INCIDENCIA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE CICLOBANDAS, POR MEDIO DEL ESTUDIO DE LA INMISIÓN DE PM10 EN LA INTERSECCIÓN DE LA
CARRERA 50 CON AVENIDA ESPERANZA EN BOGOTÁ D.C.
LAURA ROCÍO RODRÍGUEZ GARZÓN
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
INGENIERÍA SANITARIA BOGOTÁ D.C
INCIDENCIA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE CICLOBANDAS, POR MEDIO DEL ESTUDIO DE LA INMISIÓN DE PM10 EN LA INTERSECCIÓN DE LA
CARRERA 50 CON AVENIDA ESPERANZA EN BOGOTÁ D.C.
LAURA ROCÍO RODRÍGUEZ GARZÓN
Trabajo de grado para optar por el título de Ingeniera Sanitaria Modalidad: Investigación-Innovación
DIRECTOR: JOSÉ ALEJANDRO MURAD PEDRAZA INGENIERO AMBIENTAL Y SANITARIO
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES
INGENIERÍA SANITARIA BOGOTÁ D.C
AGRADECIMIENTOS
Primeramente, a Dios porque gracias a Él estoy aquí.
A mi mamá, por su apoyo incondicional y porque con sus palabras de ánimo me ayuda a seguir adelante y a luchar por todo lo que me proponga.
A mi papá, por escucharme y aconsejarme en los momentos de angustia.
A mi hermano, por su paciencia, su apoyo constante, sus correcciones y demás aportes que ha hecho para este trabajo.
Al ingeniero José Murad, por las explicaciones constantes que me permitieron entender mucho más y apropiarme del tema, por su ayuda cuando así lo requería y por el tiempo dedicado durante el desarrollo de esta nutrida experiencia en la rama del aire.
A mis amigos y demás personas que han estado en mi proceso de formación académica porque cada uno de ellos ha contribuido para que todo esto sea posible.
Tabla de contenido
1. INTRODUCCIÓN ... 14
2. DEFINICIONES ... 16
3. OBJETIVOS ... 18
3.1 Objetivo general ... 18
3.2 Objetivos específicos ... 18
4. MARCO DE REFERENCIA... 19
4.1 Consideraciones de fuentes móviles y su emisión ... 19
4.2 Consideraciones de movilidad ... 21
4.3 Consideraciones ambientales ... 23
4.4 Contexto actual ... 25
4.5 Combustión interna ... 26
4.6 Vías ... 27
4.7 Calidad del aire ... 28
4.8 Ciclo-infraestructura ... 29
4.9 Marco geográfico ... 31
4.10 Marco legal ... 32
4.10.1 Directrices internacionales ... 32
4.10.2 Nacional ... 33
4.10.3 Distrital ... 33
5. METODOLOGÍA ... 34
5.1 Fase I ... 34
5.1.1 Conceptualización ... 34
5.1.2 Delimitación del área de trabajo ... 34
5.1.3 Recopilación de información... 36
5.2 Fase II ... 36
5.2.1 Medición de calidad del aire... 36
5.2.2 Medición de condiciones meteorológicas ... 38
5.2.3 Estructuración de la información del monitoreo ... 38
5.2.3.1 Material particulado ... 38
5.2.3.2 Cálculos ... 40
5.2.3.3 Características meteorológicas... 41
5.2.4 Establecimiento de datos para fuentes móviles ... 42
5.2.4.1 Características de la vía ... 42
5.2.4.2 Aspectos del bicicarril ... 42
5.2.4.3 Métodos de estimación de emisiones vehiculares ... 42
5.2.4.4 Modelo IVE ... 43
5.2.5 Aplicación del modelo de emisiones ... 45
5.2.5.1 Visualización del modelo ... 45
5.2.5.2 Emisiones del parque automotor ... 52
5.3 Fase III ... 53
5.3.1 Análisis de la información ... 53
5.3.2 Evaluación de resultados ... 53
6.1 Fase I ... 54
6.1.1 Conceptualización ... 54
6.1.2 Delimitación del área de trabajo ... 54
6.1.3 Recopilación de información... 56
6.2 Fase II ... 59
6.2.1 Medición de calidad del aire... 59
6.2.2 Medición de condiciones meteorológicas ... 60
6.2.3 Estructuración de la información del monitoreo ... 60
6.2.3.1 Material particulado ... 60
6.2.3.2 Cálculos ... 65
6.2.3.3 Características meteorológicas... 66
6.2.4 Establecimiento de datos para fuentes móviles ... 72
6.2.4.1 Características de la vía ... 72
6.2.4.2 Aspectos del bicicarril ... 73
6.2.4.3 Métodos de estimación de emisiones vehiculares ... 74
6.2.4.4 Modelo IVE ... 75
6.2.5 Aplicación del modelo de emisiones ... 78
6.2.5.1 Visualización del modelo ... 78
6.2.5.2 Emisiones del parque automotor ... 79
6.3 Fase III ... 83
6.3.1 Análisis de la información ... 83
7. CONCLUSIONES ... 92
8. BIBLIOGRAFÍA ... 94
Lista de figuras
Figura 1. Comportamiento histórico del parque automotor registrado en la ciudad de
Bogotá D.C. ... 19
Figura 2. Distribución del parque automotor registrado según modelo del vehículo. ... 19
Figura 3. Emisiones generadas por fuentes móviles. ... 20
Figura 4. Distribución de PM10 por fuentes móviles. ... 20
Figura 5. Promedio de velocidades para Bogotá. ... 21
Figura 6. Esquema de tipología de ciclo-infraestructura. ... 22
Figura 7. Histórico de la longitud de ciclorrutas y bicicarriles. ... 23
Figura 8. Comportamiento de PM10 desde 2012 hasta 2017. ... 24
Figura 9. Distancia estación Centro de Alto Rendimiento a intersección Avenida Batallón Caldas con Calle 24. ... 25
Figura 10. Funcionamiento del motor de combustión interna. ... 27
Figura 11. Factores atmosféricos que intervienen en la calidad del aire. ... 28
Figura 12. Efectos para la salud por material particulado. ... 29
Figura 13. Información general bicicarril Carrera 50. ... 31
Figura 14. Posición del equipo 537. ... 32
Figura 15. Posición del equipo 536 y estación meteorológica. ... 32
Figura 16. Esquema de trabajo. ... 34
Figura 17. Evidencia de la distancia y la localización. ... 35
Figura 18. Localidades de Bogotá D.C... 36
Figura 19. Equipo 536 Figura 20. Equipo 537 ... 37
Figura 21. Sensor Med One MSO. ... 38
Figura 22. Ejemplo de metodología para la estimación de la media móvil para 24 horas de un conjunto de datos. ... 40
Figura 23. Arquitectura del modelo. ... 43
Figura 24. Vista hoja Cálculo. ... 46
Figura 25. Vista hoja Localidad. ... 48
Figura 26. Vista hoja Flota. ... 50
Figura 27. Vista hoja Ajustes Generales. ... 51
Figura 28. Procedimiento para descargas y para cambiar plantilla. ... 52
Figura 29. Relación de conceptos. ... 54
Figura 30. Avenida Batallón Caldas en Bogotá D.C. ... 55
Figura 31. Área abarcada por el monitoreo. ... 55
Figura 32. Distancia de viaje sentido N-S y S-N. ... 56
Figura 33. Ejemplo de aforo vehicular de la Carrera 50 con Avenida Esperanza. ... 57
Figura 34. Ejemplo de visualización de la velocidad. ... 57
Figura 35. Ejemplo de datos estación de monitoreo. ... 58
Figura 36. Documentos de descarga modelo IVE. ... 58
Figura 37. Ejemplo de visualización de Informes. ... 59
Figura 39. Comportamiento horario de PM10. ... 61
Figura 40. Comportamiento por minuto de PM10. ... 62
Figura 41. Concentraciones (µg/m3) del lunes 26 de marzo por hora y por minuto. ... 64
Figura 42. Evolución del material particulado durante el monitoreo. ... 65
Figura 43. Comparación PM10 con norma colombiana y guía OMS. ... 66
Figura 44. Rosa de vientos y lugar de ubicación de la estación meteorológica. ... 70
Figura 45. Distribución de frecuencia de vientos. ... 70
Figura 46. Comportamiento horario velocidad del viento. ... 71
Figura 47.Comportamiento horario de temperatura y humedad relativa... 72
Figura 48. Perfil vial Avenida Batallón Caldas. ... 72
Figura 49. Especificaciones de diseño para bicicarriles sobre calzada existente. ... 73
Figura 50. Acceso norte Avenida Batallón Caldas año 2013 y año 2014. ... 74
Figura 51. Esquema de la intersección de la Carrera 50 con Calle 24. ... 75
Figura 52. Velocidad promedio de Bogotá a lo largo del día, en promedios mensuales, de lunes a viernes. ... 77
Figura 53. Velocidad promedio de Bogotá a lo largo del día, en promedios mensuales, sábado y domingo. ... 78
Figura 54. Comportamiento vehicular sentido N-S. ... 79
Figura 55. Comportamiento vehicular sentido S-N. ... 80
