SOUTH
WEST EAST
5%
10%
15%
20%
25%
W ind Speed (m/s)
> 11.06
8.49 - 11.06
5.40 - 8.49
3.34 - 5.40
1.80 - 3.34
0.51 - 1.80
UNIT
m/s
DISPLAYWind Speed
CALM W INDS19.71%
MODELER
DATE
4/11/02
COMPANY NAME
Instituto Nacional de Ecología
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PLOT YEAR-DATE-TIME
2001 Ene 1 - Ene 31Midnight - 11 PM
AVG. WIND SPEED
4.62 m/s
ORIENTATION
Direction(blowing from)
PROJECT/PLOT NO.
Enero
WIND ROSE PLOT
Station # - TUXPAN, VERACRUZ. (Febrero,2001)
NORTH
SOUTH
WEST EAST
5%
10%
15%
20%
25%
W ind Speed (m/s)
> 11.06
8.49 - 11.06
5.40 - 8.49
3.34 - 5.40
1.80 - 3.34
0.51 - 1.80
UNITm/s
DISPLAY
Wind Speed
CALM W INDS
17.54%
MODELER
DATE
4/11/02
COMPANY NAME
Instituto Nacional de Ecología
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PLOT YEAR-DATE-TIME2001 Feb 1 - Feb 29Midnight - 11 PM
AVG. WIND SPEED4.63 m/s
ORIENTATION
Direction(blowing from)
PROJECT/PLOT NO.
Febrero
WIND ROSE PLOT
Station # - TUXPAN, VERACRUZ: (Marzo,2001)
NORTH
SOUTH
WEST EAST
5%
10%
15%
20%
25%
W ind Speed (m/s)
> 11.06
8.49 - 11.06
5.40 - 8.49
3.34 - 5.40
1.80 - 3.34
0.51 - 1.80
UNIT
m/s
DISPLAYWind Speed
CALM W INDS14.88%
MODELER
DATE
4/11/02
COMPANY NAME
Instituto Nacional de Ecología
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PLOT YEAR-DATE-TIME
2001 Mar 1 - Mar 31Midnight - 11 PM
AVG. WIND SPEED
5.27 m/s
ORIENTATION
Direction(blowing from)
PROJECT/PLOT NO.
Marzo
WIND ROSE PLOT
Station # - TUXPAN, VERACRUZ: (Agosto,2001)
NORTH
SOUTH
WEST EAST
5%
10%
15%
20%
25%
W ind Speed (m/s)
> 11.06
8.49 - 11.06
5.40 - 8.49
3.34 - 5.40
1.80 - 3.34
0.51 - 1.80
UNIT
m/s
DISPLAYWind Speed
CALM W INDS23.95%
MODELER
DATE
4/11/02
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Instituto Nacional de Ecología
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PLOT YEAR-DATE-TIME
2001 Ago 1 - Ago 31Midnight - 11 PM
AVG. WIND SPEED
3.88 m/s
ORIENTATION
Direction(blowing from)
PROJECT/PLOT NO.
Agosto
WIND ROSE PLOT
Station # - TUXPAN, VERACRUZ. (Septiembre, 2001)
NORTH
SOUTH
WEST EAST
5%
10%
15%
20%
25%
W ind Speed (m/s)
> 11.06
8.49 - 11.06
5.40 - 8.49
3.34 - 5.40
1.80 - 3.34
0.51 - 1.80
UNIT
m/s
DISPLAYWind Speed
CALM W INDS21.97%
MODELER
DATE
4/11/02
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PLOT YEAR-DATE-TIME
2001 Sep 1 - Sep 30Midnight - 11 PM
AVG. WIND SPEED
4.88 m/s
ORIENTATION
Direction(blowing from)
PROJECT/PLOT NO.
Septiembre
WIND ROSE PLOT
Station # - TUXPAN, VERACRUZ. (Octubre,2001)
NORTH
SOUTH
WEST EAST
5%
10%
15%
20%
25%
W ind Speed (m/s)
> 11.06
8.49 - 11.06
5.40 - 8.49
3.34 - 5.40
1.80 - 3.34
0.51 - 1.80
UNITm/s
DISPLAY
Wind Speed
CALM W INDS
28.00%
MODELER
DATE
4/11/02
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Instituto Nacional de Ecología
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PLOT YEAR-DATE-TIME2001 Oct 1 - Oct 31Midnight - 11 PM
AVG. WIND SPEED4.70 m/s
ORIENTATION
Direction(blowing from)
PROJECT/PLOT NO.
Octubre
WIND ROSE PLOT
Station # - TUXPAN, VERACRUZ.(Noviembre, 2001)
NORTH
SOUTH
WEST EAST
5%
10%
15%
20%
25%
W ind Speed (m/s)
> 11.06
8.49 - 11.06
5.40 - 8.49
3.34 - 5.40
1.80 - 3.34
0.51 - 1.80
UNIT
m/s
DISPLAYWind Speed
CALM W INDS24.23%
MODELER
DATE
4/11/02
COMPANY NAME
Instituto Nacional de Ecología
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PLOT YEAR-DATE-TIME
2001 Nov 1 - Nov 30Midnight - 11 PM
AVG. WIND SPEED
4.55 m/s
ORIENTATION
Direction(blowing from)
PROJECT/PLOT NO.
Noviembre
Figura 14. Rosas de viento para cada mes de 2001
48
Para el análisis cluster se desarrolló un código en SPLUS software estadístico (Insightful Corporation, 2001) para el cálculo de la matriz de distancias de las cinco variables. Se calcularon los promedios semanales de las cinco variables: magnitud del viento (vvto), temperatura (T), presión (P), humedad relativa (Hr), y precipitación (Prec). Como resultado del análisis cluster se obtuvo el dendograma de clasificación de grupos que se muestra en la figura 15. La base que se trabajo incluyó 52 elementos correspondientes al promedio semanal de cada variable. Así, los números asignados a cada ramificación representan el identificador de una semana del 2001.
La variabilidad de los datos en la mayoría de estos parámetros es baja. La excepción es la precipitación, pues posee un rango de 0 a 360 mm, por ser un valor acumulado, y su efecto en la clasificación de los grupos resultó ser grande, los grupos se separaron en época de secas y de lluvia y se representan en el dendograma.
Identificados con círculos se observan tres grupos principales, en el dendograma mostrado. En el cuadro 13 se muestran las condiciones promedio obtenidas para cada grupo, así como el porcentaje que cada uno representa con respecto al total de las semanas del año 2001.
Cuadro 13. Grupos y sus parámetros promedio para el año 2001
GRUPO Número de semanas
Meses predominantes
vvto (m/s)
T (°C)
Hr (%)
P (mb)
Prec (mm)
Representatividad
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
11
12
13
14 15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
2627
28 29
30
31
32
33
34
35
36
3738
39
40
4142
43
44 45
46
47
48
49 50
51
52
53
02
46
810
Hei
ght
Figura 15. Dendograma: Clasificación de las variables semanales del año 2001
Grupo 3 Grupo 2 Grupo 1
49
GRUPO Número de semanas
Meses predominantes
vvto (m/s)
T (°C)
Hr (%)
P (mb)
Prec (mm)
Representatividad
1 16 Noviembre,
diciembre, enero y febrero
4.8 20.3 92.1 1017.5 13.3 31 %
2 23 Marzo, abril, mayo,
junio y julio 4.8 26.3 88.5 1012.3 5.4 44 %
3 12 Agosto, septiembre y
octubre 3.9 26.4 91.8 1013.7 109.7 23 %
Total 51 98.% 21
Las 16 semanas incluidas dentro del primer grupo (ver, figura 15) corresponden a los meses de noviembre, diciembre, enero y febrero. Para la selección de la semana representativa de este primer grupo, se eligió aquella que tuviera los valores más cercanos a las condiciones promedio. La semana que coincidió con estas característica fue la identificada con el número 45 correspondiente al periodo del 5 al 11 de noviembre y representa las condiciones meteorológicas y termodinámicas imperantes durante casi la tercera parte de las semanas del 2001, que son: velocidad del viento media a alta, temperatura templada, humedad relativa alta, presión barométrica alta, precipitación moderada y dirección del viento predominante del oeste, es decir, de la tierra hacia el mar (figura 16). Estas condiciones resultan propicias para la dispersión de contaminantes hacia el mar.
21 En el análisis cluster se agruparon 51 semanas de 52, debido a que la semana 39 posee condiciones meteorológicas muy alejadas de las demás. En este periodo, se reportó la presencia del huracán Humberto del 21 al 27 de septiembre del 2001, que tuvo influencia en el aumento de la precipitación del golfo de México. Por esta razón, la suma de las representatividades es de 98%.
Figura 16. Rosa de vientos del 5 al 11 de noviembre de 2001.
50
En el segundo grupo (ver figura 15) se aprecia claramente la predominancia de las semanas de marzo, abril, mayo, junio y julio. Las condiciones generales que se observan en el aglomerado son: vientos de moderados a altos, temperaturas altas, poca o nula precipitación y humedad relativamente baja, considerando que se trata de un área costera. Bajo estas condiciones podemos esperar movimientos convectivos importantes en dirección vertical que, aunados a las velocidades bajas de viento, provocan poca dispersión en la dirección horizontal que pueden ocasionar concentraciones máximas, a nivel de piso, en la cercanía de la fuente (Wark y Warner, 1998).
Para la selección de la semana del segundo grupo, el criterio fue obtener un escenario crítico de concentración, y que los vientos fueran esencialmente de mar a tierra (ver, figura 17). Además la dirección de este a oeste coincide con la dirección predominante, en la mayoría de los meses del segundo grupo. Por tanto, se seleccionaron la semana 22 (los últimos 3 días) y la semana 23 (los primeros cuatro días), debido a que las dos cumplen con condiciones requeridas.
El tercer y último grupo se distingue por agrupar las semanas con precipitación alta y comprende los meses de agosto, septiembre y octubre. Usando el mismo procedimiento de selección para la semana del primer grupo, se identificó la semana 37 (del 10 al 16 de septiembre), en la que el comportamiento de las variables es más cercano al promedio del grupo. En la figura 18, que ilustra la distribución diaria de la lluvia en esta semana, en la que se aprecia que en cinco de los siete días considerados se registró lluvia y que la mayor parte de esta cayó en los días 10 (70mm) y 15 (37 mm) de septiembre.
Figura 17. Rosa de vientos del 1 al 7 de junio de 2001
51
En la siguiente figura se muestra la rosa de vientos obtenida para este periodo de septiembre, en donde se observa una ocurrencia importante de viento que proviene del oeste y del noroeste.
Figura 19. Rosa de viento del 10 al 16 de septiembre de 2001
Gráfica 18. Precipitación diaria entre el 10 y el 16 de septiembre del 2001 en Tuxpan
Distribución de la precipitaciónSemana 37 (10 a 16 de septiembre)
0
20
40
60
80
10 11 12 13 14 15 16
Día
Prec
ipita
ción
(mm
)
52
Finalmente, en el cuadro 14 se presentan, a manera de comparación, los promedios de las cinco variables consideradas de cada grupo, con los valores promedio de la semana seleccionada.
