Exposición a contaminantes atmosféricos a nivel de calle: comparación en diferentes modos de transporte y con estrategias de disminución
ilustraciones, fotografías a color
- Autores:
-
Cabrera Rojas, Germán Andrés
- Tipo de recurso:
- Fecha de publicación:
- 2022
- Institución:
- Universidad Nacional de Colombia
- Repositorio:
- Universidad Nacional de Colombia
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Palabra clave:
- 620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingeniería
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Dentro de los contaminantes más importantes conocidos como criterio se encuentran el |material particulado inferior a 2,5 micrómetros (PM2.5, sigla en inglés), los gases: óxidos de nitrógeno (NOx) y el monóxido de carbono (CO) a los cuales este trabajo busca comparar los niveles de exposición de usuarios a nivel de calle de diferentes modos de transporte. Se utilizó la simulación en un software de dinámica computacional de fluidos (CFD) en donde se obtienen concentraciones de los contaminantes en el dominio, luego se compararon dichas concentraciones con los niveles de exposición de usuarios a nivel de calle de diferentes modos de transporte y se repitió el proceso con estrategias de disminución de la contaminación. En emisiones, la agrupación vehicular buses articulados y biarticulados de tránsito rápido de TransMilenio (TM) tuvieron el mayor aporte de PM2.5 y la de livianos fue la de mayor aporte de NOx y CO. En la mayoría de los casos, en las calles de la ciudad se excedió el límite recomendado de exposición a los tres contaminantes y tampoco fue suficiente el conjunto de estrategias de disminución para cumplir con la normativa en 2014. Dentro de los diferentes modos de transporte, en la mayoría de los casos se encontró que las mayores concentraciones se encuentran en las calzadas de TM, seguidas de las motos y las bicicletas y peatones. (Texto tomado de la fuente)The study of air quality at the microscale is fundamental because it allows the evaluation of personal exposure to pollutants as well as the quantification of emission inventories. Among the most important pollutants known as criteria pollutants are particulate matter below 2.5 micrometers (PM2.5), nitrogen oxides (NOx) and carbon monoxide (CO) to which this work seeks to compare the exposure levels of street-level users of different modes of transportation. It was used simulation with a computational fluid dynamic (CFD) software, where concentrations of pollutants in the domain are obtained. These concentrations were then compared with the exposure levels of street-level users of different modes of transportation and the process was repeated applying pollution abatement strategies. In terms of emissions, articulated and bi-articulated buses of rapid transit TransMilenio (TM) vehicles had the highest contribution of PM2.5 and light vehicles had the highest contribution of NOx and CO. In most cases, the recommended limit of exposure to the three pollutants was exceeded in the city streets, and the set of abatement strategies to comply with the regulations in 2014 was not sufficient either. Within the different modes of transportation, in most cases it was found that the highest concentrations are found on TM roadways, followed by motorcycles and then bicycles and pedestrians.MaestríaMagíster en Ingeniería - Ingeniería Ambiental2.1. Cuantificación de las concentraciones a nivel de calle 2.1.1. Ubicación de las vías y tramos de trabajo Los sitios modelados en Bogotá fueron: los alrededores de la estación de TM Coliseo (hoy en día llamada Movistar Arena) sobre la avenida Norte Quito Sur (NQS), partiendo del dominio de simulación realizado por Zamudio (Zamudio, 2016); también los alrededores de la estación Calle 100 sobre la autopista norte, que presenta un altísimo flujo de pasajeros. Se utilizaron datos (conteos vehiculares, Excel de cálculo de emisiones y dominio de simulación construido por este autor) de la APP Bogotá Elektrika (BelalcazarCerón et al., 2021). 