Figura 56. Emisiones totales vehiculares sentido N-S día atípico y día típico. ... 80
Figura 57. Emisiones totales vehiculares día típico. ... 81
Figura 58. Emisiones totales vehiculares día atípico. ... 82
Figura 59. Relación vehículos y emisión sentido N-S y S-N día típico. ... 82
Figura 60. Relación vehículos y emisión sentido N-S y S-N día atípico. ... 83
Figura 61. Diferencia de concentración entre equipo 536 y 537. ... 84
Figura 62. Calendario comportamiento de PM10 del equipo 537 durante el monitoreo. ... 84
Figura 63. Calendario con el comportamiento de la dirección del viento durante el monitoreo para el equipo 537. ... 85
Figura 64. Dispersión PM10 punto 536 y 537 por el nivel de velocidad del viento. ... 86
Figura 65. Relación emisión de fuentes vehiculares y concentración de calidad del aire en sentido N-S día típico lunes. ... 87
Figura 66. Relación emisión de fuentes vehiculares y concentración de calidad del aire en sentido N-S día típico martes... 87
Figura 67. Relación emisión de fuentes vehiculares y concentración de calidad del aire en sentido N-S día típico miércoles. ... 87
Figura 68. Relación emisión de fuentes vehiculares y concentración de calidad del aire en sentido N-S día típico jueves. ... 88
Figura 69. Relación emisión de fuentes vehiculares y concentración de calidad del aire en sentido N-S día típico viernes. ... 88
Lista de tablas
Tabla 1. Promedio de PM10 por estaciones. ... 23
Tabla 2. Secciones viales base. ... 27
Tabla 3. Clasificación de las vías. ... 27
Tabla 4. Definiciones específicas de vías ciclistas. ... 30
Tabla 5. Definiciones específicas de vías ciclo-adaptadas. ... 30
Tabla 6. Resumen del monitoreo realizado. ... 37
Tabla 7. Información general equipos. ... 37
Tabla 8. Información general equipo. ... 38
Tabla 9. Generalidades de la Localidad y la Flota para Bogotá, Colombia. ... 44
Tabla 10. Resumen del inventario de emisiones. ... 45
Tabla 11. Detalle de los ítems de la hoja Cálculo. ... 47
Tabla 12. Detalle de los ítems de la hoja Localidad. ... 49
Tabla 13. Detalle de los ítems de la hoja Flota. ... 50
Tabla 14. Detalle de los ítems de la hoja Ajustes Generales. ... 51
Tabla 15. Datos máximos (por minuto y hora) y datos válidos equipo 536. ... 60
Tabla 16. Datos máximos (por minuto y hora) y datos válidos equipo 537. ... 61
Tabla 17. Normatividad de calidad del aire en Colombia vrs Recomendaciones de la Organización Mundial de la Salud para el contaminante PM10. ... 63
Tabla 18. Resumen análisis estadístico datos del equipo 536. ... 63
Tabla 19. Resumen análisis estadístico datos del equipo 537. ... 64
Tabla 20. Descripción del IBOCA. ... 66
Tabla 21. Resumen estadístico velocidad del viento. ... 67
Tabla 22. Resumen estadístico dirección del viento... 68
Tabla 23. Resumen estadístico temperatura. ... 68
Tabla 24. Resumen estadístico humedad relativa. ... 69
Tabla 25. Clases de estabilidad definidas por Pasquill (1961). ... 71
Tabla 26. Malla vial que rodea al bicicarril. ... 73
Tabla 27. Diferencias entre modelos para estimación de emisiones en fuentes móviles. .... 74
Tabla 28. Resumen de aforo vehicular de la intersección de la Avenida Batallón Caldas con Calle 24. ... 75
Tabla 29. Plantillas del proyecto. ... 76
Tabla 30. Datos de temperatura y humedad relativa de 6 a 18 horas. ... 76
Tabla 31. Velocidad para día típico y atípico en la Avenida Batallón Caldas. ... 77
Tabla 32. Relación emisiones PM10 sentido Norte-Sur. ... 81
Lista de anexos
Anexo 1. Procedimientos equipo Dust Sentry ... 97
Anexo 2. Rosa de vientos semana 1 ... 98
Anexo 3. Rosa de vientos semana 2 ... 99
Anexo 4. Rosa de vientos semana 3 ... 99
Anexo 5. Rosa de vientos semana 4 ... 100
Anexo 6. Ejemplo de hoja con número de vehículos utilizados en el estudio ... 100
12 INCIDENCIA DE LA IMPLEMENTACIÓN DE CICLOBANDAS, POR MEDIO
DEL ESTUDIO DE LA INMISIÓN DE PM10 EN LA INTERSECCIÓN DE LA CARRERA 50 CON AVENIDA ESPERANZA EN BOGOTÁ D.C.
RESUMEN
La ciclobanda de la Carrera 50 se encuentra ubicada en la localidad de Teusaquillo y el sector de estudio está en intersección con la Avenida Esperanza. Teniendo como precedente que en la ciudad de Bogotá no se han realizado estudios sobre el impacto en la calidad del aire y la movilidad que se da después de la puesta en marcha de proyectos de ciclo-infraestructura, con este proyecto se realiza una aproximación sobre los efectos que se presentan en el ámbito ambiental y social. Para ello este trabajo, a través de la evaluación de la calidad del aire y la determinación de la emisión de fuentes móviles de PM10 junto con las mediciones meteorológicas, pretende determinar la conveniencia de la ciclobanda, para lo cual se reúnen en tres (3) fases la metodología y los resultados. Se obtiene entonces que este bicicarril es el 0.8% de la ciclo-infraestructura total, que las concentraciones de PM10 a condiciones de referencia son menores a 89 µg/m3 para datos horarios cumpliendo el límite máximo permitido de 100 µg/m3, que el modelo IVE en un escenario simulado muestra que las emisiones de PM10 cuando hay bicicarril son mayores hasta 1.92 veces que cuando no lo hay, que la concentración de la estación de tráfico puede ser hasta dos (2) veces mayor que la estación de fondo urbana, que la emisión es inversamente proporcional a la velocidad y directamente proporcional al número de vehículos, y que la dirección y la velocidad del viento son factores importantes en la distribución del contaminante; evidenciando de esta forma que la implementación de la ciclobanda podría generar niveles más elevados de emisión e inmisión de PM10 y a su vez afecta la movilidad del lugar por la reducción de los carriles que sirven para el tránsito del parque automotor.
Palabras clave: Calidad del aire, Fuentes móviles, Emisión, Movilidad, Ciclo-infraestructura.
ABSTRACT
The bicycle lane of Carrera 50 is located in Teusaquillo and the study sector is at the intersection with Avenida Esperanza. Taking as a precedent that in the city of Bogotá there have been no studies on the impact on air quality and mobility that occurs after the implementation of cycle-infrastructure projects, with this project an approximation is made about the effects that occur in the environmental and social field. For this work, through the evaluation of the air quality and the determination of the emission of fleet sources of PM10 together with the meteorological measurements, intends to determine the convenience of the bicycle lane, for which the methodology and the results are gathered in three (3) phases. Then it is obtained that this bicycle lane is 0.8% of the total cycle-infrastructure, that the PM10 concentrations at reference conditions are lower than 89 μg/m3 for hourly datacomplying with the maximum allowed limit of 100 μg/m3, that the IVE model in a simulated scenario shows that the emissions of PM10 when there is bicycle lane is greaterup to 1.92 times than when there is not, that the concentration of the traffic station can be up to two (2) times greater than the urban station, that the emission is inversely proportional to the speed and directly proportional to the number of vehicles, and that the direction and wind speed are important factors in the distribution of the pollutant; evidencing in this way that the implementation of the bicycle lane could generate higher levels of PM10 emission and immission and in turn affects the mobility of the place by reducing the lanes that serve for the transit of the vehicle fleet.
