impacto ambiental atmosférico - análisis de metodos de sondeo

IMPACTO AMBIENTALATMOSFERICO:

ANALISIS DEMETODOS DE SONDEO

Laura E. VenegasNicols A. Mazzeo

Consejo Nacional de Investigaciones Cientficas y TcnicasDepartamento de Ciencias de la Atmsfera.Fac. de Ciencias Exactas y Naturales. Univ. de Buenos AiresCiudad Universitaria. Pab.2 - 1428-Buenos Aires. ArgentinaFax. 4576-3364 (int.12)[email protected]@at.fcen.uba.ar

Palabras Claves: calidad del aire; mtodos de sondeo;modelos de dispersin atmosfrica;reglamentacin argentina.

RESUMEN

Se presentan las diferencias existentes entre la metodologa de sondeo requerida por lasreglamentaciones argentinas para la evaluacin del impacto ambiental atmosfrico y la metodologa desondeo propuesta por la USEPA. Para cumplir con los requerimientos de las reglamentacionesargentinas vigentes se desarroll el modelo RGSonde debido a que los modelos de sondeo de laUSEPA no se adaptan a los mismos. Se comparan los valores de la concentracin mxima en aire anivel del suelo y de la posicin donde se presenta, estimados por los modelos RGSonde y SCREEN3para diferentes escenarios de fuentes de emisin. Los resultados indican que, para el caso de unafuente puntual nica, los valores de la concentracin mxima obtenidos por el modelo RGSonde resultanmayores que los del modelo SCREEN3 y para fuentes mltiples las estimaciones del modelo RGSonderesultan menores que las del modelo SCREEN3.

INTRODUCCION

Los modelos de dispersin atmosfrica utilizados en la evaluacin del impacto ambiental atmosfricopueden clasificarse de acuerdo con su complejidad y su grado de desarrollo en dos niveles: modelos desondeo (screening models) y modelos detallados (detailed models). De acuerdo con la Agencia deProteccin del Ambiente de los Estados Unidos (USEPA) si mediante la aplicacin de tcnicas simples,se evala que una determinada fuente de emisin genera un problema de contaminacin atmosfrica, esnecesario utilizar los modelos detallados para evaluar el impacto ambiental atmosfrico de la fuente enestudio (USEPA, 1992). En general, este principio ha sido adoptado por el Ente Nacional Regulador dela Electricidad (Res. ENRE 13/97) para ser aplicado en el anlisis del impacto ambiental que producenlos efluentes gaseosos de las centrales trmicas convencionales para generacin de energa elctrica.Tambin la Secretara de Poltica Ambiental (SPA) de la Provincia de Buenos Aires (Res. SPA 242/97)adopt en general, esta filosofa para la evaluacin del impacto ambiental atmosfrico de las emisionesprovenientes de fuentes puntuales estacionarias en el mbito de la Provincia de Buenos Aires. En elcaso de la metodologa de sondeo existen algunas diferencias entre los requerimientos incluidos en lasreglamentaciones argentinas (Etapa I de la Res. ENRE 13/97 y Etapa II de la Res. SPA 242/97) y lametodologa propuesta por la USEPA. En este trabajo, se presentan las diferencias entre ambasmetodologas de sondeo. Se comparan los valores de la concentracin mxima a nivel del suelo y de ladistancia a la que se presenta, estimados mediante la aplicacin de ambos mtodos a diferentesescenarios de fuentes.

DIFERENCIAS ENTRE LA METODOLOGIA DE SONDEO REQUERIDA POR LA REGLAMENTACION ARGENTINA Y POR LA USEPA

En general, la metodologa de sondeo requerida por las reglamentaciones argentinas es similar alanlisis de sondeo recomendado por la USEPA. Sin embargo, se verifican algunas diferencias en lossiguientes aspectos:

Altura de la capa de mezcla

Las reglamentaciones argentinas requieren que el valor de la altura de la capa de mezcla en condicionesatmosfricas neutrales o inestables, sea considerado sumando 1m a la altura efectiva de emisincorrespondiente. En condiciones atmosfricas estables su valor es ilimitado.

