concentraciones máximas esperables de contaminantes

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Concentraciones máximas esperables de contaminantes

atmosféricos en una fábrica de cemento.

Trabajo Final de Licenciatura En Tecnología

Ambiental.

Alumna: Bayala, María Paz Director: Lic. Gargiulo, José Daniel (IFAS - CIFICEN) Co-director: Lic. Villemur, Juan Martín (Cementos Avellaneda)

2017

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Dedicatoria

Dedico este trabajo a: Mis padres Jorge y Luciana, que me dieron la vida y fueron quienes me incentivaron

y apoyaron durante la vida universitaria. Mis hermanos German, Martin, Emmanuel, Juan Maria, y a mis cuñadas/o por su

apoyo incondicional y su aliento. En especial a mi hermana Jorgelina por ser mi sostén y gran compañera.

Mis sobrinas Valentina, Aymará, Genara, Delfina y Camila, que son el tesoro más

preciado que la vida me pudo regalar. Mi novio Diego quien fue mi compañía y sostén durante tantos años, y por ser una

persona maravillosa. Poroto por su fiel compañía. Mis amigos de la vida y de la facultad con quienes he pasado hermosos momentos

que van a quedar en lo profundo de mi corazón, en especial a mis amigas Melina y Eliana por alentarme en todo momento y por su gran cariño.

Agradecimientos

Agradezco la realización de este trabajo, especialmente a: La Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires, especialmente a

la comunidad de la Facultad de Ciencias Exactas por su apoyo en todos estos años y por permitirme finalizar con mis estudios de grado.

A los docentes de la carrera por brindarme su apoyo en todos estos años y por su

predisposición a lo largo de la formación académica. La Empresa Cementos Avellaneda S.A, principalmente a Juan Martin Villemur por

haberme dado la posibilidad de realizar el trabajo final de la carrera en la empresa y por su colaboración en el desarrollo del mismo.

Daniel Gargiulo por la dedicación, interés y apoyo para la realización del trabajo. Cristian D´Angelo por su buena predisposición y por su calidad humana.

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Índice general

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 11 CAPÍTULO 1:

1.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................ 12 1.2 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PRODUCTIVO DEL CEMENTO ........................................................................................ 12

1.2.1 Extracción y molienda de la materia prima. ...................................................................................... 13 1.2.2 Prehomogenización de la materia prima .......................................................................................... 14 1.2.3 Producción del Clínker ...................................................................................................................... 15 1.2.4 Molienda de cemento ....................................................................................................................... 17 1.2.5 Envasado y despacho del cemento ................................................................................................... 17

1.3 COMPUESTOS QUE SE EMITEN A LA ATMÓSFERA ................................................................................................... 18 1.3.1 Material particulado......................................................................................................................... 18 1.3.2 Dióxido de azufre .............................................................................................................................. 18 1.3.3 Óxidos de nitrógeno ......................................................................................................................... 18 1.3.4 Monóxido de carbono ....................................................................................................................... 19 1.3.5 Cloruros y fluoruros .......................................................................................................................... 19 1.3.6 Compuestos orgánicos volátiles (COV’s) ........................................................................................... 19 1.3.7 Metales pesados............................................................................................................................... 19

1.4 CARACTERIZACIÓN ATMOSFÉRICA ..................................................................................................................... 20 1.4.1 Estabilidad atmosférica .................................................................................................................... 20 1.4.2 Temperatura potencial ..................................................................................................................... 21 1.4.3 Rosa de los vientos ........................................................................................................................... 22 1.4.4 Corrección de la velocidad de los vientos con altura.......................................................................... 22 1.4.5 Altura máxima y mínima de mezclado atmosférico........................................................................... 23

1.5 ANÁLISIS DE LA TOPOGRAFÍA ........................................................................................................................... 24 1.6 ALTURA EFECTIVA DE LA CHIMENEA ................................................................................................................... 24 1.7 MARCO NORMATIVO ..................................................................................................................................... 26 1.8 MODELOS DE DISPERSIÓN ............................................................................................................................... 26

1.8.1 Resolución 242/1997 - Instructivo para la aplicación de modelos de difusión atmosférica a efluentes gaseosos. .................................................................................................................................................. 26 1.8.2 Modelo de Dispersión Gaussiano ...................................................................................................... 29 1.8.3 Modelo Screen3 ................................................................................................................................ 33

1.8.3.1 Diferencias entre el MDG (manual) y el MS3 ..................................................................................................... 34

METODOLOGÍA ............................................................................................................................ 36 CAPÍTULO 2:

2.1 METODOLOGÍA ............................................................................................................................................ 37 2.2 ÁREA DE ESTUDIO ......................................................................................................................................... 37 2.3 CARACTERIZACIÓN ATMOSFÉRICA ..................................................................................................................... 38

2.3.1 Estabilidad atmosférica .................................................................................................................... 38 2.3.2 Temperatura potencial ..................................................................................................................... 38 2.3.3 Rosa de los vientos ........................................................................................................................... 39 2.3.4 Corrección de la velocidad de los vientos con altura.......................................................................... 39 2.3.5 Temperatura media .......................................................................................................................... 39 2.3.6 Altura máxima y mínima de mezclado atmosférico........................................................................... 39

2.4 ANÁLISIS DE LA TOPOGRAFÍA ........................................................................................................................... 39 2.5 ALTURA EFECTIVA DE LA CHIMENEA ................................................................................................................... 40 2.6 MODELOS DE DISPERSIÓN .............................................................................................................................. 40

2.6.1 Sondeo Simple - Resolución 242/1997 .............................................................................................. 41 2.6.2 Modelos de Dispersión Gaussiano .................................................................................................... 41 2.6.3 Modelo Screen3 ................................................................................................................................ 41

RESULTADOS Y DISCUSIÓN .......................................................................................................... 42 CAPÍTULO 3:

3.1 RESULTADOS Y DISCUSIÓN .............................................................................................................................. 43 3.2 CARACTERIZACIÓN ATMOSFÉRICA ..................................................................................................................... 43

3.2.1 Estabilidad atmosférica .................................................................................................................... 43

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3.2.2 Temperatura potencial ..................................................................................................................... 44 3.2.3 Rosa de los vientos ........................................................................................................................... 44 3.2.4 Corrección de la velocidad de los viento con altura ........................................................................... 46 3.2.5 Temperatura media .......................................................................................................................... 46 3.2.6 Altura máxima y mínima de mezclado atmosférico........................................................................... 46

3.3 ANÁLISIS DE LA TOPOGRAFÍA ........................................................................................................................... 46 3.4 ALTURA EFECTIVA DE LA CHIMENEA ................................................................................................................... 48 3.5 MODELOS DE DISPERSIÓN ............................................................................................................................... 49

3.5.1 Sondeo Simple - Resolución 242/1997 .............................................................................................. 49 3.5.2 Modelo de dispersión gaussiano ....................................................................................................... 49

3.5.2.1 Comparación del MDG para cada caso de estudio con los límites establecidos en el Decreto N°3395/96 .... 54 3.5.3 Modelo Screen3 ................................................................................................................................ 55

3.5.3.1 Comparación del MS3 para cada caso de estudio con los límites establecidos por el Decreto N°3395/96 ... 59 3.5.4 Comparación entre modelos ............................................................................................................. 60

3.6 ESTIMACIÓN DEL CAUDAL MÁXIMO ................................................................................................................... 64

CONCLUSIONES ............................................................................................................................ 66 CAPÍTULO 4:

4.1 CONCLUSIONES ............................................................................................................................................ 67 4.2 TRABAJO A FUTURO....................................................................................................................................... 69

ANEXO.......................................................................................................................................... 70 CAPÍTULO 5:

5.1 ANEXO ....................................................................................................................................................... 71 5.1.1 Anexo I – Marco Legal. ..................................................................................................................... 71

5.1.1.1 Ley N°20.284 ........................................................................................................................................................ 71 5.1.1.2 Ley N° 5.965 ......................................................................................................................................................... 72 5.1.1.3 Decreto N° 3.395/96 ........................................................................................................................................... 73 5.1.1.4 Resolución 242/1997 .......................................................................................................................................... 76

5.1.2 Anexo II – Perfiles de Concentración en función de la distancia con MDG. ........................................ 77 5.1.2.1 Horno 3 ................................................................................................................................................................ 77 5.1.2.2 Horno 4 ................................................................................................................................................................ 79

5.1.3 Anexo III– Perfiles de Concentración en función de la distancia con MS3. ......................................... 80 5.1.3.1 Horno 3 y Horno 4 ............................................................................................................................................... 80

REFERENCIAS................................................................................................................................ 83 CAPÍTULO 6:

6.1 REFERENCIAS ............................................................................................................................................... 84

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Índice de Tablas Tabla 1: Relación entre el parámetro de estabilidad y la condición de estabilidad de la atmósfera (Wark, 1990).________________________________________________________________________________________ 23 Tabla 2: Factor de corrección para el cálculo de CM (USEPA, 1992). _________________________________ 34 Tabla 3: Categorías de estabilidad atmosféricas según el gradiente vertical de temperatura (Turtós Carbonell, 2007). __________________________________________________________________________________ 38 Tabla 4: Variables utilizadas para el cálculo de la CM del H3 y H4. ____________________________________ 40 Tabla 5: Estabilidades según las estaciones en toda la columna atmosférica. __________________________ 43 Tabla 6: Estabilidad anual en toda la columna atmosférica. ________________________________________ 43 Tabla 7: Estabilidades hasta los 500 m de elevación según las estaciones. _____________________________ 43 Tabla 8: Estabilidad hasta los 500 m de elevación anual. __________________________________________ 43 Tabla 9: Variación de la temperatura potencial σ con la altura. _____________________________________ 44 Tabla 10: Datos para el cálculo de la corrección de la velocidad con altura. ____________________________ 46 Tabla 11: Variables utilizadas para el cálculo de H. _______________________________________________ 48 Tabla 12: CM [mg/m3] obtenidas a través del Sondeo Simple para los H3 y H4. _________________________ 49 Tabla 13: CM [mg/m3] obtenidas según el MDG en periodos de tiempo cortos para el Caso I. _____________ 54 Tabla 14: CM [mg/m3] obtenidas según el MDG en periodos de tiempo cortos para el Caso II. _____________ 55 Tabla 15: CM [mg/m3] según el MS3 en periodos de tiempo cortos para el Caso I. ______________________ 59 Tabla 16: CM [mg/m3] según el MS3 en periodos de tiempo cortos para el Caso II. ______________________ 60 Tabla 17: CM [mg/m3] y DMC [km] obtenida por el MDG, MS3 y Sondeo Simple para el H3. _______________ 62 Tabla 18: CM [mg/m3] y DMC [Km] obtenida por el MDG, MS3 y Sondeo Simple para el H4. _______________ 63 Tabla 19 (continuación): CM [mg/m3] y DMC [Km] obtenida por el MDG, MS3 y Sondeo Simple para el H4. ___ 63 Tabla 20: Qmáx [mg/s] obtenido a través del Sondeo Simple para el H3. _______________________________ 64 Tabla 21: Qmáx [mg/s] obtenido a través del Sondeo Simple para el H4. _______________________________ 64

Índice de figuras Figura 1: Esquema del proceso de fabricación del cemento. ________________________________________ 13 Figura 2: Izquierda - Voladura en cantera. Derecha - Piedra volada lista para la trituración._______________ 13 Figura 3: Izquierda - Trituradora primaria Krupp de Planta Olavarría. Derecha - Filtro de mangas trituradora Krupp. __________________________________________________________________________________ 13 Figura 4: Izquierda - Parque de prehomogeneización. Derecha - Silos de almacenamiento de materias primas. 14 Figura 5: Molino vertical Loesche. ____________________________________________________________ 14 Figura 6: Esquema de un horno de cemento con torre de ciclones y enfriador.__________________________ 15 Figura 7: Horno de cemento N°4. _____________________________________________________________ 15 Figura 8: Enfriador de Clinker. _______________________________________________________________ 16 Figura 9: Izquierda - Silo de Clinker. Derecha – Recolección de MP a través del Filtro electrostático. ________ 16 Figura 10: Izquierda - Molino vertical FL Smidth. Derecha - Molino de bolas. ___________________________ 17 Figura 11: Izquierda- Palletizadora de cemento. Derecha- Despacho a granel de cemento mediante camión tolva. ___________________________________________________________________________________ 17 Figura 12: Balance de masa para la fabricación de 1t de cemento (Villemur, 2015). _____________________ 20 Figura 13: Tasa de cambio relacionada con la estabilidad atmosférica. _______________________________ 21 Figura 14: Formas de los penachos de humo según la estratificación del aire (Iowa State University, 2017). __ 21 Figura 15: Proceso adiabático por el que se define la temperatura potencial (Wark, 1990). _______________ 22 Figura 16: Determinación gráfica de la altura mínima (Izquierda) y máxima (Derecha) de la capa de mezclado.________________________________________________________________________________________ 24 Figura 17: Esquema de la altura real, efectiva y virtual para una fuente puntual. _______________________ 25 Figura 18: Sistema de coordenadas y geometría básica de la ecuación gaussiana de la pluma. ____________ 30 Figura 19: Uso de una fuente imaginaria para describir matemáticamente la reflexión gaseosa en la superficie terrestre (Wark, 1990). _____________________________________________________________________ 31 Figura 20: Desviación normal, σy (Izquierda) y σz (Derecha), en dirección del viento cruzado como una función de la distancia en la dirección del viento (Turner, 1967). _____________________________________________ 32 Figura 21: Perfil de concentración de contaminante en la dirección perpendicular al viento (eje y). _________ 32

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Figura 22: Contornos de una pluma en función del tiempo de promedio. ______________________________ 33 Figura 23: Rango Espacio - Temporal en diversos modelos (Modelo Screen, 2016). ______________________ 35 Figura 24: Izquierda- Ubicación del partido de Olavarría dentro de la provincia de Bs As. Derecha- Casco urbano de la cuidad de Olavarría y ubicación a la empresa Cementos Avellaneda S.A. _________________________ 37 Figura 25: Izquierda- Estratigrafía general y distribución de los afloramientos del Sistema de Tandilia. Derecha- Mapa geológico-estructural de las Sierras Bayas en el área de estudio, partido de Olavarría (Sector NO del Sistema de Tandilia (Lucía E. Gómez Peral, 2010). ________________________________________________ 38 Figura 26: Rosa de viento. ___________________________________________________________________ 45 Figura 27: Ubicación de la Rosa de los Vientos. __________________________________________________ 45 Figura 28: Elevación del terreno a 50 km de la planta en dirección a) norte a sur, b) oeste a este, c) noreste a suroeste, d) noroeste a sureste. ______________________________________________________________ 47 Figura 29: Elevación del terreno a 5 km de la planta en dirección a) norte a sur, b) oeste a este, c) noreste a suroeste, d) noroeste a sureste. ______________________________________________________________ 47 Figura 30: MDG- Perfiles de concentración de MP10 emitidos por el H3 y H4 para el Caso I. ________________ 50 Figura 31: MDG- Perfiles de concentración de CO emitidos por el H3 y H4 para el Caso I. _________________ 50 Figura 32: MDG- Perfiles de concentración de NOX emitidos por el H3 y H4 para el Caso I. _________________ 51 Figura 33: MDG- Perfiles de concentración de SO2 emitidos por el H3 y H4 para el Caso I. _________________ 51 Figura 34: MDG- Perfiles de concentración de MP10 emitidos por el H3 y H4 para el Caso II. ________________ 52 Figura 35: MDG- Perfiles de concentración de CO emitidos por el H3 y H4 para el Caso II. _________________ 52 Figura 36: MDG- Perfiles de concentración de NOX emitidos por el H3 y H4 para el Caso II. ________________ 53 Figura 37: MDG- Perfiles de concentración de SO2 emitidos por el H3 y H4 para el Caso II. _________________ 53 Figura 38: MS3- Izquierda- Concentración de MP10 emitido por el H3 para el Caso I. Derecha- Concentración de MP10 emitido por el H4 para el Caso I.__________________________________________________________ 55 Figura 39: MS3-Izquierda- Concentración de CO emitido por el H3 para el Caso I. Derecha- Concentración de CO emitido por el H4 para el Caso I. ______________________________________________________________ 56 Figura 40: MS3- Izquierda- Concentración de NOX emitido por el H3 para el Caso I. Derecha- Concentración de NOX emitido por el H4 para el Caso I. __________________________________________________________ 56 Figura 41: MS3- Izquierda- Concentración de SO2 emitido por el H3 para el Caso I. Derecha- Concentración de SO2 emitido por el H4 para el Caso I. ___________________________________________________________ 57 Figura 42: MS3- Izquierda- Concentración de MP10 emitido por el H3 para el Caso II. Derecha - Concentración de MP10 emitido por el H4 para el Caso II. _________________________________________________________ 57 Figura 43: MS3- Izquierda- Concentración de CO emitido por el H3 para el Caso II. Derecha- Concentración de CO emitido por el H4 para el Caso II. ______________________________________________________________ 58 Figura 44: MS3- Izquierda- Concentración de NOX emitido por el H3 para el Caso II. Derecha- Concentración de NOX emitido por el H4 para el Caso II. __________________________________________________________ 58 Figura 45: MS3- Izquierda- Concentración de SO2 emitido por el H3 para el Caso II. Derecha- Concentración de SO2 emitido por el H4 para el Caso II. __________________________________________________________ 59 Figura 46: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso I a) en el Horno 3. ___________________________ 77 Figura 47: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso II a) en el Horno 3. ___________________________ 78 Figura 48: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso I b) en el Horno 3. ___________________________ 78 Figura 49: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso II b) en el Horno 3. ___________________________ 78 Figura 50: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso I c) en el Horno 3. ___________________________ 79 Figura 51: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso II c) en el Horno 3. ___________________________ 79 Figura 52: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso I b) en el Horno 4. ___________________________ 79 Figura 53: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso II b) en el Horno 4. ___________________________ 80 Figura 54: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso I c) en el Horno 4. ___________________________ 80 Figura 55: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso II c) en el Horno 4. ___________________________ 80 Figura 56: MS3- Perfiles de concentración para el Caso I a) en el Horno 3 y 4. __________________________ 81 Figura 57: MS3- Perfiles de concentración para el Caso I b) en el Horno 3 y 4. __________________________ 81 Figura 58: MS3- Perfiles de concentración para el Caso I c) en el Horno 3 y 4. __________________________ 81 Figura 59: MS3- Perfiles de concentración para el Caso II a) en el Horno 3 y 4. _________________________ 82 Figura 60: MS3- Perfiles de concentración para el Caso II b) en el Horno 3 y 4 __________________________ 82 Figura 61: MS3- Perfiles de concentración para el Caso II c) en el Horno 3 y 4 __________________________ 82

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Lista de abreviaturas y símbolos

θ: Temperatura potencial

∆θ

∆z: Gradiente de temperatura potencial

∆T

∆z: Gradiente de temperatura vertical

ambiental

Γ: Gradiente de temperatura vertical adiabático

AminM: Altura mínima de mezclado

AmáxM: Altura máxima de mezclado

Z: Altura

σy: Desviación normal horizontal

σz: Desviación normal vertical

σ: Desviación poblacional

S: Desviación muestral

n: Muestra

N: Población

P: Presión

Ta: Temperatura ambiente

Ts: Temperatura de salida de los gases de la chimenea

u: Velocidad del viento

U1: Velocidad del viento a 10 msnm

U2: Velocidad del viento a la altura de la chimeneas.

g: Aceleración de la gravedad

F: Parámetro de flotabilidad

d: Diámetro de la chimenea

Vs: Velocidad de salida de los gases de la chimenea

Vt: Velocidad terminal o de asentamiento

uDh: Elevación normalizada de la pluma de contaminantes

∆h: Altura de la pluma

h: Altura real de la chimenea

H: Altura efectiva de la chimenea

E: Estabilidad tendiente a la estabilidad

D: Estabilidad tendiente a la neutralidad

A: Estabilidad tendiente a la instabilidad

t: Tiempo

km: Kilómetros

mm: Milímetro

µg: Microgramo

mg: Miligramo

tn: Tonelada

msnm: Metros sobre el nivel del mar

MP10: Material particulado (10µm)

NOX: Óxidos de nitrógeno

SO2: Dióxido de azufre

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CO: Monóxido de carbono

COV´s: Compuestos orgánicos

H3: Horno de cemento 3

H4: Horno de cemento 4

C: Concentración de contaminante

CM: Concentración máxima de contaminante

Q: Caudal másico

Qmáx: Caudal másico máximo

DMC: Distancia de dispersión de la máxima concentración

MDG: Modelo de dispersión gaussiano

MS3: Modelo Screen3

AERMOD: Simulador de modelos de dispersión

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Resumen

La contaminación atmosférica se define como la presencia de contaminantes que tiendan a ser

perjudiciales para la vida en general. A partir de la emisión de grandes cantidades de contaminantes se generan serios problemas al superar la tasa de limpieza de la atmósfera.

Una de las principales fuentes de contaminación atmosférica proviene de los efluentes gaseosos industriales, resultando de interés el estudio de las concentraciones máximas provocadas por la industria del cemento como lo es la empresa Cementos Avellaneda S.A., ubicada a unos pocos kilómetros de la ciudad de Olavarría, provincia de Bs. As.

