Determinacion de emisiones vehiculares en la cuenca atmosférica de la Ciudad de Arequipa utilizando la metodologia de la OMS y el modelo EMOD CMAP

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(1)UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA DE POSGRADO UNIDAD DE POSGRADO DE LA FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS. “DETERMINACION DE EMISIONES VEHICULARES EN LA CUENCA ATMOSFÉRICA DE LA CIUDAD DE AREQUIPA UTILIZANDO LA METODOLOGIA DE LA OMS Y EL MODELO EMOD CMAP”. Presentado por la Bachiller: SILVIA ROSSANA TAPIA MEDRANO Para obtener el Grado de Maestro en Ciencias con Mención en Ingeniería Ambiental Asesor: Dr. Víctor Benigno Ascuña Rivera. AREQUIPA-PERÚ 2017.

(2) PRESENTACION. Sr. Decano de la Facultad de Ingeniería de Procesos. Sr. Director de la Escuela de Posgrado Sr. Director de la Unidad de Posgrado de Ingeniería Ambiental Sres. Catedráticos miembros del jurado.. De conformidad con las disposiciones del reglamento General de Posgrado de la Universidad Nacional de San Agustín y según acuerdo del Consejo Universitario, presento a vuestra consideración la tesis intitulada: “DETERMINACION DE EMISIONES VEHICULARES EN LA CUENCA ATMOSFÉRICA DE LA CIUDAD DE AREQUIPA UTILIZANDO LA METODOLOGIA DE LA OMS Y EL MODELO EMOD CMAP”, tendiente a optar al título de Maestro en Ingeniería Ambiental y contribuir así con mi desarrollo tanto profesional como mi desenvolvimiento en la sociedad.. Arequipa, Julio 2017. ii.

(3) AGRADECIMIENTOS. Agradecimiento a:. A Dios porque guía mis pasos, a mis padres en testimonio de agradecimiento por haberme dado la oportunidad de vivir, por su apoyo incondicional, comprensión y colaboración. A mi esposo Martín, por brindarme su constante apoyo y comprensión en el ejercicio de mi profesión, gracias por inducirme a ser cada día mejor. A mis hijos que son la alegría y la gran motivación de superación. A mis hermanos Javier y Abel a mis amigos(as) y en especial al Ing. Eduardo Talavera Ampuero quién con sus concejos contribuyeron a mi formación. Profunda gratitud a mis maestros en especial a la Mg. Carmen Talledo Cornejo de esta casa de estudios que con orgullo represento y doy testimonio del saber que logre en sus aulas agustinas que supieron motivar para mi formación y desenvolvimiento como profesional con vocación de servicio. A mi asesor Doctor Ing. Victor Benigno Ascuña Rivera, quien supo orientar y perfilar el trabajo y las ideas para plasmar en este documento. Quienes depositaron su confianza en mi persona y apoyaron a la realización del presente trabajo.. iii.

(4) RESUMEN Las diferentes actividades que se realizan en la ciudad de Arequipa ya sea en el sector industrial, comercial y principalmente el transporte vierten sus emisiones a la cuenca atmosférica de la ciudad, estos gases y partículas generan un deterioro de la calidad ambiental y como consecuencia un impacto sobre la salud pública de la población haciendo que repercute en mayor gasto público del sector salud y deterioro de los ecosistemas. La estimación de emisiones se llevó a cabo por medio del método de factores de emisión utilizando la metodología de la OMS y la estimación de emisiones mediante el modelo EMOD CMAP; donde se reemplazaron los factores de emisión del modelo por los factores de emisión desarrollado por MTC/AB, Haninge, Suecia, Octubre 2 002, que fue financiado por World Bank, para el Comité de Gestión de la Iniciativa de Aire Limpio para Lima – Callao, el cual presenta un comportamiento vehicular similar al de la ciudad de Arequipa. El ámbito de trabajo es la cuenca atmosférica de la ciudad de Arequipa y las emisiones vertidas a la cuenca atmosférica según la metodología de la OMS son de 97 089,00 toneladas al año, utilizando el modelo EMOD CMAP fueron aproximadamente 66 095,84 Ton/año. Finalmente, se recomendaron que las estrategias para la mejora de calidad de aire deben de estar relacionadas a la reducción de emisiones del parque automotor principalmente y a fortalecer las capacidades locales y regionales en el manejo de inventarios de emisiones para establecer estrategias de descontaminación de aire. Se debe de establecer políticas públicas y normatividad que regule la declaración de emisiones para la toma de decisiones en la gestión de la calidad de aire y la implementación de la normatividad de los estados de alerta para la declaración de macro emisores de la cuenca atmosférica de Arequipa.. Palabras clave: factor de emisión, Inventario de emisiones, fuentes de emisión, emisión atmosférica, contaminante atmosférica, calidad de aire, gestión de la calidad de aire. iv.

(5) ABSTRACT The different activities that are carried out in the city of Arequipa, whether in the industrial, commercial and mainly transport sector discharge their emissions to the atmospheric basin of the city, these gases and particles generate a deterioration of the environmental quality and as a consequence an impact On the public health of the population, causing greater public spending in the health sector and deterioration of ecosystems. The emission estimation was carried out using the emission factor method using the WHO methodology and the emission estimation using the EMOD CMAP model; Where the emission factors of the model were replaced by emission factors developed by MTC / AB, Haninge, Sweden, October 2 002, which was financed by World Bank, for the Management Committee of the Clean Air Initiative for Lima Callao, Which presents a vehicular behavior similar to that of the city of Arequipa. The scope of work is the atmospheric basin of the city of Arequipa and emissions released to the atmospheric basin according to WHO methodology are 97 089.00 tons per year, using the model EMOD CMAP were approximately 66 095.84 Ton / year Finally, it was recommended that strategies for improving air quality should be related to the reduction of emissions from the automotive fleet mainly and to strengthen local and regional capacities in the management of emission inventories to establish air decontamination strategies. It is necessary to establish public policies and regulations that regulate the declaration of emissions for decision making in the air quality management and the implementation of the regulations of alert states for the declaration of macro emitters of the Arequipa air basin.. Keywords: emission factor, Inventory of emissions, emission sources, atmospheric emissions, air pollution, air quality, management of air quality.. v.

(6) INDICE Pág. CAPITULO I: GENERALIDADES 1.1 Planteamiento del Problema. 1. 1.2. Objetivos. 2. 1.2.1. Objetivo General. 2. 1.2.2. Objetivos Específicos. 2. 1.3. Hipótesis variables e Indicadores. 2. 1.3.1. Hipótesis General. 2. 1.3.2. Hipótesis Especifica. 3. 1.3.3. Identificación de variables. 3. 1.3.4. Variable independiente. 3. 1.3.5. Variable dependiente. 3. 1.3.6. Indicadores. 3. 1.4. Tipo y Nivel de Investigación. 4. 1.4.1. Tipo de Investigación. 4. 1.4.2. Nivel de Investigación. 4. 1.5. Justificación. 6. 1.6. Delimitación de fronteras y alcance. 7. CAPITULO II: FUNDAMENTOS 2.1 Antecedentes. 8. 2.2. Marco Normativo. 10. 2.3. Fundamento Teórico. 11. 2.3.1. Marco Conceptual. 12. 2.3.1.1. Definición de contaminación del Aire. 12. 2.3.1.2. Emisión. 12. 2.3.1.3. Inmisión. 13. 2.3.1.4. Fuentes de contaminación atmosférica. 13. 2.3.1.5. Fuentes móviles. 13. 2.3.2. Tipos de emisiones vehiculares. 13. 2.3.2.1. Emisiones evaporativas. 13. 2.3.2.2. Emisiones de tubo de escape. 14. 2.3.3. Inventario de Emisiones. 15.

(7) INDICE Pág.. 2.3.4. Características de los Inventarios de emisiones. 16. 2.3.5. Importancia de las emisiones vehiculares. 16. 2.3.6. Contaminantes en un inventario. 17. 2.3.7. Metodología Existente. 20. 2.3.7.1. Técnicas de estimación de emisiones. 20. 2.3.8. Modelos empleados en la elaboración de inventarios de. 25. emisiones vehiculares 2.3.8.1. El modelo MOBILE. 26. 2.3.8.1.1 Contaminantes. 26. 2.3.8.1.2 Insumos de entrada. 27. 2.3.8.1.3 Categoría vehicular. 28. 2.3.8.2. 29. Modelo MOVES. 2.3.8.2.1 Contaminantes. 30. 2.3.8.2.2 Insumos de entrada. 31. 2.3.8.2.3 Categoría vehicular. 31. 2.3.8.3. 33. Modelo IVE. 2.3.8.3.1 Contaminantes. 34. 2.3.8.3.2 Insumos de entrada. 34. 2.3.8.3.3 Categoría vehicular. 35. 2.3.8.4. 37. Modelo COPERT. 2.3.8.4.1 Contaminantes. 38. 2.3.8.4.2 Insumos de entrada. 39. 2.3.8.4.3 Categoría vehicular. 39. 2.3.8.5. 40. Modelo EMOP/Cmap. 2.3.8.5.1 Contaminantes. 41. 2.3.8.5.2 Insumos de entrada. 41. 2.3.8.5.3 Categoría vehicular. 42. 2.3.8.6. 42. Método OMS. 2.3.8.6.1 Contaminantes. 43. 2.3.8.6.2 Insumos de entrada. 44.

