MSc. Ing. Idalberto Herrera Moya 1 Dr. Ing. Cándido Quintana Pérez 1 MSc. Ing. Iosvani López Díaz 1 Lic. Vladimir Nuñes Carabayo 2

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1 INFLUENCIA DE LAS FUENTES FIJAS DE EMISIÓN DE GASES CONTAMINANTES DEL HOTEL BRISAS TRINIDAD DEL MAR, SOBRE LA CALIDAD DEL AIRE EN LA PENÍNSULA DE ANCÓN. MSc. Ing. Idalberto Herrera Moya 1 Dr. Ing. Cándido Quintana Pérez 1 MSc. Ing. Iosvani López Díaz 1 Lic. Vladimir Nuñes Carabayo 2 1 Universidad Central Marta Abreu de las Villas, Fac. de Ingeniería Mecánica, Centro de Estudio de Energías y Tecnologías Ambientales, Cuba, idalbertohm@uclv.edu.cu 2 Centro Meteorológico Provincial, CITMA, Villa Clara. RESUMEN En la actualidad la contaminación ambiental es un cetro de atención del hombre para preservar su entorno y alcanzar una alta calidad de vida, dentro de las diferentes formas de contaminación las emisiones de gases producto de la quema de combustibles fósiles ocupan un lugar importante, tanto por su magnitud a nivel global como por la manera en que puede ser impactada la calidad del aire de determinada zona, dependiendo del número de fuentes de emisión y sus características, la topografía de la localidad y los factores meteorológicos. En este trabajo se presenta un estudio del impacto sobre la calidad del aire de las fuentes fijas de emisión de gases contaminantes del hotel brisas trinidad del mar, para ello se determinaron las emisiones contaminantes y se modelo su dispersión en el área de estudio abarcando una extensión de 1 km 2, calculando las concentraciones en el aire de CO, NOx, SO 2, cuyos valores fueron de 21,2; 6,99 y 1,49 µg/m 3 respectivamente, correspondiéndose según la NC 111:04 con una categoría de calidad del aire de buena. Palabras claves: Contaminación ambiental, calidad del aire. 1. INTRODUCCIÓN En el mundo la generación de energía se ha sumado al deterioro del medio ambiente, fundamentalmente por la quema de combustibles fósiles. Muchas de las acciones que realiza actualmente la humanidad producen un daño o menoscabo de las condiciones iniciales de la superficie terrestre, la suma de estas acciones negativas tiene consecuencias generalizadas sobre todo el planeta, en tal sentido se pueden mencionar como algunos de los principales problemas ambientales de carácter global, los siguientes : 1) Los cambios climáticos y el efecto invernadero. 2) La disminución de la capa de ozono. 3) Deforestación y pérdida de la diversidad biológica. 4) La degradación de los suelos y la desertificación. 5) El efecto de la crisis urbana. 6) El riesgo nuclear y los conflictos armados. En Cuba se le concede una atención especial al cuidado del medio ambiente, tomando como guía las concepciones Martianas acerca de la relación del hombre con la naturaleza. La Ley No 81 del medio ambiente, promulgada por la Asamblea Nacional en correspondencia con el Ministerio de Ciencia Tecnología y Medio Ambiente, tiene como objetivo establecer los principios que rigen la política del estado y las acciones de los ciudadanos y la sociedad en general, a fin de proteger el medio ambiente y contribuir a los objetivos de desarrollo sostenible del país.

2 El estado protege el Medio Ambiente y los recursos naturales del país. Reconoce su estrecha vinculación con el desarrollo económico y social sostenible para hacer más racional la vida humana y asegurar la supervivencia, el bienestar y la seguridad de las generaciones actuales y futuras. Corresponde a los órganos competentes aplicar esta política y es deber de los ciudadanos contribuir a la protección del agua, la atmósfera, la conservación del suelo, la flora, la fauna y todo el rico potencial de la naturaleza. En este sentido se desarrolla esta investigación. Objetivo de la Investigación. Determinar el Impacto sobre la calidad del aire en la península de Ancón de las fuentes fijas de emisión de gases contaminantes del Hotel Brisas Trinidad del Mar. 2. AREA DE ESTUDIO Y FUENTES DE EMISIÓN DE GASES. El Hotel Brisas Trinidad del Mar se encuentra ubicado en el sector turístico Ancón al Oeste de dicha Península, provincia de Sancti Spíritus, al sur y centro de Cuba. La parcela posee una superficie de 4 ha, encontrándose entre las coordenadas y , según el mapa topográfico a escala 1: Enclavado en llanura acumulativa de origen marino que se extiende por toda la parte sur del macizo montañoso de Guamuhaya, entre Trinidad y la desembocadura del río Zaza. Limita al norte por la laguna artificial que separa al pedraplén de la línea costera, al sur por la parte interior de la duna, al este el Hotel Ancón y al oeste por el vial de acceso al pedraplén. Fig. 1. Localización de las fuentes de emisión. Las fuentes de emisión que se estudian, señalizadas con las marcas en rojo de la fig. 1 se encuentran localizadas con las siguientes coordenadas, Grupo Electrógeno ( ; ) m, Calentador de agua ( ; ) m. 3. CARACTERÍSTICAS DE LAS FUENTES DE EMISIÓN DE GASES CONTAMINANTES. A continuación se dan las principales características de las fuentes contaminantes estudiadas para conocer su impacto sobre la calidad del aire.