La metodologa de sondeo propuesta por la USEPA (por ejemplo el modelo SCREEN3) estima un valormnimo para la altura de la capa de mezcla. En condiciones atmosfricas neutrales e inestables, slo sila altura efectiva de emisin es superior a este valor, la altura de la capa de mezcla se considera

adicionando 1m a la altura efectiva de emisin. En condiciones atmosfricas estables, la altura de lacapa de mezcla tambin es considerada ilimitada.

Combinaciones de velocidad del viento y clase de estabilidad atmosfrica

Las reglamentaciones argentinas requieren la estimacin de las concentraciones de contaminantes enaire para la mayora de las combinaciones de las condiciones de estabilidad atmosfrica y velocidad delviento incluidas en el procedimiento de sondeo recomendado por la USEPA. Sin embargo, incorporanlas suposiciones de clase de estabilidad C con velocidad del viento de 15.0 m/s y de clase deestabilidad C con viento de 20.0 m/s que no estn consideradas en la metodologa utilizada por laUSEPA. Por su parte, la USEPA incluye las velocidades del viento 1.0 m/s y 1.5 m/s en las clases deestabilidad C y E y las velocidades 3.5 m/s y 4.0 m/s para la F, que las reglamentaciones argentinas noconsideran. En la Tabla 1 se incluyen las combinaciones requeridas por las reglamentacionesargentinas y se indican los casos considerados por los modelos de sondeo de la USEPA.

Tabla 1. Combinaciones de velocidad del viento y clase de estabilidad atmosfrica

Clase de Velocidad del viento (m/s)

estabilidad 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 8.0 10.0 15.0 20.0

A * * * * *B * * * * * * * * *C * * * * * * * * * * *D * * * * * * * * * * * * *E * * * * * * *F * * * * *

* reglamentaciones argentinas (Res. ENRE 13/97 y Res. SPA 242/97) USEPA

Modelado de fuentes puntuales mltiples

En las reglamentaciones argentinas las fuentes puntuales mltiples deben ser consideradas en formaindividual y la concentracin en el receptor deber ser evaluada como resultado del aporte de lasemisiones provenientes de cada fuente. De acuerdo con esas reglamentaciones, en el caso dechimeneas mltiples, cada celda de la Tabla 1, tiene asociada una combinacin de clase de estabilidad- velocidad del viento y tantas alturas de capa de mezcla como chimeneas sean consideradas. Paracada celda, no se puede definir a priori cul es la combinacin de chimeneas y altura de capa demezcla que da origen a la mxima concentracin de contaminantes en aire en el receptor ubicado anivel del suelo. El anlisis de sondeo debe asegurar el barrido de todas las combinaciones posibles. Serequiere determinar, para cada celda, la combinacin de altura de capa de mezcla, velocidad del viento,clase de estabilidad atmosfrica y chimeneas para la cual la concentracin en el receptor sea mxima.

Los modelos de sondeo desarrollados por la USEPA (por ejemplo, SCREEN2, SCREEN3) estnpreparados para simular slo la emisin desde una fuente nica. Sin embargo, la USEPA propone unprocedimiento a aplicar cuando las fuentes mltiples verifiquen determinadas condiciones. Lametodologa propuesta por la USEPA es aplicable cuando las chimeneas emiten el mismocontaminante, con caractersticas de emisin similares y se encuentran a distancias no mayores que100m entre s. En estas condiciones, se determinan los parmetros de emisin de una chimenearepresentativa, desde donde virtualmente se emitiran los contaminantes a la atmsfera.

Direcciones del viento

Las reglamentaciones argentinas requieren que en el caso de chimeneas mltiples, el procedimiento desondeo se aplique para ocho direcciones del viento (N, NE, E, SE, S, SO, O y NO). Para cada direccindel viento, se determina el valor mximo de la concentracin en aire a nivel del suelo analizando todaslas combinaciones de velocidades del viento y clases de estabilidad atmosfrica (Tabla 1). Laconcentracin mxima correspondiente al 'peor caso' est dada por el mayor de estos ocho valoresmximos de concentracin.Los modelos de sondeo (tipo SCREEN) de la USEPA no estn en condiciones de considerar la variacinde la direccin del viento.