Cuadro 14: Comparación entre las condiciones medias y los valores de las semanas seleccionadas
Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3
Semana 45 PROMEDIO Semana 22-23 PROMEDIO Semana 45 PROMEDIO
Velocidad del viento (m/s) 4.5 4.8 3.7 4.8 3.8 3.9
Temperatura (°C) 22.2 20.3 29.0 26.3 27.0 26.4
Humedad relativa (%) 91.5 92.1 87.6 88.5 91.4 91.8
Presión (mb) 1021.1 1017.5 1006.9 1012.3 1012.7 1013.7
Precipitación (mm) 19.0 13.3 0.0 5.4 127.0 109.7
Nubosidad alta Muy alta nula Muy baja Muy alta Muy alta
Cabe destacar que las mayores precipitaciones se presentaron en los meses agrupados en el tercer grupo con un valor promedio de 109.7 mm, en contraste con el promedio de precipitación en el segundo grupo (5.4mm), en cuanto a la velocidad promedio del viento más bajo, se obtuvo en el grupo tres y con respecto al primer y segundo grupo, los dos promediaron 4.8 m/s, en lo que se refiere a la temperatura la más baja corresponde al primer grupo con 20.3°C, y para el segundo y tercer grupo promediaron valores similares. Por último se tienen humedades relativas altas en el primer y tercer grupo, con nubosidad alta.
De la comparación se observa que los valores de la semana seleccionada del segundo grupo son los valores más alejados de las condiciones medias de este grupo, debido a que, como se comentó, se seleccionó un período que tuviera un efecto de contaminación ambiental crítico.
Bióxido de azufre (SO2)
En esta sección se presentan los resultados de la modelación con CALPUFF para cada periodo seleccionado. El orden de presentación de resultados seguirá el orden cronológico del año, es decir, en primer término el periodo de junio, enseguida los resultados para septiembre, y finalmente los de noviembre. Las concentraciones obtenidas en la malla de modelación se presentan en los mapas de concentración que muestran la dispersión de
53
SO2 como promedio de 7 días, adicionalmente se incluye el mapa de concentraciones e la estimación anual así como la ubicación de los receptores y la topografía de la región. Además, se incluye la escala de concentración en µg/m3 y la escala de tonalidades correspondiente.
Enseguida se presenta un diagrama de barras acumulado, con la comparación de las concentraciones de SO2 obtenidas directamente del modelo de dispersión para cada periodo modelado y el valor anual estimado para cada receptor22.
Posteriormente, se presenta un cuadro resumen de las concentraciones para cada condición meteorológica, el valor anual estimado y el porcentaje con respecto al valor de la norma, para los siete receptores puntuales de internes. Adicionalmente se muestra el valor anual promedio en toda la malla de modelación.
Posteriormente, se presenta de manera gráfica la concentración anual ponderada por la población para y comparada con su concentración anual y la fracción de población correspondiente a cada receptor seleccionado.
Este mismo esquema se seguirá en las posteriores secciones de resultados para los contaminantes estudiados.
La semana de junio se eligió como un escenario crítico, es decir, con condiciones desfavorables para la dispersión de contaminantes. Durante la simulación se confirmó este supuesto, ya que en este período se presentó la concentración promedio más alta de los períodos modelados (ver, figura 20a). Además, puede notarse que el alcance de la pluma de bióxido de azufre va más allá del radio de 60 km, al oeste de la termoeléctrica, afectando probablemente otras localidades. Así mismo, se aprecia que el impacto de las concentraciones de SO2 es mayor en los receptores que se encuentran en la zona oeste y noroeste a la fuente.
Siguiendo con el orden señalado, la figura 20b muestra los resultados del período de la semana del 10 al 16 de septiembre, que presentó las concentraciones más bajas de los tres períodos estudiados, afectando esencialmente a la región sur. Es importante resaltar que no se detectaron concentraciones de SO2 en los receptores del norte. Otra diferencia significativa, en contraste con los otros períodos, fue que el receptor de Cazones obtuvo la concentración más alta. Tuxpan ocupó el segundo lugar en este periodo y Poza Rica el tercero, siendo Álamo el receptor que obtuvo menos influencia. EL periodo de septiembre se eligió para representar los días con alta precipitación, por lo cual, como se esperaba, las concentraciones son las más bajas en magnitud, cuando se comparan con los otros períodos de modelación.
54
Figura 20a. Pluma de concentración de SO2 para la semana de junio
Figura 20b. Pluma de concentración de SO2 para la semana de septiembre
620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730
UTMX, km
2270
2280
2290
2300
2310
2320
2330
2340
2350
2360
2370
2380
UTM
Y, k
m Termo
Tuxpan
Naranjos
Tamiahua
Alamo
Poza Rica
Cerro Azul
Cazones
Laguna de Tampamachoco
Laguna de Tamiahua
5101520253035404550556065707580
ug/m360 km
45 km
30 km
15 km
620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730
UTMX, km
2270
2280
2290
2300
2310
2320
2330
2340
2350
2360
2370
2380
UTM
Y, k
m Termo
Tuxpan
Naranjos
Tamiahua
Alamo
Poza Rica
Cerro Azul
Cazones
Laguna de Tampamachoco
Laguna de Tamiahua
5101520253035404550556065707580
ug/m360 km
45 km
30 km
15 km
Figura 20c. Pluma de concentración de SO2 para la semana de noviembre
Figura 20d. Pluma de concentración anual de SO2 en 2001
620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730
UTMX, km
2270
2280
2290
2300
2310
2320
2330
2340
2350
2360
2370
2380
UTM
Y, k
m Termo
Tuxpan
Naranjos
Tamiahua
Alamo
Poza Rica
Cerro Azul
Cazones
Laguna de Tampamachoco
Laguna de Tamiahua
5101520253035404550556065707580
ug/m360 km
45 km
30 km
15 km
620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720
UTMX, km
2280
2290
2300
2310
2320
2330
2340
2350
2360
2370
2380
UTM
Y, k
m Termo
Tuxpan
Naranjos
Tamiahua
Alamo
Poza Rica
Cerro Azul
Cazones
Laguna de Tampamachoco
Laguna de Tamiahua
ug/m360 km
45 km
30 km
15 km
2
6
10
14
18
22
26
30
34
38
42
46
50
22 Los valores numéricos de este gráfico se presenta en el anexo 1 las tablas con lo valores de concentración y la representatividad de la condición meteorológica, que fue utilizado para el calculo de la concentración representativa, que su vez se usó para, la estimación de concentración anual.
Los resultados mátérmino, la localizaTuxpan, seguido dPoza Rica y ÁlamTamiahua, presenTuxpan. Como se del oeste, por quemínimo. Sin embaconcentración afec
Para último, en el por las emisionesTamiahua y Narantermoeléctrica. Adpunto que durantedespués Cerro Azradio de influenciaRica localizados a con la concentraci
menor a 2 µg/m3).
En le gráfico de bdiferentes periodoque se sitúan al termoeléctrica. La meteorológica y ppor el modelo dura
Se puede observa
de las concentrac
obtuvo que sumaro
a la mitad de junio
23 Concentraciones ob
55
s sobresalientes que se observan durante el periodo de noviembre (ver, figura 20c), en primer ción de las concentraciones más altas de SO2 se presentan, nuevamente, en el receptor de e Cazones con un tercio del valor de Tuxpan. Asimismo, en orden descendente, continúan o con valores muy similares. Los receptores de la región norte, Cerro Azul, Naranjos y
tan concentraciones de cuando menos un orden de magnitud menor a las obtenidas en describió en la metodología, la dirección predominante de los vientos en este período proviene se esperaba que el impacto de las concentraciones en los receptores ubicados en tierra fuera rgo, los resultados de la modelación muestran que, pese a esta tendencia, la pluma de ta una zona importante localizada al sur del dominio y a la mayoría de los receptores del sur.
mapa de concentraciones de SO2 anual (ver, figura 20d) se observa que la zona influenciada de la termoeléctrica de Tuxpan es casi toda el área continental, salvo los receptores de jos. Las concentraciones más elevadas se perciben es la región que se encuentra cercana a la emás comparativamente, se observa que Tuxpan (el receptor más cercano a la fuente) es le los periodos seleccionados, obtuvo las concentraciones más elevadas de bióxido de azufre, ul, Álamo y Cazones presentan los valores más significativos en concentración de SO2, en el de 45 km y siguiendo en orden descendente de magnitud, los receptores de Naranjos, y Poza un radio de influencia de 60 km, obtuvieron magnitudes similares, finalmente Tamiahua resultó ón más baja ubicada a 30 km al noreste de la fuente (no se muestra en la figura 20d, por ser
arras de la figura 21, se presentan las concentraciones �crudas�23 para cada receptor en los s de modelación, las porciones que se encuentran por arriba de Tuxpan son las poblaciones norte y las que se encuentran por debajo, son los receptores localizados al sur de la barra acumulada de la derecha representa las concentraciones estimada para cada condición ara cada receptor. Esta gráfica ofrece una percepción más clara sobre las magnitudes halladas nte las semanas modeladas.
r en la figura 21, que el periodo de junio contiene las concentraciones más elevadas y la suma
iones en los siete receptores obtuvieron alrededor de 90 µµµµg/m3, por su parte septiembre,
n casi 35 µµµµg/m3 y finalmente en noviembre la concentración llega a ser de aproximadamente
(43.1 µµµµg/m3). Finalmente, el valor anual de SO2 durante 2001, sumando las concentraciones
tenidas directamente de la modelación, el detalles se presenta en el anexo III
56
de los 7 receptores es de aproximadamente de 60µµµµg/m3. Además el poblado de Tuxpan es la que obtuvo el valor anual más alto, seguido de Cerro Azul, Álamo y Cazones con magnitudes similares y por último Poza Rica, Naranjos y Tamiahua.
Figura 21. Comparación entre las concentraciones de SO2 para cada período y el valor anual para cada receptor
Poza RicaPoza Rica Poza Rica Poza Rica
Cazones
CazonesCazones Cazones
Alamo
Alamo
Alamo Alamo
Tuxpan
Tuxpan Tuxpan
Tuxpan
Cerro Azul
Cerro Azul
Cerro Azul
Naranjos
Naranjos
Cerro Azul
Naranjos
Naranjos
Tamiahua
Tamiahua
TamiahuaTamiahua
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
JUN SEP NOV Concentración anual enug/m3
Con
cent
raci
ones
, ug
/m3
De acuerdo, con la estimación de la concentración anual se obtuvieron los valores de concentración para cada condición meteorológica de cada receptor, es decir, el valor ponderado con su frecuencia de ocurrencia. También, se obtuvo la fracción de concentración modelada comparada con el valor de la norma de calidad del aire de SO2, para cada receptor y adicionalmente se reporta el promedio del valor estimado anual de SO2 para todos los puntos de la malla de modelación. Estos resultados se muestran en la cuadro 15.
57
Cuadro 15. Concentraciones anuales de SO2 en los diferentes puntos receptores y contribución porcentual a la norma de calidad del aire.
JUN SEP NOV Concentración anual (µg/m3)
Porcentaje con
respecto a la norma
anual para SO2 24(%)
ZONA NORTE
Tamiahua 0.83 0.0 0.03 0.86 1 %
Naranjos 2.39 0.0 0.09 2.49 3 %
Cerro Azul 7.35 0.0 0.66 8.02 10 %
ZONA SUR
Tuxpan 19.10 1.9 6.35 27.39 34 %
Alamo 6.18 0.7 1.44 8.29 10 %
Cazones 1.99 3.2 2.92 8.07 10 %
Poza Rica 1.36 1.7 1.55 4.61 6 %
Promedio en la malla de modelación 3.39
El calculó del valor de la concentración ponderada por la población (CAPP), se presenta en un gráfico de barras en la figura 22, la barra más clara corresponde al valor anual de la concentración estimada para el año 2001, la barra más obscura corresponde al valor estimado de CAPP y los marcadores de la línea representa la fracción de población asociada a cada receptor. En esta figura se nota que las poblaciones con mayor número de habitantes en orden descendente son: Poza Rica (31.6%), Tuxpan (26.1%) y Álamo (21.3%). También podemos notar en este gráfico que los municipios de Tamiahua, Naranjos, Cerro Azul y Cazones solamente poseen en conjunto aproximadamente el 21% de la población total en receptores.