3 3.1. Calentador de agua. Datos del calentador. Datos del Quemador. Pres. dis: 4 bar. Marca: Weishaupt, Germany. Pres. máx. de servicio: 4bar. Pres. conex.: min. 15 máx. 500 mbar. Temp. máx de servicio: 90 ºC. Potencia: min. 60 máx. 350 kw. Potencia calórica nominal: 161 kw. Año: 2002 Rendimiento: 90% Año: 16/07/97 Sistema de control de arranque y parada: On-off por control de temp. del agua del circuito primario. Tabla 1: Datos característicos de la fuente de emisión. Calentador Tipo de Fuente. Puntual Identificación de la fuente. CAL Localización de la fuente. Coordenada X m Coordenada Y m Elevación de la base sobre el nivel del mar. 1,5 m Altura de emisión sobre la base. 4,75 m Parámetros de la fuente de emisión. Contaminante CO SO 2 NOx Régimen de emisión. 0,04 0 0,00107 g/seg Temperatura de los gases a la salida de la 492,3 K chimenea. Velocidad de los gases a la salida de la chimenea. 0,6 m/seg. Diámetro interior de la chimenea en el punto de liberación de los gases. 0,14 m 3.2. Grupo electrógeno. Datos del grupo electrógeno. Marca: Iveco, Fiat. Número de cilindros: 12. Índice de consumo cálculado: 35 lts/h. Potencia: 250 kva. Cos φ: 0.8 Frecuencia: 60 Hz. Tensión: 440/254. Tabla 2: Datos característicos de la fuente de emisión. Grupo Electrógeno. Tipo de Fuente. Puntual Identificación de la fuente. GELECT Localización de la fuente. Coordenada X m Coordenada Y m Elevación de la base sobre el nivel del mar. 1,5 m Altura de emisión sobre la base. 2,40 m Parámetros de la fuente de emisión. Contaminante CO SO 2 NOx Régimen de emisión. 0,054 0,026 0,119 g/seg Temperatura de los gases a la salida de la 659,7 K chimenea. Velocidad de los gases a la salida de la chimenea. 2,5 m/seg. Diámetro interior de la chimenea en el punto de liberación de los gases. 0,18 m

4 4. EQUIPAMIENTO UTILIZADO. Para realizar las mediciones de las características de los gases de la combustión se emplearon los analizadores de gases ECOM-SG y Testo 300 XL-1. Los analizadores de gases ECOM-SG PLUS y Testo 300 XL-1 fig 2 y 3 se emplean para medir los valores de la emisión instantánea en ppm o mg/m 3 de O 2, CO, NO 2, NO y SO 2, también miden la temperatura de salida de los gases, el exceso de aire y la eficiencia de la combustión. Fig. 2: ECOM-SG PLUS Fig. 3: Testo 300 XL-1 Software ISCT3 empleado para la modelación de la dispersión de contaminantes. Para la determinación de las concentraciones provocadas en el área de estudio por la fuente de emisión se empleo el Software ISCT3. El modelo utilizado para el análisis de la dispersión de contaminantes fue el ISCST3, un modelo de pluma Gaussiano de estado continuo que puede ser usado para evaluar concentraciones y/o deposiciones de flujos de una variedad amplia de fuentes asociadas a la industria y el transporte, el modelo ISCST3 es usado por la Agencia de Protección del Ambiente de los Estados Unidos (EPA), fue diseñado para apoyar las opciones de modelación de emisiones reguladas. Algunas de las posibilidades del modelo son: Puede manejar fuentes múltiples, incluyendo puntuales, volumétricas, de área, y los tipos de fuente de hoyos abiertos. También pueden tratarse fuentes de la línea como un cordón de fuentes de volumen o como fuentes del área largas. Las fuentes de emisión pueden tratarse como constantes o pueden ser variadas por mes, estaciones, horas del día, u otros periodos optativos de variación. Estos factores de emisión variables pueden ser especificados para una sola fuente o para un grupo de fuentes. El modelo puede considerar los efectos aerodinámicos debido a los edificios cercanos en emisiones puntuales. Contiene algoritmos para modelar los efectos de precipitación de gases o partículas. Pueden especificarse situaciones del receptor como maya y/o receptores discretos en un sistema de coordenadas cartesianas o polares. Incorpora el modelo de algoritmos de dispersión COMPLEX1 para los receptores en terreno complejo. Utiliza el modelo de datos meteorológicos en tiempo real para considerar las condiciones atmosféricas que afectan la distribución de la contaminación aérea en el área modelada. Los resultados pueden ser dados para la concentración, flujo de la deposición total, flujo de la deposición seco, y/o el flujo de la deposición húmeda.