Cumplimiento de la norma de calidad del aire

En el caso de realizar el estudio del impacto ambiental atmosfrico de acuerdo con la etapa de sondeo(Etapa I de Res. ENRE 13/97 y Etapa II de Res. SPA 242/97), las reglamentaciones argentinasestablecen que si las concentraciones en aire totales (suma de la concentracin calculadaconsiderando el aporte relativo de las fuentes en cuestin ms la concentracin de fondo) de loscontaminantes calculadas mediante la etapa de sondeo no sobrepasan el 50% de los valores de lanorma de calidad del aire correspondiente, las fuentes en estudio pueden considerarse ambientalmenteadecuadas y no ser necesario proseguir con las siguientes etapas.

La reglamentacin de la USEPA requiere el cumplimiento de la norma de calidad del airecorrespondiente. Cabe mencionar que, en general, las normas de calidad del aire para loscontaminantes principales adoptadas por la Provincia de Buenos Aires y por los Estados Unidos sonsimilares. En la Ciudad de Buenos Aires y en algunas otras provincias existen normas establecidasparticularmente para cada estado y en el mbito nacional se encuentran la Ley 20284 y la Ley 24051(Decreto 831/93).

COMPARACION ENTRE LOS RESULTADOS DEL SONDEO REQUERIDO PORLAS REGLAMENTACIONES ARGENTINAS Y POR LA USEPA

De acuerdo con lo mencionado anteriormente, debido a que las reglamentaciones argentinas requierenque los valores mximos de concentracin total a nivel del suelo estimados mediante el mtodo desondeo sean comparados con el 50% del valor correspondiente establecido por la normativa vigenteresulta, a priori, que la normativa argentina puede ser ms restrictiva con respecto a los requerimientosestadounidenses. Sin embargo, los diferentes requerimientos incluidos en ambas metodologas desondeo pueden aumentar o disminuir la magnitud de esta restriccin.

Las diferencias mencionadas en el punto anterior plantean la necesidad de un modelo de sondeo quecumpla con los requerimientos incluidos en la reglamentacin argentina. Para ello, se desarroll elmodelo de sondeo RGSonde (Rotating Grid Screening model) utilizando algunas de las tcnicasincluidas en el modelo de sondeo SCREEN3 de la USEPA (1992) e incorporando los algoritmosnecesarios para cumplir con la metodologa requerida por las reglamentaciones argentinas. El modeloRGSonde incorpora todas las combinaciones de la Tabla 1, estima la altura de la capa de mezcla deacuerdo con lo requerido, considera el aporte individual de las fuentes mltiples e incluye un retculogiratorio que permite aplicar la metodologa de sondeo en las ocho direcciones del viento en el caso dechimeneas mltiples.

Para comparar los resultados obtenidos por ambas metodologas de sondeo se aplicaron los modelosRGSonde (RGS) y SCREEN3 (SCR) (USEPA, 1992) a diferentes escenarios. Se calcularon los valoresde la concentracin mxima a nivel del suelo (Cmx) y la distancia a la cual ocurre (Xmx) para cadacombinacin velocidad del viento-clase de estabilidad atmosfrica incluida en la Tabla 1. Para cadaescenario de fuentes se determin el mayor valor de las Cmx, (CMAX) y su posicin [X(CMAX)]respecto del origen de coordenadas.

Evaluacin del modelo RGSonde: clculos de prueba

En primer lugar, para comprobar la bondad del modelo RGSonde (RGS), se lo aplic realizando losclculos con las mismas consideraciones que el modelo SCREEN3 (SCR) y se compararon losresultados obtenidos por ambos modelos.

Se consider una fuente puntual, ubicada en una zona rural y en una zona urbana y se calcularon lasconcentraciones mximas (Cmx) correspondientes a cada combinacin de velocidad del viento-clasede estabilidad atmosfrica presentada en la Tabla 1, as como tambin las distancias (Xmx) a la questas se presentan. La comparacin de los resultados se realiz mediante la evaluacin de lossiguientes parmetros estadsticos calculados a partir de los valores obtenidos mediante el modeloRGSonde (RGS) y el modelo SCREEN3 (SCR) (Olesen, 1995) (la sobre barra indica promedio):

- Valor medio (media)

=

=N

iiSCRN

SCR1

)(1

; =

=N

iiRGS

NRGS

1

)(1

donde N es el nmero de casos.