Con el fin de determinar la contribución de contaminantes a la atmósfera a partir de las emisiones en la producción del cemento, se propone como objetivo determinar las concentraciones máximas (CM) y la distancia que alcanzan las máximas concentraciones (DMC) de material particulado, SO2, NOX y CO mediante la utilización de diferentes metodologías de modelado de la dispersión de la contaminación atmosférica, en base al modelo de dispersión gaussiano. Para ello, se realizó una caracterización de las variables atmosféricas y topográficas de la región de estudio, necesarias para ser introducidas en los modelos. Por otro lado, los datos relacionados a las fuentes (chimeneas) analizadas fueron proporcionados por la empresa. Las concentraciones máximas obtenidas fueron comparadas con los límites establecidos en la legislación vigente, resultando que para las condiciones analizadas no se sobrepasaron dichos límites en ningún caso. Por último, se establecieron umbrales de caudal de emisión donde los límites establecidos en la legislación serían sobrepasados.

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Objetivos Se plantean dos objetivos generales:

a) Obtener concentraciones máximas y zonas de mayor impacto ambiental producto de las emisiones atmosféricas de la fábrica en condición normal de funcionamiento; b) Establecer las condiciones de emisión que produzcan un sobrepaso a los límites de calidad de aire establecidos en la normativa ambiental vigente.

Los objetivos específicos que se esperan alcanzar son: - Familiarizarse con el proceso productivo en cuestión; - Caracterizar las fuentes de emisión para obtener los parámetros necesarios para aplicar el MDG; - Obtener los datos climáticos y topógrafos de la zona de estudio requeridos por el MDG; - Estimar concentraciones de contaminantes atmosféricos bajo diferentes condiciones climáticas mediante el MDG, el Modelo Screen3 y mediante el Sondeo Simple propuesto en la Resolución 242/1997.

Distribución del trabajo por capítulos El presente trabajo está compuesto por:

- Capítulo I: Se presenta el proceso del cemento, los compuestos que son emitidos a la atmósfera producto de la fabricación del cemento, los conceptos básicos para la caracterización de la atmósfera y para el análisis de la topografía. Además se presentan los modelos de dispersión de contaminantes gaseosos utilizados.

- Capítulo II: Se describe la zona de estudio y la metodología empleada. Se enuncian los criterios que se tuvieron en cuenta para el análisis y se describen los conductos utilizados.

- Capítulo III: Se presentan y discuten los resultados obtenidos. Por medio de tablas y figuras se representan las concentraciones máximas de contaminantes y la distancia de dispersión de las mismas, así como también se muestra la comparación entre los modelos empleados. A la vez, se prestan los resultados obtenidos de caudal másico máximo en situación de emergencia.

- Capítulo IV: Se presentan las conclusiones en base a los objetivos propuestos y a los resultados alcanzados. También se plantean inquietudes para trabajos a futuro.

- Capítulo V: Se presenta el anexo, el cual está compuesto por datos de importancia para poder entender y/o profundizar contenidos empleados en el trabajo.

- Capítulo VI: Se presenta la bibliografía consultada para la realización del trabajo, así como también los sitios web de donde se obtuvieron los datos para el análisis atmosférico y topográfico.

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Introducción Capítulo 1:

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1.1 Introducción Contaminación del aire se define como la presencia en la atmósfera de uno o más contaminantes

en cantidades y duración que sean o tiendan a ser perjudiciales a la salud o el bienestar humano, la vida de los animales o de las plantas, o que interfiera el goce de la vida o la propiedad (Wark, 1990).

El origen de la contaminación atmosférica se remonta al origen de la vida misma, sin embargo con el avance de la tecnología llevo a generar grandes cantidades de contaminantes que superan la tasa de limpieza de la atmósfera provocando serios problemas en regiones densamente pobladas (Santa Cruz, 2000).

Los contaminantes presentes en la atmósfera proceden de dos tipos de fuentes emisoras bien diferenciadas: las naturales y las antropogénicas. Las primeras provienen fundamentalmente de las erupciones volcánicas, incendios forestales, tormentas de polvo y descomposición de la materia orgánica en el suelo y en los océanos. Por su parte, los principales focos antropogénicos son la combustión de combustibles fósiles, carbón y petróleo utilizados en las industrias, automóviles, la generación de energía eléctrica, entre otros.

Con el fin de controlar las emisiones antropogénicas a la atmósfera, se han elaborado distintos modelos de dispersión para “control” de los niveles de concentración de los contaminantes y por medio de ellos confirmar el cumplimiento normativo.

1.2 Descripción del proceso productivo del cemento

El proceso productivo para la obtención del cemento no está exento de producir contaminación del aire dadas las características propias del proceso (Villemur, 2015). El cemento es un material inorgánico, no metálico, finamente molido que cuando se mezcla con agua y áridos forma una pasta que fragua y endurece (morteros y hormigones). Este endurecimiento hidráulico se debe principalmente a la formación de silicatos cálcicos hidratados como resultado de una reacción entre el agua y los constituyentes del cemento. Esta propiedad de conglomerante hidráulico le ha convertido en un material básico de construcción, imprescindible para la edificación y la realización de infraestructuras.

El proceso de fabricación del cemento comprende 5 etapas (Cemento Avellaneda S.A., 2014), (Cemento Avellaneda S.A., 2016) y (Villemur, 2015). Extracción y molienda de la materia prima, Prehomogenización de la materia prima, Producción del clínker, Molienda de cemento y Envasado y despacho de cemento. En la Figura [1] se representa un esquema del proceso de la fabricación del cemento.

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Figura 1: Esquema del proceso de fabricación del cemento.

1.2.1 Extracción y molienda de la materia prima. La cantera es el lugar donde se inicia el proceso de fabricación del cemento. El yacimiento está

localizado y evaluado mediante estudios geológicos, en composición, localización de las rocas y minerales útiles, dimensiones, y volumen de materiales estériles.

Se realiza la extracción a cielo abierto de las materias primas, rocas calcáreas (calizas) y arcillas, la cual comienza con la voladura de los frentes mediante el uso de explosivos, como se muestra en la Figura [2].

Figura 2: Izquierda - Voladura en cantera. Derecha - Piedra volada lista para la trituración.

Una vez obtenidas las rocas fragmentadas, el material es trasportado a la planta de

trituración, donde se reduce el tamaño de la piedra hasta lograr un máximo de 100 mm, por medio de la trituradora Krupp, Figura [3] (Izq.), la cual produce en promedio 1000 T/hs.

Luego de esta etapa, la piedra es enviada por cinta transportadora a pilas para su almacenamiento y homogenización previa a su molienda.

Figura 3: Izquierda - Trituradora primaria Krupp de Planta Olavarría. Derecha - Filtro de mangas trituradora Krupp.

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La operación de molienda y posterior transporte de piedra triturada trae como consecuencia la

emisión de grandes cantidades de material particulado, el cual se elimina por medio de aspiración mediante un filtro de mangas, Figura [3] (Dcha.), capotaje o apantallamiento y por inyección de agua pulverizada.

1.2.2 Prehomogenización de la materia prima La alimentación de materias primas a un horno necesita ser lo más homogénea posible desde el

punto de vista de su composición química. Para lograr esto, la planta cuenta con un parque de prehomogenización, en donde la piedra es dispuesta en pilas, en capas horizontales mediante un brazo apilador, para luego consumirse en cortes verticales mediante un puente rascador, Figura [4] (Izq.).

Figura 4: Izquierda - Parque de prehomogeneización. Derecha - Silos de almacenamiento de materias primas.

Luego este material es transportado desde la pila de prehomogeneización mediante cintas

hasta el silo de almacenamiento, Figura [4] (Dcha.). Junto a este silo, se encuentran 3 silos más que contiene materiales correctivos, minerales de hierro, caliza y yeso, los cuales serán dosificados en el molino de crudo.

Las materias primas, en proporciones controladas, se muelen por medio de un molino vertical, Figura [5], y se mezclan para formar una unión homogénea con la composición química requerida, el cual se evalúa mediante análisis químico de Rayos X.

Figura 5: Molino vertical Loesche.

El polvo crudo pulverizado es transportado mediante succión de los gases calientes provenientes del horno, hasta ciclones donde es separado del aire, que luego es transportado neumáticamente al silo de homogenización de polvo crudo.

La etapa de homogenización puede ser por vía húmeda o por vía seca, dependiendo de si se usan corrientes de aire o agua para mezclar los materiales. Actualmente, el polvo crudo se homogeneiza mediante el inyectado de aire seco para obtener una mezcla de composición química homogénea a través del movimiento de circulación.

15

Se emplean diversos combustibles para proporcionar la energía térmica requerida por el proceso, principalmente: gas natural, coque de petróleo y/o carbón o combustibles alternativos.

1.2.3 Producción del Clínker El polvo crudo, proveniente del molino es introducido mediante fluidores a un intercambiador de

calor (torre de ciclones) que actúa por suspensión de gases de varias etapas, donde se produce el intercambio de calor y masa a contracorriente provocando el inicio del proceso de descarbonatación del crudo, formándose CaO y CO2.

La torre está compuesta por 5 ciclones y un precalcinador, Figura [6], donde los gases de salida del horno son impulsados a través de dichos ciclones.

Figura 6: Esquema de un horno de cemento con torre de ciclones y enfriador.

La principal reacción química que se produce es:

CaCO3 (sólido) CaO (sólido) + CO2 (gas)

El precalcinador de polvo crudo se encuentra ubicado previo a la entrada del horno rotativo

donde comienzan a desarrollarse las reacciones físicas y químicas que luego continuaran en el horno, dando lugar a la formación del clínker. El horno rotatorio tiene una pendiente de 7° aproximadamente, el cual hace que el material se desplace y sea descargado, Figura [7]. La temperatura aumenta a lo largo del cilindro hasta llegar a unos 1400 °C, que hace que los minerales se combinen pero sin que se fundan o vitrifiquen.

Figura 7: Horno de cemento N°4.

En la zona de alta temperatura el óxido de calcio reacciona con los silicatos y forma silicatos de

calcio (Ca2Si y Ca3Si). Se forma también una pequeña cantidad de aluminato tricálcico (Ca3Al) y ferroaluminato tetracálcico (Ca4AlFe). La reacción es reversible y nunca llega al equilibrio. El proceso se conoce como sinterización y nodulización, el cual es totalmente físico y químico. La reacción se da por finalizada cuando el CaO es menor a 1,5 %. El material resultante es un material semivitrificado de color gris oscuro denominado clínker.

La fase mineralógica está compuesta por Alita (C3S), Belita ß-C2S y por fase líquida C4AF y C3A que actúa como aglutinante de los nódulos.

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Las principales reacciones que ocurren en la formación del clínker son:

Descarbonatación de la piedra caliza

CaCO3 (sólido) CaO (sólido) + CO2 (gas)

Silicato dicálcico (belita) C2S

2CaO (sólido) + SiO2 (sólido) 2CaO.SiO2 (sólido)

Silicato tricálcico (alita) C3S

2CaO.SiO2 (sólido) + SiO2 (sólido) 3CaO.SiO2 (sólido)

Aluminato tricálcico C3A

2CaO (sólido) + Al2O3 (líquido) 3CaO.Al2O3 (sólido)

Ferroaluminato tetracálcico C4AF

2CaO (sólido) + Al2O3 (líquido) + Fe2O3 (líquido) 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (sólido)

Los gases que salen de la torre de ciclones pasan por una torre humidificadora con el fin de disminuir la temperatura de la mezcla de los gases y las partículas. Luego, las partículas son separadas del flujo gaseoso por medio de un electrofiltro.

Finalmente, se disminuye la temperatura del clínker por medio de un enfriador que permite una alta recuperación del calor del producto, ahorrando energía térmica en el horno. Este enfriamiento brusco elimina o minimiza la reacción reversible del Silicato tricálcico y la del Silicato bicálcico beta, Figura [8].

Figura 8: Enfriador de Clinker.

El clínker es trasportado desde el enfriador por medio de un acarreador metálico hasta el

silo de almacenamiento, Figura [9] (Izq.), a mitad del recorrido se encuentra un desvío del clínker a un silo de no conforme con el fin de evitar que el material que no posea las propiedades deseadas llegue al silo de clínker.

Figura 9: Izquierda - Silo de Clinker. Derecha – Recolección de MP a través del Filtro electrostático.

Durante la etapa de molienda de polvo crudo y cocción del Clínker se generan diversos tipos de

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emisiones gaseosas como el CO, CO2, SOx, NOx y también MP. Aunque no existen sistemas de tratamiento específicos para disminuir la concentración de gases, se trabaja en la operatoria del horno para mantener el proceso lo más estable posible. Por otra parte el material particulado es retenido dentro de filtros electrostáticos, Imagen [9] (Dcha.), a través de un proceso de ionización y el uso de electrodos que actúan como imanes. Las partículas recolectadas son retornadas al proceso por 2 vías, por el silo de homogeneizado o directamente al horno.

1.2.4 Molienda de cemento En esta etapa se produce la reducción de tamaño del clínker y otras materias primas (yeso,

caliza y aditivos) del cemento por medio de un molino horizontal de bolas de acero, Figura [10], hasta convertirlos en un polvo finamente mezclado llamado cemento Portland. De esta manera se determina el tipo de cemento a producir en función de las distintas adiciones al molino.

La molienda es un circuito cerrado con una separadora y filtros de manga, que permiten separar el producto de la corriente de aire de ventilación, realimentando al molino aquellas partículas gruesas y obteniendo una finura uniforme.

Una vez producido el cemento es enviado desde la molienda por sistemas de transporte neumático hasta los silos de almacenamiento, donde el producto se mantiene en condiciones aptas para su entrega.

Figura 10: Izquierda - Molino vertical FL Smidth. Derecha - Molino de bolas.

1.2.5 Envasado y despacho del cemento La expedición de cemento se realiza de dos maneras, palletizado en bolsas en el cual el cemento es

introducido en bolsas de 50 kg mediante un sistema de ensacado automático, Figura [11] (Izq.) y a granel, donde el cemento es transportado desde los silos hasta la boca de carga, siendo el despacho totalmente automático y autoservicio, Figura [11] (Dcha.).

Figura 11: Izquierda- Palletizadora de cemento. Derecha- Despacho a granel de cemento mediante camión tolva.

Durante el proceso es necesario contar con un sistema de gestión ambiental de acuerdo a la Norma ISO 14001:2004, conjuntamente con la integración del sistema de gestión de calidad de acuerdo a la Norma ISO 9001:2000, para lograr la certificación de los productos.

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1.3 Compuestos que se emiten a la atmósfera

Durante la producción de cemento se generan diferentes reacciones químicas y físicas detalladas en la sección 1.2.3, los cuales emiten los siguientes compuestos:

Material particulado

Dióxido de azufre (SO2)

Óxidos de nitrógeno (NOx)

Óxidos de Carbono (CO2 y CO)

Cloruros y fluoruros

Compuestos orgánicos (COV’s)

Metales pesados Estos contaminantes presentan riesgos para la salud y el ambiente, y sus concentraciones en aire no deben superar los límites permitidos de acuerdo a la Ley provincial N°5965 y su Decreto N°3395/96.

1.3.1 Material particulado El material particulado consiste en acumulación de piezas de sólidos o de líquidos generada a

partir de alguna actividad antropogénica o natural. Las partículas tienden a permanecer en suspensión en el aire o a depositarse de acuerdo a su tamaño, el cual oscila entre submicron y el milímetro (Spiro & Stigliani, 1996)

Las partículas pueden ser intrínsecamente tóxicas debido a sus características inherentes químicas y/o físicas, a su vez, una partícula puede actuar como un conductor a una sustancia tóxicas absorbida (Wark, 1990).

Estas entran al cuerpo humano principalmente por las vías respiratorias, generando infecciones respiratorias, afecciones cardíacas, bronquitis, asma, pulmonía enfisema, entre otras (Wark, 1990).

1.3.2 Dióxido de azufre El dióxido de azufre es un gas incoloro y no inflamable, de olor fuerte e irritante. Su vida media en

la atmósfera es corta de unos 2 a 4 días, y casi la mitad de las emisiones vuelven a depositarse en la superficie, mientras que el resto se transforma en iones sulfato (SO4

-2). Se trata de una sustancia reductora, que con el tiempo y en contacto con el aire y la humedad, se convierte en trióxido de azufre. Es soluble en agua, formando una disolución ácida, y aun siendo inestable en estas condiciones, es capaz de formar sales como los sulfitos y bisulfitos.

Los efectos de los SOx empeoran cuando el dióxido de azufre se combina con partículas o con la humedad del aire ya que se forma ácido sulfúrico, y produce lo que se conoce como lluvia ácida, provocando la destrucción de bosques, vida salvaje y la acidificación de las aguas superficiales.

Afecta a la salud de las personas, sobre todo las mucosidades y los pulmones provocando tos. La exposición de altas concentraciones durante cortos períodos de tiempo puede irritar el tracto respiratorio, causar bronquitis, reacciones asmáticas y congestionar los conductos bronquiales de los asmáticos (Ministerio de Agricultura, 2007).

1.3.3 Óxidos de nitrógeno El NOx es un término genérico que hace referencia a un grupo de gases muy reactivos, tales como

el óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2) que contienen nitrógeno y oxígeno en diversas proporciones.

Muchos de los óxidos de nitrógeno son incoloros e inodoros. Se forman producto de la combustión donde las principales fuentes de NOx lo representan los automóviles, las centrales eléctricas y otras fuentes industriales.

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En la atmósfera, los óxidos de nitrógeno pueden contribuir a la formación de ozono fotoquímico (smog o niebla contaminante), contribuir al calentamiento global y provocar lluvia ácida. También genera consecuencias para la salud, como irritación a los ojos, la nariz, la garganta, los pulmones, y posiblemente causar tos, cansancio y náusea ((EPA), 1999).

1.3.4 Monóxido de carbono Es un gas incoloro e inodoro. Es muy estable y tiene una vida media en la atmósfera de 2 a 4 meses. Las emisiones globales del monóxido de carbono son grandes, de las cuales aproximadamente el 20% es obra del hombre. Altas concentración de CO pueden causar cambios fisiológicos y patológicos y, finalmente, la muerte. El monóxido de carbono es un veneno que inhalado priva a los tejidos del cuerpo del oxígeno necesario. La exposición a concentraciones más altas ha mostrado evidencia de fatiga psicológica en los pacientes con afecciones del corazón. Se considera 100 ppm como el límite superior de seguridad en la industria para individuos saludables dentro de ciertos rangos de edad, y para una exposición de 8 horas. A 100 ppm, la mayoría de las personas experimentan mareos, dolores de cabeza y cansancio (Wark, 1990).

1.3.5 Cloruros y fluoruros

Los compuestos halogenados con mayor incidencia sobre la calidad del aire son los compuestos de flúor, de cloro y los freones, compuestos de cloro y flúor. La similitud que presentan estos elementos con respecto a sus propiedades químicas se evidencia en sus efectos fisiológicos. Los gases (flúor y cloro) son irritantes del aparato respiratorio. La inhalación de concentraciones relativamente bajas de estos gases y vapores produce una sensación desagradable y picante que va seguida por sensación de ahogo, tos y sensación de opresión torácica. Las lesiones del tejido pulmonar asociadas a estos compuestos pueden determinar la aparición de un edema pulmonar, que puede ser mortal.

Además, al reaccionar con el vapor de agua, se forma el ácido fluorhídrico, que es muy corrosivo. Estos compuestos tienen efectos negativos sobre la capa de ozono y es por ello que se está limitando su uso.

1.3.6 Compuestos orgánicos volátiles (COV’s) Los COV´s agrupan a una gran cantidad de sustancias químicas que se convierten fácilmente en

vapores o gases y que pueden tener diferentes efectos nocivos sobre el medio ambiente y la salud. La consecuencia sobre la salud, depende del compuesto y el período de exposición al mismo. La

exposición a largo plazo a estos COV´s puede causar efectos cancerígenos, lesiones de hígado, riñones y sistema nervioso central, mientras que a corto plazo puede causar irritación de los ojos y vías respiratorias, dolor de cabeza, mareos, trastornos visuales, fatiga, pérdida de coordinación, reacciones alérgicas de la piel, náuseas y trastornos de memoria.

Algunos ejemplos de COV son gasolina, benceno, formaldehído, disolventes como tolueno y xileno, estireno y percloroetileno (o tetracloroetileno), el principal disolvente usado en la industria de lavado en seco. Muchos se usan comúnmente en disolventes de pintura y de laca, repelentes de polillas, aromatizantes del aire, sustancias en aerosol, disolventes de grasa, productos de uso automotor y líquidos para la industria de lavado en seco.

1.3.7 Metales pesados Los metales pesados forman parte de los componentes que hay de forma natural, aunque una

gran parte de estos son liberados por la acción del hombre. Tienen la capacidad de permanecer en el ambiente durante cientos de años, por lo tanto, nuestra exposición a estos tóxicos se ve aumentada.