(8) INDICE Pág.. 2.3.8.6.3 Categoría vehicular. 44. 2.3.8.7. 45. Diferencias entre modelos. CAPITULO III: METODOLOGÍA 3.1 Metodología de la investigación. 47. 3.2 3.3. Sectorización del Área de Estudio Método EMOD CMAP. 49 53. 3.3.1. Estudio de Tráfico. 53. 3.3.1.1. Estructura de la red vial. 53. 3.3.1.2. Velocidad Promedio. 57. 3.3.2. Estudio del parque automotor. 57. 3.3.2.1. Carga vehicular. 57. 3.3.2.2. Caracterización de las fuentes móviles. 62. 3.3.2.3. Adecuación de las categorías del parque automotor con el. 62. modelo EMOD CMAP 3.3.2.4. Determinación de los factores de emisión. 62. 3.3.2.5. Construcción de la base de datos EMOD CMAP. 66. 3.3.3. Metodología de evaluación rápida de la OMS. 68. 3.3.3.1. Determinación del Tamaño de Muestra. 68. 3.3.4. Caracterización del parque automotor método OMS. 70. 3.3.4.1. Determinación de los factores de emisión OMS. 70. CAPITULO IV: ANÁLISIS Y DISCUCIÓN DE RESULTADOS DE RESULTADOS 4.1. Estimación de emisiones método EMOD/CMAP. 75. 4.1.1. Estudio de la red vial. 75. 4.1.2. Estudio del parque automotor. 76. 4.1.3. Adecuación de la categoría vehicular. 78. 4.1.4. Factores de emisión de contamnates por categoría vehicular –. 79. MTC Haninge Suecia 4.1.5. Estimación de emisiones método EMOD/CMAP. 81. 4.2. Estimación de emisiones método OMS. 87.

(9) INDICE Pág.. 4.2.1. Determinación del tamaño de muestra. 90. 4.2.2. Emisión método OMS. 90. Conclusiones y Recomendaciones Bibliografía Anexos Anexos 1: Glosario de términos Anexo 2: Encuesta aplicada Anexo 3: Base de datos para el modelo EMOD CMAP Anexo 4: Base de datos método OMS Anexo 5: Emisiones método OMS Anexo 6: Encuesta para conteo vehicular Anexo 7: FE del modelo EMOD CMAP Anexo 8: Procedimiento de ingreso de información al modelo EMOD CMAP. Anexo 9: guía para el uso del Modelo EMOD CMAP.

(10) INDICE DE TABLAS. Tabla 1-1. Matriz de Consistencia. Tabla 2-1:. Contaminantes considerados en el modelo MOBILE6. Tabla 2-2: Insumos demandados por MOBILE6 Tabla 2-3: Categorías vehiculares para el modelo MOBILE6 Tabla 2-4: Contaminantes considerados para el modelo MOVES Tabla 2-5: Insumos demandados por MOVES Tabla 2-6: Categorías vehiculares en el modelo MOVES Tabla 2-7: Contaminantes considerados en IVE Tabla 2-8: Insumos requeridos por IVE Tabla 2-6: Ejemplo de algunas categorías vehiculares en IVE Tabla 2-7: Contaminantes de entrada considerados en COPERT Tabla 2-8: Insumos demandados por COPERT Tabla 2-9: Categorías vehiculares en COPERT Tabla 2-10: Elementos considerados en la definición de subcategorías en COPERT. Tabla 2-11: Categorías vehiculares definidos en el modelo EMOD/CMAP Tabla 2-12: Diferencia entre modelos Tabla 3-1: Tabla de nodos Tabla 3-1: Vías Arteriales de Arequipa Tabla 3-2: Vías Colectoras de Arequipa Tabla 3-3: Velocidad promedio (Km/h) Tabla 3-4: Listado de los 54 puntos de aforos vehiculares Tabla 3-5: Características del Parque Automotor de Arequipa por antigüedad Tabla 3-6: Base de Datos Final Tabla 3-7: Descripción de datos ingresados de acuerdo al año de fabricación Tabla 3-8: Factores de emisión método OMS Tabla 3-9: Factores de emisión método OMS vehículos pesados Tabla 3-10: Características de los combustibles. Tabla 4-1:. Listado de los Puntos Adicionales de Aforos Vehiculares. Tabla 4-2:. Caracterización del parque Automotor de la Ciudad de Arequipa.

(11) Tabla 4-3:. Adecuación de las categorías de la SUNARP y el modelo EMOD/CMAP. Tabla 4-4:. Factores de Emisión de contaminantes por categoría vehicular MTCHaninger, Suecia.. Tabla 4-5:. Estimación de emisiones de gases contaminantes de tubo de escape por categoría vehicular, método EMOD/CMAP. Tabla 4-6:. Estimación de emisiones de gases contaminantes por tipo de combustible, método EMOD/CMAP. Tabla 4-7:. Composición por antigüedad del automóvil. Tabla 4-8:. Composición por antigüedad de Station Wagón. Tabla 4-9:. Composición por antigüedad de Camioneta. Tabla 4-10: Tamaño de muestra calculada para el parque automotor Tabla 4-11: Emisiones de gases contaminantes de tubo de escape, método OMS.

(12) INDICE DE FIGURAS. Figura 1-1. Cuenca Atmosférica de Arequipa, (Senamhi 2003). Figura 2-1:. Proceso de emisión de combustión de contaminantes en vehículos automotores tomado de, (Aguilar et al. 2 007).. Figura 2-2:. Aumentos estimados y proyectados en la población total, población urbana y cantidad de vehículos en el periodo 1950-2020, excluidos los vehículos motorizados de dos y tres ruedas, tomado de (Faiz et al. 1990).. Figura 2-3. Enfoque de evaluación rápida para estimar las cargas contaminantes del aire.abla 2-12. Tabla Diferencia entre modelos Figura 3-1:. Esquema del proceso metodológico, nos permite visualizar las entradas para en modelo.. Figura 3-2:. Cuencas de demanda de transporte de Arequipa. Figura 3-3:. Estructura de la red vial de Arequipa (Actualización del inventario de emisiones de Arequipa).Se visualiza las vías arteriales, colectoras y vía locales, (MPA, 2007).. Figura 3-4.. Puntos De Aforo. : ALG. (2006). Diseño de un Sistema de Transporte Masivo Eficiente para Arequipa. Figura 3-5:. Esquema del proceso metodológico, para determinar las emisiones mediante el método OMS.. Figura 4-1:. Características del Parque Automotor para la Ciudad de Arequipa. SUNARP, (2007).. Figura 4-2:. Aporte de contaminantes por las emisiones vehiculares.. Figura 4-3:. Aporte de las emisiones por categoría vehicular. Figura 4-4:. Generación de Emisiones Vehicular de tubo de escape totales. Figura 4-5:. Emisión de contaminantes por tipo de combustible. Figura 4-6:. Porcentaje de participación de emisiones de gases contaminantes por categoría vehicular..

(13) CAPITULO I GENERALIDADES. 1.1. Planteamiento del Problema. El deterioro de la calidad del aire en zonas urbanas es debido a las emisiones provenientes de las fuentes móviles y estacionarias, por ello en el 2001 mediante el DS 074 2001 PCM, se declara Arequipa como una ciudad de atención prioritaria y debe de implementar medidas para mejorar la gestión de la calidad de aire. En Arequipa se realizó el primer inventario de emisiones en el año 2004 mediante la metodología Organismo Mundial de la Salud, (Evaluación rápida de fuentes de contaminación del aire, agua y suelo, offset publication No. 62, 1982), Según la información del Plan A Limpiar el Aire de Arequipa y el inventario de emisiones la causa de la problemática sobre la calidad de aire son las fuentes móviles quienes emiten el 76% de las emisiones, desde ese entonces no se ha actualizado el inventario de emisiones y la metodología a utilizar, poco o casi nada se ha realizado acciones para sistematizar y organizar la información y por ello es que se encuentra dispersa incompleta y poco organizada para realizar fácilmente la actualización de inventarios de emisiones vehiculares y aplicar estrategias en mejora de la calidad de aire de Arequipa.. -1-.