- Desviacin estndar (sigma)

2)()( SCRSCRSCRsigma -= ; 2)()( RGSRGSRGSsigma -=

- Desvo (bias)

)( RGSSCRbias -=

- Error cuadrtico medio normalizado (nmse)

RGSSCR

RGSSCRnmse

.)( 2-

=

- Fraccin dentro de un factor 2 (fa2)

fa2 = fraccin de datos que verifican 0.5 (RGS/SCR) 2.0

- Error fraccional (fb)

fbS C R R G S

S C R R G S=

-+0 5. ( )

- Varianza fraccional (fs)

fssigma SCR sigma RGS

sigma SCR sigma RGS=

-+

( ) ( ). [ ( ) ( )]0 5

- Coeficiente de correlacin (r)

)(.)()(.)(

RGSsigmaSCRsigmaRGSRGSSCRSCR

r--=

Los valores de los parmetros estadsticos resultantes de la comparacin de los resultados obtenidosmediante el modelo RGSonde y los del SCREEN3 se presentan en la Tabla 2. El mayor valor de lasCmx (CMAX) y la distancia a la que se presenta [X(CMAX)] tambin se incluyen en la Tabla 2. Existeuna pequea diferencia entre los valores obtenidos de X(CMAX) debido a que el modelo RGSondecalcula la concentracin a intervalos de distancia de 50m (de acuerdo con la reglamentacin argentina),mientras que el modelo SCREEN3 posibilita la interpolacin de la ubicacin de X(CMAX) en forma msprecisa. No se obtuvieron diferencias entre los valores de CMAX estimados por ambos modelos.

Los resultados de ambos modelos obtenidos en esta prueba presentaron una muy aceptableconcordancia, mostrando que el modelo RGSonde puede suplir al SCREEN3. Este ltimo no se adaptaa los requerimientos incluidos en las reglamentaciones argentinas mientras que el RGSonde satisfacedichos requerimientos.

Tabla 2. Parmetros estadsticos obtenidos de la comparacin entre los valores calculados por elmodelo RGSonde y los resultantes del modelo SCREEN3, de la concentracin mxima a niveldel suelo (Cmx) y de la distancia a la fuente donde se presenta (Xmx) para las diferentescombinaciones de velocidad del viento - clase de estabilidad atmosfrica (N: nmero deestimaciones, media: valor medio; sigma: desviacin estndar; bias: desvo; nmse : errorcuadrtico medio normalizado, r: coeficiente de correlacin, fa2: fraccin dentro de un factor 2;fb: error fraccional, fs: varianza fraccional, CMAX: mayor valor de Cmx; X(CMAX): distancia ala que se presenta CMAX)

PRUEBA - Concentracin mxima a nivel del suelo (mg/m)Zona Rural (N=47)modelo media sigma bias nmse r fa2 fb fs CMAXscreen3 0.05 0.02 0.00 0.00 1.000 1.000 0.000 0.000 0.085rgsonde 0.05 0.02 0.00 0.00 1.000 1.000 0.001 0.004 0.085

Zona Urbana (N=43)modelo media sigma bias nmse r fa2 fb fs CMAXscreen3 0.09 0.02 0.00 0.00 1.000 1.000 0.000 0.000 0.134rgsonde 0.09 0.02 0.00 0.00 0.999 1.000 0.005 0.019 0.134

PRUEBA - Distancia a la fuente de la posicin donde se presenta la concentracin mxima (m)Zona Rural (N=47)modelo media sigma bias nmse r fa2 fb fs X(CMAX)screen3 2090.32 1902.40 0.00 0.00 1.000 1.000 0.000 0.000 473rgsonde 2091.49 1905.40 -1.17 0.00 1.000 1.000 -0.001 -0.002 450

Zona Urbana (N=43)modelo media sigma bias nmse r fa2 fb fs X(CMAX)screen3 485.02 329.07 0.00 0.00 1.000 1.000 0.000 0.000 154rgsonde 484.88 328.59 0.14 0.00 0.999 1.000 0.000 0.001 150

Aplicacin de ambos mtodos a diferentes escenarios de fuentes

En los siguientes escenarios se compararon los resultados obtenidos aplicando los requerimientos delas reglamentaciones argentinas vigentes (modelo RGSonde) y las estimaciones realizadas utilizando elmtodo de sondeo de la USEPA (modelo SCREEN3).