13 SIGLAS UTILIZADAS
IBOCA Índice Bogotano de Calidad del Aire
IDEAM Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales
IDU Instituto de Desarrollo Urbano
INVIAS Instituto Nacional de Vías
IVE International Vehicle Emissions
MAVDT Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial PM10 particulate material o material particulado de 10 micrómetros
N-S Norte-Sur
OAB Observatorio Ambiental de Bogotá OMS Organización Mundial de la Salud POT Plan de Ordenamiento Territorial RDA Registro Distrital Automotor
RMCAB Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá
SIMUR Sistema Integrado de Información sobre Movilidad Urbano Regional SDM Secretaría Distrital de Movilidad
SDA Secretaría Distrital de Ambiente SDS Secretaría Distrital de Salud SDP Secretaría Distrital de Planeación
SVCA Sistema de Vigilancia de Calidad del Aire
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1. INTRODUCCIÓN
El desarrollo de una ciudad no solo se debe establecer por el ingreso per cápita de sus habitantes, el producto interno bruto o sus aspectos económicos y sociales; aunque esto es fundamental, las condiciones ambientales del entorno donde se vive también son muy relevantes debido a que estas permiten tener una mejor calidad de vida. Este es el caso de la calidad del aire, donde las concentraciones de diferentes contaminantes hacen que se generen problemas graves a la salud de los ciudadanos, siendo su impacto irreversible, acumulativo y provocando un detrimento al sistema de salud del Estado. Todo esto se ve reflejado en el aumento de consultas por problemas respiratorios principalmente en grupos sensibles, siendo los más afectados niños y adultos mayores, por estar ellos generalmente en un solo sitio, aumentando el tiempo de exposición a los niveles de contaminación. (Agencia Europea Press, 2019)
Los problemas de contaminación se deben de forma directa a la carga contaminante que generan todas las fuentes de emisión que están localizadas en un espacio determinado. Los contaminantes dependen del tipo de fuente, si lo están provienen de algunos procesos productivos, de combustión externa o interna o de acciones naturales. Posteriormente, es importante conocer el grado de dispersión que posee la atmósfera bajo un análisis exhaustivo de las variables meteorológicas tanto del área de emisión como de inmisión. Adicional, se debe considerar el tipo de topografía que posee la zona donde se están presentando los problemas ambientales. Es así como al conjugar los tres (3) aspectos se puede establecer y determinar si un área tiene o puede tener problemas de contaminación atmosférica.
Dentro de las fuentes que pueden generar impacto en una ciudad se encuentran las fuentes móviles con combustión interna, las cuales usan diferentes combustibles. Por eso es primordial que las ciudades cuenten con sistemas de transporte eficiente, moderno y sostenible, así como vías que ayuden a tener una movilidad que garantice la mínima emisión en cada uno de los corredores viales.
El aumento en los tiempos de desplazamiento en la ciudad de Bogotá hace que se use como medio de transporte la bicicleta, razón por la cual las diferentes administraciones de la ciudad tomaron la decisión de construir espacios únicos de circulación para este medio denominados ciclorruta, que inició con el Plan de Desarrollo 1995-1997 bajo el nombre de red vial y cuyo objetivo fue construir un sistema de ciclovías permanentes en el Distrito (Alcaldía Mayor de Bogotá, 2010). Posteriormente, para aumentar la cobertura se tomaron espacios de algunas vías para destinarlos a la movilización de la bicicleta los cuales se nombraron como bicicarril o ciclobanda, que generan represamientos y una disminución en la movilidad.
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2. DEFINICIONES
Aforo vehicular: es un conteo de los vehículos que pasan por un punto determinado y a partir de él se puede obtener información sobre los volúmenes vehiculares que transitan en un punto de interés por periodo de tiempo, su velocidad y hasta el tipo de vehículo, dependiendo del nivel de detalle de este. La confiabilidad de los datos generados está relacionada con el tipo de vialidad aforada, la época del año y los horarios que representen la actividad vehicular típica de la zona de estudio. (INE-SEMARNAT, 2009)
Condiciones estándar o de referencia: son los valores de temperatura y presión con base en los cuales se fijan las normas de calidad del aire y de las emisiones, que respectivamente equivalen a 25°C y 760 mm de mercurio. (Decreto 948 de 1995)
Densidad: es el número de vehículos que ocupa un tramo de carretera o carril, se expresa en términos de vehículos por kilómetro. Con densidades muy bajas, la circulación puede considerarse fluida, pero a medida que va aumentando y acercándose a su valor máximo, se circula a velocidades muy bajas con constante paradas y arranques. (Pérez y Ramos, 2017 con base en Castillo, 2004)
Dispersión atmosférica: al proceso que transporta y mezcla los contaminantes en el aire. La dispersión de los contaminantes en la atmósfera depende del viento, de la elevación de la pluma y de la turbulencia del aire. Los contaminantes, luego de ser emitidos a la atmósfera, se diluyen debido a su mezcla con el aire limpio, generando plumas que un tiempo después de su emisión y, en la mayoría de los casos, son casi horizontales. (Venegas y Mazzeo, 2012)
Emisión: es la descarga de una sustancia o elemento al aire, en estado sólido, líquido o gaseoso, o en alguna combinación de éstos, proveniente de una fuente fija o móvil. (Decreto 948 de 1995)
Equipo analizador automático Dust Sentry: instrumento que proporcionar una medición indicativa de partículas en tiempo real y confiable de TSP, PM10, PM2.5 o PM1 y la analiza internamente utilizando un nefelómetro de dispersión de luz cerca del frente y un ciclón de corte preciso de alta precisión. (Aeroqual, 2015)
Fuente móvil: fuente de emisión que, por razón de su uso o propósito, es susceptible de desplazarse, como los automotores o vehículos de transporte a motor de cualquier naturaleza. (Decreto 948 de 1995)
Índice Bogotano de Calidad del Aire (IBOCA): indicador multipropósito adimensional, calculado a partir de las concentraciones de contaminantes atmosféricos en un momento y lugar de la ciudad, que comunica simultáneamente y de forma sencilla, oportuna y clara el riesgo ambiental por contaminación atmosférica, el estado de la calidad del aire de Bogotá, las afectaciones y recomendaciones en salud y las medidas voluntarias para que la ciudadanía contribuya a mantener o mejorar la calidad del aire de la ciudad. También funcionará como indicador de riesgo ambiental por contaminación atmosférica en el marco del Sistema Distrital de Alertas del Sistema Distrital de Gestión del Riesgo y Cambio Climático. (Resolución 2410 de 2015)
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Material particulado 10 micras: es la mezcla compleja de partículas líquidas y sólidas de sustancias orgánicas e inorgánicas suspendidas en el aire, llamadas partículas gruesas que tienen un tamaño comprendido entre 2.5 y 10 micrómetros. (IDEAM, 2018)
Media móvil: es el promedio de un valor de la serie y los que le rodean. Ésta se utiliza para suavizar las series cronológicas, es decir, para reducir el ruido o las fluctuaciones en las series. (MAVDT, 2008)
Modelo internacional de emisiones vehiculares (IVE): permite estimar emisiones vehiculares para ayudar a las ciudades y regiones a: i) enfocar las estrategias de control y planeación del transporte hacia unas más efectivas, ii) predecir cómo las diferentes estrategias afectarán las emisiones locales, y iii) medir el progreso en la reducción de emisiones en el tiempo. Permite estimar emisiones a nivel de proyecto y a escala regional y nacional, incluyendo para este último un módulo para gases causante del efecto invernadero. (Gaitán y Cárdenas, 2017)
Monitoreo del aire: un sistema de vigilancia de la calidad del aire es un conjunto de procesos, herramientas e instrumentos que tienen como fin determinar los niveles de inmisión que se dan en un área determinada. (MAVDT, 2008)
Motor de combustión interna: es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química de un combustible que arde dentro de la cámara de combustión. Su nombre se debe a que dicha combustión se produce dentro de la propia máquina. (INE-SEMARNAT, 2009)
Motor de combustión interna avanzada (motores a diesel): motor de combustión interna con alta eficiencia térmica (mayor a la convencional, la cual nominalmente es de entre 20 y 25%) y bajas emisiones contaminantes. Los principios de combustión de estos motores son el encendido espontáneo homogéneo de la carga y la combustión a baja temperatura. (INE-SEMARNAT, 2009)
Motor de combustión interna convencional (motores a gasolina): motor de combustión interna cuyo funcionamiento se basa en el ciclo termodinámico conocido como ciclo Otto, el cual se caracteriza porque todo el calor se aporta a volumen constante. Hay dos (2) tipos de motores que se rigen por el ciclo de Otto, los motores de dos (2) tiempos y los motores de cuatro (4) tiempos. La eficiencia media de un motor Otto es de un 20 a un 25%: sólo la cuartaparte de la energía calorífica se transforma en energía mecánica. (INE-SEMARNAT, 2009)
Perfil vial: área conformada y contenida por los paramentos de construcción y/o por los elementos naturales que conforman el espacio público, en el cual se identifican diversos elementos fijos (calzada, separador, anden, control ambiental), constitutivos de las vías. Tomada de ftp://ftp.ani.gov.co/
Promedio aritmético: promedio de todos los n datos recolectados en determinado periodo de tiempo. (MAVDT, 2008)
18 3. OBJETIVOS
3.1Objetivo general
Establecer la incidencia de la implementación de ciclobandas por medio del estudio de PM10 en la intersección ubicada en la Carrera 50 con Avenida Esperanza en
Bogotá D.C.