(14) 1.2 Objetivos 1.2.1 Objetivo General Estimar las emisiones vehiculares que se vierten en la cuenca atmosférica de la ciudad de Arequipa mediante la metodología del Organismo Mundial de la Salud (OMS) y el Modelo EMOD CMAP, provenientes de las fuentes móviles, tomando como base el año 2 007. 1.2.2 Objetivos Específicos 1. Determinar el tamaño de las fuentes de emisión tomando como año base 2007. 2. Identificar los factores de emisión para las fuentes de emisión mediante la metodología de la OMS y el modelo EMOD CMAP. 3. Estimar las emisiones de contaminantes que se vierten a la cuenca atmosférica por las fuentes de emisión mediante el método del OMS. 4. Estimar las emisiones de contaminantes que se vierten a la cuenca atmosférica por las fuentes de emisión a través del método EMOD CMAP. 5. Estimar las emisiones de contaminantes que se emiten al aire y por tipo de fuentes de emisión.. 1.3 Hipótesis variables e Indicadores 1.3.1 Hipótesis General Si. actualizamos el método de estimación de emisiones de la OMS mediante el. modelo EMOD CMAP corregido, para la estimación de emisiones de las fuentes móviles, entonces, se podría contar con un instrumento que nos permita tomar decisiones en mejora de la Gestión de la calidad de aire de Arequipa. 1.3.2 Identificación de variables 1.3.3 Variable independiente 1.3.3.1. Método EMOD CMAP. X1: estudio de tráfico vehicular (velocidad de tráfico, características de la red vial, análisis de tiempos). -2-.

(15) X2: estudio del parque automotor (número de vehículos por categoría vehicular y tipo de combustible). 1.3.3.2. Método OMS. X1: estudio de tráfico vehicular (zonas de circulación, velocidad promedio, recorrido anual, temperatura, media,). X2: estudio del parque automotor (número de vehículos por categoría vehicular, tecnología, año de fabricación y tipo de combustible). 1.3.4 Variable dependiente Y1: Estimación de emisiones mediante el modelo EMOD CMAP. Y2: Factores de emisión del método EMOD CMAP Y3: Estimar de emisiones mediante método OMS. Y4: Factores de emisión del método EMOD CMAP 1.3.5 Indicadores En la tabla 1-1 se muestra la matriz de consistencia de las variables independientes y dependientes la descripción de las variables a utilizar en la estimación de emisiones, enfatizando en las variables explicativas de estimación de emisiones (variable dependiente), los cuales están agrupados en variables de la red vial y características del parque automotor.. 1.4 Tipo y Nivel de Investigación 1.4.1 Tipo de Investigación El tipo de investigación del presente estudio es de tipo documental, exploratoria y descriptiva, no experimental, cuya finalidad es proponer una metodología para estimar las emisiones de las fuentes móviles de contaminación atmosférica en la ciudad de Arequipa, ya que se considera aplicación de encuestas y aplicación de modelos predictivos. 1.4.2 Nivel de Investigación Es una investigación aplicada. -3-.

(16) PROBLEMA. OBJETIVO. ¿En qué medida el Modelo EMOD CMAP y el método de la OMS, influirá en la determinación del inventario de emisiones vehiculares para establecer estrategias en la gestión de la Calidad de Aire?. Estimar las emisiones vehiculares que se vierten en la cuenca atmosférica de la ciudad de Arequipa mediante la metodología del Organismo Mundial de la Salud (OMS) y el Modelo EMOD CMAP, provenientes de las fuentes móviles, tomando como base el año 2 007, contribuirá a mejorar la gestión de la Calidad de Aire de la ciudad de Arequipa.. Tabla 1-1 HIPÓTESIS Si actualizamos el método de estimación de emisiones de la OMS mediante el modelo EMOD CMAP corregido, para la estimación de emisiones de las fuentes móviles, entonces, se mejora la Gestión de la calidad de aire de Arequipa al implementar un sistema continuo de estimación de emisiones.. Matriz de Consistencia VARIABLE. Independiente -Método EMOD CMAP X1: estudio de tráfico vehicular (características de la red vial, análisis de tiempos, velocidad de tráfico). X2: estudio del parque automotor (carga vehicular por tipo de flota y tipo de combustible). Método OMS X1: estudio de tráfico vehicular (zonas de Circulación, velocidad promedio, temperatura, media, recorrido anual). X2: estudio del parque automotor (categoría vehicular, carga vehicular por tipo de flota, Tecnología, año de fabricación y tipo de combustible). Dependiente Y1: Estimación de emisiones mediante el modelo EMOD CMAP. Y2: Factores de emisión del método EMOD CMAP Y3: Estimar de emisiones mediante método OMS. Y4: Factores de emisión del método EMOD CMAP mediante método OMS.. Y4: Factores de emisión del método -4- EMOD CMAP. DEFINICIÓN. INDICADOR. El Modelo de estimación de emisiones EMOD CMAP. Proporciona información por intermedio de la integración de información de la red vial, características del parque automotor y factores de emisión Método OMS Proporciona información por intermedio de la integración de la información características del estudio de tráfico, características del parque automotor.. -Número de vehículos por categoría vehicular. Velocidad promedio -Distancia recorridas/año T °C Ton/año de CO, PM, PTS, NO2, SO2, COV. Ton emisiones por tipo de vehículo. Ton emisiones de CO2.

(17) 1.5 JUSTIFICACIÓN La promulgación de los Estándares Nacionales de Calidad Ambiental del Aire (DS. N° 074-2 001-PCM) con lleva a una serie de compromisos tanto para las instituciones públicas y privadas como para la población en general, a fin de contar con un ambiente saludable y más aún que Arequipa fue decretada como ciudad de atención prioritaria y para ello se tuvo que elaborar el Plan A Limpiar el Aire aprobado por DCD N° 024 2005 promovido por el CONAM hoy Ministerio del Ambiente. Las emisiones que vierten las fuentes móviles en la cuenca atmosférica de Arequipa es el 76% de las emisiones totales en el año 2004, siendo los contaminantes critico principalmente las partículas y el monóxido de carbono proveniente del parque automotor obsoleto y que se acentúa por el clima seco de la ciudad y la alta radiación solar, las que generan un gran impacto ambiental y sobre la salud de la población habiendo prevalencia de enfermedades como el asma y rinitis alérgica, también se produce afectación de los monumentos históricos según (De la Vera Cruz, Guzmán, Ríos, Hilario, 2006, “Estudio daños ocasionados por la contaminación atmosférica, en materiales y monumentos históricos”), todo ello sumado a las características geográficas de la zona como las barreras geográficas que rodean a la ciudad haciendo que se produzca una islas de calor e inversión térmica en ciertas épocas del año y horas, que hacen necesario la implementación de medidas para mejorar la calidad de aire de Arequipa. El presente trabajo toma la importancia de analizar las emisiones de las fuentes vehiculares y la necesidad de organizar la información para analizar y se pueda proponer estrategias, medidas, políticas publicas ambientales locales y nacionales en mejora de la calidad de aire de Arequipa, por ello la importancia de actualizar en forma permanente el inventario de emisiones ya que es una gran herramienta para la gestión de la calidad de aire, asimismo se quiere aplicar factores de emisión con mayor precisión y que se ajusten al tipo de parque automotor de nuestro país.. -5-.

(18) 1.6 DELIMITACIONES DE FRONTERAS Y ALCANCE Para este estudio se ha considerado la cuenca atmosférica es el espacio geográfico delimitado por los obstáculos de origen natural, de tal manera que dentro de éste se modifica la circulación general de la atmósfera sobre la superficie, dando lugar a la formación de vientos locales donde ocurren los procesos de emisión de contaminantes. La cuenca atmosférica de Arequipa tiene las siguientes características: Área: 605,93 km2 Límites: Norte: Cota de 3 000 msnm (faldas de los volcanes Chachani, Misti) Este: Distritos de Chiguata, Characato y Socabaya Sur: Batolito de la Caldera Noroeste: Cuenca del Río Yura Oeste: Plenillanura de Tiabaya, Uchumayo La Cuenca Atmosférica está dividida en tres microcuencas, que son las siguientes: a. Microcuenca de Characato (Cuenca Río Socabaya) con un área de 112,36 km2, la dirección de viento predominantes en horas de la noche y primeras horas del día es este sur-este y en horas del día vientos nor oeste. b. Microcuenca de la Ciudad de Arequipa con un área: 334,41 km 2, en horas del día predominan los vientos de dirección oeste sur-oeste y en horas de la madrugada influyen los vientos nor noreste y este noreste. c. Microcuenca de Cono Norte distrito de Yura dentro de la cuenca con un área: 159,16 km2, en las primeras horas del día predominan los vientos de dirección nor noreste y en horas del día vientos del oeste sur oeste.. -6-.