Fuente puntual nica (zona rural y zona urbana)Las concentraciones mximas de un contaminante en aire a nivel del suelo (Cmx) calculadas por elmodelo RGSonde y el modelo SCREEN3, para las emisiones provenientes de una chimenea nicaubicada en una zona rural y en una zona urbana se presentan en la Figura 1a. Los valores ubicadossobre la recta 1:1 corresponden a condiciones atmosfricas estables (cuando ambos modelosconsideran el mismo valor de la altura de capa de mezcla). En condiciones atmosfricas neutrales einestables los valores de Cmx calculados por el RGSonde son mayores que los estimados por elSCREEN3. En estos casos, el considerar que el valor de la altura de la capa de mezcla es 1m ms altoque la altura efectiva de emisin de contaminantes resulta en valores mayores de la concentracinestimada.

0.00 0.04 0.08 0.12 0.16 0.20 0.240.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0.22

0.24

0.26

1:1

SCREEN3

RG

SO

ND

E

MAXIMUM CONCENTRATIONS (mg/m)

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

70001:1

DISTANCE (Xmax) (m)

SCREEN3

RG

SO

ND

E

a) b)

Figura 1. Comparacin entre los valores calculados por los modelos RGSonde y SCREEN3 para cadacombinacin clase de estabilidad atmosfrica-velocidad del viento.(D: zona rural; + zona urbana)a) Concentracin mxima en aire a nivel del suelo (Cmx);b) Distancia a la fuente de la posicin donde se presenta Cmx, (Xmx).

Se observa poca diferencia entre las distancias (Xmx) estimadas por ambos mtodos (Figura 1b).

De acuerdo con los parmetros estadsticos incluidos en la Tabla 3, los valores de Cmx estimados porel modelo RGSonde tienen un valor medio que es aproximadamente el doble del obtenido aplicando elmodelo SCREEN3 y adems, presentan una mayor desviacin estndar, tanto para terreno rural comourbano.

Cmx (mg/m) Xmx (m)

Tabla 3. Parmetros estadsticos obtenidos de la comparacin de las estimaciones de la concentracinmxima de contaminantes en aire a nivel del suelo (Cmx) y de la distancia (Xmx) obtenidaspara cada combinacin clase de estabilidad atmosfrica-velocidad del viento de acuerdo con lasreglamentaciones argentinas (RGSonde) con los resultados del modelo SCREEN3 (ver Tabla2para la nomenclatura de los parmetros)

FUENTE PUNTUAL UNICA -Concentracin mxima a nivel del suelo (mg/m)Zona Rural (N=47)modelo media sigma bias nmse r fa2 fb fs CMAXscreen3 0.05 0.02 0.00 0.00 1.000 1.000 0.000 0.000 0.085rgsonde 0.09 0.04 -0.04 0.46 0.904 0.979 -0.534 -0.852 0.163

Zona Urbana (N=43)modelo media sigma bias nmse r fa2 fb fs CMAXscreen3 0.09 0.02 0.00 0.00 1.000 1.000 0.000 0.000 0.134rgsonde 0.15 0.06 -0.07 0.45 0.900 1.000 -0.564 -0.851 0.254

FUENTE PUNTUAL UNICA -Distancia a la fuente de la posicin donde se presenta la concentracin mxima (m)Zona Rural (N=47)modelo media sigma bias nmse r fa2 fb fs X(CMAX)screen3 2090.32 1902.40 0.00 0.00 1.000 1.000 0.000 0.000 473rgsonde 2103.19 1903.48 -12.87 0.00 1.000 1.000 -0.006 -0.001 500


El mayor valor de Cmx (CMAX) calculado por el modelo RGSonde puede ser hasta el doble que elestimado por el modelo SCREEN3.

Existe poca diferencia entre los valores de la distancia a la que se presenta la concentracin mximacalculados por ambos modelos.