Su peligrosidad está en que se acumulan en el organismo y no son eliminados. Estos compuestos afectan principalmente a los órganos como los riñones, hígado, pulmones y también al sistema nervioso (central y periférico). La exposición a metales pesados a lo largo del tiempo está relacionada

https://toxtown.nlm.nih.gov/espanol/chemicals.php?id=37





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con varios tipos de cáncer, problemas en el desarrollo de fetos y niños, artritis, enfermedades cardiovasculares, dolencias renales, etc.

Entre ellos se pueden destacar: plomo, mercurio, arsénico, berilio, cromo, cadmio, cobre, etc. En la Figura [12], se representa el balance de masa de algunos contaminantes partir de la fabricación de una tonelada de cemento, donde también se puede apreciar la cantidad de energía necesaria para dicho proceso.

Figura 12: Balance de masa para la fabricación de 1t de cemento (Villemur, 2015).

1.4 Caracterización atmosférica Todos los contaminantes del aire emitidos por fuentes puntuales son transportados, dispersos, o

concentrados según las condiciones meteorológicas y topográficas que prevalecen en el sitio. El ciclo de estadía aérea se inicia con la emisión de los contaminantes, seguido por su transporte y difusión en la atmósfera. Este se completa cuando los contaminantes se depositan sobre la vegetación, el ganado, las superficies del suelo, del agua, y otros objetos, cuando son arrastrados de la atmósfera por lluvia, o cuando se escapan al espacio. En algunos casos los contaminantes se pueden volver a introducir en la atmósfera por la acción del viento (Wark, 1990).

Son diversos los parámetros atmosféricos a analizar que caracterizan a la atmósfera, los cuales serán detallados en las secciones siguientes.

1.4.1 Estabilidad atmosférica Este parámetro define fundamentalmente el grado de turbulencia de la atmósfera en un

determinado periodo de tiempo. Se define una atmósfera estable como aquella que no muestra mucho mezclado o movimientos verticales. De ahí resulta que los contaminantes emitidos cerca de la superficie del suelo tienden a permanecer ahí. El grado de mezclado depende de: el gradiente de temperatura con la altura y de la turbulencia mecánica debido a la acción cortante del viento. La posibilidad de que ocurra mezclado térmico se puede determinar por comparación del gradiente actual de temperatura ambiental o tasa de cambio con la tasa de cambio adiabática.

Cuando la tasa de cambio ambiental es mayor que la tasa de cambio adiabática seca, Γ, se dice que la atmósfera es superadiabática, esto quiere decir que el gradiente de temperatura existente es mayor que el gradiente de temperatura adiabático seco. Cualquier tipo de atmósfera que tenga una tasa de cambio superadiabática es inestable, ya que cualquier perturbación en la dirección vertical tiende a ser aumentada.

Cuando la tasa de cambio ambiental es aproximadamente la misma que la tasa de cambio adiabática seca, se dice que la atmósfera tiene una estabilidad neutral. Cualquier porción de aire que

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es arrastrada rápidamente hacia arriba o hacia abajo tendrá la misma temperatura que el ambiente a la nueva altura.

Si la tasa de cambio ambiental es menor que la tasa de cambio adiabática seca, la atmósfera entonces es subadiabática, por lo tanto, es estable. Cualquier porción de aire súbitamente desplazada verticalmente tendrá la tendencia a regresar a su posición original (Wark, 1990).

Figura 13: Tasa de cambio relacionada con la estabilidad atmosférica.

En la Figura [14], se presentan los efectos visibles que provocan diferentes gradientes térmicos verticales en plumas de chimeneas. Se presentan cinco ejemplos, dentro de ellos se puede apreciar el ejemplo de fumigación, el cual constituye una situación de contaminación atmosférica peligrosa, dada la difusión hacia el suelo de las emisiones. Los gradientes térmicos verticales se expresan gráficamente mediante la curva de estado con la referencia de la adiabática seca.

Figura 14: Formas de los penachos de humo según la estratificación del aire (Iowa State University, 2017).

1.4.2 Temperatura potencial Otro de los parámetros que indica la estabilidad de la atmósfera es el gradiente de temperatura

potencial. La temperatura potencial, θ, del aire seco se define como la temperatura que tendría un volumen de aire si se llevara por un proceso adiabático de su presión existente P a una presión normal P0 de 1000 mbar.

(−𝑑𝑇

𝑑𝑍) < 𝛤

(−𝑑𝑇

𝑑𝑍) > 𝛤

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𝜃 = 𝑇 (𝑃0

𝑃)

(𝐾−1)

𝐾 Ecuación [1]

Donde k es la relación entre los calores específicos, (k-1)/k toma el valor 0,288 para el aire

atmosférico seco en la atmósfera baja (Wark, 1990). El gradiente de temperatura potencial se puede expresar en términos del gradiente de la

temperatura ambiental y la tasa de cambio adiabática seca, Γ, como se muestra en la Figura siguiente,

Figura 15: Proceso adiabático por el que se define la temperatura potencial (Wark, 1990).

∆𝜃

∆𝑧= (

∆𝑇

∆𝑧)𝑎𝑚𝑏

+ 𝛤 = (∆𝑇


− (∆𝑇

∆𝑧)𝑎𝑑𝑖𝑎

Ecuación [2]

Cuando la temperatura disminuye con la altura como en la atmósfera normal, (∆𝑇


será

negativo. Cuando (∆𝑇


es más negativo que el gradiente de temperatura adiabática seca, ∆𝜃

∆𝑧 será

negativo o menor que cero. Un gradiente negativo de temperatura potencial está asociado con una

atmósfera inestable (superadiabática). Así mismo, cuando (∆𝑇


es menos negativo o hasta

positivo cuando se le compara con el gradiente de temperatura adiabática seca (condición subadiabática), el gradiente de temperatura potencial es positivo y la atmósfera es estable. Cuando ∆𝜃

∆𝑧 es cero, la atmósfera es neutral (Wark, 1990).

1.4.3 Rosa de los vientos Para realizar una estimación precisa de las direcciones predominantes en la que los

contaminantes en la atmósfera son transportados se requiere conocer la rosa de los vientos. Esta es una gráfica que representa la frecuencia de ocurrencia de vientos en cada dirección del viento especificado y las clases de velocidad de este para una ubicación y un período de tiempo determinado. La distribución de las velocidades del viento en cada dirección está determinada por la longitud de las secciones individuales de un rayo determinado. Cuando la velocidad de viento es inferior a 1 m/s, el viento se considera como calma; en este caso no se le asocia ninguna velocidad del viento.

1.4.4 Corrección de la velocidad de los vientos con altura El movimiento de aire cerca de la superficie del terreno está retrasado por los efectos de fricción

proporcionales a la rugosidad de la superficie. Por lo tanto, la naturaleza del suelo produce un gradiente de velocidad del viento en la dirección vertical. La capa de aire (Capa limite planetaria) que está influenciada por la fricción se extiende desde algunos cientos de metros hasta varios kilómetros

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por encima de la superficie del suelo. La altura de esta capa limite es mayor en el caso de condiciones inestables que en el caso de condiciones estables, generando una mayor dispersión de los contaminantes en las condiciones inestables.

Debido al cambio apreciable en la velocidad del viento con la altura, dentro de la capa limite planetaria, cualquier valor de la velocidad del viento se deberá citar haciendo referencia a la elevación en que fue medida. La altura internacional convenida para las mediciones del viento superficial es de 10 m (Wark, 1990).

La ley de exponenciales Deacon es de utilidad para capas límites de hasta varios cientos de metros de altura. Esta permite estimar la velocidad del viento a cualquier altura a partir de una medición a 10 m sobre el suelo.

𝑈

𝑢= (

𝑍

𝑧)𝑝 Ecuación [3]

Donde U es la velocidad del viento a la altura Z, u es la velocidad del viento a la altura z y p es el

exponente positivo, con un valor entre 0 y 1. El espesor de la capa límite, y por tanto el perfil de la velocidad del viento, es una función de la

estabilidad atmosférica. Por ello, Sutton ha sugerido que p se puede relacionar con un parámetro n que es una función de la estabilidad de la atmósfera (Sutton, 1947).

𝑝 =𝑛

2−𝑛 Ecuación [4]

Los valores de n para las diferentes condiciones de estabilidad se presentan a continuación:

Tabla 1: Relación entre el parámetro de estabilidad y la condición de estabilidad de la atmósfera (Wark, 1990).

Condición de Estabilidad n

Tasa de cambio grande 0.20 Tasa de cambio pequeña o cero 0.25

Inversión moderada 0.33 Inversión grande 0.50

1.4.5 Altura máxima y mínima de mezclado atmosférico Los contaminantes liberados a la atmósfera se mezclan, reaccionan y diluyen en un espesor

definido de atmósfera, llamado capa de mezcla, que va de uno pocos cientos de metros de altura hasta dos o tres kilómetros. El espesor de la capa de mezcla varía en un mismo día, desde un valor mínimo en las primeras horas de la mañana, hasta un valor máximo, poco antes de que se ponga el sol. Los espesores mínimos y máximos cambian de un día a otro, con las condiciones de estabilidad o inestabilidad atmosférica y con la tasa de insolación recibida (Dr. Vázquez, 2011).

El mezclado convectivo y turbulento ayuda a la dispersión de contaminantes en la atmósfera baja. Mientras más grande sea el alcance vertical mayor será el volumen de la atmósfera disponible para diluir la concentración de los contaminantes (Wark, 1990).

Los efectos de flotación térmica determinan la altura de la capa convectiva de mezclado, denominada, altura máxima de mezclado (AMáxM) (Wark, 1990).

Cuando una porción de aire se calienta por radiación solar en la superficie del suelo, su temperatura se eleva por encima de la del aire circundante y adquiere flotabilidad (Wark, 1990).

Para el cálculo del espesor de la capa de mezcla existen varias alternativas que pueden ser empleadas en dependencia de los datos que se disponen. La más aceptada, y la utilizada para este trabajo, es el método de Holzworth [1972], el cual determina la altura de la capa de mezcla a partir de los resultados de los sondeos de aire superior (Holzworth, 1972).

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El primer perfil adiabático seco para el cálculo de la altura mínima de mezclado (AMínM) se establece tomando como temperatura superficial la temperatura más baja que se registre entre las 0 y las 6 A.M, tiempo local (Dr. Vázquez, 2011). Para el caso en estudio no se considera el efecto de isla de calor (situación urbana de acumulación de calor por la enorme cantidad de concreto y demás materiales absorbentes de calor de una cuidad), por tratarse de una zona rural. Al no tener en cuenta este efecto se considera para los cálculos la temperatura real medida, sin sumar °C.

La altura mínima de capa de mezcla se ubica en el cruce del perfil térmico ambiental (T vs Z) con el primer perfil del adiabático seco, como se muestra a la izquierda de la Figura [16]. La altura máxima de la capa de mezcla se obtiene cruzando el perfil ambiental con el segundo perfil adiabático seco; el cual toma en este caso como temperatura del piso, la temperatura máxima del día, la cual típicamente se presenta entre las 2 y las 6 de la tarde, tiempo local (Dr. Vázquez, 2011).

Figura 16: Determinación gráfica de la altura mínima (Izquierda) y máxima (Derecha) de la capa de mezclado.

Durante una fuerte inversión por la noche, el valor de la AMáxM puede ser esencialmente cero,

mientras que durante el día pueden tomar valores de 2000 y 3000 m. Sobre una base estacional, la AMáxM promedio es mínima en invierno (Jun) y máxima a principio del verano (Dic-Ene) (Wark, 1990).

1.5 Análisis de la topografía La topografía juega un rol fundamental en la manera en que un gas emitido por una chimenea se

dispersa en el aire. Modelos de dispersión “avanzados” requieren de un conocimiento detallado de la topografía a través de modelos de elevación. Sin embargo, modelos simples como el MDG solo necesitan de clasificaciones groseras. En este sentido, se clasifican como terrenos complejos, donde las elevaciones de terreno exceden la altura de la chimenea, para este tipo de terreno se espera que ocurran impactos máximos de la pluma en el terreno elevado bajo condiciones estables; terreno elevado simple, donde las alturas del terreno exceden la base de la chimenea pero se mantienen por debajo de la altura de ésta, o terreno simple plano, donde se supone que las alturas del terreno no exceden a la elevación de la base de la chimenea.

Por otro lado, toda edificación que se interponga de alguna manera en el camino de la pluma de gases supondrá un cambio en la concentración de los contaminantes debido a la turbulencia generada. Sin embargo, en este trabajo despreciamos los efectos de la presencia de edificios o construcciones en el área de modelación por tratarse de un área fundamentalmente rural.

1.6 Altura efectiva de la chimenea A medida que los gases calientes emitidos por las chimeneas, se mezclan con el aire del ambiente

generan una pluma, la cual aumenta su diámetro mientras viaja a sotavento. Al entrar en la

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atmósfera, estos gases adquieren momentum, al ser más cálidos que el aire circundante y por lo tanto menos densos que el aire exterior. La combinación del momentum y la flotabilidad de los gases hace que estos se eleven. Este fenómeno, conocido como elevación de la pluma, permite que los contaminantes emitidos al aire en esta corriente de gas se eleven a una altura mayor en la atmósfera. Al estar en una capa atmosférica más alta y más alejada del suelo, la pluma experimentará una mayor dispersión antes de llegar a este, como se aprecia en la Figura [17].

La altura final de la pluma, conocida como altura efectiva de chimenea (H), es la suma de la altura

física de la chimenea (h) y la elevación de la pluma (h) ((CEPIS), 2005).

Figura 17: Esquema de la altura real, efectiva y virtual para una fuente puntual.

Básicamente, tres conjuntos de parámetros controlan la altura efectiva que alcanzará una pluma. Estos son: las características físicas de la chimenea, las condiciones meteorológicas, y la naturaleza física y química del efluente (Wark, 1990).

Existen numerosos métodos para calcular ∆h, entre los cuáles el método de Briggs es uno de los más aceptados e incorporados como método de referencia en la legislación provincial.

∆ℎ =114𝐶𝐹

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𝑢 Ecuación [5]

Donde La constante 114 tiene unidades de [m2/3]. u= Velocidad del viento [m/s]. F= Parámetro de flotabilidad.

𝐹 =𝑔𝑉𝑠𝑑

2(𝑇𝑠−𝑇𝑎)

4𝑇𝑠 Ecuación [6]

g= Aceleración de la gravedad VS= Velocidad de salida del gas d= Diámetro de la chimenea TS= Temperatura de salida del gas Ta= Temperatura ambiente

𝐶 = 1.58 − 41.4 (∆𝜃

∆𝑧) Ecuación [7]

∆𝜃

∆𝑧 es gradiente de temperatura potencial, el cual permite ajustar la elevación de la pluma a

diferentes condiciones de estabilidad (Wark, 1990).

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1.7 Marco normativo La legislación de protección atmosférica y de regulación de las emisiones de efluentes gaseosos se detallan en el Anexo I, las cuales son:

Ley Nacional N°20284/73 - Contaminación Atmosférica. Establece normas que deberán aplicarse a todas las fuentes capaces de producir contaminación atmosférica ubicadas en jurisdicción federal y en la de las provincias que adhieran a la misma.

Ley Provincial N°5965/63 - Ley de protección a las fuentes de provisión y a los cursos y cuerpos receptores de aguas y a la atmosfera. Regula a todos los generadores de efluentes gaseosos, incluyendo a las reparticiones del Estado, las entidades públicas y privadas, y a los particulares que envíen efluentes de este tipo a la atmósfera.

Decreto N°3395/96 - Reglamento de la Ley Nº 5965. Presenta la norma de calidad de aire ambiente y los niveles guía de emisión para contaminantes habituales presentes en efluentes gaseosos de fuentes industriales dentro de la provincia de Buenos Aires. Resolución 242/1997 - Instructivo para la aplicación de modelos de difusión atmosférica a efluentes gaseosos.

Esta última presenta un instructivo que tiene como objetivo estimar la calidad de aire mediante modelación matemática simulando el comportamiento de contaminantes en la atmósfera, y con ello poder comparar con las normas y los niveles guía de calidad de aire ambiente fijados por el Decreto 3395/96.

1.8 Modelos de dispersión

Una vez que los gases y partículas son liberados a la atmósfera desde una fuente fija (en este caso chimeneas), estos son transportados, dispersados y eventualmente depositados en el suelo en función de cuatro conjuntos de parámetros y/o variables: a) las características físicas del gas liberado; b) las características constructivas de la fuente; c) las características topográficas de la zona de influencia; y por último, y más importante d) las características climatológicas de la región al momento de la emisión de los gases y partículas. Estos cuatro grupos de parámetros constituyen los datos básicos necesarios para llevar adelante un proceso de modelación del trasporte y dispersión de los contaminantes mediante la utilización de modelos matemáticos que tienen el propósito de pronosticar la concentración de un contaminante a una distancia especifica de la fuente (Wark, 1990).

A continuación se describen los fundamentos de los diferentes modelos que serán empleados en este trabajo.

1.8.1 Resolución 242/1997 - Instructivo para la aplicación de modelos de difusión atmosférica a efluentes gaseosos.

La resolución 242/1997 presenta las etapas para la elaboración del impacto ambiental atmosférico producido por fuentes de emisión de efluentes gaseosos.

La metodología desarrollada está dividida en tres etapas; Etapa I: análisis mediante Sondeo Simple, es utilizado para determinar de manera aproximada las concentraciones de contaminantes en aire esperables en las condiciones más desfavorables, Etapa II: análisis mediante Sondeo Detallado, tiene los mismos objetivos que la Etapa I pero su metodología de cálculo es más compleja para obtener mayor exactitud, en esta Etapa se sugiere el uso del programa Screen3; y Etapa III: análisis mediante modelación detallada, la cual excluye el uso de modelos de sondeo, y requiere la

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utilización de información meteorológica horaria como base de entrada de modelos complejos y detallados como el programa AERMOD1.

Etapa I - Sondeo Simple Para estimar el impacto sobre la calidad del aire producido por fuentes puntuales fijas

estacionarias de emisión de efluentes gaseosos se deben conocer algunas características de las fuentes de emisión:

Caudal másico de emisión (Q) (mg/s)

Altura de la chimenea o conducto (h) (m)

Temperatura de los gases a la salida de la chimenea (Ts) (°K)

Diámetro interno de la chimenea o conducto (d) (m)

Velocidad de salida de los gases de la chimenea (Vs) (m/s) Parámetros supuestos para la aplicación de la Etapa I:

Ta = 293 °K: Temperatura del aire ambiente. u = 1 m/s, 2m/s, 3 m/s, 5 m/s, 10 m/s: Velocidad del viento.

Consideraciones Generales: El procedimiento descripto y utilizado en esta Etapa, está basado en el modelo de difusión

atmosférico gaussiano. El objetivo de este procedimiento de sondeo es evaluar en forma global y general en primera

instancia el impacto ambiental atmosférico producido por fuentes estacionarias de emisión de efluentes gaseosos. Este procedimiento puede ser aplicado a fuentes puntuales elevadas cuando los períodos de tiempo de las concentraciones medias calculadas estén comprendidos entre 15 minutos y 1 año.

Cuando se aplica este procedimiento a fuentes puntuales elevadas, se supone que se cumplen las siguientes condiciones:

No existe remoción de los contaminantes.

La pluma de contaminantes no impacta sobre terreno elevado. El procedimiento de sondeo simple (Etapa I), detallado a continuación, calcula la concentración

media horaria máxima de contaminantes en aire a nivel del suelo (1° a 6° pasos). Para obtener las concentraciones medias máximas para otros tiempos de promedio, los valores medios horarios obtenidos en los pasos anteriores deben ser multiplicados por los factores de corrección adecuados (7° paso). Posteriormente, es necesario adicionar la concentración de "fondo" (8° paso) para encontrar la concentración total estimada. Esta estimación debe ser comparada con el 30 % del valor del límite máximo admisible correspondiente establecido por el Decreto 3395/96 de la Ley de la Provincia de Buenos Aires 5965 (9° paso).

1° Paso: Estimación de la elevación normalizada de la pluma de contaminantes (uDh) que es aplicable a fuentes que emiten contaminantes a la atmósfera durante condiciones atmosféricas inestables y neutras. Las condiciones estables no son explícitamente consideradas en este procedimiento de sondeo simple debido a que el mismo no debe ser utilizado con fuentes de emisión cuya altura efectiva es menor que 10 m o casos en los que hay intercepción de la pluma con el terreno. Primero, se calculará el parámetro de empuje térmico (Fb):

𝐹𝑏 = 𝑔𝑉𝑠𝑑𝑠2 (

𝑇𝑆−𝑇𝑎

4𝑇𝑆) Ecuación [8]

Dónde: g es la aceleración de la gravedad (m/seg2)

1

El AERMOD es un simulador de dispersión de contaminantes en aire que analiza de forma intuitiva y estable, la concentración y

deposición de la contaminación atmosférica originada por diversas fuentes. Este modelo, a diferencia del SCREEN3 analiza individualmente cada combinación de variables (mediciones en chimenea y meteorológicos) en períodos de 1 hora, para al menos 1 año de datos, con lo que la cantidad de datos necesarios para "correr" el modelo son muy grandes y difíciles de conseguir.