(19) Figura 1-1. Cuenca Atmosférica de Arequipa, (Senamhi 2003).. Siendo 17 distritos los que concentran la mayor parte de la red vial de Arequipa, así como el flujo vehicular, los distritos a considerar son: Yura, Cerro Colorado, Cayma, Yanahuara, Uchumayo, Tiabaya, Sachaca, Arequipa, Alto Selva Alegre, Miraflores, Mariano Melgar, Paucarpata, José Luis Bustamante, Hunter, Socabaya, Sabandia, Characato. La clasificación vehicular estará en función de la clasificación realizada por el Ministerio de Transportes y Comunicaciones, Automóvil, Station Wagon, Camioneta Panel, Camioneta Pick Up, Camioneta Rural, Ómnibus, Camión, Remolcador, Vehículo Menores. Se realizará la estimación de emisiones mediante la metodología de la OMS y del modelo EMOD CMAP. Se tomará como año base de cálculo 2 007 debido que se cuenta con información completa para este año.. -7-.

(20) CAPITULO II FUNDAMENTOS. 2.1 Antecedentes Casos internacionales como el inventario de emisiones vehiculares como los citados por, Osses. (2003) en Ciudad de México quien aplico la metodología de la EPA, a través de la cooperación técnica del Acuerdo de la Paz (ver Programa Frontera XXI) firmado por México y los Estados Unidos en el año de 1 983, el Instituto Nacional de Ecología, con el apoyo de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA), la Comisión para la Cooperación Ambiental de América del Norte (CCA) y la Western Governors Association, inició el Proyecto de Inventario de Emisiones para México, (RADIAN INTERNATIONAL, 1999). Colombia realizó el inventario de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de acuerdo al método del Parlamento Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPPC. 1999). Tapia y Gómez, (2 003). En el Perú se realiza el primer inventario de emisiones en el año 2 004 en trece ciudades de atención prioritarias siendo una de ellas la ciudad de Arequipa, mediante una metodología a nivel nacional del Organismo Mundial de la Salud (1993a). Técnicas para el inventario rápido de la Contaminación Ambiental. (Economopoulos, 2 002).Para la ciudad de Arequipa las emisiones vehiculares a -8-.

(21) nivel local fueron de 46 680 Ton/año que representaron el 65% de las emisiones totales de Arequipa, los vehículos contribuyeron con el 62,3% de emisiones de monóxido de carbono, 17,3% de las emisiones de óxidos de nitrógeno, 11,7% de las emisiones de compuestos orgánicos volátiles, 6% de emisiones de dióxido de azufre y 2,7% de partículas (PM10 y PTS), además el tamaño del parque automotor fue de 74 009 vehiculos. Alvarado, (2 004). “Estimación de las emisiones contaminantes producidas por el parque automotor e la zona central de la ciudad de Cochabamba-Bolivia, donde determina según los escenarios para el año 2 007 para un tamaño de parque automotor 149 821 vehículos 10 987,64 Ton/año debido a las características de su red vial que tiene poco recorrido”. MTC AB, Haninge, Suecia, (2 002) “Factores de Emisión de Referencia para Fuentes Móviles en Lima y Callao”, financiado por World Bank, para el Comité de Gestión de la Iniciativa de Aire Limpio para Lima – Callao. El motivo principal para esta selección es que este estudio realiza una adaptación de los factores entregados por el modelo COPERT a la realidad local de Lima-Callao, el cual presenta un comportamiento vehicular similar al de la ciudad de Arequipa, en cuanto al manejo, antigüedad y tipología vehicular, (MTC, 2 002). Según Mantilla,. Roncancio , Acevedo, (2 010), “Análisis comparativo del. desempeño y emisiones de un motor diésel de gran capacidad operando bajo dos escenarios: trabajo en ruta activa y trabajo en banco”, indica en cuanto a los resultados obtenidos en las emisiones de HC, CO2 y CO se puede observar que en el intervalo de 1.800 r. p. m. en adelante, para el caso de la prueba en ruta, las mediciones que se registran corresponden a un régimen transitorio de operación, debido a que la operación del motor no tiene un tiempo de estabilización ya que las condiciones propias del trayecto seguido por el vehículo (cambio de velocidades de desplazamiento y variación de la pendiente del camino); por este motivo la combustión es incompleta. Específicamente en este caso, la combustión de los carbonos presentes en el combustible no es apropiada. Por ello es posible concluir que se presenta una disminución en los niveles de emisión de HC y de CO2, pero por esta misma razón se presenta un aumento en el CO. Según Ntziachristos y Samaras, (2 000), las emisiones de NOx (que engloba a la familia de los óxidos de nitrógeno, NO y NO2), aumentan significativamente con la -9-.

(22) velocidad, pero las emisiones de CO, HC y CO2 son superiores a velocidades menores a 60 km/h y velocidades superiores a 80 km/h lo que el autor recomienda que 70 km/h es una velocidad situada alrededor de las velocidades óptimas que implican emisiones menores de diferentes gases y partículas. INEGI, (2012) Inventario Ciudadano de Emisiones Vehiculares para el Área Metropolitana de Guadalajara Ciudadano considera las características de este parque vehicular, su actividad y sus factores de emisión, con los datos disp onibles para el 2012, utilizando el programa conocido como Mobil_6 México. Se obtuvo los siguientes resultados: En el Área Metropolitana de Guadalajara (AMG) circulan más de 1.7 millones de vehículos automotores, de los cuales, aproximadamente el 75%. se localiza en. los. municipios de Guadalajara y. Zapopan. Por tipo de vehículo, la flota está integrada en un 67% por automóviles. Con relación a la edad de la flota vehicular del AMG cerca del 60% tiene más de 10 años de antigüedad. Además, para los autos y camionetas se observa un aumento en el porcentaje de más de 10 años y una disminución en el de 0 a 5 años, lo cual indica la entrada en circulación de más vehículos usados que nuevos.. 2.2 Marco Normativo Se ha considerado el marco normativo ambiental relacionado a la calidad de aire y a emisiones las que forman parte de este documento en los anexos. DS 074-2 001 PCM Estándares de calidad ambiental de aire, cuyo “objetivo es proteger la salud, la norma establece los estándares nacionales de calidad ambiental. del. aire. y. los. lineamientos. de. estrategia. para. alcanzarlos. progresivamente. Para elaborar los planes de Acción es necesario elaborar el Diagnóstico de Línea Base que tiene que evaluar de manera integral la calidad de aire en la zona y para ello es necesario realizar el monitoreo, Inventario de Emisiones y estudios epidemiológicos”. DS 003-2 008 MINAM Aprueba los estándares de calidad de aire, “resulta necesario aprobar nuevos Estándares de Calidad Ambiental de Aire para el Dióxido Azufre, los mismos que entrarán en vigencia a partir del primero de enero del 2009, así como establecer Estándares Ambientales de Calidad de Aire para Benceno, - 10 -.

(23) Hidrocarburos Totales, Material Particulado con diámetro menor a 2,5 micras e Hidrógeno Sulfurado”. DS 006-2 013-MINAM Aprueban Disposiciones Complementarias para la “aplicación de Estándar de Calidad Ambiental (ECA) de Aire, Mediante la siguiente norma se aprueban las disposiciones complementarias para la Aplicación del Estándar de Calidad Ambiental (ECA) de Aire para Dióxido de Azufre (SO 2). No aplica Reglamento de Estándares Nacionales de Calidad de Aire”. D.S. 009-2003-SA: Reglamento de los Niveles de Estado de Alerta, declara los estados de alerta por contaminación del aire de acuerdo a niveles de contaminación. D.S. N° 012-2 005 SA reglamento del 009-2 003.Modificatoria de DS 009-2003- SA Resolución Presidencial N° 022-2 002-CONAM/PCD, Directrices para la Elaboración del “PLAN a LIMPIAR EL AIRE” uno de los objetivos es realizar el diagnóstico de línea base. Decreto del Consejo Directivo N° 024-2 005 CONAM/CD: Aprueba el plan A limpiar el aire de Arequipa. Ordenanza Municipal Nº 551- 2 008 MPA: Define la jerarquización vial en la provincia, aprobado el 01 de octubre del 2 008. Decreto Supremo N° 047-2 001-MTC: Establecen Límites Máximos Permisibles (LMP) de emisiones contaminantes para vehículos automotores que circulen en la red vial - El presente decreto supremo, establece en el ámbito nacional, los valores de los Límites Máximos Permisibles (LMPs) de Emisiones Contaminantes para vehículos automotores en circulación, vehículos automotores nuevos a ser importados o ensamblados en el país, y vehículos automotores usados a ser importados.. 2.3 Fundamento Teórico A continuación se hace una recopilación de las definiciones contempladas en la legislación y otras tomadas o basadas en legislación internacional, aplicables al tema. - 11 -.