3.2Objetivos específicos
• Evaluar la calidad del aire en términos de PM10 junto con las condiciones
meteorológicas de la intersección entre la Carrera 50 y la Avenida Esperanza. • Determinar la emisión de material particulado generada por el parque automotor
que transita por la intersección de la Carrera 50 con Avenida Esperanza por medio de la aplicación del Modelo IVE.
19
4. MARCO DE REFERENCIA
4.1Consideraciones de fuentes móviles y su emisión
Con el paso de los años y de acuerdo con la información de SDM (Figura 1) desde el año 2007 al 2017, el parque automotor se incrementó de 1,062,698 a 2,315,250, es decir un 118%, siendo la motocicleta la que permitió este aumento pasando de 98,784 en el 2007 a 464,634 en el 2017 para un 370%.
Figura 1. Comportamiento histórico del parque automotor registrado en la ciudad de Bogotá D.C.
Fuente. SDM, 2017 a partir del RDA corte a 31 de diciembre de cada año.
En lo que hace referencia a la edad del parque automotor, de acuerdo con la Figura 2, el promedio en la ciudad es de 12.9 años a 2018, teniendo que el 69% corresponde a vehículos modelo 2006 en adelante y el 31% a vehículos modelo 2005 hacia atrás.
Figura 2. Distribución del parque automotor registrado según modelo del vehículo.
20 Los vehículos automotores, como fuente de emisión, aportan en gran manera emisiones de contaminantes a las áreas urbanas (Figura 3). Estos contaminantes incluyen: precursores de ozono (CO, NOX, COVNM), gases efecto invernadero
(CO2, CH4, N2O), sustancias acidificantes (NH3, SO2), material particulado (MP),
especies carcinogénicas (hidrocarburos aromáticos policícliclos (PHA) y compuestos orgánicos persistentes (COP)), sustancias toxicas (dioxinas y furanos) y metales pesados, siendo todos estos emitidos a la atmósfera en cada una de las fuentes lineales donde transitan, generando impactos al ambiente y la salud (Traducido por Gaitán y Cárdenas, 2017 de EEA, 2016d).
Figura 3. Emisiones generadas por fuentes móviles.
Fuente. Tomado de Gaitán y Cárdenas, 2017.
Es así como la distribución de las emisiones de material particulado en el Distrito Capital para el año 2018, de acuerdo con el tipo de fuente móvil, está representada en 8 características (Figura 4) siendo los vehículos de carga los que mayor aporte tienen con un 43%, seguido del transporte provisional con el 13% y automóviles con el 12%.
21 Es importante indicar que las emisiones deben darse por el tiempo en el cual transcurre este evento y no solamente por el volumen emitido. Es por esta razón que puede existir alguna redistribución de la gráfica, si se lleva a cabo la emisión en su duración y se determinara la carga por cada uno de los contaminantes emitidos.
4.2Consideraciones de movilidad
Otro de los aspectos relevantes en la emisión de un contaminante es la movilidad en la ciudad, la cual está en 27.6 km/h para automóvil y 24.29 km/h en general. El comportamiento de ésta durante el periodo de 2002 a 2016 estuvo entre 21.8 y 32.29 km/h (Figura 5), siendo el año 2016 el que presenta menor velocidad registrada y con una tendencia en la ciudad a disminuir tanto por el aumento el parque automotor como por la no construcción de obras de infraestructura que ayuden a mejorar este aspecto.
Figura 5. Promedio de velocidades para Bogotá.
Fuente. Autor con datos tomados SDM, 2016.
Dentro del Distrito Capital se cuenta con un periodo denominado hora valle que va de las 9 a las 16 horas donde se determina que la velocidad de recorrido debería aumentar. Sin embargo, ésta se mantiene constante según SDM (2017) desde las 7 a las 19 horas mostrando que no hay diferencia entre el horario establecido por la medida de pico y placa.
Según el Observatorio de Movilidad en el balance de movilidad 2007-2016 (SDM, 2017) se indica que para la ciudad de Bogotá los viajes en la ciudad se organizan así:
22 • De forma peatonal se realizan el 23% de los viajes en la ciudad.
• El automóvil concentra el 12% de los viajes en la ciudad y es el principal medio utilizado por los habitantes de estratos 5 y 6.
• La motocicleta concentra el 5% de los viajes en la ciudad y es más usada por los habitantes de estratos 1, 2 y 3.
Conforme a lo señalado por Ministerio de Transporte (2016), la ciclo-infraestructura se establece como el conjunto formado por la infraestructura pensada para la bicicleta y los complementos que la hacen funcional. La ciclorred y sus complementos hacen parte de este grupo. A su vez, se distribuye para vías ciclísticas y vías ciclo-adaptadas, y cada una de ellas tiene distintos subtipos (Figura 6).
Figura 6. Esquema de tipología de ciclo-infraestructura.
Fuente. Ministerio de Transporte, 2016.
23 Figura 7. Histórico de la longitud de ciclorrutas y bicicarriles.
Fuente. Autor, con datos tomados del IDU y OAB.
4.3Consideraciones ambientales
En lo relacionado a calidad del aire, el Observatorio de Movilidad en el balance de movilidad 2007-2016 (CCB, 2017) expresa que “El PM10 ha sido el de mayor
importancia en Bogotá debido a que, comparado con los demás contaminantes, éste presenta un mayor número de días en excedencia. De igual forma, las localidades con mayor concentración son Bosa, Kennedy, Puente Aranda, Tunjuelito y Ciudad Bolívar.” Lo anterior se refleja en la Tabla 1 donde la estación Carvajal-Sevillana y Kennedy son las que durante todos los años presentan niveles considerados altos por estar incumpliendo los límites máximos permisibles de la normatividad (50 µg/m3 por año) y permanece de manera constante en estado de calidad del aire moderado.
Tabla 1. Promedio de PM10 por estaciones.
Estación 2012 2013 2014 2015 2016 2017
Guaymaral 34 50 31 32 28
Usaquén 36.4 37 37 30 42 37
Suba 53.4 55 51 47 52 50
Las Ferias 45.6 34 32 35 40 37
Centro de Alto Rendimiento 33.9 32 40 28 35 31 Ministerio de Ambiente 42.3 45 43 34 34 30
Puente Aranda 47.9 47 62 53 52 47
Kennedy 70.8 71 71 66 58 55
Carvajal-Sevillana 76.4 81 91 87 76 66
Tunal 47.1 43 53 43 50 43
San Cristóbal 35.7 34 41 26 27 28
Promedio PM10 (μg/m3)
Fuente. Autor con base en información de Informes Anuales de Calidad del Aire en Bogotá.