28

La elevación normalizada de la pluma de contaminantes (uDh) se obtiene de la siguiente manera: a) Si Fb<55m4/s3 → uDh(m2/s)=21,4 Fb3/4 Ecuación [9] b) Si Fb≥55m4/s3 → uDh(m2/s)=38,7 Fb3/4 Ecuación [10]

2° Paso: El valor de uDh obtenido mediante las ecuaciones [9] o [10] debe ser dividido por cada

una de las cinco velocidades del viento, (u= 1.0, 2.0, 3.0, 5.0 y 10.0 m/s) para obtener la elevación de la pluma de contaminantes correspondiente a cada velocidad del viento:

∆ℎ =𝑢𝐷ℎ

𝑢 Ecuación [11]

Si Ts < Ta o el conducto posee sombrerete debe considerarse Dh = 0.

3° Paso: La obtención de la altura efectiva de la emisión (H) se realizará para cada una de las velocidades del viento utilizadas, (u= 1.0, 2.0, 3.0, 5.0 y 10.0 m/s), sumando la elevación de la pluma de contaminantes (∆h) a la altura de la chimenea o conducto considerado (h):

H = ∆ℎ + ℎ Ecuación [12]

4° Paso: Para cada altura efectiva de emisión obtenida en el 3er. paso se calculan los valores de

[Cu/Q] utilizando la siguiente expresión: 𝐶𝑢

𝑄= 0,0414𝐻1,5 Ecuación [13]

5° Paso: Se divide cada valor de [Cu/Q] por la velocidad del viento respectivo para determinar los

valores correspondientes de [C/Q]: 𝐶

𝑄=

𝐶𝑢 𝑄⁄

𝑈 Ecuación [14]

6° Paso: Se multiplica el valor máximo de la concentración dividido por Q obtenido en el 5to. paso

por el caudal másico de emisión (Q) (mg/s) y se incorpora el factor 2 como margen de seguridad para obtener la concentración media horaria máxima a nivel del suelo (C1) (mg/m3) originada por los contaminantes emitidos desde la chimenea considerada:

𝐶1 = 2𝑄 𝐶 𝑄⁄ Ecuación [15]

El margen de seguridad (factor 2) es incorporado en el procedimiento de sondeo simple para

tener en cuenta las inexactitudes inherentes a la estimación de la concentración obtenida mediante el cálculo de este tipo.

Si se consideran más de una chimenea es necesario aplicar este procedimiento separadamente a cada una de ellas. Luego, los valores de la concentración media horaria máxima de contaminantes en aire a nivel del suelo obtenidos para cada chimenea deben ser sumados y la concentración media horaria máxima debida a todas las fuentes en estudio es obtenida.

7° Paso: Para encontrar la concentración media para un período de tiempo mayor que 1 hora se debe multiplicar la concentración media horaria máxima debida a todas las fuentes en estudio por el factor de corrección que corresponda según lo siguiente:

𝐶15𝑚𝑖𝑛.𝑡 = 1.5𝐶1𝑘𝑡 Ecuación [16] 𝐶3ℎ.𝑡 = 0.9𝐶1𝑘𝑡 Ecuación [17] 𝐶8ℎ.𝑡 = 0.7𝐶1𝑘𝑡 Ecuación [18] 𝐶24ℎ.𝑡 = 0.4𝐶1𝑘𝑡 Ecuación [19]

𝐶3𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠.𝑡 = 0.12𝐶1𝑘𝑡 Ecuación [20] 𝐶1𝑎ñ𝑜.𝑡 = 0.08𝐶1𝑘𝑡 Ecuación [21]

8° Paso: Como las concentraciones calculadas se comparan con el 30% del límite máximo

admisible de calidad de aire, las concentraciones calculadas deben dividirse por 0,30.

29

9° Paso: A continuación deben incorporarse las concentraciones para cada contaminante y

período de tiempo establecidos en el Decreto N° 3395/96 debidas a otras fuentes o concentraciones "de fondo" (Cb), de tal manera que la concentración total estimada (Cmáx) (mg/m3) queda:

𝐶𝑚á𝑥 = 𝐶𝑃 + 𝐶𝑏 Ecuación [22]

Si las concentraciones así calculadas son inferiores al límite máximo admisible de calidad de aire establecidos en el Decreto N° 3395/96 y Resoluciones dictadas en consecuencia, la fuente o fuentes de emisión estudiadas pueden ser consideradas ambientalmente adecuadas y no es necesario realizar un análisis posterior, es decir proseguir con la Etapa II del análisis.

Tratamiento del material particulado. Suspensión y depósito: Las partículas sólidas están sometidas en forma simultánea a los efectos gravitatorio y dispersivo

en la atmósfera turbulenta. Para el cálculo de las concentraciones de partículas depositadas y en suspensión resulta necesario contar con la información de la distribución del tamaño de las partículas emitidas desde las chimeneas.

La velocidad terminal para un flujo laminar se calcula por medio de la Ley de Stokes, considerando las partículas con forma esférica.

𝑉𝑡 =𝑔𝑑𝑝

2𝜌𝑝

18𝜇𝑔 Ecuación [23]

Donde dp= Diámetro de las partículas ρp= Densidad de las partículas µg= Viscosidad de las partículas

Concentraciones máximas para otros períodos de tiempo de corto plazo. Para aquellos contaminantes incluidos en el Decreto N° 3395/96 cuyos límites máximos

admisibles de corto plazo correspondan a períodos diferentes a una hora, se pueden obtener los valores de concentración máxima (CM) promedio de acuerdo a la Ecuación [24].

𝐶𝑚á𝑥(t) = 𝐶𝑚á𝑥(60). (𝑡

60)0,20

Ecuación [24]

Donde t es el período promedio (minutos).

1.8.2 Modelo de Dispersión Gaussiano El MDG es uno de los tantos modelos que existen para estimar la concentración de un

contaminante atmosférico emitido desde una fuente, este modelo se destaca por su relativa simpleza.

La formulación matemática del modelo se basa en una serie de hipótesis, entre las que se destacan:

Estado estacionario de condiciones de emisión.

La difusión de masa es despreciable en la dirección predominante del viento (eje x).

La velocidad del viento u se considera constante en el eje x y las variaciones de ésta en las demás coordenadas es muy pequeña y se puede despreciar.

La fuente puntual se localiza en x = 0 y a la altura efectiva de chimenea es H.

El contaminante no experimenta ninguna reacción química.

No hay remoción en superficie, no hay sumideros.

La difusión en el eje del viento es despreciable, respecto del transporte.

30

La Figura [18] muestra una representación completa de lo que ocurre con la emisión de contaminantes a la atmósfera determinados por el MDG, donde se diferencia la dispersión de contaminantes que se produce en la dirección predominante del viento x y la dispersión conforme a curvas gaussianas en las direcciones y y z, dirección ortogonal al plano xz y en la dirección vertical respectivamente.

Figura 18: Sistema de coordenadas y geometría básica de la ecuación gaussiana de la pluma.

La formulación matemática para el caso en el cual los contaminantes se liberan a la altura de la chimenea y sin efecto de la reflexión del suelo, se describe a continuación:

𝐶(𝑥, 𝑦, 𝑧) =𝑄

2𝜋𝑢𝜎𝑦𝜎𝑧𝑒𝑥𝑝[

−1

2(𝑦2

𝜎𝑦2+

(𝑧−𝐻)2

𝜎𝑧2)] Ecuación [25]

Donde C: Concentración del contaminante en µg/m3

Q: Emisión de gas en µg/s z: Distancia en el eje z en m y: Distancia en el eje y en m h: Altura de la chimenea en m H: Altura efectiva de la chimenea en m 𝜎𝑦𝜎𝑧: Desviaciones normales horizontal y vertical respectivamente

Una de las hipótesis es que los gases se reflejan una vez que alcanzan la superficie del suelo. Por

este motivo se debe aplicar una modificación a la Ecuación [25] para tener en cuenta este efecto asumiendo una fuente imaginaria, como se muestra en la Figura [19], con una localización en z=-H, x e y = 0 formando así una imagen espejo de la fuente original. La concentración será mayor a la determinada sin tomar en cuenta la reflexión del contaminante ya que existe una superposición de dos curvas gaussianas, la primera corresponde a la fuente virtual en H y la otra en –H. La formulación matemática que resulta de esta superposición es la ecuación [26]:

𝐶(𝑥, 𝑦, 𝑧) =𝑄

2𝜋𝑢𝜎𝑦𝜎𝑧[𝑒𝑥𝑝 − (

𝑦2

2𝜎𝑦2)] [𝑒𝑥𝑝[

−(𝑧−𝐻)2

2𝜎𝑧2 ] + 𝑒𝑥𝑝[

−(𝑧+𝐻)2

2𝜎𝑧2 ]] Ecuación [26]

31

Figura 19: Uso de una fuente imaginaria para describir matemáticamente la reflexión gaseosa en la superficie terrestre (Wark, 1990).

La expresión reducida del MDG cuando se considera la reflexión a nivel del suelo es la Ecuación

[27], la cual representa la concentración a nivel del suelo (z=0) y en el eje central de la pluma o del viento (y=0).

𝐶(𝑥, 0,0) =𝑄

𝜋𝑢𝜎𝑦𝜎𝑧𝑒𝑥𝑝[− (

𝐻2

2𝜎𝑧2)] Ecuación [27]

Para la evaluación del material particulado será necesario usar una corrección a la magnitud (z-H)

en la ecuación del MDG sin reflexión, Ecuación [25], que tenga en cuenta la velocidad de sedimentación de las partículas y que el suelo actúa como sumidero.

La distancia de caída libre de una partícula con una velocidad terminal o de asentamiento Vt es simplemente Vtt; donde t es el tiempo que le toma a la corriente principal del contaminante para alcanzar una distancia x en la dirección del viento. El tiempo t se expresa también por x/u. Por tanto, la distancia de caída libre que es necesario aplicar como corrección es Vtx/u. Para un diámetro de 10 µm la velocidad terminal toma el valor 0,003 m/s (Gómez, 2008).

La concentración a nivel del suelo a lo largo de la línea central tiene un especial interés por que es máxima. Haciendo y=0 y z=0, se encuentra que

𝐶(𝑥, 0,0) =𝑄

2𝜋𝑢𝜎𝑦𝜎𝑧𝑒𝑥𝑝{−

1

2[𝐻−

𝑉𝑡𝑥

𝑢

𝜎𝑧]

2

} Ecuación [28]

Los MDG son los modelos que se emplean para evaluar el efecto de emisiones puntuales hasta

distancias que no superen los 50 Km de distancia ((CEPIS), 2005). Los valores de σy y σz están relacionados con los coeficientes de difusión y difusibilidades de masa

de un gas a través de otros medios en las direcciones y y z. Las desviaciones horizontales y verticales, σy y σz son una función de la posición x en la dirección del viento así como de las condiciones de estabilidad atmosféricas (Wark, 1990).

Las desviaciones se pueden estimar empíricamente a través de las gráficas de Turner, Figura [20], o ecuaciones empíricas que relacionan los desvíos para diferentes distancias desde la fuente y para diferentes clases de estabilidad atmosférica. Así, a medida que nos alejamos de la fuente, como vemos en la Figura [21], el coeficiente de dispersión se incrementa, ya que el contaminante ha dispuesto de “tiempo” para difundirse o diluirse. Por otro lado, para una distancia dada, el coeficiente de dispersión es tanto más grande cuanto más inestable es la atmósfera, en otra palabras, una mayor turbulencia favorece la dispersión de los contaminantes. Por este motivo, los coeficientes son mayores de día que de noche, y mayores también en suelo urbano que en suelo rural.

32

Figura 20: Desviación normal, σy (Izquierda) y σz (Derecha), en dirección del viento cruzado como una función de la distancia en la dirección

del viento (Turner, 1967).

Figura 21: Perfil de concentración de contaminante en la dirección perpendicular al viento (eje y).

Las concentraciones que da lugar el MDG con los coeficientes de dispersión para zona rural

pueden calificarse como promedios para un intervalo de unos 10 minutos. Esto es debido a que suponen que el viento sopla siempre en idéntica dirección y de un modo continuado, correspondiendo estos valores a las observaciones meteorológicas para las que se aplica el cálculo, condiciones que difícilmente se mantendrán constantes si consideramos tiempos de promedio más largos (Jiménez, 2004).

La Figura [22] muestra los “contornos” de la pluma y las distribuciones de concentración tal como podrían observarse en una fotografía instantánea y en otras con un tiempo de exposición de algunos minutos y de algunas horas. Una fotografía instantánea de una pluma pone de manifiesto un comportamiento tortuoso con un ensanchamiento progresivo de éste a medida que se aleja de la fuente. Tiempos de promedio más largos dan una apariencia más uniforme de la pluma y una distribución de la concentración más suave.

33

Figura 22: Contornos de una pluma en función del tiempo de promedio.

Para evaluar las concentraciones medias en intervalos de tiempo superiores a los 10 minutos (por

ejemplo, 1 hora ó 3 horas) y sobre puntos receptores situados a lo largo de la proyección del eje de la pluma sobre el suelo, se deberá recurrir a leyes de extrapolación empíricas que no podrán llevarnos más allá del periodo trihorario debido al carácter no estacionario de la velocidad del viento y de la turbulencia atmosférica. En caso de aumentar el período de tiempo de promedio, se corre riesgo de perder precisión (Jiménez, 2004).

La ley que se propone para efectuar la extrapolación es:

𝐶2 = 𝐶1(𝑡1

𝑡2)𝑛 Ecuación [29]

Donde C2 es la concentración deseada, C1 es la concentración calculada por la ecuación de

dispersión, t2 es el período de muestreo en minutos, t1 es 10 min (Wark, 1990). El problema de la expresión radica en la fijación del exponente n, aunque existen diversos

criterios para su determinación, uno de los cuales, extraído del “Recommended Guide for the Prediction of the Dispersion of Airbone Effluents” (Jiménez, 2004), establece exponentes en función del tipo de atmósfera:

Atmósfera muy inestable (A): n=0,65 Atmósfera inestable (B, C): n=0,52 Atmósfera neutra (D): n=0,35 Por otro lado, el criterio de Hino (Jiménez, 2004), fija el exponente n en función del régimen de

vientos existentes: Régimen de vientos variables (Atmósfera inestable): n=0,5 Régimen de vientos persistentes (Atmósfera estable): n=0,2.

1.8.3 Modelo Screen3 El modelo Screen3 (MS3) fue desarrollado para proporcionar un método fácil de usar para obtener

estimaciones de concentración de contaminantes. El MS3 usa un modelo de pluma gaussiana que incorpora factores relacionados a la fuente y factores meteorológicos para calcular la concentración de contaminantes de fuentes continuas, por lo tanto, el modelo se basa en las mismas hipótesis del MDG.

Se ejecuta interactivamente en una computadora personal, lo que significa que el programa le hace al usuario una serie de preguntas con el fin de obtener los datos de entrada necesarios y para determinar qué opciones utilizar. Predice concentraciones para periodos de hasta 60 min, incluyendo el cálculo de concentraciones máximas (CM) a nivel de piso y la distancia a la máxima concentración (DMC).

El MS3 también puede calcular la CM a cualquier número de distancias especificadas por el usuario en un terreno simple, elevado o plano (EPA, 2000).

Datos de entrada

Tasa (o cantidad) de emisión (g/s)

Altura de la chimenea (m)

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Diámetro interior de la chimenea (m) Velocidad de salida del gas de la chimenea (m/s) o tasa de flujo (ACFM o m3/s)

Temperatura del gas de la chimenea (°K) Temperatura ambiente (°K) (por predeterminación 293°K si se desconoce).

Altura del receptor sobre el suelo (m) Opción urbana/rural (U = urbana, R = rural)

El MS3 valúa un rango de clases de estabilidad y velocidades del viento para identificar el "peor caso" de condiciones meteorológicas, es decir, la combinación de velocidad del viento y estabilidad que resulta en máximas concentraciones a nivel de piso (EPA, 2000).

Dado que la salida de MS3 está referida a periodos promedio de 1 hora, en aquellas situaciones para las cuales la normativa indica los límites máximos admisibles de corto plazo para períodos diferentes, se pueden obtener los valores de CM promedio de acuerdo a la Ecuación [24] (Gómez, 2008).

Para periodos mayores que 1 hora es recomendado usar los factores de conversión dados en la Tabla [2].

Tabla 2: Factor de corrección para el cálculo de CM (USEPA, 1992).

1.8.3.1 Diferencias entre el MDG (manual) y el MS3 Como se mencionó en el apartado anterior el MS3 se basa en las mismas suposiciones que el MDG, y para muchas fuentes los resultados serán muy similares, con concentraciones máximas estimadas que difieren en aproximadamente 5%. Sin embargo, para algunas fuentes, particularmente fuentes altas con alta flotación, las diferencias en las concentraciones calculadas podrían ser más grandes, con los cálculos manuales los resultados podrían exceder al MS3 en hasta un 25%.

El MS3 examina un amplio rango de condiciones meteorológicas, incluyendo todas las clases de estabilidad y velocidades del viento para encontrar impactos máximos, mientras que en los cálculos manuales, solo se examina un subconjunto de las condiciones meteorológicas. Son examinadas aquellas condiciones meteorológicas que contribuyen a la CM.

El MS3 no puede determinar explícitamente impactos máximos de múltiples fuentes, excepto en el proceso para utilizar múltiples chimeneas cercanas por medio de la unión de las emisiones en una sola chimenea representativa. Dicho procedimiento se aplica a chimeneas de iguales dimensiones, con características similares de la masa gaseosa liberada y con una separación no mayor a 100 metros (USEPA, 1992).

El MS3 estima MC de partículas despreciando la velocidad de sedimentación, mientras que los cálculos manuales estiman las CM de partículas considerándola (EPA, 2000).

35

Figura 23: Rango Espacio - Temporal en diversos modelos (Modelo Screen, 2016).

Se puede apreciar en la Figura [23] que el MS3 como se mencionó anteriormente tiene un rango

temporal que varía desde una hora a un día, mientras que el rango espacial varía desde los 10 m hasta aproximadamente 50 Km.

36

Metodología Capítulo 2:

37

2.1 Metodología En el siguiente apartado se describe la zona de estudio, se enuncian los criterios que se tuvieron en cuenta para el análisis y se describen los conductos utilizados. También se detallan los procedimientos realizados para los cálculos de la caracterización de la atmósfera, así como también la descripción de los modelos de dispersión.

2.2 Área de estudio El grupo Cementos Avellaneda (C.A.S.A.) cuenta con una planta de producción en Olavarría,

provincia de Buenos Aires, donde se fabrica cemento, cal hidratada y extra hidratada, pegamento perfecto, entre otros productos (Cemento Avellaneda S.A., 2016).

La planta está ubicada en el Paraje San Jacinto (Olavarría) a 16 km de la plata urbana, Figura [24]. Actualmente cuenta con un área de aproximadamente 25 km2 la cual se va extendiendo a través de los años.

Olavarría pertenece al sistema de Tandilia, un cinturón orográfico que se prolonga desde este partido hasta Sierra de los Padres, en una extensión aproximada de 350 km, la cual está compuesta por cerros, sierras y elevaciones menores. Las sierras no sobrepasan los 500 m sobre el nivel del mar y el suelo es rico en rocas graníticas, lo que ha permitido una ingente industria de la piedra (Lucía E. Gómez Peral, 2010).

Figura 24: Izquierda- Ubicación del partido de Olavarría dentro de la provincia de Bs As. Derecha- Casco urbano de la cuidad de Olavarría y

ubicación a la empresa Cementos Avellaneda S.A.

38

Figura 25: Izquierda- Estratigrafía general y distribución de los afloramientos del Sistema de Tandilia. Derecha- Mapa geológico-estructural de las Sierras Bayas en el área de estudio, partido de Olavarría (Sector NO del Sistema de Tandilia (Lucía E. Gómez Peral, 2010).

2.3 Caracterización Atmosférica

2.3.1 Estabilidad atmosférica Se realizó el análisis de la estabilidad para la ciudad de Olavarría utilizando los datos de radiosondeo obtenidos por la Estación Meteorológica del Aeropuerto Internacional de Ezeiza (875760) (University of Wyoming). Estos valores son tomados a las 12Z (GMT), es decir a las 9 a.m. hora local en cumplimiento de estándares internacionales. Por medio de los datos de radiosondeo se obtuvieron perfiles en altura de: presión, temperatura en °C y °K, humedad relativa, relación de mezcla, velocidad y dirección del viento, entre otros datos. Los datos analizados fueron tomados desde el 1 de Junio de 2014 hasta el 15 de Junio de 2016, los días 1 y 15 de cada mes durante los dos años, totalizando 50 datos. Los datos de radiosondeo inician en aproximadamente 20 m de altura hasta poco más de los 10 Km. Para el análisis de la estabilidad se tomó toda la columna atmosférica (10 Km), y hasta los 500 m donde ocurren las mayores variaciones atmosféricas. De la gráfica temperatura [°C] vs altura [m] se tomó el valor de la pendiente, y con los valores obtenidos se realizó un promedio por estación del año [°C/m]. Se realizó un cambio de unidades [°C/100m], se comparó con la Tabla [3] y con ello se obtuvo una estimación de la estabilidad.