También se observa que Tuxpan tiene los valores más altos de concentración anual de SO2, en consecuencia también obtiene el máximo valor de CAPP, con respecto a los demás receptores seleccionados. Esto ratifica que el receptor de Tuxpan es el punto más afectado por las emisiones de la Termoeléctrica.
24 Norma de calidad del aire para SO2, 0.13 ppm ó 346µg/m3 (promedio de 24 h), 0.03 ppm u 80µµµµg/m3 (promedio anual)
58
También encontramos que la población con el valor de CAPP que sigue en orden descendente es Álamo, seguido por Poza Rica, después Cazones y Cerro Azul y, finalmente, Naranjos y Tamiahua con los índices más bajos.
El valor de CAPP que relaciona la población expuesta a las concentraciones de SO2 calculadas, esto ofrece otra perspectiva de interpretación de estas concentraciones, debido que hace evidente la importancia de saber cuánta población es afectada. Por ejemplo, en la Figura 22 se ve claramente, por un lado, que los municipios de Cerro Azul, Álamo y Cazones poseen concentraciones similares (barras claras), pero cuando se comparan sus valores de CAPP, Álamo posee un valor aproximadamente 4 veces mayor a los obtenidos para Cerro Azul y Cazones. Esto es a consecuencia de que la población expuesta a estos niveles de SO2 es mucho mayor en Álamo. Otro comportamiento interesante se nota en el poblado de Poza Rica, pues a pesar de tener la mitad del valor de la concentración ambiental de SO2 que Álamo, el valor de la CAPP calculado es muy similar entre ambas localidades, debido a la gran población que posee Poza Rica.
Figura 22. Concentración anual ponderada con la población para SO2
0.862.49
8.02
27.39
8.29 8.07
4.61
0.05 0.14 0.41
7.17
1.760.40
1.46
5.44% 5.45% 5.11%
26.18%
21.29%
4.93%
31.60%
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
Tamiahua Naranjos Cerro Azul Tuxpan Alamo Cazones Poza Rica
Receptores
Con
cent
raci
ón d
e SO
2, ug
/m3
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
Porc
enta
je d
e po
blac
ión
Concentración anual
Concentración anualponerada con lapoblación
Fracción de lapoblación
59
Partículas Primarias (PM10)
En esta sección se presentan los resultados de la modelación de las partículas menores a 10 µm, PM10
(primarias), emitidas directamente de las chimeneas de la planta termoeléctrica. Los resultados se presentan en le mismo orden que para los resultados SO2.
En la figura 23 a, b, d y d, se muestran los gráficos con la distribución espacial de concentraciones de PM10 para cada semana, así como para la estimación anual. Las primeras tres figuras, muestra la dispersión de PM10 como promedio de 7 días, así como la ubicación de los receptores y la topografía de la región. Además se incluye la escala de concentración en µg/m3 y la escala de tonalidades correspondiente.
Al igual que en el apartado anterior, la semana de junio (ver, figura 23a), presentó la concentración promedio más alta de los períodos modelados. Además, se observa que el alcance de la pluma de PM10 es más limitado que el de la de bióxido de azufre, debido a las características termodinámicas de las partículas, ya que algunas de mayor diámetro se sedimentan.
En lo que respecta, a la semana de septiembre (ver, figura 23b), las concentraciones promedio semanales fueron las más bajas de los tres períodos modelados, afectando esencialmente a la región sur del dominio, y sin detectar concentraciones de PM10 en los receptores del norte. Es significativo también mencionar, que en septiembre el receptor de Cazones presenta la concentración más alta, a diferencia de los otros periodos, en donde la concentración más elevada se observa en Tuxpan, en este caso, ocupa el segundo lugar, seguido de Poza Rica, mientras que la concentración más baja se obtuvo en el receptor de Álamo. Sin embargo, es necesario notar que existen altas concentraciones en las cercanías del punto receptor de Tuxpan que presentan niveles mucho más elevados, que el punto de Cazones. Si bien el punto receptor de Tuxpan queda fuera de la isolíneas de concentración más elevada, es conveniente tomar en cuenta que la extensión de la mancha urbana puede verse afectada por concentraciones de PM10 de mayor magnitud. Durante este período se observa también, que existe un efecto importante de la pluma de contaminantes de la zona costera y marítima al sur y sureste de la termoeléctrica.
Nuevamente se observa que la semana de noviembre (ver, figura 23c), pese a los vientos dominantes de tierra a mar, la pluma de concentración de PM10 afecta una zona importante localizada al sur y sureste del dominio, principalmente a los poblados de Tuxpan, Cazones, Poza Rica y Álamo.
60
Figura 23a. Pluma de concentración de PM10 para la semana de junio.
Figura 23b. Pluma de concentración de PM10 para la semana de septiembre
620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730
UTMX, km
2270
2280
2290
2300
2310
2320
2330
2340
2350
2360
2370
2380
UTM
Y, k
m Termo
Tuxpan
Naranjos
Tamiahua
Alamo
Poza Rica
Cerro Azul
Cazones
Laguna de Tampamachoco
Laguna de Tamiahua
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
ug/m360 km
45 km
30 km
15 km
620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730
UTMX, km
2270
2280
2290
2300
2310
2320
2330
2340
2350
2360
2370
2380
UTM
Y, k
m Termo
Tuxpan
Naranjos
Tamiahua
Alamo
Poza Rica
Cerro Azul
Cazones
Laguna de Tampamachoco
Laguna de Tamiahua
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
ug/m360 km
45 km
30 km
15 km
Figura 23c. Pluma de concentración de PM10 para la semana de noviembre
Figura 23d. Pluma de concentración anual de PM10 en 2001
620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720 730
UTMX, km
2270
2280
2290
2300
2310
2320
2330
2340
2350
2360
2370
2380
UTM
Y, k
m Termo
Tuxpan
Naranjos
Tamiahua
Alamo
Poza Rica
Cerro Azul
Cazones
Laguna de Tampamachoco
Laguna de Tamiahua
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
ug/m360 km
45 km
30 km
15 km
620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720
UTMX, km
2280
2290
2300
2310
2320
2330
2340
2350
2360
2370
2380
UTM
Y, k
m Termo
Tuxpan
Naranjos
Tamiahua
Alamo
Poza Rica
Cerro Azul
Cazones
Laguna de Tampamachoco
Laguna de Tamiahua
ug/m360 km
45 km
30 km
15 km
0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.2
Conforme a la distribución de concentración de la estimación anual de PM10 (ver, figura 23d), se observa que la tendencia de las PM10, en lo que se refiere a los receptores más afectados, es similar al comportamiento de SO2, pues en este caso también Tuxpan resultó con la concentración más alta, seguido de Cazones con la mitad de la concentración de Tuxpan. Las concentraciones de Poza Rica y Álamo resultaron muy similares, pero también inferiores a las encontradas en Tuxpan. Finalmente, los receptores que se encuentran al norte presentan concentraciones muy inferiores a las de Tuxpan. Así mismo se observa que el impacto de las concentraciones de
PM10 es mayor en los receptores que se encuentran en la zona suroeste y noroeste de la fuente. En primer lugar Tuxpan, en segundo lugar Cerro Azul y Álamo, en tercer lugar Naranjos, Cazones y Poza Rica, y, por último, Tamiahua.
El siguiente gráfico muestra las concentraciones acumuladas estimadas por CALPUFF, en los receptores de interés y en cada periodo de modelación y adicionalmente, la concentración anual para los siete puntos de interés.
En la figura 24 se aprecia que la concentración anual más alta, se presenta en Tuxpan, siendo junio el período
que resultó con los valores más altos, sumando en los siete receptores aproximadamente 6.0 µg/m3. Por su parte
septiembre muestra un valor de 2.4 µg/m3 y por último noviembre con un valor de casi 3.0 µg/m3.
Las conccontraste
Figura 24. Comparación entre las concentraciones de PM10 para cada período y el valor anual para cada receptor
61
Cazones
Cazones
Cazones Cazones
Alamo
Alamo
Alamo Alamo
Tuxpan
Tuxpan Tuxpan
Tuxpan
Naranjos
Naranjos
Poza RicaPoza RicaPoza Rica
Poza Rica
Cerro Azul
Cerro Azul
Cerro Azul
Cerro Azul
Naranjos
NaranjosTamiahua
Tamiahua
Tamiahua
Tamiahua
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
JUN SEP NOV Concentración anual enug/m3
Con
cent
raci
ones
, ug
/m3
entraciones más elevadas de PM10 se presentaron al sur de la fuente en los noviembre y septiembre, en con junio en el que el valor de Cerro Azul es ligeramente más alto que de Álamo.
62
En la cuadro 16 se presentan de forma condensada las concentraciones representativas de cada condición meteorológica y la suma de éstas, que da como resultado el valor estimado de la concentración anual. Asimismo, se presentan los porcentaje de concentración con respecto a la norma de calidad del aire de PM1025, de forma porcentual, en los siete receptores de interés, por último se reporta el valor promedio de la concentración anual de toda la región modelada.
Cuadro 16. Concentraciones anuales de PM10 en los diferentes puntos receptores y contribución porcentual a la norma de calidad del aire.
Período de simulación
JUN SEP NOV Concentración anual (µg/m3)
Porcentaje con
respecto a la norma
anual para PM10 (%)
ZONA NORTE Tamiahua 0.06 0.00 0.003 0.06 0.1% Naranjos 0.18 0.00 0.003 0.19 0.4%
Cerro Azul 0.48 0.00 0.05 0.53 1.1% ZONA SUR
Tuxpan 1.26 0.13 0.42 1.81 3.6% Alamo 0.44 0.05 0.10 0.59 1.2%
Cazones 0.16 0.23 0.21 0.60 1.2% Poza Rica 0.11 0.15 0.11 0.37 0.7%
Promedio en la malla de modelación 0.26
En la figura 25 se presentan los valores de la concentración anual (barras claras), la fracción de población asociada a ese receptor (marcador de línea) y el valor de la concentración anual ponderada con la población (barras obscuras). Se observa por un lado, que Tuxpan tiene los valores más altos de concentración anual de PM10 y de CAPP entre los receptores seleccionados en este estudio. Por otro lado, Cerro Azul, Álamo y Cazones a pesar de tener concentraciones similares, presentan CAPP diferentes, especialmente en el caso de Álamo que resulta ser 4.5 veces mayor que Cerro Azul y Cazones por poseer 4 veces más población. Asimismo, Poza Rica, a pesar de tener un valor de concentración anual de PM10 aproximadamente 50% menor que Álamo, presenta una CAPP equiparable a la de Álamo, debido a su número de habitantes.
25 Norma de calidad del aire para PM10, 150 µg/m3 (promedio 24 h), 50 µµµµg/m3 (promedio anual).
63
Partículas Secundarias, sulfatos (SO4=), nitratos (NO3�), ácido nítrico (HNO3)
El modelo de dispersión CALPUFF estimó las concentraciones de las siguientes especies: sulfatos (SO4), nitratos (NO3) y ácido nítrico (HNO3). Los sulfatos y nitratos tienden a combinarse con el ion amonio en ambiente ricos en amoniaco y formar sales más estables que son capaces se absorber agua y convertirse los llamados �aerosoles�. En ausencia del amoniaco y debido a sus propiedades ácidas se conocen como precursores de la lluvia ácida, siendo su efecto más notorio la acidificación de los cuerpos de agua cercanos. Estas partículas (aerosol de ácido sulfúrico) tienden a ser muy pequeñas, permanecen suspendidas mucho tiempo y pueden tener efectos adversos en la salud y en la visibilidad. Por lo tanto, si bien no se cuenta con una norma específica para sulfatos, éstos se consideran contaminantes secundarios pertenecientes a la fracción de partículas menores a 2.5 micras (PM2.5),
En este estudio, los sulfatos y nitratos se reportan como sales de amonio. Por tanto, para el cálculo de la masa de las partículas, se estimó la concentración de sulfato de amonio (NH4)2SO4, y la del nitrato de amonio NH4NO3,
multiplicando la concentración de sulfatos por 1.37, y la concentración de los nitratos por 1.29 que es el cociente de los pesos moleculares de las sales de amonio y sus radicales correspondientes. (Levy, et al., 2000 y Zhou, et al., 2002)
En esta sección se reporta la concentración de las partículas secundarias, como la suma de las sales de amonio y el ácido nítrico, por tanto los mapas de concentración muestran la tendencia agregada de estas especies, para cada semana modelada y además la dispersión de la estimación anual.