24 variabilidad meteorológica de la ciudad ya que es la que más puede permitir de manera real determinar si una zona está contaminada o no. Se indica que para el periodo de 2012 a 2017 en las estaciones que tiene implementada la SDA, las estaciones de Suba, Puente Aranda, Kennedy y Carvajal-Sevillana son las que mayor incidencia presentan. Además, teniendo como referencia el nivel de 20 µg/m3
anual recomendado por la OMS, en todas las estaciones de Bogotá se tienen concentraciones por encima de este valor, ratificando el grave problema que presenta la ciudad en materia de calidad del aire (Figura 8).
Figura 8. Comportamiento de PM10 desde 2012 hasta 2017.
Fuente. Autor con base en información de Informes Anuales de Calidad del Aire en Bogotá.
25 Figura 9. Distancia estación Centro de Alto Rendimiento a intersección Avenida
Batallón Caldas con Calle 24.
Fuente. Google Maps.
4.4Contexto actual
Algunos estudios como Schepers et al. (2015) muestran que “la introducción de carriles para bicicleta (ciclobanda y ciclorruta) está asociado con beneficios para la salud, principalmente debido al aumento de la actividad física” y para Pattinson et al. (2017) “la separación de carriles para bicicletas en vías importantes podría ayudar a reducir la ingestión acumulada de contaminantes por parte de los ciclistas, especialmente en carreteras con mucho tráfico. Esto está relacionado con la exposición que tienen los ciclistas que al transitar sobre la carretera tienen mayor impacto de la contaminación que al moverse a una distancia de 7 m (acera de la carretera) y 19 m (fuera de la carretera).”
Para que este sistema funcione Johansson et al. (2017) recomienda “reducir el número de viajes en automóvil lo cual produce menos emisiones y por ende, menores exposiciones de la población al contaminante” como sucede sobre la ciclovía recreativa de la Carrera Séptima en Bogotá, donde al tener cierre parcial para vehículos, los ciclistas podrían tener una disminución de aproximadamente 40% de concentración de material particulado (Torres y Galindo, 2016).
26 como lo afirma un estudio de la Universidad Nacional (Unimedios, 2017). Esto sumado a la edad del parque automotor y al estado actual de las vías, que podría agravar dicha situación.
De acuerdo con la conclusión del informe del BID, es importante que las ciudades impulsen el uso de la bicicleta como una estrategia para mejorar la movilidad y, sobre todo, la calidad del aire mediante la reducción de las emisiones contaminantes de fuentes móviles. (Infografía, 2016)
De esta manera en Bogotá, así como en diferentes ciudades del país, se han venido implementando modelos de ciclo-infraestructura que pretenden contribuir con un tránsito alternativo, ágil y sostenible. Sin embargo, no se han hecho estudios acerca de las consecuencias a nivel ambiental y social que conlleva la implementación de ciclobandas por calzada en las diferentes zonas de la ciudad.
Por esto, con esta investigación se quiere conocer en el área de estudio la cantidad de material particulado presente, las descargas generadas por los vehículos automotores y la relación de las variables meteorológicas con la inmisión y la emisión.
Con esto, se llega a la inquietud, ¿Cuáles serían los posibles efectos ambientales y sociales que genera el funcionamiento de la ciclobanda ubicada en la intersección de la Carrera 50 con Avenida Esperanza?
4.5Combustión interna
Para realizar el ciclo de trabajo, los motores de combustión interna a gasolina o a diésel necesitan cuatro etapas: admisión, compresión, expansión y escape, que se ven representadas en la Figura 10. En función de las carreras necesarias, se detallan dos (2) tipos de motor:
• De cuatro (4) tiempos: es un motor de combustión interna que precisa de cuatro carreras del pistón o émbolo (dos vueltas del cigüeñal) para completar el ciclo termodinámico. (INE-SEMARNAT, 2009)
27 Figura 10. Funcionamiento del motor de combustión interna.
Fuente. Tomada de https://www.mundodelmotor.net/motor-2-tiempos/
4.6Vías
De acuerdo con el art. 174 del Decreto 190 de 2004 (POT), la clasificación de las secciones viales se establece como se observa en la Tabla 2.
Tabla 2. Secciones viales base.
Malla Arterial Principal y la Malla Arterial Complementaria V-0, V-1,V-2 y V-3
Malla Vial Intermedia V-4, V-5 y V-6
Malla Vial Local V-7, V-8 y V-9
Fuente. Decreto 190 del 2004, POT Bogotá D.C.
Las vías se diferencian en su utilización por el tipo de transporte que opera sobre ellas, teniendo que Perfil A: Base; Perfil B: Base, Troncal de buses; Perfil C: Base, Metro; Perfil D: Base Troncal de buses, Metro. También se clasifican de acuerdo con el tipo de malla, como se presenta en la Tabla 3.
Tabla 3. Clasificación de las vías.
V-0 V-1 V-2 V-3 V-4 V-5 V-6
Vía Tipo V-0A Vía Tipo V-1A Vía Tipo V-2A Vía Tipo V-3A Vía Tipo V-4 Vía Tipo V-5 Vía Tipo V-6
Vía Tipo V-0B Vía Tipo V-1B Vía Tipo V-2B Vía Tipo V-3B Vía Tipo V-4 con ciclorruta
Vía Tipo V-5 con ciclorruta Vía Tipo V-0C Vía Tipo V-1C Vía Tipo V-2C Vía Tipo V-3C Vía Tipo V-4A
Vía Tipo V-0D Vía Tipo V-1D Vía Tipo V-2D Vía Tipo V-3D Vía Tipo V-4A con ciclorruta
MALLA ARTERIAL PRINCIPAL MALLA VIAL INTERMEDIA
28 4.7Calidad del aire
El estado del aire ambiente expresado en concentración o intensidad de contaminantes, presencia de microorganismos o apariencia física indica las condiciones actuales a las que se encuentra expuesta la biosfera, esto se conoce como calidad del aire. A su vez, ésta se ve afectada por diferentes factores que influyen en el transporte del contaminante (Figura 11), dentro de los cuales se destacan: radiación solar, temperatura, humedad, presión, circulación del viento y estabilidad (Aguilar, 2011).
Figura 11. Factores atmosféricos que intervienen en la calidad del aire.
Fuente. Adaptado de https://www.elespectador.com/noticias/nacional/antioquia/mejorar-la-calidad-del-aire-es-un-compromiso-social-eugenio-prieto-articulo-722516
29 Figura 12. Efectos para la salud por material particulado.
Fuente. Tomado de https://gobernanzadelaire.uniandes.edu.co/
Según el estudio de Ortiz y Rojas (2013), “al reducir gradualmente la concentración de PM10 hasta niveles iguales a los establecidos como límite en la legislación
colombiana (Res. 610 de 2010) en toda la ciudad, se obtendrían beneficios de cerca de 21,5 billones de pesos entre 2010 y 2020. Kennedy sería la localidad más beneficiada y Bosa Central sería la UPZ más beneficiada. La mortalidad es el componente de mayor participación en la valoración económica.”
El seguimiento a la calidad del aire se realiza a través de un SVCA, que para el caso de la ciudad de Bogotá se designa como RMCAB. Éste debe contemplar objetivos, aplicación, diseño específico, número de estaciones por tipo y el componente de meteorología. Asimismo, se considera la tecnología de medición, el tipo de monitoreo, la periodicidad del monitoreo, los parámetros a medir, el número de estaciones, el tipo de estaciones y su ubicación, la periodicidad del muestreo y los instrumentos meteorológicos (MAVDT, 2010).
4.8Ciclo-infraestructura
30 Vías ciclistas, son espacios de uso exclusivo para la circulación de bicicletas y por lo tanto son bandas segregadas del espacio de otros usuarios de la vía pública, ya sea el tráfico motorizado o los peatones. La Tabla 4 muestra el desglose.
• Segregación física (“dura”): elementos físicos que impiden o dificultan salir o entrar de una vía segregada
• Segregación visual (“blanda”): elementos visuales (marcas viales, delineadores de tránsito, color o textura del pavimento) que delimitan las vías segregadas
Tabla 4. Definiciones específicas de vías ciclistas.