Tabla 3: Categorías de estabilidad atmosféricas según el gradiente vertical de temperatura (Turtós Carbonell, 2007).

2.3.2 Temperatura potencial Se calculó la variación en altura de la temperatura potencial θ por estación del año a través

Ecuación [2], para ellos se tomó el valor de (∆𝑇


como el valor de las estabilidades por estación y

se consideró Γ como -0,98 °C/100 m. Luego se realizó el promedio para cálculo anual de la ∆θ/∆z. Como se mencionó en la sección 1.4.2 este valor además de utilizarse para determinar la altura

efectiva, nos indica el tipo de estabilidad predominante.

39

2.3.3 Rosa de los vientos La representación gráfica de la rosa de los vientos fue obtenida por medio de los datos

meteorológicos brindados por la estación Azul Aero (87641) a través del Servicio Meteorológico Nacional (National Centers for Environmental Information).

Se consideraron los datos de la estación Azul Aero, dado que Olavarría no cuenta con datos oficiales. La estación se encuentra situada a menos de 50 km de Olavarría, y no existen grandes variaciones topográficas en esta distancia, por lo que los datos se consideran válidos para el análisis.

Los datos fueron tomados desde el 1 de septiembre del 2012 al 1 de septiembre del 2016, todos los días en periodos de 3 horas (00, 03, 06, 09, 12, 15, 18 y 21 horas), por lo que se contó con 11497 datos. Estos se acomodaron en una tabla, la cual contiene: N° de la estación meteorológica, año, mes, día, horas, velocidad predominante y dirección.

A través del programa WR-PLOT (www.weblakes.com/products/wrplot/, mayo 2017) se creó la rosa de los vientos marcando la dirección hacia dónde se dirige el viento (Blowing to) (WRPLOT, 2015) y se realizó toda la estadística básica de distribución de velocidades de los vientos.

2.3.4 Corrección de la velocidad de los vientos con altura Luego del cálculo de la estabilidad, se determinó la velocidad del viento en altura por medio de la

ley de exponenciales Deacon, Ecuación [3]. Para ello se calculó el exponente p de acuerdo a la ecuación [4], con n según la condición de estabilidad, Tabla [1]. Las correcciones de velocidades se calcularon para las alturas 110 y 139 m, correspondiente a las chimeneas de los H3 y H4 respectivamente.

2.3.5 Temperatura media Se realizó un promedio de las temperaturas registradas desde el 1 de septiembre del 2012 al 1 de

septiembre del 2016, los datos se obtuvieron por medio de la estación Azul Aero (87641) a través del Servicio Meteorológico Nacional (Datos Meteorológicos, 2017). Donde se tuvieron en cuenta 8 temperaturas diarias, cada 3 horas, obteniendo un total de 11615 datos.

2.3.6 Altura máxima y mínima de mezclado atmosférico Se obtuvieron los datos horarios de superficie por medio del Servicio Meteorológico Nacional, donde se tomó la temperatura mínima entre las 0 y las 6 A.M. para el cálculo de la AMínM y la máxima temperatura entre las 2 y las 6 P.M para la AMáxM, y se crearon los perfiles adiabáticos secos respectivos. Para el perfil ambiental se tomaron los valores de radiosondeo a partir de datos del Servicio Meteorológico Nacional, estación Ezeiza (875760), durante un año del 1 de enero al 15 de diciembre de 2015, los días 1 y 15 de cada mes, totalizando 24 perfiles.

2.4 Análisis de la topografía Con la utilización del programa Google Earth (programa informático que muestra un globo virtual

que permite visualizar múltiple cartografía, con base en la fotografía satelital) se identifica las coordenadas correspondientes a la empresa Cementos Avellaneda S.A., y así se obtiene los perfiles de elevación del terreno en línea recta en las direcciones N, S, E, O, NE, NO, SO, SE (Software Google Earth, 2017). El análisis se realizó hasta una distancia de aproximadamente 50 km y a 5km (primer anillo topográfico) según lo establecido para la implementación del MS3.

http://www.weblakes.com/products/wrplot/

40

2.5 Altura efectiva de la chimenea

Los parámetros que se tomaron para el cálculo de la elevación de la pluma (h) además de la constante de gravitación universal y la temperatura ambiente fueron: las velocidades y temperaturas de salida de los gases, los diámetros de las chimeneas, la temperatura potencial y las velocidades a la altura internacional convenida y a la altura por encima de la chimenea.

Una vez obtenido el valor de h por medio del método de Briggs, sección 1.6, se calculó H para los dos hornos. Estos valores son fundamentales para el cálculo de la CM de contaminantes y para el análisis de la DMC, en el empleo del MDG, MS3 y del Sondeo Simple.

2.6 Modelos de Dispersión La Tabla [4] detalla las variables de entrada necesarias para la implementación de los modelos.

Estos datos nos permiten calcular la CM y la DMC de cuatro contaminantes, MP10, CO, NOx y SO2, emitidos por los Hornos de cemento 3 y 4 [H3 y H4].

Tabla 4: Variables utilizadas para el cálculo de la CM del H3 y H4.

Contaminantes H3 Q [mg/s]

Contaminantes H4 Q [mg/s]

MP10 817,0 U1 [m/s] 3,9 MP10 9967,0 U1 [m/s] 3,9

CO 1278,8 H1 [m] 262,1 CO 8724,4 H1 [m] 370,3

NOX 18561,4 𝑈2𝐻3 [m/s] 5,5 NOX 28987,0 𝑈2𝐻4

[m/s] 5,7

SO2 417,8 H2 [m] 218,0 SO2 3991,1 H2 [m] 297,8

Vt [m/s] 3E-03 Vt [m/s] 3E-03

Los valores de caudales másico (Q) para cada contaminante y las características del efluente son tomados una vez al año por medio de una empresa tercerizada. Estos datos fueron cedidos por Cementos Avellaneda S.A. para la realización del estudio. Se obtuvieron el día 3 de Noviembre de 2015 y se consideró las mismas condiciones de emisión durante todo el análisis. También se contó con los datos físicos de las chimeneas a analizar. Cabe destacar que si bien la empresa contiene 30 conductos de emisión, solo se consideraron los hornos del proceso productivo del cemento, los cuales, según la hoja de datos:

Los conductos tienen distintas características físicas y presentan diferencias en la masa gaseosa

liberada, por lo tanto no se encuentra dentro de los considerando para lo mencionado en la sección 1.8.3.1. Por esto, es necesario considerar cada emisión por separado y no como una única fuente representativa.

Se establecieron 6 casos de estudio que ajustan a las condiciones meteorológicas analizadas y a la peor condición de estabilidad atmosférica.

Horno N°3 Sombrerete: NO d: 2,3 m Área: 4,15 m2 Altura: 110 m Ts: 421 °K Vs: 12,8 m/s Caudal del Gas: 53,2 m3/s

Horno N°4 Sombrerete: NO d: 3,3 m Área: 8,70 m2 Altura: 139 m Ts: 395 °K Vs: 25 m/s Caudal del Gas: 217,6 m3/s

41

Caso I: Se considera el análisis con la U1 de 3,9 m/s para los H3 y H4. a) Estabilidad [E] b) Estabilidad [D] c) Estabilidad [A]

Caso II: Se considera el análisis con 𝑈2𝐻3

de 5,5 m/s y 𝑈2𝐻4 de 5,7 m/s para los H3 y H4

respectivamente. a) Estabilidad [E] b) Estabilidad [D] c) Estabilidad [A]

El Caso I se ajusta a una condición de viento y temperatura en torno a la media global obtenida

para los últimos 4 años. A estos datos se los modeló para las 2 condiciones de estabilidad que se refieren a condiciones normales y además se sumó el análisis para una condición inestable, que representaría la condición de que produce las mayores concentraciones a distancias cercanas a la fuente, como se vio en el apartado 1.4.1.

El Caso II se justa a iguales condiciones que el Caso I pero con la velocidad del viento obtenida por medio de la Ley de exponenciales Deacon a la altura del H3 y H4.

2.6.1 Sondeo Simple - Resolución 242/1997 Siguiendo el instructivo se calculó la CM para las emisiones de [MP10], [CO], [NOX], [SO2], para los

casos de estudio. Por otro lado, se estimó el caudal másico máximo (Qmáx) que pueden emitir los H3 y H4 de los

cuatro contaminantes de interés. Para este análisis se consideró el Q medido el 3 de noviembre de 2015, y se analizó el factor de aumento el cual presentaría una situación de emergencia, tomando como CM los valores limites expresados en el Decreto 3395/96.

2.6.2 Modelos de Dispersión Gaussiano Se calculó la CM y DMC a nivel del suelo (z=0) y en el eje de la dirección del viento (y=0) de los tres

gases a analizar CO, SO2 y NOX por medio de la Ecuación [27], donde se debió tener en cuenta los efectos de la reflexión en la pluma del contaminante. Luego, se calculó la CM y DMC por el MDG sin reflexión para el MP10, por medio de la Ecuación [28]. Para este cálculo fue necesario tener en cuenta el valor de la velocidad de asentamiento.

Los cálculos fueron realizados para distintos escenarios, en primer lugar se consideró la atmósfera en condiciones atmosféricas predominante según el estudio previo de la atmósfera, y luego se realizaron los mismos cálculos para la peor condición.

Este análisis fue realizado para los H3 y H4, para los distintos valores de velocidades del viento (U1, 𝑈2𝐻3

y 𝑈2𝐻4).

Luego se realizó el cálculo de las CM a intervalos de tiempo superiores a 10 min, por medio de la Ecuación [29], donde se determinó n con la utilización del criterio de la “Recommended Guide for the Prediction of the Dispersion of Airbone Effluents” para los casos de atmósfera inestable (A, B, C) o neutra (D), y el criterio de Hino para la atmósfera estable (E, F, G).

2.6.3 Modelo Screen3 Por medio del MS3 se realizó el análisis de la CM y la DMC la cual alcanzan los contaminantes

MP10, CO, NOX, SO2 en condiciones atmosféricas predominante y en la peor condición de estabilidad, para los H3 y H4, considerando U1, 𝑈2𝐻3y 𝑈2𝐻4

.

En la utilización del MS3 se consideró: el modo rural, el cálculo de la altura efectiva por el método de Briggs y dos tiempos, uno de 15 min y otro de 60 min para poder realizar las comparaciones con los valores de la legislación.

42

Resultados y discusión Capítulo 3:

43

3.1 Resultados y discusión En este apartado se presentan los resultados obtenidos para la caracterización de la atmósfera

predominante en la ciudad de Olavarría, la CM y la DMC alcanzados por los distintos modelos de dispersión presentados en la metodología.

3.2 Caracterización atmosférica

3.2.1 Estabilidad atmosférica En primer lugar, se presentan los promedios de los gradientes de temperaturas respecto de la

altura 𝑑𝑇(°𝐶)

100𝑚 para las diferentes estaciones del año. Se tomaron los datos de radiosondeo de toda la

columna atmosférica durante un año, tal cual se menciona en el apartado 2.3.1.

Tabla 5: Estabilidades según las estaciones en toda la columna atmosférica.

Estaciones dT(ºC)/100m Estabilidad n S

Verano -0,6 D 12 0,1

Otoño -0,5 E 14 0,1

Invierno -0,5 E 9 0,1

Primavera -0,6 D 12 0,1

Tabla 6: Estabilidad anual en toda la columna atmosférica.

dT(ºC)/100m Estabilidad N σ

Anual -0,5 D 47 0,1

En estaciones con bajas temperaturas como el otoño e invierno son frecuentes condiciones

atmosféricas tendientes a la estabilidad (Clase [E]) por lo que los contaminantes van a tender a mantenerse en suspensión y alcanzar distancias más lejanas desde la fuente a sotavento con la formación de una pluma abanico.

Por otro lado, las estaciones con temperaturas cálidas como lo son primavera y verano tienden a desarrollar una estabilidad neutral (Clase [D]), la cual se caracteriza por el desarrollo de una pluma tipo cono. Este tipo de plumas tiene mayor probabilidad de producirse en días nubosos con el desarrollo de condiciones diurnas inestables o soleados con condiciones de fuerte radiación (Herrera Vélez, 2016). El promedio de estabilidad anual tiende a una clase de estabilidad neutral [D]. Por otro lado, se realizó un análisis de la estabilidad hasta los 500 m de elevación ya que en ella se producen las mayores variaciones atmosféricas locales, arrojado los siguientes resultados.

Tabla 7: Estabilidades hasta los 500 m de elevación según las estaciones.

Estaciones dT(ºC)/100m Estabilidad N S

Verano -0,5 D 12 0,8

Otoño -0,1 E 14 0,3

Invierno -0,0 E 12 0,6

Primavera -0,6 D 12 0,4

Tabla 8: Estabilidad hasta los 500 m de elevación anual.

dT(ºC)/100m Estabilidad N σ

Anual -0,3 E 50 0,6

44

Se puede considerar que no hay variaciones en la clase de estabilidad por estación en los primeros 500 m de altura respecto a la estabilidad calculada en toda la columna atmosférica. Sin embargo, resulta notable la fuerte variabilidad de los datos de los primeros 500 m de altura respecto de la columna total, expresados a través de los desvíos en las Tablas [5] y [7]. No obstante, estos valores no interfieren sustancialmente en la clase de estabilidad obtenida. En la clase de estabilidad anual se puede apreciar una diferencia, ya que la estabilidad obtenida es clase [E], y como se vio tiende a mantener los contaminantes en suspensión.

Con los datos analizados podemos afirmar que en los otoños e inviernos predominan condiciones más estables (clase E) que en primavera-verano donde la tendencia indica que prevalecen condiciones tendientes a la neutralidad (clase D). Estos resultados dan lugar a 2 interpretaciones: por un lado puede deberse a que, como se vio en la sección 2.3.1, los valores de radiosondeo son tomados a las 12Z (GMT), es decir a las 9 a.m. hora local, momento del día en que aún la superficie del suelo permanece fría y no caliente las capas de aire en contacto con ellas. Por otro lado, puede deberse a que la región analizada se trata de una zona donde prevalecen condiciones muy frías en Otoño-Invierno y templadas en Primavera-Verano, siempre considerando situaciones promedios.

3.2.2 Temperatura potencial En la Tabla [9], se expresan los valores promedios de los gradientes de temperatura potencial

obtenidos por medio de la Ecuación [2] para las diferentes estaciones del año.

Tabla 9: Variación de la temperatura potencial σ con la altura.

(∆T/∆Z)amb

[°C/100m] (∆T/∆Z)adb [°C/100m]

∆θ/∆Z [°C/100m]

∆θ/∆Z [°C/m]

∆θ/∆Z [°C/km]

Verano -0,6 -1,0 0,4

Otoño -0,5 -1,0 0,5

Invierno -0,5 -1,0 0,5

Primavera -0,6 -1,0 0,4

Promedio (∆θ/∆z)

0,5 5E-03 4,7

Como (∆𝑇

∆𝑧)𝑎𝑚𝑏 es menos negativo cuando se le compara con el gradiente de temperatura

adiabática seca (∆𝑇

∆𝑧)𝑎𝑑𝑏 (condición subadiabática), el gradiente de temperatura potencial

∆𝜃

∆𝑧 es

positivo y la atmósfera tiende a ser estable. El valor de la temperatura potencial ∆𝜃

∆𝑧= 0,005

°𝐶

𝑚, nos

permite calcular la altura efectiva H, por medio del método de Briggs. Los valores medios de los perfiles de temperatura potencial calculados son acordes a los resultados obtenidos en el análisis de la estabilidad atmosférica por medio de los gradientes verticales de temperaturas.

3.2.3 Rosa de los vientos Se creó la rosa de los vientos para analizar las direcciones de vientos predominantes de la zona y

sus respectivas velocidades:

45

Figura 26: Rosa de viento.

A través de la Figura [26] podemos visualizar que la dirección sur-este (135°) representa la

dirección predominante de los vientos, seguido por la dirección oeste (270°). Los resultados arrojaron que la velocidad promedio del viento es de 3,9 m/s (σ: 2,2), esto significa que según el histograma de frecuencias aproximadamente el 65 % de los días la velocidad del viento se sitúa entre 2 y 6 m/s. La frecuencia de calma es del 0,36 %; por lo tanto se consideró la velocidad promedio como representativa del periodo dado que si bien la peor condición estaría dada por la velocidad de calma, está se da en solo 5 días del tiempo considerado.

La Figura [27] es una imagen satelital de la cuidad de Olavarría y la zona, la cual muestra hacia donde se dirigen los vientos predominantes respectos a los poblados cercanos a la empresa Cementos Avellaneda S.A., donde se ve que los vientos predominantes en la dirección sur-este no se dirigen hacia zonas pobladas, mientras que los vientos en dirección oeste se dirigen hacia Villa Serranía y Villa Fortabat con una población de aproximadamente 3.618 habitantes de acuerdo al último censo (INDEC, 2010).

En cuanto a la dirección noroeste, el viento presenta velocidades predominantes de 3,6 m/s a 5,7 m/s, con una probabilidad de ocurrencia de 8 %, es decir 117 días del periodo elegido. Esta dirección es de importancia ya que se encuentra la ciudad de Olavarría.

Figura 27: Ubicación de la Rosa de los Vientos.

46

3.2.4 Corrección de la velocidad de los viento con altura La Tabla [10] presenta los datos necesarios para aplicar la Ley de exponenciales de Deacon,

Ecuación [3], que establece la velocidad del viento a una altura determinada, como se detalló en la sección 1.4.4, en este caso, las alturas de las chimeneas de los H3 y H4.

Tabla 10: Datos para el cálculo de la corrección de la velocidad con altura.

H3 H4

U1 3,9 3,9

H2 110 139

H1 10 10

n 0,25 0,25

p 0,143 0,143

Se realizó el cálculo del exponente p, y para ello se consideró un índice de tasa de cambio

pequeña (n=0,25), por considerar una atmósfera tendiente a la estabilidad. La velocidad del viento a la altura del H3 es de 5,5 m/s mientras que el valor de la velocidad viento

a la altura del H4 es de 5,7 m/s.

3.2.5 Temperatura media La temperatura promedio anual fue obtenida por medio de los datos meteorológicos brindados

por la estación Azul Aero (87641), dando una media de 14,5 °C, con una desviación estándar de 7,4 °C, valor que resulta elevado dado que se realizó el promedio cuatrienio de la temperatura y Olavarría presenta estaciones muy diferenciadas. Los inviernos son muy fríos, siendo el valor mínimo del periodo -6,2 °C y veranos templados, con una temperatura máxima del periodo de 39 °C.

3.2.6 Altura máxima y mínima de mezclado atmosférico En las estaciones de primavera y verano la altura máxima de mezclado promedio es de

aproximadamente 1191,1 m, mientras que en otoño e invierno es de 1307,5 m. Estos valores pueden deberse a dos efectos, por un lado el tiempo analizado fue de un año, es decir un periodo corto, y por el otro lado el otoño de ese año fue más cálido de lo normal, presentándose valores de temperaturas superiores a la media para dicha estación. La altura máxima de mezclado promedio anual es de 1259,4 m, dicho valor será utilizado para los cálculos en el MS3.

A diferencia de la AmáxM, en la AmínM el valor en las estaciones cálidas es mayor que en las estaciones de clima frío, llegando a un valor de 179,2 en verano y un valor promedio de 77,5 m en otoño e invierno. En la primavera no se registraron valores de altura mínima de mezclado. En cuanto a la AmímM anual promedio es de 111,4 m.

3.3 Análisis de la topografía Con el objetivo de caracterizar el perfil de elevación de terrenos adyacentes a la fábrica, se

analizaron las elevaciones por medio del programa Google Earth. En el centro de las Figuras [28] y [29] se presenta la ubicación de la empresa Cementos Avellaneda S.A. por medio de una recta vertical con el valor de elevación que exhibe dicho punto. A partir de esto se sabe que la fábrica está ubicada a 206 msnm (metros sobre el nivel del mar).

47

Figura 28: Elevación del terreno a 50 km de la planta en dirección a) norte a sur, b) oeste a este, c) noreste a suroeste, d) noroeste a sureste.

En una observación general de la variación del terreno se puede apreciar que no existen grandes

fluctuaciones a 50 km de la empresa en las direcciones S, O y SO, mientras que en la dirección N, Figura [28] a), se puede notar un aumento lento del nivel en la topografía, también se puede apreciar que se tienen grandes fluctuaciones hacia el E y el SE por medio de las figuras [28] b) y d), respectivamente. Aunque se aprecien estas variaciones en la topografía no son significativas y se puede llevar a cabo el cálculo de la CM por medio del MS3 para un tipo de terreno elevado simple.

Figura 29: Elevación del terreno a 5 km de la planta en dirección a) norte a sur, b) oeste a este, c) noreste a suroeste, d) noroeste a sureste.

a)

b)

c)

d)

a)

b)

c)

d)

48

Para completar el análisis, se estudió la variación del relieve en los 5 km próximos a la planta, en la cual se observó por medio de la Figura [29] a) que el punto más elevado del terreno es de 280 msnm, ubicado a una distancia de 2,5 km de la empresa en la dirección S, por lo tanto el terreno en la dirección norte-sur se eleva unos 74 msnm, el cual no supera la altura real de las chimeneas.