Fuentes puntuales mltiples (zona rural y zona urbana)El estudio del escenario de chimeneas mltiples slo puede realizarse para fuentes que verifiquen losrequisitos necesarios para que la metodologa de sondeo de la USEPA pueda ser aplicada, es decir,cuando puedan determinarse las caractersticas de la fuente representativa correspondiente al modeloSCREEN3 (USEPA, 1992). Dos escenarios fueron considerados: I) tres chimeneas prximas entre s ycon caractersticas de emisin idnticas; II) tres chimeneas prximas entre s y con caractersticas deemisin levemente diferentes.

I) Tres chimeneas idnticasSe aplicaron ambas metodologas de sondeo a un escenario de fuentes puntuales mltiples idnticas,ubicadas en reas rural y urbana. Se consideraron tres chimeneas ubicadas a menos de 100m entre sy con las siguientes caractersticas de emisin:

Chimenea hs(m) Ts (K) V(m/s) Q(g/s) xs(m) ys(m)1 36 350 39.00 25.0 70.0 0.02 36 350 39.00 25.0 70.0 50.03 36 350 39.00 25.0 0.0 0.0

donde hs es la altura de la chimenea; Ts es la temperatura de los gases a la salida de la chimenea; Ves el caudal volumtrico de gases a la salida de la chimenea; Q es el caudal msico de la emisin; (xs ;ys) son las coordenadas horizontales de la ubicacin de la chimenea.

En la Figura 2a) se presenta la comparacin de las concentraciones mximas (Cmx) a nivel del sueloobtenidas utilizando ambas metodologas para las combinaciones de clase de estabilidad atmosfrica-velocidad del viento.

1:1

RG

SO

ND

E


SCREEN3

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1:1

RG

SO

ND

E

SCREEN3

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

DISTANCE (Xmax) (m)

a) b)

Figura 2. Comparacin entre los valores calculados por los modelos RGSonde y SCREEN3 para cadacombinacin clase de estabilidad atmosfrica-velocidad del viento.(D: zona rural; + zona urbana)a) Concentracin mxima en aire a nivel del suelo (Cmx);b) Distancia al origen de coordenadas de la posicin donde se presenta Cmx, (Xmx).

La Tabla 4 presenta los valores de los parmetros estadsticos resultantes de la comparacin de losvalores de concentracin mxima y de distancia obtenidos aplicando el modelo RGSonde con los delmodelo SCREEN3, para el escenario de tres chimeneas idnticas.

Cmx (mg/m) Xmx (m)


FUENTES PUNTUALES MULTIPLES (tres chimeneas idnticas)Concentracin mxima a nivel del suelo (mg/m)Zona Rural (N=45)modelo media sigma bias nmse r fa2 fb fs CMAXscreen3 0.27 0.11 0.00 0.00 1.000 1.000 0.000 0.000 0.475rgsonde 0.48 0.23 -0.21 0.46 0.980 1.000 -0.552 -0.739 0.806

Zona Urbana (N=43)modelo media sigma bias nmse r fa2 fb fs CMAXscreen3 0.45 0.10 0.00 0.00 1.000 1.000 0.000 0.000 0.569rgsonde 0.75 0.24 -0.30 0.34 0.950 1.000 -0.505 -0.841 0.990

FUENTES PUNTUALES MULTIPLES (tres chimeneas idnticas)Distancia al origen de coordenadas de la posicin donde se presenta la concentracin mxima (m)Zona Rural (N=45)modelo media sigma bias nmse r fa2 fb fs X(CMAX)screen3 2021.20 1837.93 0.00 0.00 1.000 1.000 0.000 0.000 740rgsonde 2029.00 1868.94 -7.80 0.00 1.000 1.000 -0.004 -0.017 450


Los valores de Cmx obtenidos mediante el procedimiento requerido por las reglamentacionesargentinas (modelo RGSonde) son aproximadamente el 70% mayores que los resultados del modeloSCREEN3 y los valores de Xmx difieren en menos del 10%. El valor restrictivo de la altura de la capade mezcla (1m ms alto que la altura efectiva de emisin) limita la dispersin vertical de loscontaminantes emitidos desde las tres chimeneas y en consecuencia los valores estimados de laconcentracin de contaminantes en aire a nivel del suelo resultan apreciablemente superiores.

En condiciones de terreno rural, la concentracin mxima correspondiente al 'peor caso', dada por elmayor valor de Cmx (CMAX), estimada por el modelo RGSonde (CMAX= 0.806 mg/m) es un 70%mayor que la obtenida por el modelo SCREEN3 (CMAX= 0.475 mg/m).