SUBTIPO DEFINICIÓN
Ciclorruta
Vías reservadas exclusivamente para la circulación en bicicleta, segregadas físicamente del resto del tránsito (motorizado) y también de los peatones. Las ciclorrutas pueden transcurrir al nivel de la calzada, al nivel del andén o a un nivel intermedio, pero siempre llevan algún tipo de segregación física. Pueden ser unidireccionales o servir para los dos sentidos circulatorios (bidireccionales). Vías reservadas exclusivamente para la circulación en bicicleta segregadas visualmente, es decir, a través de marcas viales, color y otros dispositivos indicativos de su especialización. Pueden transcurrir a nivel de la calzada o formar parte del andén, aunque en ese caso debe justificarse rigurosamente, pues genera conflictos con los peatones que deben ser evitados desde la propia concepción de la ciclo-infraestructura.
Otra definición, del Ministerio de Transporte, 2015: Carril o senda sobre la calzada o andén, segregada del tránsito vehicular o peatonal solo por demarcación y/o delineadores horizontales. Su ancho puede variar según el flujo esperado de bicicletas, pero no debe ser menor a 1,5 m. Solo pueden ubicarse en vías donde la velocidad máxima permitida es igual o inferior a 60 km/h.
Ciclobanda Bicicarril
Fuente. Tomado de Ministerio de Transporte, 2016.
Vías ciclo-adaptadas, son aquellas calles o espacios públicos que son especialmente acondicionadas para la circulación en bicicleta, pero no suponen un uso exclusivo de las vías. En la Tabla 5 se describe con más detalle.
Tabla 5. Definiciones específicas de vías ciclo-adaptadas.
SUBTIPO ADAPTACIÓN DEFINICIÓN
Banda ciclopreferente
Banda en la calzada reservada preferentemente a la circulación de bicicletas y delimitada mediante una línea discontinua. Vehículos motorizados y las bicicletas pueden cruzar la línea si la situación del tráfico así lo requiere, siempre y cuando no se incomode ni se ponga en peligro al ciclista.
Carril ciclopreferente Carril de la calzada de uso compartido con indicación de la circulación del ciclista por el centro y limitación de velocidad.
Carril bus-bici Carril para uso preferencial del transporte público (bus), en el que se autoriza la circulación ciclista.
Contraflujo ciclista Vía de sentido único para el tráfico general en donde se autoriza la circulación ciclista a contraflujo.
Calle peatonal
Espacio o vía peatonal donde se autoriza la circulación de bicicletas, manteniendo el peatón la prioridad. Sin ningún tipo de diferenciación de los espacios.
Calle con tránsito calmado
Uso compartido de la calzada por parte de los ciclistas donde la circulación es segura, cómoda y atractiva gracias a que la intensidad y la velocidad del tránsito motorizado son bajas. Prelación de bicicleta
Autorizadas para el tránsito de bicicletas
31 4.9Marco geográfico
El bicicarril escogido se encuentra ubicado en la localidad de Teusaquillo sobre la Carrera 50. Cuenta con aproximadamente 4.7 km de recorrido desde la Calle 63 hasta la Calle 13 (Figura 13), y pertenece a la red secundaria de ciclorrutas conforme a lo establecido con el POT.
Figura 13. Información general bicicarril Carrera 50.
Fuente. Bejarano, 2014.
En cuanto a la medición de calidad del aire, se instalaron dos (2) equipos automáticos de propiedad de la Universidad Distrital localizados en influencia directa con el área de estudio y así se pudo establecer el comportamiento de PM10
32 Figura 14. Posición del equipo 537.
Fuente. Google Maps.
Figura 15. Posición del equipo 536 y estación meteorológica.
Fuente. Google Maps.
4.10 Marco legal
4.10.1 Directrices internacionales
Guías de calidad del aire de la OMS relativas al material particulado, el ozono, el dióxido de nitrógeno y el dióxido de azufre, Actualización mundial 2005, Organización Mundial de la Salud, 2006. El valor de referencia de PM10 para un
33
4.10.2 Nacional
Decreto 948 del 5 de junio de 1995 “Por el cual se reglamentan, parcialmente la Ley 23 de 1973, los artículos 33, 73, 74, 75 y 75 del Decreto-Ley 2811 de 1974; los artículos 41, 42, 43, 44, 45, 48 y 49 de la Ley 9 de 1979; y la Ley 99 de 1993, en relación con la prevención y control de la contaminación atmosférica y la protección de la calidad del aire” Presidencia de la República de Colombia.
Decreto 1530 del 24 de julio de 2002 “Por el cual se modifica el artículo 40 del Decreto 948 de 1995, modificado por el artículo 2º del Decreto 1697 de 1997 y por el Decreto 2622 de 2000.” Presidencia de la República de Colombia.
Resolución 910 del 5 de junio de 2008 “Por la cual se reglamentan los niveles permisibles de emisión de contaminantes que deberán cumplir las fuentes móviles terrestres, se reglamenta el artículo 91 del Decreto 948 de 1995 y se adoptan otras disposiciones” MAVDT.
Resolución 2154 del 2 de noviembre de 2010 “Por la cual se ajusta el Protocolo para el Monitoreo y Seguimiento de la Calidad del Aire adoptado a través de la Resolución 650 de 2010 y se adoptan otras disposiciones.” MAVDT.
Resolución 2254 del 1 de noviembre de 2017 “Por la cual se adopta la norma de calidad del aire ambiente y se dictan otras disposiciones.” Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible. El valor límite permitido para una exposición de corta duración de PM10 es de 100 µg/m3 antes del 2030.
4.10.3 Distrital
Resolución 3002 del 5 de diciembre de 1991 “Por la cual se reglamentan los niveles de emisión permisibles de contaminantes producidos por las fuentes móviles con motor a gasolina (automotores).” SDS.
Resolución 1969 del 20 de mayo de 1992 “Por la cual se reglamentan los niveles de emisión permisibles de contaminantes producidos por las fuentes móviles con motor a diesel (automotores).” SDS.
Resolución 160 del 14 de junio de 1996 “Por la cual se reglamentan los niveles permisibles de emisión de contaminantes producidos por las fuentes móviles con motor a gasolina y diesel.” DAMA.
34
5. METODOLOGÍA
Con el propósito de cumplir con los objetivos del proyecto, se llevaron a cabo tres (3) fases compuestas cada una de ellas por unas actividades y procedimientos. En la Figura 16 se visualiza cada una de ellas y así mismo se desglosa su ejecución.
Figura 16. Esquema de trabajo.
Fuente. Autor.
5.1Fase I
5.1.1 Conceptualización
Para comprender el alcance del estudio, en esta etapa del proyecto se busca conocer el estado actual de la problemática planteada junto con los conceptos básicos relacionados con fuentes móviles, emisión, movilidad, ciclo-infraestructura y calidad del aire que son aplicables del presente trabajo.
5.1.2 Delimitación del área de trabajo
Para la selección del bicicarril, se tuvieron en cuenta los parámetros establecidos por el Manual de Diseño en cuanto a la distancia a vías del equipo de medición de PM10
35 Figura 17. Evidencia de la distancia y la localización.
Fuente. Autor.
La altura desde el piso hasta el toma muestra para ambos casos es de aproximadamente 2m, la distancia de los muestreadores a la vía es mayor a 11m, cuenta con flujo de aire libre 270° alrededor del toma muestra y para el caso del punto 536 que se encuentra al lado de edificaciones, es de 180°.
Para la meteorología, se cuenta con criterios como:
• Instalar lejos de obstrucciones que puedan influir en las mediciones. • Seguridad del lugar y facilidad de instalación.
• Acceso a energía eléctrica.
• Permisos necesarios para utilizar el sitio. • Características de la superficie.
• Ubicación en el sitio de medición para facilitar transmisión de datos.
36 Figura 18. Localidades de Bogotá D.C.
Fuente. Tomada de https://tierracolombiana.org/localidades-de-bogota/
5.1.3 Recopilación de información
Teniendo en cuenta lo anterior, se reúne información de diferentes tipos de fuente (primaria, secundaria y terciaria).
Para el monitoreo de calidad del aire, se apropian para este proyecto diferentes parámetros establecidos en el Manual de Operación del Protocolo para el monitoreo y seguimiento de la calidad del aire.