Figura 25. Concentración anual ponderada con la población para PM10
0.06
0.19
0.53
1.81
0.59 0.60
0.37
0.00 0.01 0.03
0.48
0.120.03
0.12
5.44% 5.45% 5.11%
26.18%
21.29%
4.93%
31.60%
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
Tamiahua Naranjos Cerro Azul Tuxpan Alamo Cazones Poza Rica
Receptores
Con
cent
raci
ón d
e PM
10, u
g/m
3
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
Porc
enta
je d
e po
blac
ión
Concentración anual
Concentración anualponerada con lapoblación
Fracción de lapoblación
64
Figura 26a. Pluma de concentración de partículas secundarias para la semana de junio.
Figura 26b. Pluma de concentración de de partículas secundarias para la semana de
septiembre
620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720
UTMX, km
2280
2290
2300
2310
2320
2330
2340
2350
2360
2370
2380
UTM
Y, k
m Termo
Tuxpan
Naranjos
Tamiahua
Alamo
Poza Rica
Cerro Azul
Cazones
Laguna de Tampamachoco
Laguna de Tamiahua
ug/m360 km
45 km
30 km
15 km
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
2.8
3.2
3.6
4.0
4.4
4.8
5.2
5.6
620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720
UTMX, km
2280
2290
2300
2310
2320
2330
2340
2350
2360
2370
2380
UTM
Y, k
m Termo
Tuxpan
Naranjos
Tamiahua
Alamo
Poza Rica
Cerro Azul
Cazones
Laguna de Tampamachoco
Laguna de Tamiahua
ug/m360 km
45 km
30 km
15 km
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
2.8
3.2
3.6
4.0
4.4
4.8
5.2
5.6
Figura 26c. Pluma de concentración de de partículas secundarias para la semana de
noviembre Figura 26d. Pluma de concentración anual de
partículas secundarias en 2001
620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720
UTMX, km
2280
2290
2300
2310
2320
2330
2340
2350
2360
2370
2380
UTM
Y, k
m Termo
Tuxpan
Naranjos
Tamiahua
Alamo
Poza Rica
Cerro Azul
Cazones
Laguna de Tampamachoco
Laguna de Tamiahua
ug/m360 km
45 km
30 km
15 km
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
2.8
3.2
3.6
4.0
4.4
4.8
5.2
5.6
620 630 640 650 660 670 680 690 700 710 720
UTMX, km
2280
2290
2300
2310
2320
2330
2340
2350
2360
2370
2380
UTM
Y, k
m Termo
Tuxpan
Naranjos
Tamiahua
Alamo
Poza Rica
Cerro Azul
Cazones
Laguna de Tampamachoco
Laguna de Tamiahua
ug/m360 km
45 km
30 km
15 km
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
2.8
3.2
3.6
4.0
4.4
4.8
5.2
5.6
Las concentraciones calculadas para el período del 1 al 7 de junio se aprecian en la figura 26a, en los sitios seleccionados y muestran que Tuxpan, Álamo y Cerro Azul obtuvieron valores muy similares entre ellos y alrededor del doble de los valores obtenidos en Cazones y Poza Rica. En comparación, Tamiahua y Naranjos presentaron valores mucho menores, que representan aproximadamente una quinta parte del valor máximo.
Así mismo, se observa que a diferencia de los resultados obtenidos para el caso de las partículas primarias (PM10) durante este mismo período, la influencia de la concentración más elevada de sulfatos alcanza a las poblaciones de Cazones y Poza Rica. Es importante notar que en el caso de las partículas secundarias, la pluma llega a cubrir casi la totalidad del área continental incluida en el dominio de simulación, incluso excediendo sus límites hacia el oeste.
Para la semana de septiembre (ver, figura 26b), se advierte que las concentraciones más altas se presentan en Cazones y Poza Rica. Si bien el comportamiento de las partículas secundarias en términos de afectación de los puntos receptores, es similar al de las PM10, los receptores de Cazones y Poza Rica muestran valores tres veces más altos que los encontrados en Tuxpan. También en este caso se observa un alcance mayor de la pluma que se transporta hacia el sur del dominio seleccionado.
Durante la semana de noviembre (ver, figura 26c), se observa que la pluma de dispersión, a diferencia de los casos de SO2 y PM10, tienen mayor influencia con concentraciones elevadas en los poblados de Cazones, seguida por Tuxpan, Poza Rica y Álamo, en orden descendente.
En la figura 26d se observa que la dispersión de las partículas secundarias, tengan un alcance de la pluma que trasciende los límites del dominio seleccionado en todas las semanas, por lo que podría afectar a poblaciones ubicadas más al sur y al oeste de la fuente. Asimismo, se aprecia un efecto importante sobre el mar y la línea costera al sur de la termoeléctrica en las semanas de noviembre y septiembre.
La figura 27 muestra las concentraciones acumuladas del agregado de (NH4)2SO4, NH4NO3 y HNO3 estimadas por CALPUFF, en los receptores de interés y en cada periodo de modelación, además la concentración anual para los receptores de interés.
Si bien se observa que Tuxpan vuelve a presentar la mayor concentración anual de partículas secundarias, a diferencia de los casos anteriores, los valores anuales estimados para cada receptor son más cercanos entre sí, especialmente Cerro Azul, Tuxpan, Álamo, Cazones y Poza Rica.
Asimismo, se advierte que junio obtuvo alrededor de 14 µg/m3 y en los períodos de septiembre y noviembre los
valores calculados fueron 7.1 y 8.2 µg/m3, respectivamente.
65
Figura 27. Comparación entre las concentraciones de partículas secundarias paracada período y valor anual para cada receptor
66
Poza RicaPoza Rica
Poza Rica Poza Rica
Cazones
Cazones
Cazones Cazones
Alamo
Alamo
AlamoAlamo
Tuxpan
Tuxpan Tuxpan Tuxpan
Cerro Azul
Cerro AzulCerro Azul
Naranjos
Naranjos
Tamiahua
Cerro Azul
NaranjosNaranjosTamiahua
Tamiahua
Tamiahua
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
JUN SEP NOV Concentración anual enug/m3
Con
cent
raci
ones
, ug
/m3
En la Cuadro 17 se presentan de forma condensada las concentraciones representativas de cada condición meteorológica y la suma de éstas, que da como resultado el valor estimado de la concentración anual promedio de las partículas secundarias y adicionalmente el valor promedio de la concentración anual en todos los receptores de la región modelada. En este caso, no existe una norma de calidad del aire específica para partículas secundarias, sin embargo, en general se consideran como partículas de la fracción PM2.5, (WHO, 2000), por lo que, para este ejercicio, se comparó el valor anual, con la norma de calidad del aire para PM2.5 de EUA26.
Cuadro 17. Concentraciones anuales de las partículas secundarias en los diferentes puntos receptores y contribución porcentual a la norma de calidad del aire.
JUN SEP NOV
Concentración anual de las partículas
secundarias (µg/m3)
Porcentaje con respecto
a la norma anual para PM2.5 (%)
ZONA NORTE Tamiahua 0.002 0.005 0.219 0.226 1.5%
Naranjos 0.001 0.005 0.446 0.452 3.0%
Cerro Azul 0.007 0.080 1.341 1.429 9.5%
26 Norma de calidad del aire en Estados Unidos para PM2.5 es 65 µg/m3 como promedio de 24 h y 15 µg/m3 como promedio de anual.
67
JUN SEP NOV
Concentración anual de las partículas
secundarias (µg/m3)
Porcentaje con respecto
a la norma anual para PM2.5 (%)
ZONA SUR Tuxpan 0.252 0.707 1.701 2.659 17.7%
Alamo 0.099 0.417 1.367 1.883 12.6%
Cazones 0.637 0.739 0.513 1.889 12.6%
Poza Rica 0.611 0.503 0.548 1.662 11.1%
Promedio en la malla de modelación 0.58
La concentración de partículas secundarias representa aproximadamente el 10 % del valor máximo permisible de PM2.5 en el ambiente. Sin embargo, en toda la zona ubicada al sur de la termoeléctrica, la contribución es aproximadamente del 12%. Esto es especialmente importante cuando se toma en cuenta que en este estudio únicamente se consideró el análisis de las PM2.5 secundarias en forma de de las sales de amonio y el ácido nítrico, quedando pendiente cuantificar otros componentes de las partículas secundarias y las partículas primarias dentro de la fracción de partículas PM2.5, que se forman comúnmente durante la combustión.
Figura 28. Concentración anual ponderada por la población para partículas secundaria
0.23
0.45
1.43
2.66
1.88 1.89
1.66
0.01 0.02 0.07
0.70
0.40
0.09
0.535.44% 5.45% 5.11%
26.18%
21.29%
4.93%
31.60%
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
Tamiahua Naranjos Cerro Azul Tuxpan Alamo Cazones Poza Rica
Receptores
Con
cent
raci
ón d
e pa
rtíc
ulas
se
cund
aria
s, u
g/m
3
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
Porc
enta
je d
e po
blac
ión
Concentración anual
Concentración anualponerada con lapoblación
Fracción de lapoblación
Como en los otros casos, se obtuvo un valor de concentración anual ponderada con la población (CAPP). En la Figura 24 se presentan los valores de la concentración anual, la fracción de población asociada a cada receptor y el valor de la concentración anual ponderada con la población
68
De la figura se observa que, al comparar las CAPP de Tuxpan y Poza Rica, éstas son muy similares, por lo que la exposición también es similar en estos sitios, a pesar de que uno está localizado a 10 km y el otro se encuentra a 48 km de la termoeléctrica. Comparando la CAPP obtenida para PM10 en Poza Rica con la calculada para las partículas secundarias en este mismo punto, observamos que ésta es 4 veces mayor que aquélla, lo cual refleja la naturaleza de largo alcance de los sulfatos
Finalmente, se calculó la fracción de partículas primarias y secundarias, estimadas como promedio de toda la malla de modelación, los resultados se presentan en forma de porciones de pastel en la figura 29. En esta figura, se puede apreciar que la proporción del sulfato de amonio es más de la mitad, por su parte, las primarias corresponden a la tercera parte y finalmente el nitrato de amonio y ácido nítrico ocupan entre los dos el 13 %. Estas proporciones podrían cambiar al considerar las partículas primarias de la fracción PM2.5.
Estos resultados son muy significativos en términos de los efectos en salud, pues como se ha comentado las partículas más finas, representan un mayor riesgo a la población que está expuesta a las emisiones de la termoeléctrica.
Figura 29. Porcentaje de las partículas con respecto al total
Otros13% HNO3
6%
PM10, Primarias31%
NH4NO3
7%
(NH4)2SO4
56%
Resultados de la Simulación de Escenarios de Control
De acuerdo con la selección de los esquemas de reducción que podrían aplicarse en este caso, descrita en la sección de Metodología, se llevó a cabo la simulación de la dispersión de contaminantes, considerando las
69
reducciones obtenidas por el control de emisiones. Esta simulación se llevó a cabo únicamente tomando en cuenta la semana del 1 al 7 de junio, pues representa las condiciones meteorológicas que producen mayor efecto en la salud de la población y por ende la disminución de las concentraciones ambientales bajo estas condiciones tendrían una mayor efecto en términos de salud pública. En cada caso, la simulación se basó en los siguientes supuestos:
Lavador con lechada de cal
Debido a que la literatura cita un rango de remoción entre 92 y 95%, la simulación se realizó tomando en cuenta una reducción de las emisiones de SO2 en 92%, para realizar un estimado conservador.