Para terreno urbano, el mayor valor de Cmx obtenido por el modelo RGSonde (CMAX= 0.990 mg/m)resulta el 74% mayor que el calculado por el modelo SCREEN3 (CMAX= 0.569 mg/m).

II) Tres chimeneas levemente diferentesSe consideraron tres chimeneas emitiendo el mismo contaminante, ubicadas a menos de 100m entre sy cuyas caractersticas de emisin son las siguientes (los parmetros han sido definidos en el punto I):

Chimenea hs(m) Ts (K) V(m/s) Q(g/s) xs(m) Ys(m)1 40 375 42.21 30.0 70.0 0.02 44 420 48.00 35.0 70.0 50.03 36 350 39.00 25.0 0.0 0.0

De acuerdo con la metodologa sugerida por la USEPA (USEPA, 1992) para el modelado de sondeo defuentes mltiples, los parmetros de emisin de estas tres chimeneas son suficientemente similaresentre s y dado que las mismas se encuentran a no ms de 100m de distancia entre s, las fuentescumplen con los requisitos para poder determinar una chimenea representativa vlida para la aplicacindel modelo SCREEN3.

En las Figuras 3a) y 3b) se comparan los valores de Cmx y de Xmx estimados mediante el modeloRGSonde con las estimaciones del modelo SCREEN3.

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

1:1

SCREEN3

RG

SO

ND

E


0 1000 20003000 4000 50006000 7000 80000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

SCREEN3

RG

SO

ND

E

DISTANCE (Xmax) (m)

1:1

a) b)

Figura 3. Comparacin entre los valores calculados por el modelo RGSonde y el modelo SCREEN3para cada combinacin clase de estabilidad atmosfrica-velocidad del viento.(D: zona rural; + zona urbana)a) Concentracin mxima en aire a nivel del suelo (Cmx);b) Distancia al origen de coordenadas de la posicin donde se presenta Cmx, (Xmx).

En la Tabla 5 se presentan los valores de los parmetros estadsticos resultantes de la comparacinentre los valores de concentracin mxima en aire a nivel del suelo y de distancias calculados aplicandoel modelo RGSonde con los resultados del modelo SCREEN3, en el caso de tres chimeneas levementediferentes entre s ubicadas en zonas rural y urbana.

Cmx (mg/m) Xmx (m)


FUENTES PUNTUALES MULTIPLES (tres chimeneas levemente diferentes)Concentracin mxima a nivel del suelo (mg/m)Zona Rural (N=44)modelo media sigma bias nmse r fa2 fb fs CMAXscreen3 0.33 0.13 0.00 0.00 1.000 1.000 0.000 0.000 0.570rgsonde 0.28 0.13 0.05 0.04 0.980 1.000 0.170 0.000 0.507

Zona Urbana (N=43)modelo media sigma bias nmse r fa2 fb fs CMAXscreen3 0.54 0.12 0.00 0.00 1.000 1.000 0.000 0.000 0.683rgsonde 0.46 0.12 0.08 0.03 0.982 1.000 0.162 -0.002 0.597

FUENTES PUNTUALES MULTIPLES (tres chimeneas levemente diferentes)Distancia al origen de coordenadas de la posicin donde se presenta la concentracin mxima (m)Zona Rural (N=44)modelo media sigma bias nmse r fa2 fb fs X(CMAX)screen3 1897.41 1662.88 0.00 0.00 1.000 1.000 0.000 0.000 740rgsonde 2411.36 1984.57 -513.95 0.09 0.992 1.000 -0.239 -0.176 500

Zona Urbana (N=43)modelo media sigma bias nmse r fa2 fb fs X(CMAX)screen3 471.74 316.28 0.00 0.00 1.000 1.000 0.000 0.000 266rgsonde 579.07 365.72 -107.33 0.06 0.992 1.000 -0.204 -0.145 300

En este caso, los valores de Cmx estimados por el modelo RGSonde son aproximadamente el 17%menor que los obtenidos por el modelo SCREEN3. El valor medio de las concentraciones mximas decontaminantes en aire a nivel del suelo calculadas por ambos modelos difieren en el 15% tanto en zonarural como urbana, siendo las estimaciones de las reglamentaciones argentinas generalmente menores(ver Figura 3a). Las estimaciones obtenidas por ambas metodologas presentan la misma desviacinestndar.