(24) 2.3.1. Marco Conceptual. 2.3.1.1 Definición de contaminación del Aire La contaminación atmosférica se define como la presencia en la atmósfera de elementos contaminantes que alteran su composición y que afectan a cualquier componente del ecosistema (Oyarzún, 2010). Desde un punto de vista antropocéntrico la contaminación atmosférica se refiere a los contaminantes que afectan la salud o el bien estar humano. Según su origen, puede ser clasificada por causas naturales o antropogénicas. Las naturales siempre han existido, mientras que las antropogénicas, como su nombre lo indica, son causadas por las actividades humanas (Romero, Diego, & Álvarez, 2006). Los Factores que afectan la concentración local de los contaminantes del aire dependen de la magnitud de las fuentes y de la eficiencia de su dispersión. Las variaciones diarias en las concentraciones están más afectadas por las condiciones meteorológicas que por los cambios en la magnitud de las fuentes. El viento es un elemento clave en la dispersión de los contaminantes del aire: para fuentes ubicadas en el nivel del suelo, la concentración de los contaminantes tiene una relación inversa con la velocidad del viento. La turbulencia también es importante: un espacio accidentado, como el que presenta un conglomerado de edificios, tiende a incrementar la turbulencia y la dispersión de los contaminantes (OMS, 2004). La exposición diaria total de un individuo a la contaminación del aire equivale a la suma de los contactos independientes que tiene con el aire contaminado cuando pasa a través de diferentes ambientes (también llamados microambientes) a lo largo del día, como el hogar, el trayecto de la casa al trabajo, la calle, etcétera. La exposición en cada uno de estos ambientes se puede estimar como el producto de la concentración del contaminante en cuestión y el tiempo que el individuo ha permanecido en tal ambiente (OMS, 2004).. 2.3.1.2 Emisión “Es la descarga directa a la atmósfera de gases o partículas por una chimenea, ducto o punto de descarga”, (D.S. 074-2001 –PCM).. - 12 -.

(25) 2.3.1.3 Inmisión “Concentración de contaminantes en la atmósfera, normalmente a nivel del suelo, de forma temporal o permanente”, (D.S. 074-2001 –PCM). 2.3.1.4 Fuentes de contaminación atmosférica Las fuentes de contaminación del aire, comúnmente se usan cuatro términos: móvil, estacionaria, puntual y del área. Las fuentes móviles incluyen diversas formas de transporte tales como automóviles, camiones y aviones. Las fuentes estacionarias son las instalaciones no movibles, tales como plantas de energía y establecimientos industriales. Una fuente puntual se refiere a una fuente en un punto fijo, tal como una chimenea o tanque de almacenamiento que emite contaminantes. Una fuente del área se refiere a una serie de fuentes pequeñas que en conjunto pueden afectar la calidad del aire en una región, (Korc, 2 001). 2.3.1.5 Fuentes móviles Las fuentes móviles de contaminación del aire son conocidas por todos e incluyen a los automóviles, autobuses, locomotoras, camiones y aviones. Estas fuentes emiten contaminantes criterio y otros contaminantes peligrosos, (Korc, 2 001). La principal fuente móvil de contaminación del aire es el automóvil, pues produce grandes cantidades de monóxido de carbono y menores cantidades de óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles (COVs), (Korc, 2 001).. 2.3.2 Tipos de emisiones vehiculares Los vehículos automotores propulsados por motores de combustión interna producen, en general dos tipos de emisiones de gases contaminantes: a) emisiones evaporativas y b) emisiones por el tubo de escape (Aguilar et al. 2 007). 2.3.2.1 Emisiones evaporativas Según Aguilar et al. (2 007), son las emisiones que se generan cuando el vehículo se encuentra en estacionado o en circulación; su magnitud dependerá de las características del vehículo, factores geográficos y meteorológicos, como la altura y la temperatura ambiental y principalmente de la presión de vapor del combustible, las emisiones evaporativas se pueden dar: - 13 -.

(26) - Emisiones diurnas: Son generadas en el sistema de combustión del vehículo debido a los cambios de temperatura a través de las 24 horas del día. - Emisiones del vehículo recién apagado con el motor caliente: Se presentan una vez que se apaga el motor, debido a la volatilización del combustible por su calor residual. - Emisiones evaporativas de circulación: Se presentan cuando el motor se encuentra en evaporación normal. - Emisiones evaporativas del vehículo en reposos con el motor frio: Ocurren principalmente debido a la permeabilidad de los componentes del sistema de combustible. - Emisiones evaporativas durante el proceso de recarga de combustible: Son las fugas de vapores del tanque de combustible durante la recarga de combustible, se presentan mientras el vehículo está en las estaciones de servicio y para efectos de los inventarios se considera como emisiones de fuentes de área.. Evaporación de Hidrocarburos:  Ciclo diurno.  Durante la recarga de combustible.. Evaporación de Hidrocarburos:  En proceso con el motor caliente.  En circulación.  En reposo con el motor frio.. Evaporación de escape:  Hidrocarburos.  Monóxido de carbono.  Óxidos de nitrógeno.  Partículas.  Sulfatos.  Contaminantes tóxicos.. Figura 2-1. Proceso de emisión de combustión de contaminantes en vehículos automotores tomado de, (Aguilar et al. 2 007).. 2.3.2.2 Emisiones de tubo de escape Estas emisones son generadas por la óxidación de los diferentes tipos de combustibles que generan diferentes tipos de contaminates tales como: monoxido de carbono, dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, óxido de azufre que dependerán de la concentración de azufre en los combustibles y partículas. Estas - 14 -.

(27) emisiones dependerán de las características del vehículo, su tecnología y su sistema de control de emisiones; los vehículos mas pesados o mas potentes tienden a generar mayores emisiones por kilometro recorrido y las normas que regulan la construcción de vehiculos determinan tanto su tecnología así como la presencia o ausencia de equipos de control de emisiones, como los convertidores cataliticos. El estado de mantenimiento del vehículo y los factores operativos, tanto como la velocidad de circulación, la frecuencia e intencidad de las aceleraciones y las caracteristicas del combustible, son determinates en las emisiones vehículares. (Aguilar et al. 2 007).. 2.3.3 Inventario de Emisiones “Es una estimación de todos los contaminantes de interés emitidos a la atmósfera por las diversas actividades de sus habitantes, para un período y área geográfica determinadas”. “Es una colección de tasas de emisiones para diferentes tipos de fuentes ubicadas en una región geográfica específica”, (D.S. 074-2 001 –PCM). El inventario de emisiones de contaminantes atmosféricos es un instrumento estratégico para la gestión de la calidad del aire. Un inventario permite conocer las fuentes emisoras de contaminantes, así como el tipo y cantidad de contaminantes que emite cada una de ellas, (Aguilar et al. 2 007). “Ningún programa de monitoreo, aunque esté bien fundamentado y diseñado, puede aspirar a cuantificar de manera integral los patrones de contaminación del aire en el espacio y en el tiempo. Como mucho, el monitoreo proporciona una figura incompleta, aunque útil, de la calidad actual del ambiente. Por consiguiente, generalmente se debe aplicar junto con otras técnicas objetivas de evaluación, que incluyen la elaboración de modelos de simulación, la medición e inventario de emisiones, la interpolación y el mapeo. Un inventario completo para una determinada ciudad o país puede requerir emisiones de fuentes puntuales, de área y móviles”, (“Guías para la calidad del Aire- OMS,” 2 004, p.21). Los inventarios de emisiones son una de las herramientas de gestión de la calidad del aire más utilizadas para conocer cuáles son las principales fuentes de emisión, qué tipos de contaminantes se emiten y en qué cantidades, aportando elementos sobre su impacto en la atmósfera, en la calidad del aire de una cuenca atmosférica y en la salud de los habitantes, (INEGI, 2012). - 15 -.