En relación con la instalación de un lavador con lechada de cal, en la literatura se cita que el enfriamiento de los gases de combustión al entrar en contacto con la lechada de cal, disminuye a alrededor de 120 F (48.8ºC) (Wark y Warner, 1998), y que es necesario recalentar los gases en un intervalo que puede ir de 250ºC a 350ºC para devolverle flotación a los gases de salida. Por tal motivo se realizó una corrección al volumen de los gases de salida para calcular la velocidad de flujo de contaminantes a la salida de la chimenea.
Cabe señalar que las concentraciones ambientales de SO4, se obtienen en la misma modelación de SO2, ya que las concentraciones de sulfatos son generadas a partir de las concentraciones de SO2.
Precipitador Electrostático
En este caso, se utilizó el porcentaje reportado de remoción de partículas totales (99%) para estimar la reducción en las emisiones de PM10 de la termoeléctrica. Las emisiones de SO2 no se afectaron en este escenario. Asimismo, se consideró que no hay cambios en la temperatura de salida de los gases.
Reducción en el contenido de azufre en el combustible
Tomando en cuenta lo descrito en la sección de Metodología, se utilizó un porcentaje de remoción de 45% de SO2 en los gases de salida de la termoeléctrica y un 5% de remoción de partículas. En este caso también se obtuvieron las concentraciones ambientales de SO4 a partir de las concentraciones de SO2.
Uso de aditivos
De acuerdo con la información proporcionada por el Instituto de Investigaciones Eléctricas (Romo, et al., 2003), el uso de aditivos tiene como resultado la reducción de emisiones de partículas y de SO3. Sin embargo, pueden obtenerse también reducciones de SO2, aunque en un porcentaje significativamente menor. Para efectos de la simulación, se utilizó un porcentaje de reducción de emisiones de SO2 por el uso de aditivos igual al 6%.
70
Tomando en cuenta experiencias previas en el uso de aditivos en nuestro país, se estudiaron dos posibles escenarios de control, utilizando diferentes combinaciones de aditivo y neutralizante (Grupo Carbono 14, 2003). De todas las combinaciones estudiadas, dos resultaron con mejor desempeño: la primera consistió en añadir 180 ppm de aditivo principal y 1603 ppm de aditivo neutralizante; en la segunda se utilizaron 593 ppm de aditivo principal y 504 ppm de aditivo neutralizante. Con el uso de estas mezclas se lograron reducciones de entre 22% y 29% en la emisión de partículas y de aproximadamente 6% en las emisiones de SO227. Los costos aproximados de usar cualquiera de estas dos mezclas se muestran en la sección Resultados.
Al concluir las simulaciones para cada medida de control, se obtuvieron porcentajes de reducción en la concentración ambiental de los contaminantes de interés, para cada punto receptor. El resumen de estos resultados se muestra en la Cuadro 18.
Cuadro 18. Porcentajes de reducción en las concentraciones estimadas para cada punto receptor, utilizando varios esquemas de control de emisiones
PM10 SO2 SO4
LVC CC AD PE LVC CC AD PE LVC CC AD PE
Tuxpan 26.8% 4.5% 19.0% 98.6% 91.3% 44.9% 5.9% N.A. 91.2% 44.8% 5.9% N.A.
Naranjos 33.0% 5.7% 20.1% 99.2% 88.9% 44.4% 5.1% N.A. 88.2% 45.2% 5.4% N.A.
Tamiahua 24.0% 7.5% 19.8% 98.7% 89.4% 45.4% 4.9% N.A. 93.2% 35.3% 4.5% N.A.
Alamo 24.6% 4.8% 20.0% 99.1% 92.1% 45.0% 6.0% N.A. 91.9% 44.9% 6.0% N.A.
Poza Rica 22.6% 4.8% 20.1% 99.0% 92.5% 44.8% 5.7% N.A. 92.2% 44.9% 5.7% N.A.
Cerro Azul 27.1% 5.0% 19.9% 99.2% 91.4% 45.0% 6.0% N.A. 91.4% 45.0% 5.8% N.A.
Cazones 22.1% 4.6% 20.0% 99.3% 92.3% 45.0% 6.0% N.A. 92.0% 44.9% 6.1% N.A.
LVC.- Lavador con lechada de cal CC.- Cambio de combustible a 2% de azufre AD.- Adicionar aditivos al combustible PE.- Precipitador electrostático
27 En el Apéndice 2 se muestran las reducciones obtenidas para otros contaminantes.
71
En la cuadro se indican en negritas los valores máximos de porcentaje de reducción en la concentración ambiental por cada medida de control, para los contaminantes de interés. A partir de estos valores, se puede observar en qué poblaciones se obtiene el mayor beneficio de incorporar una estrategia específica de control de emisiones. Cabe resaltar que, en general, para cada opción de control, los valores de reducción no presentan mucha variabilidad.
Con base en los resultados obtenidos en la simulación, se construyó la siguiente figura, que muestra una comparación entre los porcentajes de reducción de concentraciones de los contaminantes de interés a partir de las diferentes opciones de control.
En esta gráfica se observa que, para todos los contaminantes de interés, se obtiene una reducción significativa en las concentraciones ambientales mediante la instalación de un lavador con lechada de cal, mucho mayor que la obtenida con otras medidas de control. De la misma manera, es claro que para partículas, el precipitador electrostático representa la opción con mayor reducción en la concentración ambiental de este contaminante, con la salvedad que no tiene ningún impacto en las emisiones de SO2 ni de sulfatos.
Por otra parte, los beneficios de llevar a cabo una reducción en el contenido de azufre del combustible impactan mayoritariamente en las concentraciones ambientales de SO2 y sulfatos, llegando a reducirlas casi a la mitad, con un beneficio marginal en términos de la concentración de partículas. En lo que respecta al uso de aditivos para mejorar la combustión, éstos impactan principalmente en la concentración ambiental de partículas, llegando
Figura 30. Comparación del porcentaje de reducción de concentraciones ambientales usando medidas de control de emisiones, para la semana del 1 al 7 de junio
SO291.7%
PM1074.2%
SO491.7%
SO244.9%
PM104.9%
SO444.9%
SO25.9%
PM1019.7% SO4
5.8%
PM1099.0%
Lavador con lechadade cal
Cambio a uncombustible con 2%
de S
Aditivar elcombustible
Precipitadorelectrostático
72
a reducir éstas en aproximadamente 20%, aunque las concentraciones de SO2 y sulfatos disminuyen únicamente en aproximadamente 6%.
Resultados de la Estimación y Valuación de Impactos en Salud
Usando la metodología descrita en la sección correspondiente, se listan en el cuadro 19, el número promedio de los casos anuales de mortalidad y morbilidad y su correspondiente intervalo del confianza de los 90%, obtenido por la exposición de la suma de partículas primarias y secundarias.
Cuadro 19. Número de casos anuales por exposición a partículas
Promedio IC 90% Mortalidad por Exposición Aguda 7 5 � 10
Mortalidad por Exposición Crónica 17 8 � 29
Bronquitis Crónica 127 90 � 173
Admisiones al Hospital por causas Respiratorias 2 1 � 3
Admisiones al Hospital por causas
Cardiovasculares
0 �
Urgencias por causas Respiratorias 23 15 � 32
Urgencias por Asma 1 12 � 29
Días de actividad restringida (DAR) 3,800 1,700 � 6,500
Días de actividad restringida menores (DARM) 37,000 28,000 � 48,000
Lo que sobre sale de los resultados son los 34 casos de mortalidad en promedio al año que se presentan en promedio por exposición a las partículas primarias y secundarias.
Valuación de los impactos en salud
En el cuadro 20 se presenta la valuación de los efectos listados anteriormente, en términos económicos la mortalidad de los 34 casos anuales representa un costo aproximado de 25.5 millones de dólares. Los costos más elevados, justamente se deben a la mortalidad y a los casos de bronquitis crónica que representa 7.5 millones de dólares al año.
73
Cuadro 20. Valor promedio anual de los impactos en salud (mil dólares)
Promedio IC 90% Mortalidad por Exposición Aguda 7,500 2,000 � 15,000
Mortalidad por Exposición Crónica 18,000 3,800 � 41,000
Bronquitis Crónica 7,500 2,000 � 15,000
Admisiones al Hospital por causas Respiratorias 0.5 0.2 � 0.9
Admisiones al Hospital por causas
Cardiovasculares
0 �
Urgencias por causas Respiratorias 4 2 � 7
Urgencias por Asma 3 2 � 6
Días de actividad restringida (DAR) 60 15 � 125
Días de actividad restringida menores (DARM) 590 190 � 990
33,657.5
El valor anual total de los impactos por las emisiones de la planta de Tuxpan (menos el impacto de DAR para no contar doble) es $33, 600,000 con un intervalo de confianza al 90% de entre $8, 000,000 (5%) y $72, 000,000 (95%) que representa los impactos monetarios causados por las emisiones de PM10 de la termoeléctrica Tuxpan por año.
Hay mucha incertidumbre en esta estimación. Algunos ejemplos de esta incertidumbre son que se están utilizando datos de enfermedades de la ciudad de México, y no de Veracruz (porque no los tenemos en este momento), y se está suponiendo que las concentraciones semanales representan promedios anuales. Es también conveniente notar que no se han incluido tampoco estimaciones para otros contaminantes.
En el análisis de los esquemas de control, se ejecutó nuevamente el modelo únicamente para la semana del 1 al 7 de junio y se compararon los impactos a la salud entre las emisiones sin control y las emisiones con control. Los resultados en porcentajes debido a la reducción de los efectos en salud se presentan en el cuadro 21.
Cuadro 21. Reducción de efectos en salud por el tipo de control
Tipo de Control Reducción de efectos en salud (%)
Lavadoras con lechada de Cal 66.74% Reducción en el contenido de azufre del combustible
(2%) 29.52% Uso de aditivos 10.95%
74
Tipo de Control Reducción de efectos en salud (%)
Precipitador electrostático 37.48%
Estimación de los costos de medidas de control de emisiones
En esta sección se presentan los resultados de los cálculos realizados con base en los factores descritos en la sección Metodología, para cada opción de control de emisiones seleccionada para la simulación:
! Lavador con lechada de cal: Tomando en cuenta los costos referidos para una planta de 600 MW, para la central A. López Mateos (2,100 MW), los costos de capital y anuales son de $700 millones de dólares y de $ 19 millones de dólares Precipitador electrostático: Con base en los datos reportados en la literatura, siendo que la central A. López Mateos emite alrededor de 17,000 toneladas de partículas (ver apartado Caracterización de Emisiones), el costo de este equipo estaría en un rango de entre $757,350 y $4,712,400 dólares por año, tomando en cuenta que serían removidas el 99% de las partículas de los gases de salida (aproximadamente 16,830 toneladas/año). Asimismo, tomando en cuenta que el flujo de cada chimenea es de 547 m3/s, los costos de capital se encontrarían en el rango de 16.4 a 54.7 millones de dólares por cada chimenea. Por lo tanto, tratándose de 3 chimeneas, el costo total de capital para la termoeléctrica oscilaría entre 49.3 y 164.1 millones de dólares. En lo que respecta a los costos directos e indirectos, la referencia consultada reporta que éstos son aproximadamente 2.24 veces el costo de inversión del equipo (USEPA, 2002a), por lo que se estima en un intervalo entre 110.3 y 367.6 millones de dólares anuales.