En la dirección O-E representada por la Figura [29] b) se puede ver que tiene una pequeña elevación a los 3,5 km de distancia, llegando a los 259 msnm.

La dirección NE-SO se encuentra afectada por grandes fluctuaciones en el terreno. En dirección NO la pendiente aumenta aproximadamente 35 msnm, mientras que en sentido SO, dirección predominante por el viento, la altura máxima es de 266 msnm habiéndose incrementado 60 msnm, como lo representa la Figura [29] c).

Por último se analizó la elevación del terreno en la dirección NO-SE, Figura [29] d), la cual muestra que a menos de 500 m de la empresa el terreno sufre un cambio abrupto, observándose una disminución de la pendiente hasta aproximadamente 185 msnm para luego aumentar hasta los 251 msnm.

Para poder analizar las concentraciones por medio del MS3, la elevación del terreno no debe superar la altura de la chimenea. Para el caso analizado se tiene que la altura del terreno es a 206 msnm y la altura de las chimeneas del H3 y H4, son 110 m y 139 m respectivamente, por lo tanto de acuerdo a las direcciones analizadas la topografía no afecta a los cálculos del MS3, considerándose así un terreno elevado simple.

3.4 Altura efectiva de la chimenea Con las variables que se presentan en la Tabla [11] se calculó la elevación de la pluma ∆h

utilizando la formulación de Briggs. Con éste cálculo se puede determinar la máxima altura que alcanza el eje central de la pluma, y con ello obtener el valor de la altura efectiva.

Tabla 11: Variables utilizadas para el cálculo de H.

H3 H4

g [m/s2] 9,8 9,8

Vs [m/s] 12,8 25

d [m] 2,3 3,3

Ts [°k] 421 395

Ta [°k] 287,1 287,1

∆θ/∆z [°C/m] 5E-03 5E-03

U1 [m/s] 3,9 3,9

𝑼𝟐𝑯𝟑y 𝑼𝟐𝑯𝟒 [m/s] 5,5 5,7

Por medio del método de Briggs se obtuvo que H3 tiene una ∆h de 152,08 m con una temperatura

de salida de los gases de 421 °K y en cuanto al H4, ∆h es de 231,25 con una temperatura de 395 °K, en ambos casos U1 fue de 3,9 m/s.

Otro valor de importancia para el cálculo de H es el cálculo de ∆h con 𝑈2𝐻3 y 𝑈2𝐻4, tanto para el H3

como para el H4. Se obtuvo ∆h para el H3 es de 108,0 m considerando 𝑈2𝐻3 de 5,5 m/s y para el H4

una altura de 158,8 m con 𝑈2𝐻4 de 5,7 m/s.

La H del H3 con U1 es de 262,1 m mientras que H teniendo en cuenta 𝑈2𝐻3 es de 218,0 m. Para el

H4 se tiene una altura de 370,3 m con la U1 de 3,9 m/s y de 297,8 m con la 𝑈2𝐻4 de 5,7 m/s.

Se puede deducir que cuanto menor es u más alto es el valor de H y, por el contrario, cuanto mayor es la u, menor es H. Por lo tanto, la u presenta una fuerte influencia sobre el cálculo de H.

49

3.5 Modelos de dispersión

3.5.1 Sondeo Simple - Resolución 242/1997 Se emplearon los primeros 8 pasos propuestos en la Resolución 242/1997 para un Sondeo Simple

y se obtuvieron los valores de la Tabla [12] donde se presenta la CM para H3 y H4.

Tabla 12: CM [mg/m3] obtenidas a través del Sondeo Simple para los H3 y H4.

Contaminante Tiempo Legislación [mg/m3]

Sondeo Simple H3 [mg/m3]

Sondeo Simple H4 [mg/m3]

MP10

15min 2,96E-02 6,80E-02

3hs 1,78E-02 4,08E-02

24hs 0,150 7,90E-03 1,81E-02

1Año 0,050 1,58E-03 3,63E-03

CO 15min 4,64E-02 5,95E-02

8hs 10,000 2,16E-02 2,78E-02

NOX 15min 6,73E-01 1,98E-01

1Año 0,100 3,59E-02 1,45E-03

SO2

15min 1,51E-02 2,72E-02

3hs 1,300 9,09E-03 1,63E-02

24hs 0,365 4,04E-03 7,26E-03

1año 0,080 8,08E-04 1,45E-03

Analizando las concentraciones obtenidas se puede ver que el H4 produce las CM más altas de

MP10, CO y SO2, mientras que el H3 produce las CM más altas de NOX tanto para 15 min como a un año.

Las CM de los contaminantes analizados, para el H3 y H4 no sobrepasan los valores estipulados por la legislación.

3.5.2 Modelo de dispersión gaussiano Se realizaron los cálculos de la CM y DMC de los contaminantes por medio del MDG, para los H3 y

H4. Se muestran las variaciones de los cuatro contaminantes de interés para las clases de estabilidad [E], [D] y [A]. Cuyos resultados se exponen a continuación:

50

Caso I

0 10 20 30 400,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

Co

nce

ntr

acio

n [m

g/m

3]

Distancia en la direccion del viento [km]

H3 [E]

H3 [D]

H3 [A]

H4 [D]

H4 [A]

X=0,7; Y=5,4E-03

X=0,9; Y=3,17E-03

X=8; Y=1,09E-03

X=29; Y=6,16E-04

X=18; Y=3,67E-04

Concentracion de MP10

emitidos por H3 y H

4 para el Caso I

Figura 30: MDG- Perfiles de concentración de MP10 emitidos por el H3 y H4 para el Caso I.

0 10 20 30 400,000

0,002

0,004

0,006

0,008

0,010

Co

nce

ntr

acio

n d

e C

O [m

g/m

3]

H3 [E]

H3 [D]

H3 [A]

H4 [D]

H4 [A]


Concentracion de CO emitidos por H3 y H

4 para el Caso I

X=0,7; Y=9,43E-03

X=7; Y=1,76E-03

X=28; Y=8,10E-04X=18; Y=5,61E-4

X=0,9; Y=5,54E-03

Figura 31: MDG- Perfiles de concentración de CO emitidos por el H3 y H4 para el Caso I.

51

0 10 20 30 400,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

Co

nce

ntr

acio

n [m

g/m

3]


H3 [E]

H3 [D]

H3 [A]

H4 [D]

H4 [A]

Concentracion de NOX emitidos por H3 y H4 para el Caso I

X=0,7; Y=3,13E-02

X=0,9; Y=1,84E-02

X=18; Y=1,86E-03X=28; Y=2,69E-03

X=8; Y=5,86E-03

Figura 32: MDG- Perfiles de concentración de NOX emitidos por el H3 y H4 para el Caso I.

0 10 20 30 400,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

Co

nce

ntr

acio

n [m

g/m

3]


H3 [E]

H3 [D]

H3 [A]

H4 [D]

H4 [A]

Concentracion de SO2 emitidos por H3 y H4 para el Caso I

X=28; Y=3,70E-4

X=8; Y=8,07E-04

X=18; Y=2,57E-4

X=0,9; Y=2,54E-03

X=0,7; Y=4,31E-03

Figura 33: MDG- Perfiles de concentración de SO2 emitidos por el H3 y H4 para el Caso I.

De las curvas obtenidas de los cuatro contaminantes analizados podemos destacar que el H3 en

presencia de instabilidad atmosféricas, presenta las CM a distancias más cercanas a la fuente que el H4, es decir, con menor DMC.

El H3 en presencia de estabilidad emite CM similares a las del H4 cuando la atmósfera tiende a la neutralidad, aunque con distinta DMC.

En este caso, la mayor CM es de NOX para ambos hornos, Figura [32], seguido por el resto de los contaminantes los cuales presentan CM menores. No obstante, las concentraciones de los cuatro contaminantes analizados son máximas para el H3.

No se presentan las CM para el H4, en presencia de estabilidad atmosférica, ya que estas se dan superando los 50 km de distancia a la fuente, estos valores carecen de confiabilidad ya que exceden en demasía el rango de aplicabilidad del modelo propuesto.

52

Analizando solo los casos posibles por el MDG para el H4, se tiene que la mayor DMC es para una atmósfera tendiente a la neutral [D], siendo esta de 18 Km, a su vez, este escenario coincide con el de menor CM. Mientras que para el H3 el caso con mayor DMC es el de una atmósfera estable, alcanzando distancias de 28 km.

El escenario con menor DMC es para una atmósfera tendiente a la inestabilidad [A], siendo de 0,7 km para el H3, el cual a su vez presenta los máximos valores de CM y de 0,9 km para el H4. Caso II

0 10 20 30 400,0000

0,0005

0,0010

0,0015

0,0020

0,0025

0,0030

Concentracion de MP10

emitidos por H3 y H

4 para el Caso II


Co

nce

ntr

acio

n [m

g/m

3]

H3 [E]

H3 [D]

H3 [A]

H4 [D]

H4 [A]

X=0,8; Y=2,68E-03

X=0,6; Y=4,38E-04

X=8; Y=8,15E-05

X=14; Y=4,76E-04

X=23; Y=4,66E-05

Figura 34: MDG- Perfiles de concentración de MP10 emitidos por el H3 y H4 para el Caso II.

0 10 20 30 400,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

Concentracion de CO emitidos por H3 y H

4 para el Caso II

Co

nce

ntr

acio

n [m

g/m

3]


H3 [E]

H3 [D]

H3 [A]

H4 [D]

H4 [A]

X=0,6; Y=1,37E-03

X=0,8; Y=5,34E-03

X=13; Y=7,75E-04

X=8; Y=3,15E-04 X=23; Y=1,61E-04

Figura 35: MDG- Perfiles de concentración de CO emitidos por el H3 y H4 para el Caso II.

53

0 10 20 30 400,000

0,005

0,010

0,015

0,020

Concentracion de NOX emitidos por H

3 y H

4 para el Caso II


Co

nce

ntr

acio

n [m

g/m

3]

H3 [E]

H3 [D]

H3 [A]

H4 [D]

H4 [A]

X=0,6; Y=1,99E-02

X=0,8; Y=1,78E-02

X=8; Y=4,57E-03

X=13; Y=2,58E-03 X=23; Y=2,3E-03

Figura 36: MDG- Perfiles de concentración de NOX emitidos por el H3 y H4 para el Caso II.

0 10 20 30 400,0000

0,0005

0,0010

0,0015

0,0020

0,0025

Concentracion de SO2 emitidos por H

3 y H

4 para el Caso II


Co

nce

ntr

acio

n [m

g/m

3]

H3 [E]

H3 [D]

H3 [A]

H4 [D]

H4 [A]

X=0,8; Y=2,45E-03

X=0,6; Y=4,47E-04

X=8; Y=1,03E-04

X=13; Y=3,55E-04X=23; Y=5,25E-05

Figura 37: MDG- Perfiles de concentración de SO2 emitidos por el H3 y H4 para el Caso II.

Al igual que el en caso anterior, no se presentan las CM para el H4, dado que también se excede

en la DMC y carece de confiabilidad. En condición de neutralidad atmosférica la CM de NOX es mayor en el H3, mientras que las CM de MP10, CO y SO2 son máximas en el H4.

En el Caso II, se tiene que para el H3 el caso con mayor DMC es el de una atmósfera estable [E], siendo esta de 23 km, y la que presenta menor CM en los cuatro contaminantes, en cambio, para el H4 la mayor DMC la exhibe una atmósfera tendiente a la neutral [D] a 13 km.

El escenario con menor DMC es para una atmósfera tendiente a la inestabilidad [A], siendo de 0,6 km para el H3, y de 0,8 km para el H4, situación que presenta los máximos valores de CM.

Realizando una comparación entre los dos casos analizados, las CM más altas tanto para el H3 como para el H4 se dan para el Caso I, aunque las CM más altas de contaminantes en el caso I se dan para H3. Mientras que para el Caso II la CM más altas se da en el H4. Es importante destacar que no existen grandes variaciones en la CM en los distintos casos estudiados.

54

En presencia de inestabilidad, para el Caso I alcanza las mayores CM para los distintos contaminantes el H3, mientras que para el Caso II los valores máximos de CM para el MP10, CO y SO2 se dan en el H4, y los de NOX se dan en el H3. Por medio de los perfiles de concentración se visualiza el efecto del grado de estabilidad atmosférica respecto de la distancia a la que se produce la CM. En este sentido, se puede notar que en presencia de una estabilidad [E], la emisión del H3 presenta una DMC de 28 km para el Caso I, y de 23 km para el Caso II. Mientras que con una estabilidad neutra [D], la DMC del H3 es de 8 Km para ambos casos; mientras que para el H4, la DMC del es de 18 Km para el Caso I, y de 13 Km para el Caso II. En presencia de una atmósfera tendiente a la inestabilidad [A], como era de esperar, la DMC es mucho menor que para el resto de las estabilidades. Para el Caso I, la DMC es de 700 m en el H3, y de 900 m para el H4, mientras que en el Caso II, la DMC es de 600 m y 800 m para el H3 y H4 respectivamente, siendo menor al kilómetro en todos los casos analizados.

3.5.2.1 Comparación del MDG para cada caso de estudio con los límites establecidos en el Decreto N°3395/96 A continuación se expresan los valores de CM, expresados en el Decreto N°3395/96 - Norma de calidad de aire (Tabla A)2, y los resultados de la CM por medio del MDG para los seis casos de interés. Si bien la CM para el MDG está establecida a 10 min estos valores son comparables con la legislación a 15 min dado que no existe una variación significativa. Se calculó la CM para el Caso I, Tabla [13], para periodos de tiempo cortos (1hs y 3hs) por medio de la Ecuación [29], donde se obtuvo:

Tabla 13: CM [mg/m3] obtenidas según el MDG en periodos de tiempo cortos para el Caso I.

Contaminantes Tiempo Legislación

[mg/m3] H3 [E]

[mg/m3] H4 [E]

[mg/m3] H3 [D]

[mg/m3] H4 [D]

[mg/m3] H3 [A]

[mg/m3] H4 [A]

[mg/m3]

MP10

15min

6,16E-04 1,09E-03 3,67E-04 5,40E-03 3,17E-03

1hs

4,30E-04 5,82E-04 1,96E-04 1,69E-03 9,89E-04

3hs

3,46E-04 3,96E-04 1,33E-04 8,26E-04 4,84E-04

CO 15min

8,10E-04 1,76E-03 5,61E-04 9,43E-03 5,54E-03

1hs 40,082 5,66E-04 9,40E-04 3,00E-04 2,94E-03 1,73E-03

NOX 15min

2,69E-03 5,86E-03 1,86E-03 3,13E-02 1,84E-02

1hs 0,367 1,88E-03 3,13E-03 9,93E-04 9,77E-03 5,74E-03

SO2

15min

3,70E-04 8,07E-04 2,57E-04 4,31E-03 2,54E-03

1hs

2,59E-04 4,31E-04 1,37E-04 1,34E-03 7,93E-04

3hs 1,300 2,08E-04 2,93E-04 9,35E-05 6,58E-04 3,88E-04

Se realizó el mismo análisis para el Caso II, Tabla [14], llegando a los siguientes valores de CM:

2 Anexo I – Marco Legal.

55

Tabla 14: CM [mg/m3] obtenidas según el MDG en periodos de tiempo cortos para el Caso II.


[mg/m3] H3 [E]

[mg/m3] H4 [E]

[mg/m3] H3[D]

[mg/m3] H4 [D]

[mg/m3] H3[A]

[mg/m3] H4 [A]

[mg/m3]

MP10

15min

4,66E-05 8,15E-05 4,76E-04 4,38E-04 2,68E-03

1hs

3,26E-05 4,35E-05 2,54E-04 1,37E-04 8,36E-04

3hs

2,61E-05 2,96E-05 1,73E-04 6,70E-05 4,09E-04

CO 15min

1,61E-04 3,15E-04 7,75E-04 1,37E-03 5,34E-03

1hs 40,082 1,13E-04 1,68E-04 4,14E-04 4,27E-04 1,67E-03

NOX 15min

2,33E-03 4,57E-03 2,58E-03 1,99E-02 1,78E-02

1hs 0,367 1,63E-03 2,44E-03 1,38E-03 6,21E-03 5,54E-03

SO2

15min

5,25E-05 1,03E-04 3,55E-04 4,47E-04 2,45E-03

1hs

3,67E-05 5,50E-05 1,90E-04 1,39E-04 7,63E-04

3hs 1,300 2,95E-05 3,75E-05 1,29E-04 6,83E-05 3,74E-04

En periodos cortos de tiempo no es posible comparar el MP10 con las CM permisibles dadas en el

Decreto N°3.395/96, aunque se puede ver que la peor condición para este contaminante es el Caso I en presencia de una inestabilidad [A], para un periodo de 15min, 1hs y 3hs.

Analizando los seis casos de estudio se puede observar que la peor condición para el resto de los contaminantes (CO, NOX y SO2) también es el Caso I para una atmósfera inestable [A].

En el análisis de la CM los mayores valores se dan para el caso I con una atmósfera tendiente a la inestabilidad [A], tanto para el H4 como para el H3, estos valores son despreciables respecto a los límites establecidos en el Decreto N°3.305/96, como se muestra en las Figuras [50] y [51]3.

3.5.3 Modelo Screen3 Se obtuvieron las CM [mg/m3], las DMC [km], y sus respectivas gráficas (Concentración [µg/m3] vs.

distancia [km])4 con el MS3, para cuatro contaminantes PM10, CO, NOX, SO2. Continuando con el análisis anterior, se consideraron los seis casos de estudio, para los H3 y H4.

A continuación se expresan los datos para cada uno de los casos en tiempos de 15 min.

Caso I

Figura 38: MS3- Izquierda- Concentración de MP10 emitido por el H3 para el Caso I. Derecha- Concentración de MP10 emitido por el H4 para el

Caso I.

3 Anexo II - Apartado 5.1.2.1 y 5.1.2.2. 4 En las figuras se presentan los valores máximos de concentración en unidades de [µg/m

3] dado que el modelo Screen lo realiza así por

defecto. En cambio, en las Tablas se presentan en [mg/m3] para realizar la comparación con los valores máximos según los establecidos en el Decreto N°3395/96.

56

Figura 39: MS3-Izquierda- Concentración de CO emitido por el H3 para el Caso I. Derecha- Concentración de CO emitido por el H4 para el

Caso I.

Figura 40: MS3- Izquierda- Concentración de NOX emitido por el H3 para el Caso I. Derecha- Concentración de NOX emitido por el H4 para el

Caso I.

57

Figura 41: MS3- Izquierda- Concentración de SO2 emitido por el H3 para el Caso I. Derecha- Concentración de SO2 emitido por el H4 para el

Caso I.

Por medio de las Figuras [38], [39], [40] y [41], se puede observar que para el Caso I con una

atmósfera tendiente a la estabilidad [E], los valores de CM para el MP10, CO y SO2 se dan en el H4, mientras que la mayor concentración de NOX se da en el H3. En este caso la DMC de contaminantes es de 14 km en el H3 y de 25 km en el H4.

Considerando el mismo caso con una estabilidad neutral [D], el H3 presenta una CM para NOX de 0,0121mg/m3, con una DMC de 8 km, Figura [40]. En cuanto el H4 tiene mayores valores de concentración de los contaminantes MP10, CO y SO2, y se produce a una mayor distancia, llegando hasta los 17 km. Se puede ver que las variaciones en las concentraciones entre los hornos difieren en un orden de magnitud.

Por último, si consideramos el caso I en presencia de inestabilidad, se puede visualizar que la DMC es de 2 Km para los dos tipos de hornos y que la mayor CM para los cuatro contaminantes la produce el H4.

Caso II

Figura 42: MS3- Izquierda- Concentración de MP10 emitido por el H3 para el Caso II. Derecha - Concentración de MP10 emitido por el H4 para

el Caso II.

58

Figura 43: MS3- Izquierda- Concentración de CO emitido por el H3 para el Caso II. Derecha- Concentración de CO emitido por el H4 para el

Caso II.

Figura 44: MS3- Izquierda- Concentración de NOX emitido por el H3 para el Caso II. Derecha- Concentración de NOX emitido por el H4 para el

Caso II.

59

Figura 45: MS3- Izquierda- Concentración de SO2 emitido por el H3 para el Caso II. Derecha- Concentración de SO2 emitido por el H4 para el

Caso II.

En el Caso II, cuando la atmósfera tiende a la estabilidad, los valores máximos para el MP10, CO y

SO2 se dan en el H4, y la mayor concentración de NOX se da en el H3. En cuanto a las DMC se dan a los 17 km y 30 km para el H3 y H4 respectivamente.

Cuando estamos en presencia de una atmósfera neutral, la CM de los compuestos MP10, CO y SO2 es más elevada en el H4, mientras que los NOX son más altos en el H3, al igual que en la situación anterior. En cuanto a la DMC, la CM para el H3 se encuentra a los 8 km, mientras que en el H4 se encuentra a los 17 km. Cabe destacar que los NOX presentan la mayor concentración de todos los casos analizados y que el H4 tiene el doble de la DMC que presenta el H3.

En el Caso II en presencia de instabilidad, sucede lo mismo que en el Caso I en el mismo escenario, la DMC es de 2 km y la mayor concentración es producida por el H4.