(28) 2.3.4 Características de los Inventarios de emisiones Es importante definir el ámbito de trabajo, la ubicación y la resolución espacial, la temporalidad, identificar el propósito del inventario, definir las características necesarias del inventario de emisiones, definir las categorías de fuentes a incluir en el inventario (Korc, 2 001).. 2.3.5 Importancia de las emisiones vehiculares Las emisiones vehiculares a nivel local representan el 65% de las emisiones totales de Arequipa, los vehículos contribuyeron con el 62,3% de emisiones de monóxido de carbono, 17,3% de las emisiones de óxidos de nitrógeno, 11,7% de las emisiones de compuestos orgánicos volátiles, 6% de emisiones de dióxido de azufre y 2,7% de partículas (PM10 y PTS), (Tapia y Gómez 2 003). La flota de vehículos es mayor en los países desarrollados, la contaminación por esta causa empeora rápidamente en los países en desarrollo debido a la creciente flota de vehículos a las distancias recorridas y a las altas tasas de emisiones. Las causas de las altas tasas de emisiones incluyen altas proporciones de vehículos con motores de dos tiempos; la congestión de las vías públicas, lo que aumenta las emisiones por kilómetro recorrido; la baja calidad de los combustibles, incluido el alto contenido de plomo; el control inadecuado de las emisiones; el mantenimiento deficiente y la antigüedad de la flota de vehículos (Faiz y De Larderer, 1 993). Según Faiz et al. (1 990), se prevé que el uso de tecnologías complejas para el control de vehículos solo será útil en los países en desarrollo más avanzados. Por consiguiente, es probable que en los países en desarrollo los enfoques más prometedores para controlar las emisiones de los vehículos sean el uso de combustibles más limpios, el control del tráfico y políticas de gestión simples. No obstante, muchos países en desarrollo han observado que la mejora del ahorro de combustible y las normas de emisiones, así como la promoción del uso de vehículos de combustible eficiente y combustibles limpios, permiten reducir los costos y mejorar la calidad del aire. Además, el fortalecimiento de los programas de control del tráfico, las mejoras del transporte público, las restricciones del tráfico motorizado y la promoción del uso de vehículos de gas en las flotas también son medios efectivos en función de los costos para reducir las emisiones de los vehículos (Faiz et al. 1 993). - 16 -.

(29) Lo que nos permite en la gestión de la calidad de aire definir estrategias: políticas técnica y de control; desde el diseño de políticas públicas para el transporte, matriz energética para el transporte, tecnología vehicular, prevenir el deterioro de la calidad de aire y programas de incentivos, (Korc, 2 001).. Figura 2-2. Aumentos estimados y proyectados en la población total, población urbana y cantidad de vehículos en el periodo 1 950-2 020, excluidos los vehículos motorizados de dos y tres ruedas, tomado de (Faiz et al. 1 990). Muchos países han implementado acciones para reglamentar y hacer cumplir las reducciones de las emisiones. Esto ha dado lugar a que las concentraciones de contaminantes provenientes de los vehículos hayan disminuido en la mayoría de los países desarrollados durante las dos Últimas décadas. (OMS, 2 004). 2.3.6 Contaminantes en un inventario Para propósitos de un inventario de emisiones es necesario establecer los siguientes contaminantes: a) Monóxido de Carbono El monóxido de carbono (CO) se difunde rápidamente entre las membranas alveolares, capilares y placentarias. Aproximadamente de 80% a 90% del CO absorbido se une a la hemoglobina y forma carboxihemoglobina (COHb), reduciendo la capacidad de la sangre para transportar oxígeno e inhibe la descarga de oxígeno de la hemoglobina, es un marcador biológico específico de exposición - 17 -.

(30) en la sangre. La afinidad de la hemoglobina al CO es 200 a 250 veces mayor que al oxígeno. Este proceso genera hipoxia, durante la exposición a una concentración fija de CO, la concentración de (COHb) aumenta rápidamente al inicio de la exposición; después de 3 horas comienza a reducirse y alcanza un estado estable después de 6-8 horas de exposición. La exposición prolongada produce hipoxia grave debido a la intoxicación aguda por CO puede conducir tanto a daños reversibles de corto plazo como a deficiencias neurológicas o daños neurológicos graves Los datos epidemiológicos y clínicos indican que el CO que proviene del tabaquismo y de exposiciones ambientales u ocupacionales puede contribuir a la mortalidad cardiovascular y al desarrollo prematuro del infarto del miocardio, (“Guías para la calidad del aire- OMS,” 2 001). b) Óxidos de Nitrógeno Óxidos de nitrógeno (NOx): Bajo las condiciones de alta temperatura y presión que imperan en el motor, los átomos de nitrógeno y oxígeno del aire reaccionan para formar monóxido de nitrógeno (NO), bióxido de nitrógeno (NO 2) y otros óxidos de nitrógeno menos comunes, que se conocen de manera colectiva como NOx. Los óxidos de nitrógeno, al igual que los hidrocarburos, son precursores de ozono. Así mismo, con la presencia de humedad en la atmósfera se convierten en ácido nítrico, contribuyendo de esta forma al fenómeno conocido como lluvia ácida. La exposición aguda al NO2 puede incrementar las enfermedades respiratorias, especialmente en niños y personas asmáticas. La exposición crónica a este contaminante puede disminuir las defensas contra infecciones respiratorias. (Aguilar et al. 2 007).. c) Óxidos de Azufre El dióxido de azufre (SO2) es un gas incoloro de fuerte olor, que se produce debido a la presencia de azufre en el combustible. Al oxidarse en la atmósfera produce sulfatos, que forman parte del material particulado. Este compuesto es irritante para los ojos, nariz y garganta, y agrava los síntomas del asma y la bronquitis. La exposición prolongada al bióxido de azufre reduce el funcionamiento pulmonar y causa enfermedades respiratorias. (Aguilar et al. 2 007). Según Seinfeld, (1 986) indica que los óxidos de azufre contribuyen al problema de la deposición ácida. Este es un término muy amplio que se refiere a las formas en - 18 -.

(31) las que los compuestos ácidos de la atmósfera se depositan en la superficie de la tierra. Puede incluir la deposición húmeda a través de la lluvia ácida, la niebla y la nieve, así como la deposición seca de partículas ácidas (aerosoles). La lluvia ácida se refiere a la precipitación que tiene un pH inferior a 5,6. La precipitación neutra tendría un pH de 7; sin embargo, se ha estimado que la actividad “natural” del agua de lluvia tiene un pH de 5,6 cuando está en equilibrio con la concentración atmosférica promedio de CO2 (330 ppm). Por lo general, los principales componentes de la lluvia ácida incluyen a los ácidos nítrico y sulfúrico que pueden formarse por la combinación de los óxidos de nitrógeno y los de azufre con el vapor de agua en la atmósfera. Además, las partículas de sulfatos también tienden a ser pequeñas (diámetro entre 0,2 y 0,9 µm). En consecuencia, pueden ser un componente significativo de las partículas finas y afectar negativamente la visibilidad. (Radian International, 1 997). d) Partículas El término partículas se refiere a cualquier sustancia en fase sólida o líquida que se encuentre en el aire. Pueden ser hollín, polvos, aerosoles, humos o neblinas. Algunas clasificaciones de las partículas incluyen a las partículas totales; partículas primarias y partículas secundarias; partículas suspendidas totales (PST), partículas suspendidas (PS), PM10 y PM2,5 así como partículas filtrables y partículas condensables. Las partículas suspendidas en el aire incluyen partículas totales en suspensión (PTS), MP10 (MPS con diámetro aerodinámico mediano menor de 10 μm), MP2,5(MPS con diámetro aerodinámico mediano inferior a 2,5 μm), partículas finas y ultrafinas, escape de diésel, ceniza del carbón, polvos minerales (por ejemplo, carbón, asbesto, piedra caliza, cemento), polvos metálicos y humos (por ejemplo, cinc, cobre, hierro, plomo), neblinas ácidas (por ejemplo, ácido sulfúrico), partículas de fluoruro, pigmentos de pintura, partículas de plaguicidas, carbón negro, humo de petróleo, etcétera. Los contaminantes de las partículas suspendidas provocan enfermedades respiratorias y pueden causar cáncer, corrosión, destrucción de la vida vegetal, etcétera. También pueden generar molestias (por ejemplo, acumulación de suciedad), interferir con la luz solar (por ejemplo, difusión de la luz por smog y neblina) y actuar como superficies catalíticas para la reacción de productos químicos adsorbidos, (“Guías para la calidad del aire- OMS,” 2 004). - 19 -.

(32) e) Compuestos Orgánicos Volátiles Las emisiones de hidrocarburos resultan cuando no se quema completamente el combustible en el motor. Existe una gran variedad de hidrocarburos emitidos a la atmosfera y de ellos los de mayor interés, por sus impactos en la salud y el, son los compuestos ambientales, son los compuestos orgánicos volátiles (COV). Estos compuestos son precursores del ozono y algunos de ellos, como el benceno, formaldehido y acetaldehído, tienen una alta toxicidad para el ser humano. (Aguilar et al. 2 007).. 2.3.7 Metodología Existente 2.3.7.1 Técnicas de estimación de emisiones Según Radian International. (1997), las Técnicas de estimación de emisiones básicas identificadas pueden ser: - Muestreo en la Fuente: son mediciones directas de la concentración de contaminantes en un volumen conocido de gas y de la tasa de flujo del gas en la chimenea. Son utilizadas con mayor frecuencia para fuentes de emisiones de combustión. - Modelos de Emisión: son ecuaciones desarrolladas cuando las emisiones no se relacionan directamente con un solo parámetro. Se pueden usar computadoras en el caso de que se tenga un gran número de cálculos complejos. Por ejemplo, el programa TANKS de la U.S. Environmental Protection Agency (U.S. EPA) es un modelo de emisiones computarizado que se usa para estimar emisiones de tanques de almacenamiento. - Encuestas: son cuestionarios diseñados para recopilar datos de emisiones. A menudo son utilizados para recopilar datos de fuentes puntuales desarrollados a nivel de establecimiento o bien datos de fuentes de área de un muestreo representativo de fuentes dentro de una categoría dada. Factores de Emisión: son relaciones entre la cantidad de un contaminante emitido y una sola unidad de actividad. La actividad puede, consistir en datos basados en procesos (e. g., producción, horas de operación, área superficial) o en datos basados en censos (e. g., población, número de empleados). - 20 -.