Para el caso del cálculo de emisiones por fuentes móviles, se obtiene de SDM el aforo vehicular de la Carrera 50 en intersección con Avenida Esperanza para los años 2013 y 2014. De igual modo, se revisan las plataformas SIMUR para la velocidad y RMCAB para la meteorología de las fechas de los aforos.
Las plantillas de Localidad, Flota, Grupo y Ajustes Generales se descargan de la página http://www.issrc.org/ive/. Estas contienen la información en detalle del estudio realizado por Giraldo (2005).
Para lo demás, se revisaron los Informes Anuales de Calidad del Aire en Bogotá de la SDA, los Reportes Anuales de Movilidad de OAB y SDM.
5.2Fase II
5.2.1 Medición de calidad del aire
37 Tabla 6. Resumen del monitoreo realizado.
CARACTERÍSTICA PARÁMETRO
Tecnología de medición Muestreo automático
Tiempo de monitoreo 32 días
Parámetros a medir PM10
Número de estaciones 2
Tráfico (537) Fondo urbana (536)
Ubicaciones estaciones
Una estación ubicada cerca al lugar de muestreo (50 m) y otra ubicada a más
de 300 m de la zona de influencia. Periodicidad del muestreo Medición las 24 horas, cada minuto
Velocidad y dirección del viento Temperatura y humedad relativa Tipo de estaciones
Instrumentos meteorológicos
Fuente. Autor con base en MAVDT, 2010.
Las especificaciones de los equipos automáticos se observan en la Tabla 7. Tabla 7. Información general equipos.
Tecnología Nefelómetro
Tamaños PM1, PM2.5, PM10 o TSP
Rango 0 a 2000 µg/m3
Exactitud <±(2 µg/m3 + 5% de lectura)
Tasa de flujo 2.0 LPM
Límite de detección inferior <1 µg/m3
Comunicación Estándar: WIFI, Ethernet (LAN)
Periodo promedio 1 min, 5 min, 10 min, 15 min, 30 min, 1 hr, 2 hr, 4
hr, 8 hr, 12 hr, 24 hr
Dust Sentry
Figura 19. Equipo 536 Figura 20. Equipo 537
Fuente. Autor. Fuente. Aeroqual, 2015.
38 software para la lectura y la descarga de información, la verificación de caudal de muestreo, de fugas y de aire cero.
Se instalaron los equipos automáticos en los lugares mencionados en el apartado 4.9, con el apoyo del grupo laboratorio de Calidad del Aire de la Universidad Distrital, donde se verificó el caudal que ingresa al equipo y el aire cero manualmente que asegura la purga, evidenciando su correcto funcionamiento. Sin embargo, los días 12 y 13 de marzo se utilizaron para observar el comportamiento de los datos, con lo cual se modificó el ciclo de purga del equipo 536 (Figura 19) de 720 minutos a 240 minutos y se mantuvo en 720 minutos el ciclo de purga del equipo 537 (Figura 20).
5.2.2 Medición de condiciones meteorológicas
Para establecer la meteorología del sector se instala una estación (Figura 21) que permite conocer la variabilidad de las condiciones como velocidad del viento, dirección del viento, humedad relativa y temperatura. Esta se instala donde se encontraba el equipo 536. Los atributos del sensor se consignan en la Tabla 8.
Tabla 8. Información general equipo. Figura 21. Sensor
Med One MSO.
Fuente. Autor
Velocidad del viento Rango: 0-50 m/s Exactitud: ±2% Resolución: 0.1 m/s
Dirección del viento Rango: 0-360° Exactitud: ±5° Resolución: 1°
Temperatura del aire Rango: -40°C - +60°C Exactitud: ±0.5°C Resolución: 0.1°C Humedad relativa Rango: 0-100% Exactitud: ±4% Resolución: 1%
Fuente. Aeroqual, 2015.
5.2.3 Estructuración de la información del monitoreo
5.2.3.1Material particulado
Aunque este trabajo no implique la implementación de un SVCA, se toman en cuenta ciertas pautas dadas en el Manual de Operación del Protocolo para cumplir con los objetivos propuestos.
Es así como para este caso se contó con los siguientes elementos de aseguramiento de calidad:
• Entrenamiento: se dio a conocer el funcionamiento, la puesta en marcha y la confirmación de la calidad de los datos mostrados por los equipos.
39 • Reporte de errores en los datos.
• Revisión de cero y span automático.
• Acciones correctivas: arreglar los datos no satisfactorios tan pronto son detectados.
• Validación de datos: los elementos a considerar en la revisión son los datos fuera del intervalo o negativos y los picos o aumentos repentinos, teniendo en cuenta la variación de la meteorología. Luego pasan a un proceso de confirmación en el que se descartan o se mantienen dichos datos, ayudándose de representaciones gráficas que se realizan con toda la información. Finalmente, se identifican el número de horas con información utilizable en cada día y descartar para el siguiente nivel de validación los días que no cumplan con el mínimo de recuperación de datos útiles.
• Análisis estadístico de los datos: se emplean las técnicas adecuadas de análisis para calcular los promedios en el tiempo, cuando ya se cuente con los datos debidamente ajustados. Estos datos se convierten en valores a condiciones de referencia para seguidamente ser comparados con las normas de calidad de aire. Teniendo la información completa, se procedió a revisar los datos por minuto, encontrando que para diferentes días el equipo 536 contenía datos negativos y por lo tanto los datos horarios del equipo estaban siendo promediados de manera errónea. Mientras que el equipo 537 contiene un error de programación en la hora, lo que genera que los datos estén desfasados por 12 minutos. Esto implica que gran parte de los datos estén por debajo del 75%, lo que lleva a que no sean confiables en calidad y representatividad, como lo establece el Protocolo.
Es por lo que, la información minutal de los dos (2) equipos se organiza en orden cronológico eliminando los valores negativos y los datos extremos (se escogen dichos valores con ayuda de gráficas), y con la hora correcta. Enseguida se reestructuran los datos considerando lo establecido por MAVDT (2008) donde “una hora se define como el periodo de sesenta minutos trascurridos inmediatamente antes de la hora reportada, es decir los datos de vigilancia correspondientes a las 7 a.m. son los recolectados desde las 6:01 a.m. a las 7:00 a.m.” Entonces, al tener el conjunto de datos por hora se lleva a formato día especificado como “el periodo de 24 horas transcurrido entre las 00:01 y las 24:00, donde 00:01 es el primer minuto del día, después de la media noche. Es decir, en un día se obtendrán 24 promedios horarios desde la 1 que es la primera hora del día, hasta las 24 que es la última.” Teniendo los valores promedio de concentración horaria de PM10, se calcula la
media móvil (como la Figura 22) para el periodo de tiempo de 24 horas obteniendo los datos que se llevan a condiciones estándar con la ecuación 1 y que se terminan confrontando con el nivel máximo permisible para un tiempo de exposición de 24 horas, el cual es de 100 µg/m3 de acuerdo con la Resolución 2254 de 2017.
40 FECHA HORA PM10
14/03/2018 0:00 7.96 14/03/2018 1:00 10.10 14/03/2018 2:00 10.87 14/03/2018 3:00 14.16 14/03/2018 4:00 18.13 14/03/2018 5:00 36.37 14/03/2018 6:00 43.50 14/03/2018 7:00 52.24 14/03/2018 8:00 52.57 14/03/2018 9:00 21.29 14/03/2018 10:00 7.70
14/03/2018 11:00 8.01 1
14/03/2018 12:00 9.68 2
14/03/2018 13:00 11.47 3
14/03/2018 14:00 6.24 4
14/03/2018 15:00 5.07 5
14/03/2018 16:00 3.26 6
14/03/2018 17:00 3.89 14/03/2018 18:00 5.05 14/03/2018 19:00 9.29 14/03/2018 20:00 6.61 14/03/2018 21:00 10.61 14/03/2018 22:00 14.18 14/03/2018 23:00 9.59 15/03/2018 0:00 18.22 15/03/2018 1:00 13.96 15/03/2018 2:00 8.88 15/03/2018 3:00 2.64 15/03/2018 4:00 11.97
15.51 16.33 16.25 15.77 NÚMERO DE MEDIA
VALOR OBTENIDO DE LA MEDIA 16.17 15.74 1 2 3 4 5 6
Figura 22. Ejemplo de metodología para la estimación de la media móvil para 24 horas de un conjunto de datos.