3.5.3.1 Comparación del MS3 para cada caso de estudio con los límites establecidos por el Decreto N°3395/96 Por medio de las Tablas [15] y [16] se expresan los límites establecidos por medio del Decreto N°3395/96 - Norma de calidad de aire (Tabla A)5, y los resultados de la CM por medio del MS3 para los seis casos de interés. Calculó de la CM para el Caso I, para periodos de tiempo cortos (15 min y 1hs):

Tabla 15: CM [mg/m3] según el MS3 en periodos de tiempo cortos para el Caso I.


[mg/m3] H3 [E]

[mg/m3] H4 [E]

[mg/m3] H3 [D]

[mg/m3] H4 [D]

[mg/m3] H3 [A]

[mg/m3] H4 [A]

[mg/m3]

MP10 15 min

2,43E-04 1,12E-03 5,36E-04 1,94E-03 1,54E-03 1,91E-02

1 hs

1,21E-04 5,62E-04 2,68E-04 9,68E-04 7,70E-04 9,55E-03

CO 15 min

3,79E-04 9,80E-04 8,36E-04 1,69E-03 2,41E-03 1,67E-02

1 hs 40,082 1,90E-04 4,90E-04 4,18E-04 8,44E-04 1,20E-03 8,33E-03

NOX 15 min

5,50E-03 3,26E-03 1,21E-02 5,61E-03 3,49E-02 5,54E-02

1 hs 0,367 2,75E-03 1,63E-03 6,06E-03 2,81E-03 1,74E-02 2,77E-02

SO2 15 min

1,24E-04 4,49E-04 2,74E-04 7,74E-04 7,89E-04 7,64E-03

1 hs

6,20E-05 2,25E-04 1,37E-04 3,87E-04 3,94E-04 3,82E-03

5 Anexo I – Marco Legal.

60

Análisis similar se realizó para el Caso II y se obtuvieron los valores de CM expresados a continuación.

Tabla 16: CM [mg/m3] según el MS3 en periodos de tiempo cortos para el Caso II.


[mg/m3] H3 [E]

[mg/m3] H4 [E]

[mg/ m3] H3 [D]

[mg/m3] H4 [D]

[mg/m3] H3 [A]

[mg/m3]

H4 [A] [mg/m3]

MP10 15 min

3,36E-04 1,54E-03 5,18E-04 1,93E-03 1,33E-03 1,57E-02

1 hs

1,68E-04 7,68E-04 2,59E-04 9,63E-04 6,63E-04 7,78E-03

CO 15 min

5,24E-04 1,34E-03 8,09E-04 1,68E-03 2,07E-03 1,37E-02

1 hs 40,082 2,62E-04 6,60E-04 4,04E-04 8,39E-04 1,04E-03 6,84E-03

NOX 15 min

7,60E-03 4,45E-03 1,83E-02 5,58E-03 3,00E-02 4,55E-02

1 hs 0,367 3,80E-03 2,23E-03 5,86E-03 2,79E-03 1,50E-02 2,27E-02

SO2 15 min

1,72E-04 6,14E-04 2,65E-04 7,70E-04 6,79E-04 6,27E-03

1 hs

8,60E-05 3,07E-04 1,33E-04 3,85E-04 3,40E-04 3,14E-03

Se puede apreciar que para ningún caso analizado de los contaminantes sobrepasa el valor de la

legislación. El mayor valor de CM se da para el Caso I con una estabilidad clase [A], Figura [58]6, seguido por el

Caso II para la misma estabilidad para los dos hornos. Ocurre una situación particular en el caso I donde la concentración de NOX es cercana al valor máximo de la legislación para una hora, siendo de 0,0277 mg/m3.

3.5.4 Comparación entre modelos Se realizó una comparación entre el Sondeo Simple, el MDG y el MS3. Las siguientes tablas

muestran los resultados obtenidos para los 6 casos analizados en el cual se presenta la CM y la DMC, para el H3, Tabla [17] y para el H4, Tabla [18]. Este análisis se realizó tomando los valores máximos de concentración para cada caso.

Analizando el H3 para periodos de tiempos cortos (15 min), por medio del MDG y del MS3 para el Caso I a), encontramos que el orden de magnitud no varía, y que la concentración para el MP10, CO y SO2 es superior en el MDG, mientras que los NOX dan valores más altos con el MS3. En cuanto a la DMC, el MDG es el que presenta mayor distancia, mientras que con el MS3 se obtiene la mitad de la distancia. En cambio, para el Caso II a), se tiene que la mayor concentración de los cuatro compuestos se da en el MS3, el cual tiene variaciones de hasta un orden de magnitud en los contaminantes MP10 y SO2. Al igual que en el Caso I a), las diferencias en las DMC entre un método y otro son grandes.

Considerando los casos I b) y II b), y realizando la comparación entre modelos tenemos que para el Caso I b) la CM más altas de MP10, CO y SO2 se da con el MDG, mientras que los NOX son más a altas con el MS3. En el Caso II b) las CM más altas para los cuatro contaminantes se da en el MS3. Es importante destacar que entre los métodos no existen diferencias en la DMC para los dos casos, siendo esta de 8 Km.

A partir de las observaciones entre los dos modelos empleados, se puede afirmar que para el Caso I c), las CM más altas de los contaminantes MP10, CO y SO2 se da para el MDG, mientras que la CM más altas para los NOX en este mismo contexto se da para el MS3. Mientras que para el caso II c) las CM más altas de contaminantes las presenta el MS3. En el MDG, la DMC para los casos con inestabilidad en los dos hornos es menor al Km, mientras que en el MS3 es de 2 Km.

En cuanto al H4, para el Caso I y II b), las CM más altas se da en el MS3 para los dos casos, y la DMC es de 17 km, aproximadamente igual en los dos métodos analizados, salvo en el Caso II b)

6 Anexo III - Apartado 5.1.3.1.

61

donde se presenta una diferencia de 3 km entre el MDG y el MS3. En el caso I y II c), presenta las CM superiores el MS3, con una DMC de 2 km. Por lo tanto, se puede afirmar que los máximos valores de CM en el H4 fueron obtenidos por medio del MS3.

Comparando los resultados obtenidos por los dos modelos, para las distintas clases de estabilidades, se puede apreciar que las distancias calculadas se correlacionan. En la clase tendiente a la inestabilidad [A], se obtuvieron distancias inferiores a los 2 Km, para la clase tendiente a la neutral [D] se obtuvo una DMC entre 8 Km y 17 Km, y por último para la clase de estabilidad [E] se obtuvo la mayor distancia, siendo de 23 Km a 30 Km.

Los valores de las concentraciones obtenidas por el Sondeo Simple son mayores que las obtenidas por medio de los modelos. Así como también las concentraciones obtenidas por medio del MS3 son mayores que las obtenidas por MDG.

El Sondeo Simple presenta valores de CM para el H3 superiores respecto a los valores obtenidos por medio de los restantes modelos.

Las CM para el H4 presentan menos diferencias, haciendo que los valores de los compuestos como MP10, CO y NOX sean de mismo orden de magnitud a los del MS3 para el Caso I [A].

Siguiendo con el objetivo del trabajo, en busca de concentraciones más elevadas, se realizó el cálculo de la CM producto de la superposición las dos fuentes puntuales analizadas. Este cálculo se llevó a cabo haciendo la sumatoria de las concentraciones individuales en puntos de igual distancia a la fuente. Los casos que correspondieron a esta situación fueron los casos I y II con una atmosfera tendiente a la inestabilidad [A] para el MS3, donde la distancia de mayor concentración es de 2 km. Se obtuvo que las concentraciones de contaminantes siguen siendo inferiores a los limites establecido por el Decreto 3395/96.

Es importante destacar el análisis de las condiciones ambientales, como: la altura máxima de mezclado, tipo de estabilidad y todos los parámetros ambientales para el cálculo de la altura efectiva, ya que la CM depende de estos parámetros y no solo del caudal másico que emite la chimenea. Como se puede visualizar en la Tabla [4], el Q para el H4 es considerablemente mayor en relación al Q del H3.

En cuanto a las variaciones de la velocidad del viento y de la temperatura media, sección 3.2.3 y 3.2.4, no producen modificaciones en los valores de las CM, solo se produce un cambio insignificante en la DMC.

Dado que los valores de CM a nivel del suelo no exceden los valores límites de acuerdo al Decreto 3395/96, no es necesaria la utilización del programa AERMOD, el cual se propone en la Resolución 242/1997, como Etapa III.

En caso de realizar un análisis detallado con el AERMOD, las concentraciones máximas al nivel del suelo serían valores inferiores a los obtenidos por medio del Sondeo Simple y del MS3. Aun así, de surgir la necesidad de aplicar AERMOD, se recomienda enfocar el estudio en días donde la estabilidad de la atmósfera se presente mayormente inestable y poco ventosos de manera de reducir la cantidad de datos de entrada a recolectar.

62

Tabla 17: CM [mg/m3] y DMC [km] obtenida por el MDG, MS3 y Sondeo Simple para el H3.

Caso II b) [D] Caso I c) [A] Caso II c) [A] Sondeo Simple

MDG SCREEN MDG SCREEN MDG SCREEN

[mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3]

8,15E-05 8 5,18E-04 8 5,40E-03 0,7 1,54E-03 2 4,38E-04 0,6 1,33E-03 2 2,96E-02

4,35E-05 2,59E-04 1,69E-03 7,70E-04 1,37E-04 6,63E-04

2,96E-05 8,26E-04 6,70E-05 1,78E-02

7,90E-03

1,58E-03

3,15E-04 8 8,09E-04 8 9,43E-03 0,7 2,41E-03 2 1,37E-03 0,6 2,07E-03 2 4,64E-02

1,68E-04 4,04E-04 2,94E-03 1,20E-03 4,27E-04 1,04E-03

2,16E-02

4,57E-03 8 1,83E-02 8 3,13E-02 0,7 3,49E-02 2 1,99E-02 0,6 3,00E-02 2 6,73E-01

2,44E-03 5,86E-03 9,77E-03 1,74E-02 6,21E-03 1,50E-02

3,59E-02

1,03E-04 8 2,65E-04 8 4,31E-03 0,7 7,89E-04 2 4,47E-04 0,6 6,79E-04 2 1,51E-02

5,50E-05 1,33E-04 1,34E-03 3,94E-04 1,39E-04 3,40E-04

3,75E-05 6,58E-04 6,83E-05 9,09E-03

Tabla 17 (Continuación): CM [mg/m3] y DMC [km] obtenida por el MDG, MS3 y Sondeo Simple para el H3


[mg/m3]

Caso I a) [E] Caso II a) [E] Caso I b) [D]


[mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3] Km

MP10

15 min 6,16E-04 29 2,43E-04 14 4,66E-05 23 3,36E-04 17 1,09E-03 8 5,36E-04 8

1 hs 4,30E-04 1,21E-04 3,26E-05 1,68E-04 5,82E-04 2,68E-04

3 hs 3,46E-04 2,61E-05 3,96E-04

24 hs 0,15

1 Año 0,05

CO

15 min 8,10E-04 28 3,79E-04 14 1,61E-04 23 5,24E-04 17 1,76E-03 7 8,36E-04 8

1 hs 40,082 5,66E-04 1,90E-04 1,13E-04 2,62E-04 9,40E-04 4,18E-04

8 hs 10

NOX

15min 2,69E-03 28 5,50E-03 15 2,33E-03 23 7,60E-03 17 5,86E-03 8 1,21E-02 8

1 hs 0,367 1,88E-03 2,75E-03 1,63E-03 3,80E-03 3,13E-03 6,06E-03

1 Año 0,1

SO2

15 min 3,70E-04 28 1,24E-04 14 5,25E-05 23 1,72E-04 17 8,07E-04 8 2,74E-04 8

1 hs 2,59E-04 6,20E-05 3,67E-05 8,60E-05 4,31E-04 1,37E-04

3 hs 1,3 2,08E-04 2,95E-05 2,93E-04

63


[mg/m3]

Caso I a) [E] Caso II a) [E] Caso I b) [D]


[mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3] Km

MP10

15 min

1,12E-03 25

1,54E-03 30 3,67E-04 18 1,94E-03 17

1 hs

5,62E-04

7,68E-04

1,96E-04

9,68E-04

3 hs

1,33E-04

24 hs 0,15

1 Año 0,05

CO

15 min

9,80E-04 25

1,34E-03 30 5,61E-04 18 1,69E-03 17

1 hs 40,082

4,90E-04

6,60E-04

3,00E-04

8,44E-04

8 hs 10

NOX

15 min

3,26E-03 25

4,45E-03 30 1,86E-03 18 5,61E-03 17

1 hs 0,367

1,63E-03

2,23E-03

9,93E-04

2,81E-03

1 año 0,1

SO2

15 min

4,49E-04 25

6,14E-04 30 2,57E-04 18 7,74E-04 17

1 hs

2,25E-04

3,07E-04

1,37E-04

3,87E-04

3 hs 1,3

9,35E-05

Tabla 18: CM [mg/m3] y DMC [Km] obtenida por el MDG, MS3 y Sondeo Simple para el H4.

Caso II b) [D] Caso I c) [A] Caso II c) [A] Sondeo Simple


[mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3] Km [mg/m3] 4,76E-04 14 1,93E-03 17 3,17E-03 0,9 1,91E-02 2 2,68E-03 0,8 1,57E-02 2 6,80E-02

2,54E-04

9,63E-04

9,89E-04

9,55E-03

8,36E-04

7,78E-03

1,73E-04

4,84E-04

4,09E-04

4,08E-02

1,81E-02

3,63E-03

7,75E-04 13 1,68E-03 17 5,54E-03 0,9 1,67E-02 2 5,34E-03 0,8 1,37E-02 2 5,95E-02

4,14E-04

8,39E-04

1,73E-03

8,33E-03

1,67E-03

6,84E-03

2,78E-02

2,58E-03 13 5,58E-03 17 1,84E-02 0,9 5,54E-02 2 1,78E-02 0,8 4,55E-02 2 1,98E-01

1,38E-03

2,79E-03

5,74E-03

2,77E-02

5,54E-03

2,27E-02

1,45E-03

3,55E-04 13 7,70E-04 17 2,54E-03 0,9 7,64E-03 2 2,45E-03 0,8 6,27E-03 2 2,72E-02

1,90E-04

3,85E-04

7,93E-04

3,82E-03

7,63E-04

3,14E-03

1,29E-04

3,88E-04

3,74E-04

1,63E-02

Tabla 19 (continuación): CM [mg/m3] y DMC [Km] obtenida por el MDG, MS3 y Sondeo Simple para el H4.

64

3.6 Estimación del caudal máximo A partir de los análisis previos, se demostró que las CM se obtienen siguiendo el Sondeo

Simple. En este sentido, se utilizó el cálculo inverso para determinar el valor del Qmáx que puede ser emitido por el H3, Tabla [20], y por el H4, Tabla [21], para los cuales la concentración de los cuatro compuestos analizados MP10, CO, NOX y SO2 se aproxima o excede los valores propuestos por el Decreto 3395/96.

Tabla 20: Qmáx [mg/s] obtenido a través del Sondeo Simple para el H3.

Contaminantes Factor de

aumento del caudal original

Valores de caudal [mg/s]

C3hs [mg/m3]

C8hs [mg/m3]

C24hs [mg/m3]

C1año [mg/m3]

MP10 19 15522,62

0,150 0,030

MP10 30 24509,4

0,237 0,047

CO 63 592065,88

10,02

NOX 3 55684,05

0,108

SO2 10 4177,9 0,091 0,252 0,0081

SO2 15 6266,85 0,136 0,379 0,012

SO2 143 59743,97 1,300 3,610 0,116

Según los datos obtenidos para el H3 podemos ver que los NOX son el contaminante que

más se acerca al valor límite establecido en la legislación, ya que aumentando solo 3 veces el valor del Q medido el 3 de noviembre de 2015, se aproxima a los límites permisibles.

Si se sigue aumentando el Q hasta llegar a un valor mayor a 10 veces, se tiene un valor de CM de SO2 superior al exigido por el Decreto 3395/96 para un año.

Tabla 21: Qmáx [mg/s] obtenido a través del Sondeo Simple para el H4.

Contaminantes Factor de

aumento del caudal original

Valores de caudal [mg/s]

C8hs [mg/m3]

C24hs [mg/m3]

C1año [mg/m3]

MP10 209 202098,82

0,368 0,0736

MP10 230 222405,4

0,405 0,081

CO 360 3140773,2 10,0024

NOX 10 289869,4

0,1055

SO2 6 23946,84 0,2724 0,0087

Para el caso del H4, se obtuvo que el compuesto SO2 excede al valor establecido por el

Decreto 3395/96 para un año multiplicando 6 veces el Q medido el 3 de noviembre de 2015. Así mismo es importante resaltar que para el mismo valor de Q la CM de SO2 se aproxima al valor estipulado por la legislación para un periodo de tiempo de 24hs.

Si el Q aumenta hasta un valor superior a 10 veces el medido, la concentración de NOX

sobrepasa lo estipulado por el Decreto para un periodo de un año. El H3 presenta factores de aumento del Q medido menores a los que presenta el H4 para

exceder o acercarse a los valores del Decreto 3.395/96. Si bien, y en términos generales los caudales máximos estimados que sobrepasarían los

límites permisibles de calidad de aire se encuentran alejados de los caudales medidos, es necesario aclarar que resulta posible una superposición de concentraciones individuales, lo cuál resultaría en una reducción indefinida de los caudales máximos a emitir. El cálculo de

65

dicha superposición no es directo ya que tanto las características físicas de ambas chimeneas como los procesos que llevan adelante son los suficientemente diferentes como para considerar una superposición como lo establece el procedimiento de sonde simple.

66

Conclusiones Capítulo 4:

67

4.1 Conclusiones La empresa Cementos Avellaneda (C.A.S.A.) fue de interés para el análisis de las emisiones

de contaminantes atmosféricos producidos en el proceso del cemento, los cuales fueron analizados en este trabajo como: óxidos de nitrógeno (NOX), óxidos de azufre (SOX), monóxido de carbono (CO) y material particulado (MP10).

El estudio se llevó a cabo con los datos de emisión obtenidos el día 3 de noviembre de 2015 por una empresa tercerizada, considerando solo 2 hornos de proceso productivo del cemento, de un total de 30 conductos de emisión que presenta dicha empresa en todos los procesos.

No se consideraron emisiones difusas, aunque la empresa lleva a cabo diferentes metodologías de mitigación, no es posible captar el material particulado, por lo tanto no es posible su cuantificación en algunas partes del proceso como por ejemplo en la extracción y molienda de la materia prima.

En primer lugar, se logró caracterizar la estabilidad atmosférica dominante del área, la cual muestra que hasta los 10 km de altura prevalece una atmósfera neutral [D], en cambio en los primeros 500 m, donde ocurre la mayores variaciones predomina una atmósfera estable [E]. Estos tipos de estabilidades se caracterizan por presentar una importante dispersión de los contaminantes emitidos desde fuentes puntuales. Se determinó la velocidad promedio del viento la cual fue de 3,9 m/s y la temperatura media de 14,5 °C, con desviaciones estándar las cuales no producen variaciones en los valores de las CM, ni en la DMC. La dirección predominante de viento es el sur-este, seguido por la dirección oeste; respecto de la empresa Cementos Avellaneda S.A, la dirección predominante principal comprende zonas rurales y la dirección oeste comprende poblados pequeños. La probabilidad de ocurrencia en dirección a la ciudad de Olavarría es del 8%, es decir 117 días en un periodo de 4 años. Esta condición es el peor escenario que se puede presentar. La distancia entre la empresa y el casco urbano de la cuidad es de 16 km, y el terreno en esta dirección es un terreno simple, ya que no supera la altura de las chimeneas.

Según los datos obtenidos mediante el Sondeo Simple, Etapa I de la Resolución 242/1997 del OPDS, los compuestos MP10, CO y SO2 presentan mayores valores de concentración para el horno de cemento 4 (H4), mientras que los NOX son máximos en el horno de cemento 3 (H3) tanto para 15 min como para un año.

Por medio del Modelo de Dispersión Gaussiano (MDG) se encontró que para los cuatros contaminantes propuestos, el H3 presenta la concentración máxima (CM) para una clase atmosférica inestable [A] con la velocidad del viento a 3,9 m/s, donde la distancia a la máxima concentración (DMC) es de 0,70 km, siendo ésta muy cercana a la fuente. Lo mismo ocurre para el H4, aunque la DMC de 0,90 Km.

Al igual que el MDG, el Modelo Screen3 (MS3) exhibe la CM en presencia de una atmósfera tendiendo a la inestabilidad [A], con una velocidad del viento de 3,9 m/s, siendo la DMC de 2 km en ambos hornos de cemento. Para este caso en particular se realizó la sumatoria de las concentraciones de las dos fuentes puntuales, y se obtuvieron valores inferiores a los límites establecidos por el Decreto N°3395/96.

En los casos analizados por el MDG y el MS3 los mayores valores de CM son de NOX, y en menor proporción de CO, MP10 y SO2.