5 5. Emisiones de gases contaminantes a la atmósfera. Los resultados del cálculo de la emisión de contaminantes se dan en las tablas de la 3 a la 6. Tabla 3: Mediciones en el Calentador, valor promedio de las emisiones de gases a la atmósfera. CO (mg/m 3 ) SO 2 (mg/m 3 ) NOx(mg/m 3 ) Tgases(ºK) Tabla 4: Mediciones en el Grupo Electrógeno, valor promedio de las emisiones de gases. CO (mg/m 3 ) SO 2 (mg/m 3 ) NOx(mg/m 3 ) Tgases(ºK) Flujos contaminantes a la atmósfera. Tabla 5: Caudal de gases de salida en el calentador. CO (mg/seg.) SO2(mg/seg.) NOx(mg/seg.) Tabla 6 Caudal de gases de salida en el Grupo Electrógeno. CO (mg/seg.) SO 2 (mg/seg.) NOx(mg/seg.) NORMAS RELACIONADAS CON LA CALIDAD DEL AIRE EN CUBA, NC 39:1999, 111: Para cada contaminante se han establecido guías y normas que cuantifican los límites de concentración en el aire. Las guías son recomendaciones para los niveles de exposición a contaminantes atmosféricos a fin de reducir los riesgos o proteger de los efectos nocivos. Las normas establecen las concentraciones máximas permisibles de los contaminantes atmosféricos durante un período definido. Son los valores límite diseñados con un margen de protección ante los riesgos. La finalidad de las normas es proteger la salud humana (normas primarias) y proteger el bienestar del ser humano y los ecosistemas (normas secundarias). Tabla 7: Concentraciones máximas permisibles para zonas habitables en Cuba según la Norma Cubana NC 39:1999. (Calidad de aire. Requisitos higiénico-sanitarios)..contaminante Concentración Máxima Permisible, Promedio Diario (24 horas, mg/m 3 ) (24 horas, µg/m 3 ) Dióxido de Azufre Partículas Sólidas Suspendidas (Hollín) Monóxido de Carbono Óxidos de Nitrógeno (NO 2 ) Hidrocarburo (Benceno) 0, Ozono A partir de la NC 111:2004 (Reglas para la vigilancia de la calidad del aire en asentamientos humanos) teniendo en cuenta las concentraciones máximas determinadas y las permisibles se establece un índice de calidad del aire (ICA).

6 Tabla 8: Relación entre el ICA y posibles implicaciones sanitarias relacionadas con cada Categoría de Calidad. Índice Categoría Cometarios 0-79 Buena No sobrepasa el 79 % del valor de la Cma prescrito en la NC. 39. Óptima calidad sanitaria del aire. Supuesta protección de toda la población (aunque no puede asegurarse que no sobrepase el umbral de respuesta de efectos adversos en individuos aislados) Aceptable No supera el 99 % de la Cma. Comienza el deterioro de la calidad del aire. Posible aparición de efectos leves en individuos o grupos de alta susceptibilidad (variabilidad individual de umbral de respuesta a los efectos) de muy difícil detección aún por investigaciones. Deficiente Sobrepasa entre % el valor de la Cma prescrito en la NC 39. Ligero incremento en la frecuencia y severidad de los efectos adversos agudos y crónicos en la población general y principalmente en personas con enfermedades cardiovasculares, respiratorias y alérgicas y en otras de elevada susceptibilidad, solo detectables mediante investigaciones muy específicas y sensibles. Mala Pésima Supera entre 2 y 3 veces ( %) el valor de la Cma. Aumento de la frecuencia y gravedad de los efectos adversos en grupos de alta susceptibilidad y en la población general, ya medibles mediante investigaciones específicas a escala individual y ecológica, basadas en registros morbilidad. Da lugar a una SITUACIÓN DE ATENCIÓN. Supera entre 3 y 5 veces el valor de la Cma. En dependencia del incremento de la concentración del contaminante y el tiempo de exposición continua el aumento de la frecuencia y gravedad de efectos adversos en los grupos de alta susceptibilidad y en la población general. Da lugar a una SITUACIÓN DE ALERTA. > 500 Crítica Se supera él limite de 5 veces la Cma, dando lugar a un incremento aún mayor del riesgo o probabilidad de ocurrencia de los efectos adversos sobre la salud de la población general y en grupos de riesgo, que se traduce en un evidente incremento agudo de la morbilidad y mortalidad que sobrecarga los servicios asistenciales; da lugar a una SITUACIÓN DE EMERGENCIA AMBIENTAL. 7. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS. A continuación se dan las emisiones anuales de contaminantes a la atmósfera correspondientes a cada fuente, se da también la concentración calculada en el aire para cada contaminante, en este último punto se dan los más altos valores de concentración para un período de premediación de 24 horas y se comparan con los valores límites permisibles que establece la NC 39/99. Emisiones anuales de contaminantes a la atmósfera. Tabla 9: Emisión Anual de contaminantes. Fuentes Calentador G. Elect. Total Contaminante U/M Valor CO ton CO 2 ton NOx ton SO 2 ton Las emisiones totales hasta la fecha de CO 2 alcanzan un valor de 62 ton, las de CO llegan a 0,215 ton y las emisión de NOx y SO 2 alcanzan valores de 24 y 4 Kg. respectivamente en el período analizado.