2.1.2. Cálculo de emisiones vehiculares Como parámetro de entrada el modelo requiere emisiones E (que son calculadas en masa por unidad de tiempo y área) con las unidades mg/(m2s), que fueron calculadas según la ecuación 2.1 (ver a continuación) para cada contaminante i, tomando los conteos vehiculares horarios N (vehículos/hora), de 6 am (6 h) a 9 pm (21 h) para las agrupaciones vehiculares j, en el día 08/09/2014 para la estación Calle 100 y el 21/05/2014 para la estación Coliseo. Luego, multiplicándolos por los factores de emisión FE (g/km) para cada contaminante i para las agrupaciones vehiculares j hechas con las categorías vehiculares del PDDAB (SDA, 2010), actualizados para las motos, buses y busetas y buses articuladosy biarticulados de TM según el entonces Grupo de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente, del Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá. Factores de emisión que fueron ponderados multiplicando el factor de emisión para cada categoría vehicular por la cantidad de vehículos por categoría vehicular y dividiendo en el total de vehículos agrupados. Cantidad de vehículos que aparece en el PDDAB y que fue actualizada con el registro distrital automotor (RDA) del año 2014. Después multiplicados por la longitud L del dominio (300 m en todos los casos) y dividido todo entre el área Ac (m2) de cada calzada c y por el factor de conversión de unidades 3600 (al pasar gramos a miligramos y kilómetros a metros en el numerador y horas a segundos en el denominador). La tipología de transporte de carga agrupa dos tipos de categorías vehiculares, camiones (C), camperos y camionetas (CC). Según la actualización de la matriz origen destino de carga para el año 2014, solo el 31,9% del parque automotor de este tipo de transporte se encuentra registrado en Bogotá; la cantidad restante provienen de municipios cercanos a Bogotá (SDA, 2017). Por lo tanto se adicionaron más del 68% de vehículos de carga con ACPM como combustible, como también lo hicieron en el PDDAB, que circulan por la ciudad estando registrados fuera de ella. La categoría vehicular vehículos de pasajeros (VP) constituye junto con la de CC, los vehículos particulares, siendo equivalentes a la agrupación livianos que aparecen en los conteos vehiculares. Para el PM2.5 se calcularon la emisiones por resuspensión en base horaria, ver la ecuación 2.2, según recomienda la agencia de protección ambiental (EPA por su sigla en inglés) de los Estados Unidos de América en su Compilation of Air Emissions Factors k = multiplicador del tamaño de partícula. Para el PM2.5 es 0,15 g/VKT, donde VKT es la sigla en inglés de vehicle kilometer traveled, significa kilómetros recorridos por vehículo. sL = carga de sedimentos finos por superficie de vía (g/m2), con un valor promedio de 0,1 para Bogotá (Beltran, Belalcazar y Rojas, 2012). W = masa (toneladas) promedio de todos los vehículos en vía. P = número de horas con al menos 0,254 mm de precipitaciones durante el periodo a promediar. Se definió el periodo como los 3 últimos días hasta la fecha de los conteos vehiculares. P fue 2 horas en ambos lugares de simulación. N = número de horas durante el periodo a promediar. Corresponde a 72 h (de 3 días). Pese a que no es lo recomendado por la EPA, para ser más exacto se tuvo en cuenta en lugar del peso W promedio de todos los vehículos en vía, el de cada categoría vehicular. Las horas de mayor y menor emisión se escogieron como las dos horas a simular para cada contaminante, en ambos sitios, simulándolas ambas para el escenario línea base. No se muestra el resultado para el CO en el sitio Coliseo para las 7 h, hora de mayor emisión, debido a que el resultado de la simulación era una concentración demasiado alta sin sentido. 2.1.3. Construcción del dominio de simulación El dominio de simulación escogido fue de 300x300 m con 100 m en el eje z de altura para la estación Calle 100 y de 300 m para la estación Coliseo, con el tamaño de celda mínimo de 1 m en el área central de interés y un alargamiento hasta un máximo de 10 m en la periferia 2.1.4. Parámetros meteorológicos en la dispersión de contaminantes La velocidad y dirección del viento son parámetros determinantes dentro del modelo, a continuación se muestran los valores para cada caso a simular, junto con la altura del anemómetro de la estación de la Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá (RMCAB), escogida por su cercanía para medir parámetros de fondo (background) para ser simulados en el modelo. Se tuvo en cuenta que la hora reportada en los datos de la RMCAB corresponde al promedio de la hora anterior. Además al haber una la inclinación de vía respecto al norte del lugar a modelar se tuvo en cuenta los grados de diferencia al ser ingresados al modelo, según la siguiente condición, con una inclinación de vía, es decir restando 10 para la estación Calle 100 y 5 para la estación Coliseo.