Fuente. Autor.
Con el programa Statgraphics Centurion XVII, se analizaron los datos horarios para cada día a condiciones estándar para determinar el promedio, la desviación estándar, el coeficiente de variación y el máximo.
Con la librería Openair del software R, se diseñan gráficas para consolidar los datos por minuto y por hora, y para observar la variación en el tiempo de PM10 de los
puntos 536 y 537.
5.2.3.2Cálculos
Para comparar con la Resolución 2254 de 2017, se estima la media móvil para conjuntos de 24 datos horarios utilizando el promedio aritmético y posteriormente se deben expresar los valores a condiciones de referencia con la ecuación:
donde
NCR Norma de calidad en condiciones de referencia (µg/m3).
NA Norma a condiciones actuales, es el valor de la media móvil para datos de 24 horas (µg/m3).
pb actual Presión barométrica actual (mmHg), para el caso de la Carrera 50 es
560.26.
41 La presión barométrica en el punto de muestreo se calcula con la siguiente ecuación:
donde
ρ0 = 760 mmHg
α = 0.000118553 m-1
z = 2572 m
Por lo tanto, ρ (z) = 560.26 mmHg
Para obtener el IBOCA, se utiliza la ecuación del art. 21 de la Resolución 2410 de 2015
donde
IBOCA-PM10 Índice de Calidad del Aire para el contaminante PM10.
C-PM10 Concentración medida para el contaminante PM10 (debe redondearse a un número entero).
C mayor Concentración mayor o igual al contaminante.
C menor Concentración menor o igual al contaminante.
I mayor Valor del IBOCA correspondiente al C mayor.
I menor Valor del IBOCA correspondiente al C menor.
5.2.3.3Características meteorológicas
De lo estipulado en el Manual de Operación del Protocolo, el procesamiento de la información meteorológica se lleva a cabo con la lectura de los datos, el análisis estadístico y el cálculo de resúmenes. Igualmente, este documento precisa que las horas diurnas corresponden de las 7 a las 17 y las horas nocturnas de las 18 a las 6, esto con el fin de realizar un mejor análisis de dichas condiciones.
Se disponen de archivos independientes para cada parámetro (velocidad y dirección del viento, temperatura y humedad relativa) por minuto y por hora para cada día del tiempo de muestreo. Como la información desde un inicio es correcta, solo se emplean los valores horarios de cada variable para el análisis.
En cuanto a la velocidad y la dirección del viento, se utilizó el programa WRPLOT View para graficar las rosas de los vientos por semana organizadas y con el total de los datos, de este modo:
Semana 1: del miércoles 14 de marzo al miércoles 21 de marzo. Semana 2: del jueves 22 de marzo al jueves 29 de marzo.
Semana 3: del viernes 30 de marzo al viernes 6 de abril. Semana 4: del sábado 7 de abril al sábado 14 de abril.
42 A través de la librería Openair del software R, se plantean las gráficas para agrupar los datos por hora de la temperatura y la humedad relativa, así como de la velocidad del viento, para observar la evolución en el tiempo de estos mismos parámetros.
5.2.4 Establecimiento de datos para fuentes móviles
5.2.4.1Características de la vía
Para conocer el tipo de vía, la malla vial a la cual pertenece y el perfil o sección vial, se recurre a la información disponible de la SDP, junto con POT vigente para la Distrito Capital.
Además, se tienen en cuenta restricciones y condiciones para el tránsito de los vehículos de transporte de carga en el área urbana del Distrito Capital, puesto que es una variable por considerar al momento de estimar las emisiones vehiculares.
5.2.4.2Aspectos del bicicarril
Para obtener detalles de la ciclo-infraestructura que se va a emplear, se busca información de la licitación de la obra correspondiente a ese sector. Con esto, y junto con la información suministrada por la SDM, se puede especificar también la fecha a partir de la cual empezó a funcionar la ciclobanda.
5.2.4.3Métodos de estimación de emisiones vehiculares
La forma de calcular las emisiones en las fuentes móviles se fundamenta en la siguiente ecuación:
donde
E emisiones totales.
FEi,j,k factor de emisión del contaminante (i), para el vehículo de la categoría
vehicular (j), y combustible (k).
FAj,t factor de actividad del vehículo de la categoría vehicular (j), durante el
tiempo (t).
Nf número total de fuentes (automóvil, taxi, bus, camión, etc.).
El factor de emisión para fuentes móviles normalmente es expresado como la cantidad de sustancia o contaminante liberado a la atmósfera con relación a la cantidad de combustible consumido o a la distancia recorrida. (Gaitán y Cárdenas, 2017)
43 El número total de fuentes se refiere a la población vehicular activa o en circulación en la zona objeto de estudio. Esto varía de acuerdo con el tipo de vehículo, uso, tipo de combustible, tipo de tecnología, tamaño de motor y edad del vehículo, entre otros factores. (INE-SEMARNAT, 2009)
Para que el proceso de desarrollo del inventario sea de fácil ejecución, es necesario el uso de herramientas (softwares) que simplifican la estimaciónteniendo en cuenta la cantidad y la calidad de información disponible, así como las características propias de cada región. Adicional a esto, estos métodos tienen la ventaja de la aproximación al valor real de emisión, minimizando la posibilidad de errores que se podrían presentar al momento de hacer los cálculos con la ecuación 4 puesto que se trabaja con diversidad de variables.
Algunos de los modelos utilizados comúnmente para la estimación de emisiones en fuentes móviles son: MOBILE, MOVES, IVE, COPERT.
5.2.4.4Modelo IVE
Según ISSRC (2008), el proceso de predicción de emisiones en el modelo a utilizar comienza con la base de factores de emisión y una serie de factores de corrección que se aplican para estimar los contaminantes de una variedad de tipos de vehículos que a su vez necesitan de datos de entrada de flota y localidad, para obtener las emisiones partidas y en ruta, como se muestra en la Figura 23.
Figura 23. Arquitectura del modelo.
44 La Tabla 9 establece la descripción de Localidad y Flota para Bogotá. Cada una de las plantillas de Flota se van modificando de acuerdo con las condiciones específicas del estudio.
Tabla 9. Generalidades de la Localidad y la Flota para Bogotá, Colombia.
NOMBRE DE LA LOCALIDAD DETALLE NOMBRE DE
LA FLOTA
2w Arterial Bogota2005 Vehículo de 2 ruedas en vía arteria
2w Highway Bogota2005 Vehículo de 2 ruedas en vía principal
2w Residential Bogota2005 Vehículo de 2 ruedas en vía residencial
Bus Bogota2005 Bus operando bajo condiciones normales de operación Bus
DTruck Bogota2005 Camión en condiciones normales de funcionamiento Camión
LHTruck Bogota2005 Tractomula operando bajo condiciones normales de operación Tractomula
PC Arterial Bogota2005 Vehículo de pasajeros conduciendo en vía arteria
PC Highway Bogota2005 Vehículo de pasajeros conduciendo en vía principal
PC Residential Bogota2005 Vehículo de pasajeros conduciendo en vía residencial
Taxi Bogota2005 Taxi operando bajo condiciones normales de operación Taxi Moto
Automóvil
Fuente. Autor.
Para determinar el tipo de vehículo y el flujo vehicular que se presenta en la zona, se obtiene información de los aforos realizados por la SDM sobre la Avenida Batallón Caldas en intersección con la Calle 24 para las fechas del 26 y 27 de abril de 2013 y para el 2014, del 22 y 26 de abril. Se debe organizar el número de vehículos por categoría de autos, buses, camiones y motos en sentido norte-sur y sur-norte, y por hora desde las 6 hasta las 18 horas.
Considerando la información de la Tabla 9 y los aforos de SDM, se trabajan únicamente 4 plantillas para este proyecto:
• 2w Arterial Bogota2005 (Moto Fleet Bogota). • Bus Bogota2005 (Bus Fleet Bogotá).
• DTruck Bogota2005 (Trucks Fleet Bogota). • PC Arterial Bogota2005 (Auto Fleet Bogota2005).
Los parámetros de humedad relativa y temperatura para los días mencionados anteriormente se tomaron de la RMCAB de la estación más cercana a la zona, que se encuentra en el Centro de Alto Rendimiento.