7 Concentraciones máximas calculadas en el aire para 24h de premediación, tomadas de los modelos de dispersión de los anexos del 1 al 3. Las concentraciones se calcularon empleando el software ISCST3, los mapas de dispersión en un área de 1 km 2 pueden verse en los anexo del 1 al 3 para el CO, los NOx y el SO 2, debe aclararse que en el caso de los óxidos de nitrógeno el valor límite que establece la norma se refiere específicamente al NO 2, que forman parte de los NOx pero no es el total de ellos donde se incluye también el NO, por lo que el valor de su concentración en el aire(no 2 ) estará por debajo de la calculada tomando como dato las emisiones de NOx. Tabla 10: Concentraciones permisibles según NC y máx. calculadas, índice de calidad del aire. Contaminante CO NOx SO 2 U/M Conc.Lim. Perm. NC 111: µg/m 3 Conc máx. Calc 21,2 6,99 1,49 índice de calidad del aire 0,71 17,48 2,98 _ Categoría de calidad Buena Buena Buena _ 8. CONCLUSIONES. 1. La concentración máxima de CO se encuentran 140 veces por debajo del límite de 3000 µg/m 3 que establece la NC con un valor de 21.2 µg/m 3, y un índice de calidad del aire de 0,71, correspondiéndole la categoría de calidad de buena, es decir óptima calidad sanitaria del aire, con supuesta protección de toda la población. 2. Referente al NO 2 haciendo una valoración a partir del valor de concentración calculado para los NOx puede decirse que su concentración en el aire está 6 veces por debajo del límite que establece la norma, con un valor máximo de 7 µg/m 3, por lo que puede decirse que con un índice de calidad del aire de 17,48 le corresponde la categoría de calidad de buena, es decir óptima calidad sanitaria del aire, con supuesta protección de toda la población. 3. En el caso del SO 2 su concentración máxima esta 34 veces por debajo del límite de 50 µg/m 3 que establece la norma con un valor de 1,49 µg/m 3, con índice de calidad del aire de 2,98, correspondiéndole la categoría de calidad de buena es decir óptima calidad sanitaria del aire, con supuesta protección de toda la población. 4. Debe prestársele en todos los casos especial interés a los puntos donde se dan las máximas concentraciones para cada contaminante, estos puntos pueden convertirse en un futuro en un episodio crítico de contaminación de mantenerse las mismas condiciones atmosféricas e incrementarse las emisiones de cargas contaminantes. REFERENCIAS 1. Air Quality Index (AQI). Disponible en Internet, sitio: Centro de Información y Gestión Tecnológica. CIGET. Villa Clara. Cuba. 2. Dorta, Eduardo Marín Jefe de Servicios Técnicos, Xiques Otoniel Beltran, Jefe de Brigada Técnica, Entrevista Personal, 09/06/ How EPA calculates the Air Quality Index. Disponible en Internet, sitio: Centro de Información y Gestión Tecnológica. CIGET. Villa Clara. Cuba 4. Indice Metropolitano de Calidad del Aire. Disponible en Internet, sitio: Centro de Información y Gestión Tecnológica. CIGET. Villa Clara. Cuba 5. NC 39/1999. Calidad de Aire. Requisitos higiénico-sanitarios. Modificativa de la NC :1987. Requisitos higienico sanitarios: Concentraciones máximas admisibles, alturas mínimas de expulsión y zonas de protección sanitaria.

8 Anexo 1. Dispersión de CO.

9 Anexo 2. Dispersión de NOx.

10 Anexo 3. Dispersión de SO 2 ampliada.