− ó í Se tomaron siguiendo el mismo criterio de hora también de los reportes de las estaciones de la RMCAB, las concentraciones a las mismas horas de los contaminantes para ser tomados como valores de fondo (background) en los sitios de modelación Los demás parámetros de entrada fueron los mismos usados por Zamudio (Zamudio, 2016). La baja velocidad del viento para las 7 y 21 h en la estación Centro de Alto Rendimiento, hace que se deba considerar la influencia de la turbulencia inducida por el tráfico, que se puede estimar dentro del cálculos de valores estadísticos que tiene WM. Que en el presente trabajo no pudo ser concluida por falta de información al respecto en el manual y sección de ayuda del software y que no pudo ser facilitada por funcionarios de la empresa Lohmeyer que proporciona dicho programa. En el tipo de estación de tráfico las concentraciones podrían ser más altas que en el de fondo. Cabe anotar que según lo reportado por Guerrero (Guerrero, 2013) en un informe de la Secretaría Distrital de Ambiente (SDA) de 2012, aparece la estación Las Ferias como de fondo. 2.2. Relación de las concentraciones a nivel de calle con la exposición Una vez obtenidas las concentraciones a nivel de calle para las ubicaciones de los distintos modos de transporte se puede relacionar la exposición. Para los peatones y biciusuarios es directamente el valor de la concentración del contaminante en sus respectivas ubicaciones. Teniendo en cuenta que solo una fracción de los contaminantes ambiente entra a la cabina de los buses de TM u otro tipo de vehículos, y que en los motociclistas el casco cerrado también ofrece una barrera, aunque menor, los valores de exposición sirven como un indicador de la posible exposición al interior de los vehículos. Como se mencionó anteriormente, es posible utilizar modelos matemáticos para cuantificar la exposición al interior de los vehículos pero dicha estimación está fuera del alcance de este trabajo y se deja como perspectiva para futuros estudios. 2.3. Evaluación de estrategias de disminución de la contaminación En este trabajo se evaluaron las siguientes estrategias para disminuir la contaminación del aire a nivel de calle. Teniendo en cuenta las emisiones por agrupación vehicular, para cada contaminante criterio de este trabajo y el imperativo de implementación de tecnologías eléctricas de vehículos diversos,al reemplazar tecnologías actuales por eléctricos, no obstante se mantiene en el PM2.5 la resuspensión. En los escenarios con estrategias de disminución de la contaminación se aplican las siguientes estrategias, enfocadas en las fuentes de contaminación que más afectan (primeras fuentes) cada contaminante Cada estrategia está dirigida a disminuir un contaminante en general o el aporte de determinada categoría vehicular en específico a los contaminantes. Están propuestas teniendo en cuenta estrategias aplicadas en otros países o incluso en Colombia mismo pero en menor escala y su real aplicación implica un esfuerzo tanto del sector público como en el caso de TM y el SITP, como del sector particular en el resto de categorías vehiculares. Lo anterior requiere un proceso de sensibilización a las posibles normas que se expidan en este sentido para su cabal cumplimiento.MODELACIÓN DE LA CALIDAD DEL AIRExvi, 117 páginasapplication/pdfspaUniversidad Nacional de ColombiaBogotá - Ingeniería - Maestría en Ingeniería - Ingeniería AmbientalFacultad de IngenieríaBogotá, ColombiaUniversidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingenieríaContaminación del aireEvaluación ambientalAir - PollutionEnvironmental analysisCalidad del aireContaminación del aireMicroescalaCFDConcentracionesExposiciónAir qualityAir pollutionMicroscaleCFDConcentrationsExposureExposición a contaminantes atmosféricos a nivel de calle: comparación en diferentes modos de transporte y con estrategias de disminuciónExposure to air pollutants at street level: comparison in different transportation modes and with abatement strategiesTrabajo de grado - Maestríainfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionTexthttp://purl.org/redcol/resource_type/TMBelalcazar-Cerón, L. 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Nacional de Colombiarepositorio_nal@unal.edu.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