El material particulado (MP), tambi´en llamado contaminaci´on por part´ıculas es el t´ermino uti- lizado para referirse una mezcla de part´ıculas s´olidas y suspensi´on l´ıquidas que se encuentran en el aire. Algunas part´ıculas, como polvo, suciedad, holl´ın o humo, son lo suficientemente grandes u os- curas como para verse a simple vista. Otros son tan peque˜nos que solo pueden detectarse usando un microscopio electr´onico.
La contaminaci´on por part´ıculas incluye:
MP10: part´ıculas inhalables, con di´ametros de 10 micr´ometros y menores;
MP2.5: finas part´ıculas inhalables, con di´ametros de 2.5 micr´ometros y m´as peque˜nos.
Estas part´ıculas vienen en muchos tama˜nos y formas y pueden estar formadas por cientos de sustancias qu´ımicas diferentes. Algunas se emiten directamente desde una fuente, como sitios de cons- trucci´on, caminos sin pavimentar, campos, chimeneas o incendios. La mayor´ıa de las part´ıculas se forman en la atm´osfera como resultado de reacciones complejas de productos qu´ımicos como el di´oxi- do de azufre y los ´oxidos de nitr´ogeno, que son contaminantes emitidos por las plantas de energ´ıa, las industrias y los autom´oviles. El material particulado contiene s´olidos microsc´opicos o gotas de l´ıquido que son tan peque˜nas que pueden inhalarse y causar problemas. Las part´ıculas MP10 presentan los mayores problemas, ya que pueden penetrar profundamente en los pulmones y algunas incluso pue- den ingresar al torrente sangu´ıneo. Las part´ıculas finas MP2.5 son la principal causa de visibilidad reducida (neblina) dentro del t´unel. Se requiere la consideraci´on de los criterios de visibilidad en el dise˜no del sistema de ventilaci´on del t´unel debido a la necesidad de niveles de visibilidad que excedan la distancia m´ınima de parada del veh´ıculo a la velocidad de dise˜no. Hay dos fuentes principales de MP en un t´unel, emisiones de escape y emisiones de no escape. Las emisiones de escape consisten en MP que emanan del tubo de escape como resultado de la combusti´on del combustible. El MP de no escape consiste en desgaste de neum´aticos y frenos, abrasi´on en la superficie de la carretera y polvo suspendido. (PIARC Technical Committee C.4 Road Tunnel Operation, 2012)
La visibilidad se reduce por la dispersi´on y absorci´on de la luz por part´ıculas suspendidas en el aire. La cantidad de dispersi´on o absorci´on de la luz depende en gran medida del material, el di´ametro de la part´ıcula y la densidad del conjunto de ellas. El principio para medir la visibilidad en un t´unel se basa en el hecho de que un haz de luz decae en intensidad a medida que pasa a trav´es del aire. El nivel de descomposici´on se puede usar para determinar la opacidad del aire. Los medidores de opacidad para t´uneles generalmente usan estos efectos para medir la visibilidad dentro del t´unel. Este proceso est´a descrito por la ecuaci´on 2.3.1:
E=E0·e−KL (2.3.1)
Donde E0 es la intensidad de la fuente de luz (o emisor),E la intensidad del receptor de luz y
L es la distancia entre el emisor y el receptor expresada en metros. K es el coeficiente de extinci´on y se expresa en m-1. En la ventilaci´on del t´unel, se ha acostumbrado a expresar la visibilidad por el
coeficiente de extinci´onK. La extinci´on se define como la p´erdida de intensidad E−E0 despu´es de
recorrer la distancia L a trav´es del aire del t´unel con respecto a la intensidad de la fuente E0. De
acuerdo con la ecuaci´on 2.3.2 , el coeficiente de extinci´on se expresa como: K=−1 L ·ln E E0 (2.3.2) Alternativamente, la visibilidad tambi´en puede ser representada por la transmisi´onS. La trans- misi´on es el porcentaje de la intensidad del haz E que se pierde en relaci´on con la intensidad de la fuenteE0 despu´es de recorrer la distanciaL. Se define sobre la base de la ecuaci´on 2.3.3:
S(100 %) = 100·e−KL (2.3.3)
Los coeficientes de extinci´on utilizados para el dise˜no del sistema de ventilaci´on se dan a continua- ci´on:
K = 0.003 m-1 significa aire limpio del t´unel (visibilidad en el orden de cientos de metros)
K = 0.007 m-1 se aproxima a la turbiedad del aire del t´unel
K = 0.009 m-1 se aproxima a una atm´osfera de niebla
K = 0.012 m-1, corresponde al valor umbral que no debe excederse durante la operaci´on y que
resulta en una atm´osfera de t´unel muy inc´omoda. Sin embargo, normalmente hay suficiente visibilidad para que un veh´ıculo se detenga con seguridad en un obst´aculo.
Las emisiones del tubo de escape del veh´ıculo consisten en part´ıculas muy peque˜nas, principalmente en el rango de 0.01 a 0.20 µm. Las part´ıculas en este rango son muy efectivas en la extinci´on de la luz.
16 2.4. Elecci´on del par´ametro t´ecnico m´as apropiado Adem´as de las emisiones del tubo de escape, los veh´ıculos tambi´en emiten part´ıculas debido a procesos de abrasi´on (carreteras, neum´aticos, desgaste de frenos, etc.) y la suspensi´on del polvo de la carretera. La raz´on de la visibilidad reducida es la extinci´on de la luz por la dispersi´on y absorci´on de la radiaci´on en el rango de longitud de onda visible. En general, los sulfatos, nitratos, compuestos org´anicos, holl´ın y suelo son los principales componentes que dispersan y absorben la luz en la atm´osfera. Con excepci´on de las part´ıculas de abrasi´on y suspensi´on basadas en minerales, la mayor´ıa de estos componentes son abundantes en el rango de tama˜no de hasta 0.7 µm. ´Esta es aproximadamente la longitud de onda de la luz visible. Debido a la similitud entre la longitud de onda y el di´ametro de part´ıcula, existe un efecto significativo sobre el deterioro de la visibilidad. En los t´uneles de carretera, los dos tipos de emisi´on de origen, “escape” y “no escape”, son relevantes. (PIARC Technical Committee C.4 Road Tunnel Operation, 2012)