Cuadro 22. Costos aproximados para la instalación de precipitadores electrostáticos para la planta termoeléctrica Adolfo López Mateos
Dólares (US $) Costo de inversión $ 49,230,000 a $ 164,100,000 Costos indirectos y directos $ 110,275,200 a $ 367,584,000 Costo total $ 159,505,200 a $ 531,684,000
! Aditivos: Al considerar las dos mezclas que presentaron mayor remoción de contaminantes, se obtuvieron los siguientes costos asociados:
Cuadro 23: Costo aproximado del uso de aditivos en la Termoeléctrica Adolfo López Mateos.
Precio (USD / kg)
Costo / Ton de combustóleo
(USD)
Consumo de combustóleo en Tuxpan en el año 2000
(millones de m3) Costo
(millones USD / año)
75
Aditivo principal 3.75 - 7.0 Aditivo neutralizante 2.50
4,682 - 4.76 3.4 15.9 - 16.1
! Reducción del contenido de azufre en el combustible (2%): Tomando en cuenta los volúmenes requeridos de diesel y combustóleo para esta planta, se calcularon los costos aproximados de utilizar esta mezcla con bajo contenido de azufre.
Cuadro 24: Estimación de los costos asociados al consumo de una mezcla de combustibles con bajo contenido de azufre
Precio (pesos / lt)
Costo total (millones de pesos)
Combustóleo: 4.18 2,534 Diesel: 1.27 8,342 Costo Total: - 10,876
En el siguiente cuadro se presenta una comparación de los costos de inversión de capital para los esquemas de control considerado
Cuadro 25: Estimación de los costos asociados a los esquemas de control
Lavador con lechada de cal
Mezcla Diesel- combustóleo,
equivalente a un combustible con 2 %
de azufre
Aditivos Precipitador Electrostático
Costo capital (MDD) 700 376 a 1,255
Costos operación (MDD) 19 108 15 0.8 A 4.8
76
Discusión
Dispersión de contaminantes
El modelo SCREEN, resultó ser una herramienta útil para el diagnóstico inicial de dispersión de los contaminantes provenientes de la termoeléctrica. Su aplicación permitió tomar la decisión de utilizar un modelo más sofisticado para mejorar el cálculo de las concentraciones. En términos generales, los resultados del modelo SCREEN fueron consistentes con los obtenidos por la aplicación del sistema CALMET-CALPUFF, que muestran en ambos casos que las concentraciones más elevadas de los contaminantes primarios se encuentran en las cercanías de la termoeléctrica.
La aplicación del análisis cluster permitió seleccionar tres periodos representativos del año 2001, con los que se calculó la concentración anual de los contaminantes de interés en este estudio. Estos períodos representan el 98% de las condiciones meteorológicas del año 2001. En este sentido, la semana del 1 al 6 de junio representa a 23 semanas del periodo seco caliente, la semana del 10 al 16 septiembre representa a 12 semanas que destacan por poseer las mayores precipitaciones y, finalmente, la semana del 5 al 11 de noviembre se seleccionó de las 16 semanas que representan un período seco frío. Se recomienda para estudios futuros, determinar la incertidumbre asociada tanto a la aplicación del análisis cluster, como a la selección de una determinada semana de cada grupo para la modelación de la dispersión.
Bióxido de azufre (SO2)
La distribución de las concentraciones anuales de bióxido de azufre tiene influencia en gran parte de la zona continental que rodea a la termoeléctrica. La dispersión de este contaminante durante junio se da esencialmente hacia el oeste, mientras que durante septiembre y noviembre la influencia de las emisiones se presenta en la zona sur del dominio. El valor máximo agregado de SO2 en los siete receptores seleccionados (Tamiahua,
Naranjos, Cerro Azul, Tuxpan, Álamo, Cazones y Poza Rica) ascendió a 90 µg/m3 y se presentó en junio, como era de esperarse, debido a las condiciones meteorológicas prevalecieron durante este período, con altas temperaturas, nula precipitación, viento de mar a tierra, velocidad del viento moderada y humedades relativamente más bajas. Es importante mencionar que en todos los periodos modelados se obtuvieron valores
elevados de concentración de SO2 en el receptor de Tuxpan, además el promedio anual de 27 µg/m3, obtenido en esta población, representa aproximadamente 34% del valor de la norma anual para este contaminante. Asimismo, Álamo, Cazones y Cerro Azul obtuvieron concentraciones anuales similares entre sí, que representan aproximadamente el 10% del valor anual normado.
77
La concentración anual ponderada por la población (CAPP), que relaciona la población expuesta con las concentraciones de SO2 calculadas, ofrece otra perspectiva de interpretación de estas concentraciones. Por ejemplo, los municipios de Cerro Azul, Álamo y Cazones poseen concentraciones similares, pero cuando se comparan sus valores de CAPP, Álamo presenta un valor aproximadamente cuatro veces mayor a los obtenidos en los otros dos receptores, debido a que la población expuesta en Álamo es mucho mayor. Otro caso interesante se presenta en Poza Rica, pues a pesar de tener la mitad del valor de la concentración de SO2 comparado con Álamo, el valor de CAPP es muy similar entre ambas localidades, debido a la gran población que posee Poza Rica. También en este caso, la CAPP más elevada se obtuvo en el receptor de Tuxpan, que concentra al 26% de la población total de los receptores seleccionados.
Partículas primarias (PM10)
La influencia espacial de la pluma de concentración de partículas primarias (PM10) es similar a la obtenida para bióxido de azufre. Sin embargo, se presentan dos diferencias significativas; primero, la dispersión de las partículas se circunscribe al área seleccionada, a diferencia de la pluma de SO2 que trasciende los límites del dominio; y, segundo, las concentraciones encontradas en receptores son al menos un orden de magnitud menor a las de SO2. Esto último se debe principalmente a que las emisiones de PM10 también son menores en un orden de magnitud a las emisiones de SO2 y a que la fracción gruesa (partículas con un diámetro aerodinámico de 2.5 a 10 micras) de las partículas PM10, se sedimenta a unos cuantos kilómetros de la fuente. Nuevamente Tuxpan
obtuvo la concentración acumulada más elevada durante el periodo de junio de aproximadamente 6 µg/m3, y la
concentración anual más alta, alcanzando 1.8 µg/m3. Al comparar las concentraciones anuales de PM10 con el
correspondiente valor de la norma se obtuvo que esta concentración representa el 3.6%.
En términos de la CAPP, el receptor de Tuxpan nuevamente resultó ser el más afectado en términos de exposición a PM10. Después de Tuxpan, Poza Rica y Álamo obtuvieron los valores de CAPP más elevados.
Partículas secundarias (sulfatos, nitratos y ácido nítrico)
Aunque en términos espaciales la pluma de las partículas secundarias (sulfato de amonio, nitrato de amonio y ácido nítrico), afecta esencialmente las mismas zonas que los contaminantes primarios, se observan diferencias significativas, tanto en el alcance de las concentraciones máximas, como en la homogeneidad de las concentraciones calculadas para los siete receptores. En primer término, las concentraciones máximas se encuentran a una mayor distancia de la fuente, comparadas con las concentraciones obtenidas para partículas primarias. Esto se debe a que la transformación química se da durante la advección de las partículas y a que éstas son las de menor tamaño dentro de las PM10, por lo que se transportan a mayor distancia. En términos de la distribución de las concentraciones, para las partículas secundarias se obtuvieron valores más homogéneos entre sí para los siete receptores, mientras que para las PM10 se obtuvo un rango más amplio de valores. Tuxpan
78
vuelve a obtener la mayor concentración acumulada máxima, alrededor de 14 µg/m3, durante el periodo de junio. Al comparar las concentraciones anuales con la norma anual de PM2.5 de los Estados Unidos, las de Tuxpan, Álamo y Cazones representan el 17, 12.6 y 11.1%, respectivamente. Para los receptores restantes representan menos del 10%.
El valor de la CAPP calculado para las partículas secundarias mostró que si bien Tuxpan presenta las mayores concentraciones anuales promedio, el valor de la CAPP para Tuxpan y para Poza Rica es muy similar. Al considerar que Tuxpan se localiza a 6 km de la fuente y Poza Rica a 60km, se infiere que el impacto de las concentraciones de las partículas secundarias alcanza mayores distancias, lo que es consistente con la pluma que transciende más allá de los límites de la modelación.
Se promedió el valor anual en cada nodo de la malla, de partículas primarias (PM10) y de partículas secundarias para todo el dominio de modelación. Usando estos valores y, considerando que las partículas secundarias pertenecen en su totalidad a PM2.5, se determinó que del total de PM10, el 56% corresponde a sulfato de amonio ((NH4)2SO4), el 31% es aportado por las partículas primarias (PM10) y el 13% corresponde a la suma de las contribuciones del nitrato de amonio y del ácido nítrico.
En general, la modelación de los escenarios de control mostró que las concentraciones calculadas por el modelo se reducen linealmente en función de las reducciones en emisiones por la aplicación de los esquemas de control seleccionados. En etapas posteriores de este estudio sería conveniente mejorar la definición de los esquemas de reducción de contaminantes.
Estimación y valuación de impactos en salud
La evaluación de los efectos en salud se basó en las funciones concentración-respuesta, utilizando la suma de las concentraciones obtenidas de partículas primarias y secundarias. Además de calcular los efectos en la salud en los 7 receptores seleccionados, también se obtuvieron para todos los nodos de la malla de modelación, tomando en cuenta a toda la población potencialmente expuesta. Los efectos anuales asociados a las concentraciones encontradas fueron: siete casos de mortalidad por exposición aguda, 17 casos de mortalidad por exposición crónica, 127 casos de bronquitis aguda, 23 visitas a urgencias por causas respiratorias, una visita a urgencias por asma, 3,800 días de actividad restringida y 37,000 días de actividad restringida menor y dos admisiones hospitalarias por causas respiratorias, por año.
El valor económico anual total de estos impactos, que se determinó utilizando la técnica de valoración contingente (disponibilidad a pagar), resultó ser de aproximadamente $33 millones de dólares (MDD), (IC 90%:
79
$8 MDD : $72 MDD). La incertidumbre cuantificada del valor monetario de los efectos está relacionada con la variabilidad del coeficiente de concentración-respuesta y el parámetro de Disposición a Pagar (DAP).
Es probable que estos valores subestimen el impacto real de la emisiones de la termoeléctrica, ya que en este caso no se cuantificaron las concentraciones de partículas primarias pertenecientes a la fracción PM2.5, con importantes efectos en la salud.
Se realizó la comparación de los costos de las diferentes tecnologías de control de emisiones de SO2 y PM10, así como la estimación de una mezcla combustóleo-diesel para garantizar un menor contenido de azufre (2%) y el uso de aditivos para los procesos de combustión. De este análisis resultó que la opción más económica era el agregar aditivos al combustible. Esta reducción conlleva una disminución del 11% anual en los efectos a la salud. Por otro lado, el lavador con lechada de cal daría como resultado una reducción de 67% anual en los efectos en salud. Sin embargo, la aplicación de este esquema requeriría un capital inicial aproximado a 700 millones de dólares y 19 millones de dólares anuales por concepto de operación del equipo. Los datos económicos estimados resultaron de investigación en referencias de Estados Unidos, por lo que sería conveniente mejorar estas estimaciones y realizar un estudio costo beneficio más detallado y adecuado a las condiciones de nuestro país y de esta región en particular.
Limitaciones
La cuantificación de la incertidumbre asociada a las concentraciones obtenidas del modelo CALPUFF, será posible con información de campañas de monitoreo de calidad de aire en la región, que permitan compararlas con el desempeño del modelo. Adicionalmente, algunos autores han reportado cierta incertidumbre asociada al mecanismo de conversión química (MESOPUFF II), a la incorporación de la remoción seca y húmeda, y a la selección del área de modelación
La estimación de los efectos en salud podría mejorarse al ampliar el área del dominio de modelación, para incorporar a todos aquellos receptores que pudieran estar afectados.