(33) - Balance de Materiales: se usan mediciones de todos los componentes, de un proceso, excepto el aire para determinar las emisiones al aire. Es utilizado con mayor frecuencia para fuentes de evaporación de solventes cuando no hay datos disponibles para apoyar los otros enfoques. - Extrapolación: consiste en el escalamiento de las emisiones de una fuente dada a otra con base en un parámetro de escalamiento conocido para ambas fuentes (e. g., cantidad de producción, área del terreno, número de empleados). - Indica que las emisiones del tubo de escape de toda la flota de vehículos que circulan en un municipio, ciudad o región, pueden ser descritas en forma generalizada por medio de la siguiente expresión matemática, (Aguilar et al. 2 007):. E = NU * DA * FE Donde: E. =. Emisión total del contaminante de interés (CO, NOX, SO2, PM o HC [Kg/día]. NU. =. Número total de vehículos de interés (automóvil, taxi, microbús, pick up. DA. =. Actividad vehicular, expresada como la distancia total recorrida por los vehículos de interés en un tiempo determinado y bajo condiciones de circulación conocidos (generalmente se expresa en kilómetros recorridos por día o año).. FE. =. Factor de emisión para el contaminante de interés, para el tipo de vehículo en cuestión y para las condiciones de circulación de los vehículos expresado en unidades de masa (por ejemplo gramos de contaminante emitido) por distancia recorrida (por ejemplo kilómetros). Kg/Vehículo-Km]. Según Aguilar et al. (2 007), la ecuación matemática indica la cantidad total de emisiones de un contaminante determinado está en función de la cantidad de vehículos considerados en el análisis, así como de la distancia total recorrida por - 21 -.

(34) cada uno de éstos y de los factores de emisión asociados con cada tipo o categoría de vehículo. Los insumos claves en la estimación de un inventario de emisiones de fuentes vehiculares son: - El número de vehículos de cada tipo o categoría vehicular. - La distancia recorrida por unidad de tiempo (día o año) por cada tipo de vehículo. - Las condiciones de circulación – entre las cuales destacan las velocidades de circulación, aceleraciones, pendientes del camino, uso del aire acondicionado. - Los factores de emisión asociados a cada contaminante, condición de circulación y tipo de vehículo. A continuación se describen con mayor detalle las consideraciones generales que se deben atender cuando se recopila y procesa la información necesaria para poder aplicar de manera apropiada la metodología antes mencionada, según (Aguilar et al. 2 007).. Número de unidades (NU) El término “número de unidades” se refiere a la población vehicular activa o en circulación en la zona objeto de estudio. Esta situación puede ser mejor ilustrada con los siguientes ejemplos: - En una zona comercial, industrial o de oficinas, por ejemplo, normalmente se pueden encontrar durante el día muchos vehículos domiciliados fuera de la misma. Así mismo, para una zona residencial se puede esperar que los vehículos ahí registrados recorran una gran cantidad de sus kilómetros anuales fuera de ella, incluso pueden operar por todo el país, (Aguilar et al. 2 007). - Tráfico constante que se encuentra en carretera entre cuidad y ciudad. Estos vehículos emiten contaminantes cuando transitan por las carreteras aun cuando la mayoría de ellos son registrados con domicilio en alguna ciudad en particular, (Aguilar et al. 2 007). - La legislación local y otros controles vehiculares pueden ampliar estas diferencias. La existencia de un programa estricto de verificación vehicular en algún municipio podrá incentivar a sus residentes a registrar sus vehículos en - 22 -.

(35) otro municipio. Así mismo, vehículos circulando en el municipio pero que están registrados con un domicilio distinto podrán tener mayores niveles de emisión que los vehículos que están registrados con domicilio en el municipio, (Aguilar et al. 2 007). - En general, en la determinación del número total de unidades a considerar en el desarrollo de un inventario de emisiones de fuentes móviles deben tomarse en cuenta todos estos aspectos y cualquier otro que pueda provocar un sesgo significativo en la delimitación de la flota vehicular, (Aguilar et al. 2 007).. Tipos de vehículos Según Aguilar et al. (2 007), es evidente que la cantidad de emisiones por distancia recorrida de un tractocamión con motor a diésel es totalmente diferente a las de un auto compacto con motor a gasolina. Esto se debe, como se mencionó anteriormente, a que las emisiones que varían de acuerdo con el tipo de vehículo, uso, tipo de combustible, tipo de tecnología, tamaño del motor y edad del vehículo, entre otros factores. Por ello, no basta con conocer el número total de vehículos que circulan en la región de interés, sino que es necesario caracterizar a la flota vehicular de tal forma que los vehículos puedan ser agregados en grupos o categorías con características de emisión similares, para posteriormente tratar de cuantificar las emisiones para cada grupo. Las variables o criterios de agregación de vehículos comúnmente usados al llevar a cabo una caracterización de la flota vehicular son: - Tipo de vehículo (auto, microbús, autobús, camión, motocicleta, etc.). - Combustible utilizado (gasolina, diésel, gas, etc.). - Peso vehicular (agrupando vehículos de un mismo tipo en subclasificaciones similares como autos compactos, medianos, grandes, etc.). - Desplazamiento del motor (o cilindrada, en cm3o litros). - Uso vehicular (un taxi, por ejemplo, típicamente recorre más kilómetros por día que un auto particular y por lo tanto las emisiones de los taxis son proporcionalmente mayores). - 23 -.

(36) - Nivel tecnológico (estándares de emisión Tier 0, Tier I, Tier II, EPA98, EURO III, EURO IV, etc.). - Edad del vehículo (que afecta su nivel tecnológico, recorrido anual y calidad de mantenimiento, entre otros). La clasificación por nivel tecnológico se refiere al tipo de control de emisiones en cada vehículo. Generalmente, las nuevas tecnologías van cambiando para adaptarse a las actuales normativas ambientales y de control. Los estándares de emisión evolucionan en el tiempo y se hacen cada vez más estrictos, lo que hace que la composición relativa de los tipos de vehículos que circulan en una ciudad también evolucione y se haga más compleja. De ahí la. necesidad de considerar esta variable en la caracterización de la flota vehicular de una ciudad o región. (Aguilar et al. 2 007). Según Radian Internacional, VII, (1 997), los datos para un inventario incluyen: Los datos primarios necesarios incluyen: - Datos de actividad vehicular que cubran la región del inventario en su totalidad (típicamente KRV o consumo de combustible), agrupados para coincidir con los datos del factor de emisión disponibles. - Estándares de emisión vehicular por año y modelo. - Velocidades vehiculares promedio. - Factores de emisión por tipo de vehículo, tipo de combustible, año, modelo y velocidad de manejo. - Datos de la composición del combustible para la región del inventario, por estación, incluyendo contenido de azufre, oxígeno y plomo, y presión de vapor Reid (PVR). - Distribución del parque vehicular por año y modelo, incluyendo la fracción de vehículos no registrados y extranjeros. - Condiciones locales de altitud y temperatura ambiente. - Tasas de acumulación anual de kilómetros por vehículo, por clase vehicular, modelo y año. - 24 -.

(37) Los datos secundarios necesarios incluyen: - Información sobre el programa local de inspección y mantenimiento de vehículos (I/M), y del programa anti-alteraciones (PAA). - Datos de las encuestas locales de alteración de vehículos y tasas de uso del combustible no adecuado. Los datos terciarios incluyen: - Datos de las encuestas locales de hábitos de manejo para identificar las longitudes de recorrido promedio y el tiempo transcurrido entre los arranques de motor. - Datos de la encuesta del patrón de manejo para identificar los patrones locales de velocidades vehiculares, peso transportado y tasas de aceleración.. 2.3.8. Modelos empleados en la elaboración de inventarios de emisiones vehiculares. Para facilitar el cálculo de los inventarios de emisiones vehiculares, se utilizan modelos computacionales, éstos toman como datos de insumo las características de la flota vehicular, el nivel de actividad y otros factores locales, ya sea para determinar los factores de emisión o directamente la emisión de cada contaminante correspondiente a las condiciones de actividad y flota, (Aguilar et al. 2 007). 2.3.8.1. El modelo MOBILE. Aguilar et al. (2 007), indica que es un programa de cómputo integrado por rutinas elaboradas en lenguaje de programación Fortran y es utilizado para el cálculo de factores de emisión para vehículos automotores de gasolina y diésel, así como para ciertos vehículos a gas natural. El programa ha ido evolucionado y su versión actual (MOBILE6.2) proporciona una herramienta analítica flexible que puede aplicarse a una variedad amplia de condiciones geográficas y de características de la flota vehicular. Algunas de las aplicaciones primarias del modelo MOBILE6 han estado vinculadas al desarrollo de los inventarios estatales de emisión de fuentes móviles en Estados Unidos y en varios países del mundo donde predominan los vehículos con tecnología norteamericana, como es el caso de México. Es importante destacar - 25 -.