Las distancias Xmx calculadas por el modelo RGSonde son en general mayores que las calculadas porel modelo SCREEN3, en alrededor del 24% (Xmx indica la distancia al origen de coordenadas de laposicin donde se presenta la concentracin mxima).

Considerando terreno rural, el mayor valor de Cmx (correspondiente al 'peor caso') estimado por elmodelo RGSonde (CMAX= 0.507 mg/m) es el 11% menor que el estimado por el modelo SCREEN3(CMAX= 0.570 mg/m). Para una zona urbana, la mayor Cmx estimada mediante el modelo RGSonde(CMAX= 0.597 mg/m) es el 13% menor que la obtenida aplicando el modelo SCREEN3 (CMAX= 0.683mg/m).

CONCLUSIONES

Las diferencias entre la metodologa de sondeo incluida en la reglamentacin argentina y la requeridapor la USEPA indican que el modelo SCREEN3 podra ser utilizado, para cumplir con los requerimientosargentinos, slo en el caso de una fuente puntual nica y con la previa adaptacin del mismo a losrequerimientos locales (Res. ENRE 13/97 y Res. SPA (Prov. de Buenos Aires) 242/97). Para el caso dechimeneas mltiples, los modelos de sondeo desarrollados por la agencia estadounidense no cumplencon las especificaciones establecidas en la normativa argentina vigente.

Teniendo en cuenta estas diferencias se desarroll el modelo RGSonde, que utiliza algunas tcnicasincluidas en el modelo SCREEN3 y adems incorpora los algoritmos necesarios para cumplir con losrequerimientos de las reglamentaciones argentinas, siendo aplicable a una fuente de emisin nica o afuentes mltiples, ubicadas en terreno rural o urbano.

Aplicando los modelos RGSonde y SCREEN3, se analizaron diferentes escenarios de fuentes deemisin, encontrndose que las concentraciones mximas de contaminantes en aire a nivel del sueloobtenidas de acuerdo con los requerimientos establecidos para la etapa de sondeo especificada en lareglamentacin argentina resultan diferentes de las estimadas a partir de la metodologa de sondeopropuesta por la USEPA. Los valores de concentracin mxima estimados por el modelo RGSondepueden resultar en promedio el 70% mayores (para una fuente nica o fuentes mltiples idnticas) o el12% menores que los obtenidos por el SCREEN3 (en el caso de fuentes mltiples levemente diferentesentre s). Respecto de la ubicacin de la posicin de la concentracin mxima a nivel del suelo, existepoca diferencia entre los valores estimados por ambos modelos. La mayor diferencia se presenta en elescenario de fuentes mltiples (idnticas o levemente diferentes) ubicadas en zona rural, donde elRGSonde estim que la concentracin mxima correspondiente al 'peor caso' se produce aaproximadamente 500m y el SCREEN3 la obtiene a 740m del origen de coordenadas.

Por otra parte, las comparaciones correspondientes al escenario de fuentes mltiples diferentes nopudieron ser realizadas debido a que, si bien el modelo RGSonde puede ser aplicado, la metodologa desondeo propuesta por la USEPA carece de validez.

Asimismo, teniendo presente que en Argentina se requiere que los valores mximos de lasconcentraciones a nivel del suelo totales (suma de los valores calculados de Cmx ms laconcentracin de fondo) sean comparados con el 50% del valor correspondiente establecido por lanormativa vigente, surge que en la etapa de sondeo la normativa argentina puede ser an ms restrictivarespecto de lo mencionado anteriormente que los requerimientos establecidos por la reglamentacin dela USEPA.

REFERENCIAS

Olesen, H.R. 1995. The model validation exercise at Mol: overview of results. Int. J. Environment andPollution, Vol.5, Nos.4-6. 761-784.

USEPA. 1992. Screening Procedures for Estimating the Air Quality Impact of Stationary Sources,Revised. Environmental Protection Agency. OAQPS. Research Triangle Park, NC. EPA-454/R-92-019.

impacto ambiental atmosférico - análisis de metodos de sondeo

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