Por último, la cuantificación de la incertidumbre asociada a la valuación económica podría complementarse con los siguientes parámetros:
• la tasa basal de los efectos en morbilidad usada en este estudio fue la estimada para el Distrito Federal, por lo que sería conveniente utilizarse valores de los municipios que se consideraron en este primer estudio;
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• los valores de mortalidad que se usaron corresponden al estado de Veracruz, que pueden diferir de los municipios involucrados en este estudio;
• el valor de DAP utilizado para este proyecto es un valor nacional del PIB, que puede diferir de los estimados estatales, pudiendo ser más bajos, y
• las funciones concentración-respuesta se obtuvieron de la mejor información disponible generada a partir de estudios realizados en otras zonas y /o países, por lo que podrían ser diferentes de funciones que se obtuvieran de estudios realizados en la zona de estudio.
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
De los resultados presentados en la sección anterior, se derivan las siguientes conclusiones:
1. Capacidad de dispersión alta para los contaminantes de la termoeléctrica gracias a la influencia de la interacción mar-continente y a la altura de las chimeneas (120 m).
2. Los resultados obtenidos por ambos modelos (SCREEN y CALPUFF) son consistentes, ya que en sus estimaciones de las concentraciones más elevadas se localizan cerca de la fuente.
3. Con base al análisis cluster, las tres semanas seleccionadas representan el 98% de las condiciones meteorológicas del año 2001 en Tuxpan.
4. El receptor más afectado por las emisiones de SO2, PM10 y la formación de partículas secundarias, es el poblado de Tuxpan. La pluma de dispersión de SO2 y partículas secundarias trascienden los límites del dominio seleccionado
5. De los períodos de modelación seleccionados, se encontró que los contaminantes estudiados en este trabajo (SO2, PM10 y partículas secundarias), afectan principalmente las poblaciones localizadas al sur y al oeste de la Termoeléctrica de Tuxpan.
6. La concentración de bióxido de azufre modelada para el receptor de Tuxpan, representa el 34% del valor de la norma anual que corresponde a 80µg/m3, y menos del 10% en los poblados de Cerro Azul, Álamo, Cazones, Naranjos y Tamiahua.
7. Para las partículas primarias menores a 10 µm, los porcentajes que se hallaron con respecto al valor anual de la norma de PM10 (50µg/m3), fue de 3.6% en la población de Tuxpan, seguido del 1% en los municipios de Cerro Azul Alamo y Cazones; 0.7% en la ciudad de Poza Rica, 0.4% en el municipio de Naranjos y 0.1% en Tamiahua.
8. En el caso de la partículas secundarias, el porcentaje calculado con respecto a la norma anual para los Estados Unidos de PM2.5, 15µg/m3, es del 17.7% en el receptor de Tuxpan, de 12.6% en Álamo y Cazones y 11.1 en Poza Rica y en los receptores ubicados al sur del la termoeléctrica, Cerro Azul representa el 9.5%, Naranjos el 3.0% y finalmente Tamiahua 1.5% en.
9. La concentración anual ponderada por la población (CAPP), sirve como un parámetro que exhibe la importancia de relacionar las concentraciones y la población expuesta. Este parámetro permitió verificar que los contaminantes secundarios pueden alcanzar poblaciones más alejadas de la fuente. En el caso particular del valor para la concentración de las partículas secundarías en Tuxpan (a 8km de la fuente) y Poza Rica a(a 58 km de la fuente), se obtuvo un valor similar de CAPP, lo cual indica que estas poblaciones se afectan de la misma manera.
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10. En línea con los trabajo de Levy, se observa que la pluma de partículas secundarias afectan poblaciones que se encuentran localizadas a más de 60 km, de la fuente de emisión.
11. Las concentraciones modeladas con base en las emisiones de la Termoeléctrica de Tuxpan se encuentran por debajo de los valores de las normas vigentes de SO2, PM10 y de PM2.5 (de EU como proxy para partículas secundarias sulfatadas). No obstante, estas concentraciones pueden representar un riesgo para la salud de los habitantes de las poblaciones aledañas.
12. En términos económicos la mortalidad y la bronquitis crónica aportan el 99% del valor total de los efectos en salud.
13. La estimación de la valoración económica de los efectos potenciales en la salud de las poblaciones potencialmente expuestas a las emisiones de la Termoeléctrica de Tuxpan se estimó en aproximadamente 33 millones de dólares (estimador central) al año.
Asimismo, se recomienda lo siguiente:
1. Realizar un recorrido en campo, así como análisis químicos de tejidos vegetales, análisis físicos y químicos de suelos y determinaciones de acidez de la precipitación para complementar la evaluación de los efectos sobre la vegetación. Analizar el impacto en los ecosistemas de la región, con metodologías adecuadas de valuación de los efectos en los ecosistemas.
2. Ampliar el dominio de simulación para evaluar el impacto en poblaciones más alejadas.
3. Realizar un monitoreo de calidad del aire en la zona urbana de Tuxpan, para calibrar y ajustar los modelos de dispersión.
4. Incluir en el análisis de la fracción PM2.5 primaria, para complementar la estimación de PM10.
5. Calcular los efectos en salud con la información de tasas basales locales y ajustar el DAP de acuerdo con el ingreso de la región.
6. Documentar otras posibles fuentes de emisión (2 refinerías en Poza Rica y otras industrias pesadas) de los contaminantes estudiados que se localicen en la región. Asimismo, analizar el posible efecto del dimetil sulfato (DMS) proveniente de la brisa marina, en la formación de sulfatos en la zona.
7. Usando la información aportada en este estudio, es recomendable realizar un análisis costo-beneficio detallado para la selección de la opción de control económicamente viable.
8. Analizar la influencia del dimetil sulfato (DMS) proveniente del mar, en la formación de partículas secundarias (concentraciones de fondo).
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Agradecimientos
Agradecemos a Ing. Aquileo Guzmán Perdomo y M.I. Montserrat Ávalos Gómez, por su colaboración en el diagnóstico bibliográfico de los efectos de los contaminantes en la vegetación y los ecosistemas en la región.
Agradecemos los comentarios de la investigadora de visita, la Dra. Galen Mckinley del Massachussetts Institute of Technology, que permitieron mejorar notablemente el presente estudio.
También agradecemos las facilidades brindadas para obtener información valiosa que se usó en este trabajo:
A la Dirección de Reordenamiento Ecológico y Conservación de los Ecosistemas del INE, en especial a Gabriela Cuevas García, Subdirectora de Sistemas de Información Geográfica
Al Servicio Meteorológico Nacional, en especial al M. C. Angel Terán Cuevas y Francisco Flores Mejía de Subgerencia de Monitoreo Atmosférico Ambiental.
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ANEXOS
ANEXO I. Descripción de los equipos de control para SO2 y Partículas
! Lavadores en Regadera o Aspersión: Este equipo es el más sencillo de los lavadores que utilizan agua como material absorbente. Utilizan gotas de agua de tamaños muy grandes (100 a 300 micrómetros) que son alimentadas desde la parte superior de la cámara de absorción por una regadera o una tobera de aspersión. El gas rico en óxidos de azufre se introduce por la parte inferior y viaja hacia arriba en camino a la chimenea u otro equipo de control. El contacto entre las gotas de agua y los gases depende de diversos parámetros, pero en general se considera suficiente para alcanzar eficiencias de remoción de óxidos de azufre de nivel bajo a regular; esto es, entre 20 a 50 por ciento de remoción. (Schnelle y Brown, 2002). El agua resultante del proceso contiene sulfitos y sulfatos disueltos, por lo que debe ser tratada antes de su descarga al ambiente.
! Lavadores de torre empacada o de platos: Una modificación a los lavadores para mejorar la eficiencia de remoción son las torres empacadas con un material resistente al ataque de los ácidos y que posea una relación área/volumen alta, más eficiente para el contacto con los gases que son alimentados en la base de la torre. Las torres de platos son una secuencia de platos perforados, que permiten la inundación con agua para que el gas burbujee a través de las perforaciones y entre en contacto con el agua absorbente. Las eficiencias de remoción de óxidos de azufre son altas, superiores al 90 por ciento en peso. En este caso, el agua residual producida también debe ser tratada previa a su descarga.
! Lavadores con lechada de cal: Otra modificación muy conveniente es el aprovechamiento de la reacción química de neutralización entre los óxidos de azufre gaseosos y un material alcalino disuelto en el agua que funciona como disolvente. El material alcalino puede ser hidróxido de calcio (Ca(OH)2), óxido de calcio (CaO) o carbonato de calcio (CaC03) disuelto en agua, con lo que se logra la formación de sulfatos en suspensión, y la neutralización de los iones ácidos producidos por los óxidos de azufre en solución. Con esta combinación de lavadores convencionales y la solución alcalina se logran eficiencias de remoción altas, del orden del 92 a 95 por ciento en peso (US EPA, 2002). Sin embargo, esta tecnología produce dos corrientes residuales: el lodo rico en sales de calcio que debe almacenarse, en ocasiones requiriendo la adición de un auxiliar de desecado, o disponerse en un relleno industrial; y el agua del proceso de desecado que requiere tratamiento mediante la adición de un floculante-coagulante, para después descargar al ambiente. La cantidad de lodos producidos varía con el tipo de material alcalino utilizado, pero generalmente se considera que se generan 2.7 toneladas de yeso por tonelada de S02 alimentada usando óxido de Calcio CaO como
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material alcalino (Calinder/Chemical Lime, 2002). El costo aproximado de este equipo es de $150 USD/ton de SOx removida, según datos de la USEPA (2002).
Equipos de control de emisiones de partículas finas
Las siguientes son opciones para el control de emisiones de partículas finas, antes de su descarga al ambiente:
! Precipitadores electrostáticos: Estos equipos se utilizan para la reducción de emisiones de partículas con eficiencias de colección del 99%. El precipitador electrostático es básicamente una máquina eléctrica. Los procesos principales del equipo son la carga de las partículas y su lanzamiento a los platos colectores para su recolección. Al equipo precipitador se aplica un alto voltaje de corriente directa pulsante en un sistema de electrodos que consiste en un electrodo de descarga de diámetro pequeño, que generalmente tiene carga negativa, y un electrodo de captura en forma de placa, que se conecta a tierra. Esto produce un campo eléctrico unidireccional y no uniforme cuya magnitud máxima se localiza cerca del electrodo de descarga. La mejor recolección de partículas ocurre a mayores campos eléctricos, el cual corresponde al mayor voltaje en los electrodos.
La habilidad de los precipitadores para manejar grandes volúmenes de gas a altas temperaturas (175-700
°C) hace a estos equipos atractivos para diversos procesos, por lo que se utilizan comúnmente para la reducción de emisiones de partículas en la industria de celulosa y papel, en las operaciones de licor negro, en los altos hornos de la industria acerera y en operaciones de sinterizado, así como para el control de cenizas volátiles provenientes de procesos de combustión en calderas industriales y en generadores de vapor en centrales de generación convencionales.
! Filtros de bolsas: Un dispositivo exclusivamente para el control de las emisiones de partículas suspendidas es el filtro de bolsas o de mangas. El entramado de la tela permite el paso de la corriente gaseosa y también logra que las partículas se impacten y sean removidas de la corriente de gas �sucio�. Este método tiene eficiencias de remoción entre el 60 y 75 por ciento en peso. El costo aproximado de estos equipos es de $150 USD/ton de PM10 removida.