(38) que MOBILE6 no incluye, dentro de sus categorías vehiculares, vehículos fabricados de acuerdo con normas de otros países como Japón o la Comunidad Europea, sino sólo vehículos construidos bajo estándares estadounidenses (Tier0, TierI, TierII, EPA98, EPA 2 007, etc.). 2.3.8.1.1 Contaminantes. Este modelo considera la estimación de los siguientes contaminantes. Tabla 2-1 Contaminantes considerados en el modelo MOBILE6 Contaminante. HC CO NOX CO2 PM1-10 Pb SO2 NH3 BENZ MTBE BUTA FORM ACET ACRO. Descripción. Hidrocarburos Monóxido de carbono Óxidos de nitrógeno Bióxido de carbono Partículas desde 1.0 hasta 10.0 μ Plomo Bióxido de azufre Amoniaco Benceno Metil Terbutil Eter 1,3-Butadieno Formaldehído Acetaldehído Acroleína. Tabla anterior muestra los contaminantes que puede estimar a partir del modelo MOBILE6, (Aguilar et al. 2 007). 2.3.8.1.2 Insumos de entrada Según, Aguilar et al. (2 007), la información mínimos de entrada demandados por el modelo MOBILE6 para estimar las emisiones se muestra en la Tabla 2-2, á. información requerida son datos sobre el año calendario, la temperatura ambiental máxima y mínima y la volatilidad del combustible, así como datos sobre la flota y la actividad vehicular.. - 26 -.

(39) Tabla 2-2 Insumos demandados por MOBILE6. Insumo Año calendario. Mes. Temperatura ambiental horaria, o en su defecto máximo y mínima. Altitud. Humedad relativa. Día (lunes a viernes o fin de semana). Características del combustible (presión de vapor, contenido de azufre, contenido de Oxigenantes, etc.) Distribución de la flota vehicular por clase y año modelo Fracciones de ventas de vehículos con motor a diésel por clase vehicular y año modelo. Distribución de kilómetros recorridos por tipo de vía. Distribución de velocidad promedio por hora y tipo de vía. Distribución de la longitud de promedio de los Viajes. Número de arranques por día y tipo de vehículo, distribuido por hora. Tiempo de reposo del vehículo. Descripción del programa de inspección y Mantenimiento.. Tomado de (Aguilar et al. 2 007).. 2.3.8.1.3 Categoría vehicular La categoría vehicular del modelo MOBILE coinciden con la clasificación de estándares de emisión vehicular estadounidenses. La Tabla 2-3 la clasificación vehicular que utiliza el modelo MOBILE6, calcula los factores de emisión de 28 categorías para vehículos estadunidenses y proyecta los cálculos 25 años, (Aguilar et al. 2 007).. - 27 -.

(40) Tabla 2-3 Categorías vehiculares para el modelo MOBILE6 Tipo de. Descripción. vehículo LDGV. Vehículos ligeros a gasolina (vehículos de pasajeros). LDGT1. Camiones ligeros a gasolina 1 (PBV*de 0 a 2,722 Kg.; PP** de 0 a. LDGT2. 1,701 Kg.) Camiones ligeros a gasolina 2 (PBV de 0 a 2,722 Kg.; PP > 1,701 a. LDGT3. 2,608 Kg.) Camiones ligeros a gasolina 3 (PBV > 2,722 a 3,856 Kg.; PPA*** de. LDGT4. 0 a 2,608 Kg.) Camiones ligeros a gasolina 4 (PBV > 2,722 a 3,856 Kg.; PPA de. HDGV2b. 2,609 Kg. y mayores) Vehículos pesados a gasolina clase 2b (PBV > 3,856 a 4,536 Kg.). HDGV3. Vehículos pesados a gasolina clase 3 (PBV > 4,536 a 6,350 Kg.). HDGV4. Vehículos pesados a gasolina clase 4 (PBV > 6,350 a 7,258 Kg.). HDGV5. Vehículos pesados a gasolina clase 5 (PBV > 7,258 a 8,845 Kg.). HDGV6. Vehículos pesados a gasolina clase 6 (PBV > 8,845 a 11,794 Kg.). HDGV7. Vehículos pesados a gasolina clase 7 (PBV > 11,794 a 14,969 Kg.). HDV8a. Vehículos pesados a gasolina clase 8a (PBV > 14,969 a 27,216 Kg.). HDV8B. Vehículos pesados a gasolina clase 8b (PBV > 27,216 Kg.). LDDV. Vehículos ligeros diésel (autos de pasajeros). Fuente Aguilar et al. (2 007).. - 28 -.

(41) Tabla 2-3 Categorías vehiculares para el modelo MOBILE6 Tipo de vehículo LDDT12. Descripción Camiones ligeros a diésel 1 y 2 (PBV de 0 a 2,722 Kg.. HDDV2b Vehículos pesados a diésel clase 2b (PBV de 3,856 a 4,536 Kg.) HDDV3 Vehículos pesados a diésel clase 3 (PBV > 4,536 a 6,350 Kg.) HDDV4. Vehículos pesados a diésel clase 4 (PBV > 6,350 a 7,258 Kg.). HDDV5. Vehículos pesados a diésel clase 5 (PBV > 7,258 a 8,845 Kg.). HDDV6. Vehículos pesados a diésel clase 6 (PBV > 8,845 a 11,794 Kg.). HDDV7. Vehículos pesados a diésel clase 7 (PBV > 11,794 a 14,969 Kg.). HDDV8a. Vehículos pesados a diésel clase 8a (PBV > 14,969 a 27,216 Kg.). HDDV8b. Vehículos pesados a diésel clase 8b (PBV > 27,216 Kg.). MC. Motocicletas (a gasolina). HDGB. Autobuses a gasolina (escolar y transporte urbano e interurbano). HDDBT. Autobuses de transporte urbano e interurbano a diésel. HDDBs. Autobuses escolares a diésel. LDDT34. Camiones ligeros a diésel 3 y 4 (PBV > 2,722 a 3856 Kg.). Fuente Aguilar et al. (2 007).. 2.3.8.2. Modelo MOVES. Según, Aguilar et al. (2 007), la oficina de transporte y calidad del aire (OTAQ, por sus siglas en inglés), de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, ha desarrollado un sistema de modelación de emisiones vehiculares llamado Motor Vehicle Emission simulator (MOVES), que consiste en una base de datos escrita en Java / MySQL (software para el manejo de bases de datos relacionales). Este modelo es de plataforma múltiple y puede correr en una computadora de escritorio moderna así como en paralelo en múltiples equipos. Este nuevo sistema permite estimar emisiones para un amplio rango de contaminantes, tanto de los vehículos - 29 -.

(42) que circulan en carretera como de los vehículos fuera de camino, y permite múltiples escalas de análisis, las cuales van desde intersecciones hasta la estimación de un inventario nacional. Por el momento existen versiones que están en desarrollo; sin embargo, la EPA tiene previsto que cuando MOVES reemplazara a los modelos MOBILE6 y NONROAD.. 2.3.8.2.1 Contaminantes Las primeras versiones del MOVES4 o MOVES2004 solo permitían calcular emisiones de gases de efecto invernadero, en función del consumo de combustible por tipo de vehículo. Será capaz de estimar las emisiones para los contaminantes mostrados en la Tabla 2-4 por hora del día, día de la semana, o mes, para fechas desde 1999 hasta 2050, las versiones siguiente permite estimar contaminantes criterios, tóxicos este último en función del contenido de azufre en el combustible, (Aguilar et al. 2 007). Tabla 2-4. Contaminantes considerados para el modelo MOVES Contaminantes Descripción MOVES2004* MOVES2006/7 MOVES2008. N2O. N2O. N2O. Óxido nitroso. CH4. CH4. CH4. Metano. CO2. CO2. CO2. Bióxido de carbono. HC. HC. Hidrocarburos. CO. CO. NOx. NOx. Monóxido de carbono Óxidos de nitrógeno. PM. PM. Partículas. SO2. Bióxido de azufre. NH3. Amoniaco. Contaminantes tóxicos En la Tabla 2-4 muestra las versión de este modelo MOVES tomado de, (Aguilar et al. 2 007). - 30 -.