! Otros dispositivos de control: En el mercado existen otros dispositivos que logran la remoción de partículas finas, los cuales tienen desempeños pobres (por ejemplo, los ciclones que presentan eficiencias menores al 15 % para PM10 y PM2.5) o resultan muy costosos (por ejemplo, los precipitadores electrostáticos) por lo que no se incluyen en este reporte
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ANEXO II. Metodología empleada en los trabajos de Levi
Para esta evaluación se tomó como referencia la experiencia adquirida en estudios recientes, realizados en Estados Unidos, específicamente en los estados de Illinois y Massachussetts (Levy y Spengler, 2002; Levy et al., 2002). Estos estudios se enfocaron a la evaluación de los beneficios de medidas regulatorias más estrictas para plantas termoeléctricas instaladas con anterioridad a 1970, y sirven como base metodológica de nuestro estudio.
El objetivo de estos trabajos se centró en evaluar, principalmente, los efectos en la salud pública, debido a las emisiones de plantas termoeléctricas llamadas �grandfathering�, este término se refiere a las plantas con más de 10 años de operación y que contienen o no equipos de control. Considerando que estos trabajos representan el estado del arte en estas investigaciones, constituyeron los elementos metodológicos del presente estudio, a continuación se describen las etapas de ejecución de esta investigación:
! La caracterización de las emisiones de la(s) fuente(s): En Illinois se evaluaron las contribuciones de cada planta en la concentración ambiental de PM2.5, incluyendo sulfatos y nitratos, para lo cual se utilizaron factores de emisión para estimar las emisiones de partículas, SO2 y NOx, debido a que los últimos reportes entregados por las plantas involucradas no reflejaban la situación actual en términos de equipos de control y tecnología. Asimismo, se consideró uniformidad en las emisiones a lo largo del año (Levy, et al., 2002). Los mismos contaminantes se tomaron en cuenta para el estudio de Massachussetts, sólo que en este caso se utilizó la información disponible de los reportes de emisiones de las empresas, considerando tanto emisiones uniformes como variables conforme a la época del año (Levy y Spengler, 2002).
! La selección del área geográfica de interés: En ambos estudios, las áreas se seleccionaron tomando en cuenta la proximidad con centros poblacionales importantes. En el caso de Illinois, el área de interés se seleccionó de manera que incluyera las 9 plantas termoeléctricas más importantes cercanas a la ciudad de Chicago en un área de 500 X 500 millas (Levy, et al., 2002). Para Massachussetts, los investigadores se enfocaron en 2 plantas termoeléctricas con mayores emisiones en el estado (Levy y Spengler, 2002).
! La modelación de la dispersión de contaminantes: En ambos casos se utilizó el modelo CALPUFF (Earth Tech, Concord, MA), siendo éste el recomendado por la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos debido a su posibilidad para incorporar campos de viento tridimiensionales complejos y para permitir la estimación de partículas primarias y secundarias. Para obtener los datos meteorológicos de entrada para el CALPUFF, se utilizaron datos de modelos de pronóstico de la NOAA, así como datos obtenidos del modelo meteorológico MM5, altamente compatible con el módulo de meteorología de CALMET. Para modelara la remoción húmeda y seca de los contaminantes se incorporaron datos de precipitación obtenidos de más de 400 observatorios en Estados Unidos, junto con los valores recomendados por el propio modelo para interpolar los parámetros meteorológicos y para correr el módulo MESOPUFF II de transformación
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química que modela la concentración de sulfatos y nitratos. No se incorporó el efecto �downwash28� en CALPUFF, que seguramente era despreciable debido a que 50km a la redonda no existen obstáculos ni edificios que perturben el flujo de la pluma, dadas las dimensiones de las chimeneas. El resultado final consistió en concentraciones anuales promedio para cada contaminante (SO2, NOx, PM2.5, SO4 y NO3). (Levy, et.al., 2002; Levy y Spengler, 2002).
! La estimación y valuación de los impactos asociados con la exposición a los contaminantes en las
poblaciones afectadas: Se utilizó la evidencia más completa y reciente de estudios previos sobre funciones dosis-respuesta para mortalidad prematura (Levy, et al., 2002). Se multiplicaron las concentraciones de partículas obtenidas en el modelo por el número de habitantes en las poblaciones afectadas de cada área censal y se dividió entre la población total de la malla, lo cual dio como resultado un promedio de exposición a las PM2.5 por habitante de la malla (Levy y Spengler, 2001). Para estimar los efectos en mortalidad de las concentraciones ambientales obtenidas, se utilizaron los resultados obtenidos de varios estudios en los Estados Unidos en los que se encontraron valores entre 0.5 y 0.6% de incrementos en mortalidad por cada incremento de 10 ug/m3 en la concentración de PM10 en el ambiente. Dado que el contaminante de interés en estos estudios era PM2.5, se utilizó un cociente aproximado de PM2.5/PM10 de 0.6, para convertir este incremento en 0.1% por cada incremento de 1 ug/m3 en la concentración de PM2.5, suponiendo también que sólo este tipo de partículas tiene efectos a la salud. Finalmente, para hacer una valuación económica de los posibles impactos en el área de Massachussets, por ejemplo, se utilizaron los parámetros de la USEPA del Valor de Vida Estadística (VSL, por sus siglas en inglés) para valuar los beneficios obtenidos de mayores controles en las emisiones de las plantas estudiadas (Levy y Spengler, 2002).
Los reportes de ambos estudios establecen que existe cierta incertidumbre en los cálculos y estimaciones realizados, con relación al mecanismo de conversión química (MESOPUFF II), la incorporación de la remoción seca y concentración ambiental de amoniaco en este módulo, la selección del área de modelación y la función concentración-respuesta utilizada para estimar los efectos en salud. Sin embargo, son una referencia valiosa para el diseño de estrategias para el control de la calidad del aire.
28 El efecto downwash se define como la caída aerodinámica de la pluma por edificios u obstáculos
93
Anexo III. Cuadros detallados de la concentración obtenida en la modelación
En este anexo se presentan las concentraciones obtenidas en la modelación para cada receptor, su respectiva representatividad y la multiplicación de ambas que se usó para la estimación de la concentración anual.
Concentraciones de bióxido de azufre.
Cuadro A3.1 Concentración calculada para la condición meteorológica de la semana del 1 al 7 de Junio para SO2 en los sitios receptores
Concentración de SO2 (µg/m3)
Representatividad de la condición
Concentración representativa
ZONA NORTE
Tamiahua 1.88 0.44 0.83
Naranjos 5.44 0.44 2.39
Cerro Azul 16.71 0.44 7.35
ZONA SUR
Tuxpan 43.42 0.44 19.10
Alamo 14.05 0.44 6.18
Cazones 4.53 0.44 1.99
Poza Rica 3.09 0.44 1.36
Cuadro A3.2 Concentración calculada para la condición meteorológica de la semana del 10 al 16 de septiembre para SO2 en los sitios receptores
Concentración de SO2 (µg/m3)
Representatividad de la condición
Concentración representativa
ZONA NORTE
Tamiahua 0.0 0.23 0.0
Naranjos 0.0 0.23 0.0
Cerro Azul 0.0 0.23 0.0
ZONA SUR
Tuxpan 8.4 0.23 1.9
Alamo 2.9 0.23 0.7
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Concentración de SO2 (µg/m3)
Representatividad de la condición
Concentración representativa
Cazones 13.7 0.23 3.2
Poza Rica 7.4 0.23 1.7
Cuadro A3.3 Concentración calculada para la condición meteorológica de la semana del 5 al 11 de Noviembre para SO2 en los sitios receptores
Concentración de SO2 (µg/m3)
Representatividad de la condición
Concentración representativa
ZONA NORTE
Tamiahua 0.11 0.31 0.03
Naranjos 0.30 0.31 0.09
Cerro Azul 2.13 0.31 0.66
ZONA SUR
Tuxpan 20.49 0.31 6.35
Alamo 4.65 0.31 1.44
Cazones 9.43 0.31 2.92
Poza Rica 5.00 0.31 1.55
Concentraciones PM10 primarias
Cuadro A3.4 Concentración calculada para la condición meteorológica de la semana del 1 al 7 de Junio para PM10 en los sitios receptores
Concentración de PM10 (µg/m3)
Representatividad de la condición
Concentración representativa
ZONA NORTE
Tamiahua 0.14 0.44 0.06
Naranjos 0.42 0.44 0.18
Cerro Azul 1.1 0.44 0.48
ZONA SUR
95
Concentración de PM10 (µg/m3)
Representatividad de la condición
Concentración representativa
Tuxpan 2.87 0.44 1.26
Alamo 0.99 0.44 0.44
Cazones 0.36 0.44 0.16
Poza Rica 0.25 0.44 0.11
Cuadro A3.5 Concentración calculada para la condición meteorológica de la semana del 10 al 16 de Septiembre para PM10 en los sitios receptores
Concentración de PM10 (µg/m3)
Representatividad de la condición
Concentración representativa
ZONA NORTE
Tamiahua 0.00 0.23 0.000
Naranjos 0.00 0.23 0.000
Cerro Azul 0.00 0.23 0.000
ZONA SUR Tuxpan 0.57 0.23 0.130
Alamo 0.21 0.23 0.047
Cazones 1.01 0.23 0.232
Poza Rica 0.64 0.23 0.148
Cuadro A3.6 Concentración calculada para la condición meteorológica de la semana del 5 al 11 de Noviembre para PM10 en los sitios receptores
Concentración
de PM10 (µg/m3)
Representatividad de la condición
Concentración representativa
96
Concentración
de PM10 (µg/m3)
Representatividad de la condición
Concentración representativa
ZONA NORTE
Tamiahua 0.01 0.31 0.003
Naranjos 0.01 0.31 0.003 Cerro Azul 0.15 0.31 0.05
ZONA SUR Tuxpan 1.36 0.31 0.42 Alamo 0.33 0.31 0.10
Cazones 0.68 0.31 0.21
Poza Rica 0.35 0.31 0.11
Concentraciones de partículas secundarias
Cuadro A3.7 Concentración calculada para la condición meteorológica de la semana del 1 al 7 de junio para partículas secundarias en los sitios receptores
Concentración de partículas secundarias
(µg/m3)
Representatividad de la condición
Concentración representativa
ZONA NORTE
Tamiahua 0.497 0.44 0.219
Naranjos 1.013 0.44 0.446
Cerro Azul 3.049 0.44 1.341
ZONA SUR
Tuxpan 3.865 0.44 1.701
Alamo 3.109 0.44 1.367
Cazones 1.165 0.44 0.513
Poza Rica 1.246 0.44 0.548
97
Cuadro A3.8 Concentración calculada para la condición meteorológica de la semana del 10 al 16 de septiembre para partículas secundarias en los sitios receptores
Concentración de partículas secundarias
(µg/m3)
Representatividad de la condición
Concentración representativa
ZONA NORTE
Tamiahua 0.003 0.23 0.002
Naranjos 0.003 0.23 0.001
Cerro Azul 0.023 0.23 0.007
ZONA SUR
Tuxpan 0.997 0.23 0.252
Alamo 0.466 0.23 0.099
Cazones 2.821 0.23 0.637
Poza Rica 2.759 0.23 0.611
Cuadro A3.9 Concentración calculada para la condición meteorológica de la semana del 5 al 11 de Noviembre para partículas secundarias en los sitios receptores
Concentración de partículas secundaria
(µg/m3)
Representatividad de la condición
Concentración representativa
ZONA NORTE
Tamiahua 0.017 0.31 0.005
Naranjos 0.018 0.31 0.005
Cerro Azul 0.272 0.31 0.080
ZONA SUR
98
Tuxpan 2.396 0.31 0.707
Alamo 1.385 0.31 0.417
Cazones 2.476 0.31 0.739
Poza Rica 1.668 0.31 0.503