Las CM de contaminante se encuentran por debajo de los límites establecidos en el Decreto N°3395/96, con los tres métodos estudiados (Sondeo Simple, MDG, y MS3), para los cuatro tipos de contaminantes analizados y en todas las formas de estabilidad.

Los máximos valores de concentración se obtuvieron a partir del Sondeo Simple, seguido por los valores MS3 y MDG, en orden decreciente.

Se realizó el cálculo del caudal másico máximo (Qmáx) que pueden emitir los hornos por medio del Sondeo Simple, para el cual aproxima o excede los límites establecidos en el Decreto

68

N° 3.395/96. En el H3, el caudal no debe superar el triple del caudal másico (Q) medido el día 3 de noviembre de 2015, para evitar que se excedan los valores de NOX y el mismo deber ser menor a un factor de 10 veces el Q medido para no superar el valor de SO2. Mientras que en el H4, aumentando el Q medido 6 veces excede el valor de SO2 para un año y se aproxima al valor estipulado para 24hs. Sin embargo, estos caudales máximos estimados podrían reducirse notablemente considerando la suma de los aportes de ambas chimeneas.

Dado que los valores de CM a nivel del suelo no exceden los valores límites de acuerdo al Decreto 3395/96, no es necesaria la utilización del programa AERMOD, el cual se establece en la Resolución 242/1997, como Etapa III.

69

4.2 Trabajo a futuro En este trabajo solo se consideró un único muestreo para cada horno. En este sentido se

propone ampliar la cantidad de mediciones a fin de contemplar diferentes situaciones de emisión.

También se aconseja realizar el análisis con otro método más preciso, sofisticado y completo como podría ser el AERMOD, si se cuenta con la información de base para correr el modelo, como imágenes satelitales, análisis de la topografía en 3D, datos de emisión por hora, datos atmosféricos por hora, entre otros; logrando entonces valores de concentraciones máximos, así como también la representación gráfica donde se observe la forma y dirección de la pluma de contaminante.

Por último es importante considerar la realización de un trabajo multidisciplinario en el cual intervengan por ejemplo, ambientólogos, físicos, matemáticos, geógrafos, médicos, etc; con el fin de obtener un mejor análisis atmosférico, topográfico, de concentración y distancia a la máxima concentración de contaminantes, como también un análisis de las incidencias de estas concentraciones en la salud.

70

Anexo Capítulo 5:

71

5.1 Anexo

5.1.1 Anexo I – Marco Legal.

5.1.1.1 Ley N°20.284 CAPITULO I - Generalidades ARTICULO 1- Declárense sujetas a las disposiciones de la presente ley y de sus Anexos I,

II y III, todas las fuentes capaces de producir contaminación atmosféricas ubicadas en jurisdicción federal y en la de las provincias que adhieran a la misma.

ARTICULO 2- La autoridad Sanitaria Nacional, Provincial y de la Municipalidad de la Ciudad de Buenos Aires, en sus respectivas jurisdicciones tendrán a su cargo la aplicación y fiscalización del cumplimiento de la presente ley y de las normas reglamentarias que en su consecuencia se dicten.

ARTICULO 4- Será responsabilidad de la autoridad sanitaria nacional estructurar y ejecutar un programa de carácter nacional que involucre todos los aspectos relacionados con las causas, efectos, alcances y métodos de prevención y control de la contaminación atmosférica […].

ARTICULO 5- Créase el Registro Catastral de Fuentes Contaminantes a cargo de la autoridad Sanitaria Nacional, la que a esos efectos solicitará la cooperación de las autoridades provinciales y de la Municipalidad de la Ciudad de Buenos Aires.

CAPITULO II - De las Normas de Calidad de Aire y de los Niveles Máximos de Emisión. ARTICULO 6- La autoridad Sanitaria Nacional queda facultada para fijar las normas de

calidad de aire y las concentraciones de contaminantes correspondientes a los estados. ARTICULO 7- Es atribución de las autoridades sanitarias locales fijar para cada zona los

niveles máximos de emisión de los distintos tipos de fuentes. ARTICULO 8- Compete a la autoridad Sanitaria Nacional fijar los niveles máximos de

emisión de los distintos tipos de fuentes móviles, y fijar los procedimientos de medición correspondientes.

CAPITULO III - Del Plan de Prevención de Situaciones Críticas. ARTÍCULO 9- La autoridad sanitaria local establecerá un Plan de Prevención de

Situaciones Críticas de Contaminación Atmosférica, basado en niveles determinará los cuales determinaran la existencia de estados de Alerta, Alarma y Emergencia.

ARTÍCULO 10- El Plan de Prevención de Situaciones Críticas contemplará la adopción de medidas que, según la gravedad de cada caso, autoricen a limitar o prohibir las operaciones y actividades en la zona afectada, a fin de preservar la salud de la población […].

CAPITULO IV - De las Fuentes Fijas. […] ARTÍCULO 15- Dentro de los términos que especifiquen las respectivas

reglamentaciones, todas las fuentes fijas capaces de producir contaminación atmosférica, deberán obtener su habilitación de funcionamiento, que será renovada con la periodicidad que determine la autoridad competente. La autoridad de aplicación queda facultada para fijar las tasas que correspondan por la retribución del servicio.

CAPITULO V - De las Comisiones InterJurisdiccionales[…]. CAPITULO VI- De las Sanciones […]. CAPITULO VII - Del Procedimiento en la Capital Federal […]. CAPITULO VIII - Del Destino de Aranceles y Multas […]. CAPITULO IX - Disposiciones Transitorias.

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ARTÍCULO 39- Las Provincias podrán adherirse al régimen de la presente ley con exclusión del Capítulo VII […].

ANEXO I, ANEXO II y ANEXO III […].

Anexo II de la Ley Nacional N°20.284.

5.1.1.2 Ley N° 5.965 Ley de protección a las fuentes de provisión y a los cursos y cuerpos receptores de aguas y a

la atmosfera. Artículo 1º Denomínase a la presente ¨Ley de protección a las fuentes de provisión y a los

cursos y cuerpos receptores de agua y a la atmósfera¨. Artículo 2º Prohíbese a las reparticiones del Estado, entidades públicas y privadas y a los

particulares, el envío de efluentes residuales sólidos, líquidos o gaseosos, de cualquier origen, a la atmósfera, a canalizaciones, acequias, arroyos, riachos, ríos y a toda otra fuente, cursos o cuerpo receptor de agua, superficial o subterráneo, que signifique una degradación o desmedro del aire o de las aguas de la provincia, sin previo tratamiento de depuración o neutralización que los convierta en inocuos e inofensivos para la salud de la población o que impida su efecto pernicioso en la atmósfera y la contaminación, perjuicios y obstrucciones en las fuentes, cursos o cuerpos de agua.

Artículo 3º Queda expresamente prohibido el desagüe de líquidos residuales a la calzada. Solamente se permitirá la evacuación de las aguas de lluvia por los respectivos conductos pluviales.

Artículo 4º Las autoridades municipales no podrán extender certificados de terminación ni habilitación de establecimientos, inmuebles o industrias, ni siquiera con carácter precario, cuando los mismos evacúen efluentes en contravención con las disposiciones de la presente ley, sin la aprobación previa de dicho efluente por los organismos competentes de los Ministerios de Obras Públicas y/o Salud Pública de la Provincia de Buenos Aires, en lo que a cada uno compete o de Obras Sanitarias de la Nación para los residuos líquidos de aquellas zonas en que ésta intervenga por convenio con la Provincia.

Artículo 5º Los permisos de descarga residuales a fuentes, cursos o cuerpos receptores de agua o a la atmósfera, concedidos o a concederse serán de carácter precario y estarán sujetos por su índole a las modificaciones que en cualquier momento exijan los organismos competentes.

Artículo 6º Ningún establecimiento industrial podrá ser habilitado o iniciar sus actividades, ni aún en forma provisoria, sin la previa obtención de la habilitación correspondiente y la

73

aprobación de las instalaciones de provisión de agua y de los efluentes residuales industriales respectivos.

Artículo 7º Las municipalidades ejercerán la inspección necesaria para su fiel y estricto cumplimiento, como así también ejecutarán de oficio y por cuenta de los propietarios, cuando estos se rehusaran a hacerlo, todos los trabajos indispensables para evitar perjuicios o neutralizar la peligrosidad de los efluentes, y procederá, si fuera necesario, a la clausura de los locales o lugares donde éstos se produjeran.

Artículo 8º Los infractores de la presente ley, serán pasibles de multas desde mil pesos moneda nacional (1.000 m/n) hasta cien mil pesos moneda nacional (100.000 m/n), las que serán graduadas de acuerdo con la importancia de la contravención.

Artículo 9º Las municipalidades tendrán por virtud de esta ley, la facultad de imponer y percibir las multas establecidas en el artículo anterior, las que se destinarán a reforzar las partidas municipales para obras de saneamiento urbano.

Artículo 10º Cuando por aplicación de la presente ley se dispusiera la clausura de los desagües residuales de un establecimiento industrial, que trajera aparejada la suspensión temporaria de sus actividades, los propietarios afectados por la sanción, quedarán obligados a abonar los sueldos y jornales de su personal hasta tanto se levante la clausura impuesta. Si con motivo de la clausura, el establecimiento industrial cesara definitivamente en sus actividades, no se considerará dicha situación como caso de fuerza mayor, debiéndose abonar las indemnizaciones a su personal de acuerdo a lo establecido en las leyes vigentes.

Artículo 11º A partir de la promulgación de la presente ley, fíjase un único e improrrogable plazo de dos (2) años a todos aquellos que se encuentren en infracción, para ajustarse a las disposiciones y requisitos que la misma exige.

Artículo 12º El Poder Ejecutivo, por intermedio de los ministerios de Obras Públicas y/o Salud Pública deberá, dentro de lo que a cada uno compete, reglamentar la presente ley dentro de los noventa (90) días de su promulgación.

5.1.1.3 Decreto N° 3.395/96 Dado que no hay reglamentación que regule el vertido de efluentes gaseosos

contaminantes a la atmósfera; Que, las emisiones gaseosas necesitan ser controladas, por las graves consecuencias en la

salud humana que producen, como así también el daño al ambiente circundante y específicamente al recurso aire;

Que, en la Provincia de Buenos Aires se encuentran radicados la mayoría de los establecimientos industriales del país los generan vertidos de efluentes gaseosos a la atmósfera;

Que, la Ley Nº 11.459, de "Habilitación Industrial", por ser una norma meramente habilitatoria, su reglamentación no prevé disposición alguna que regule sobre esta temática;

Que, la Ley Nº 5965, regula a todos los generadores de efluentes gaseosos, incluyendo a las Reparticiones del Estado, las entidades públicas y privadas, y a los particulares que envíen efluentes de este tipo a la atmósfera;

Que, no solamente los establecimientos industriales generan este tipo de efluentes, debido a lo cual resulta necesario que todo generador que produzca tales residuos se encuentre alcanzado por una norma que reglamente la materia;

Que, es necesario realizar una política de prevención al efecto, ya que la subsanación de los daños resulta social y económicamente más costosa;

Por ello, se decreta entre otros artículos;

Disposiciones generales Artículo 1° Todo generador de emisiones gaseosas que vierta las mismas a la atmósfera,

y se encuentre ubicado en el territorio de la Provincia de Buenos Aires, en especial los

74

establecimientos industriales según la definición de la Ley Nº 11.459 y su decreto reglamentario. Quedan excluidas las fuentes móviles; entendiéndose por tales los vehículos rodados y naves de aeronavegación que generen efluentes gaseosos y los viertan a la atmósfera, salvo que se encuentren incluidos en la definición de establecimiento industrial de la Ley Nº 11.459 y su decreto reglamentario.

Artículo 4° Todos los generadores comprendidos en el artículo 1º del presente, ubicados en el territorio de la Provincia que viertan a la atmósfera efluentes gaseosos, deberán solicitar ante la Autoridad de Aplicación un Permiso de Descarga de efluentes gaseosos a la atmósfera, según los requisitos establecidos en esta reglamentación y las resoluciones complementarias que se dicten en el futuro.

Artículo 5° Cuando el generador sea un establecimiento industrial de primera o segunda categoría, de acuerdo a la clasificación prevista en la Ley 11.459 y su decreto reglamentario, los podrán fiscalizar el cumplimiento del presente decreto.

En el caso de establecimientos de tercera categoría la fiscalización será realizada por la Provincia a través de la Autoridad de Aplicación, pudiendo ejercerla el municipio cuando razones de grave riesgo a la salud, población o al medio ambiente exijan la aplicación de la medida precautoria de clausura por toma de decisión inmediata.

Cuando el municipio por razones de grave riesgo a la salud, población o al medio ambiente hubiere fiscalizado y dispuesto una medida precautoria de clausura preventiva, es obligación de éste, en el plazo de 24 horas, informar a la Autoridad de Aplicación Provincial a fin de que ésta envíe una inspección convalidando o no la medida adoptada.

Obtención del permiso de descarga Artículo 7° La Autoridad de Aplicación en el plazo de 60 días de entregada la

documentación completa, deberá otorgar el permiso de descarga de efluentes gaseosos a la atmósfera, el que tendrá carácter precario y estará sujeto por su naturaleza a las modificaciones que en cualquier momento exija dicha autoridad.

Artículo 8° La validez de los permisos de descarga será de dos (2) años.

Para la renovación del permiso de descarga será suficiente con la presentación de una auditoría sobre efluentes gaseosos por cuenta y cargo del establecimiento, con las especificaciones que serán fijadas por resolución de la Autoridad de Aplicación.

Calidad de aire y emisión Artículo 11° Los generadores cuya actividad produzca efluentes gaseosos,

deberán incorporar en la declaración jurada de solicitud de permiso de descarga, (caudal másico y concentraciones).

De las especificaciones Artículo 14° Los conductos finales de evacuación de efluentes gaseosos a la atmósfera

exterior, provengan o no de sistemas de tratamiento, deberán ser verticales y con una altura superior a la que posea la edificación circundante de vecinos en un radio máximo de 100 metros, debiéndose diseñar de forma que se permita la correcta dispersión de los efluentes, a los efectos de cumplir con la normas de calidad de aire.

Dichos conductos deberán contar con un orificio de toma de muestras adecuados a los equipos de medición y contar con plataforma y escalera de acceso seguras. En los conductos finales en los cuales deba medirse la emisión de material particulado se practicarán dos (2) orificios del mismo diámetro colocados a noventa (90) grados uno del otro en las mismas condiciones anteriores y en el mismo plano.

75

De las obligaciones complementarias de los titulares de establecimientos alcanzados por la presente.

Artículo 15° Toda situación anormal y de emergencia, considerada esta última como aquel acontecimiento accidental, que obligue a evacuar efluentes en forma transitoria y pretenda justificarse como tal, deberá ser declarada a la Autoridad de Aplicación en forma fehaciente, dentro de las veinticuatro (24) horas de producida, debiéndose dentro de los tres (3) días posteriores al hecho presentar un informe de sus motivos, alcances y consecuencias, como también las medidas adoptadas para evitar que el hecho se repita en el futuro.

Es obligación de todo establecimiento industrial, llevar en legal forma un libro rubricado por la Autoridad de Aplicación, donde se asienten las emergencias o anormalidades generadas en la planta industrial, debiéndose volcar en el mismo los datos con fecha, hora, área afectada, instalación y equipos en los que tuvo origen la falla, causas, duración, consecuencias ambientales generadas y medidas mitigatorias adoptadas, alcanzando cuando fuere necesario la zona aledaña afectada.

Toda otra situación previsible que represente un riesgo ambiental también deberá ser comunicada con suficiente anticipación a la Autoridad de Aplicación, a los fines de permitir su intervención.

Anexo I - Definiciones Normas de calidad de aire: Son límites legales correspondientes a niveles de contaminantes

en el aire, durante un período de tiempo dado (especificados en la Tabla A). Estas normas se podrán modificar en el tiempo.

Normas de emisión: Son límites a la cantidad de unidad de tiempo y/o concentración de contaminantes emitidos por la fuente.

Contaminación de aire: Presencia en la atmósfera exterior de uno o más contaminantes o sus combinaciones, en concentración y con tal duración y frecuencia de ocurrencia que puedan afectar la vida humana, de animales, de plantes, o la propiedad, que interfiera en el goce de la vida, la propiedad o el ejercicio de actividades.

Efluente gaseoso: Toda aquella sustancia en estado aeriforme, sean gases, aerosoles (líquidos y sólidos), material sedimentable, humos negros, químicos, nieblas y olores, que constituyan sistemas homogéneos o heterogéneos y que tengan como cuerpo receptor a la atmósfera.

Contaminante: Agente químico, físico o biológico que tiene la potencialidad de contaminar. Caudal másico: Masa por unidad de tiempo de un contaminante emitido por la fuente. Nivel guía de calidad de aire ambiente: Concentración de contaminantes debajo de cuyos

valores se estima, para el grado de conocimiento del que se dispone, que no existirán efectos adversos en los seres vivos.

Nivel guía de emisión: Concentración de contaminantes o caudales másicos a emitir tomados como referencia en la selección de la tecnología apropiada para el control de los efluentes gaseosos a los efectos de aplicarse a plantas de tratamiento a instalarse.

Flujo másico: Masa por unidad de tiempo y por unidad de superficie de un contaminante. Norma de calidad de aire ambiente - Contaminantes básicos (Tabla A)

76

Contaminante Símbolo mg/m 3 Ppm Período de tiempo

Dióxido de azufre SO2 1,300 (7) 0,365 (7)

0,080

0,50 (7) 0,14 (7)

0,03

3 horas (2) 24 horas (1) (3)

1 año (1) (4)

Material particulado en suspensión

(PM-10) (6) PM-10

0,050 0,150 (7)

1 año (1) (2) 24 horas (1) (2 (3)

Monóxido de carbono

CO 10,000 (7) 40,082 (7)

9 (7) 35 (7)

8 horas (1) 1 hora (1)

Ozono (Oxidantes

fotoquímicos) O3 0,235 (7) 0,12 (7) 1 hora (1) (2)

Óxidos de nitrógeno (expresado como

dióxido de nitrógeno)

NO x 0,367 (7)

0,100 0,2 (7) 0,053

1 hora (1) (2) 1 año (1) (2) (4)

Plomo (5) Pb 0,0015 (media

aritmética)

3 meses (1) (2) (4)

(1) Norma primaria. (2) Norma secundaria. (3) 24 horas medidas entre las 10.00 horas del día 1 y las 10.00 horas del día 2. (4) Media aritmética en el período considerado. (5) Determinado a partir de material particulado total (MPT). (6) Partículas con diámetro menor o igual que 10 micrones. (7) No puede ser superado más de una vez al año. Observaciones: Los valores de la presente tabla están referidos a condiciones estándares (Temperatura: 25 o C y Presión de 1 atmósfera).

5.1.1.4 Resolución 242/1997 Instructivo para la aplicación de modelos de difusión atmosférica a efluentes gaseosos.

Introducción El objetivo de la Secretaría de Política Ambiental (SPA) es basar la fiscalización de los

efluentes gaseosos en el control del impacto que producen los mismos en la calidad del aire, lo que conlleva a la necesidad de medir dicha calidad o estimarla mediante modelación matemática simulando el comportamiento de contaminantes en la atmósfera.

El presente instructivo tiene como objeto brindar una herramienta válida de trabajo para relacionar la emisión de un efluente gaseoso y la calidad del aire ambiente, y con ello, poder comparar con las normas y los niveles guía de calidad del aire ambiente fijados por el Decreto N° 3395/96.

A los fines del cumplimiento del Decreto N° 3395/96, la metodología desarrollada está dividida en tres etapas; Etapa I: análisis mediante sondeo simple, Etapa II: análisis mediante sondeo detallado y Etapa III: análisis mediante modelación detallada.

Etapa I - Sondeo Simple El análisis de sondeo simple puede ser utilizado para determinar de manera aproximada las

concentraciones de contaminantes en aire esperables en las condiciones más desfavorables. Se aplica para determinar si las emisiones procedentes de las fuentes en cuestión superan una fracción de los límites de calidad del aire establecidos por el Decreto N° 3395/96 y Resoluciones complementarias.

Si las concentraciones totales en aire de los contaminantes en estudio no sobrepasan el 30% de los valores correspondientes establecidos en el Decreto N° 3395/96, la o las fuentes en

77

estudio pueden considerarse ambientalmente adecuadas y no será necesario proseguir con las siguientes etapas. En caso contrario, corresponde aplicar el análisis por Sondeo Detallado indicado en la Etapa II.

Etapa II - Sondeo Detallado Posee los mismos objetivos que la Etapa I pero su metodología de cálculo es más compleja

para obtener mayor exactitud. Si las concentraciones ambientales totales de los contaminantes en estudio no sobrepasan

el 50% de los valores correspondientes establecido por el Decreto N° 3395/96, la o las fuentes en estudio pueden considerarse ambientalmente adecuadas y no será necesario proseguir con las siguientes etapas. En caso contrario, corresponde aplicar el análisis por Modelación Detallada indicado en la Etapa III.

Etapa III - Modelación Detallada Excluye el uso de modelos de sondeo, y requiere la utilización de información

meteorológica horaria como base de entrada de modelos detallados. Si bien a este nivel se debe acceder cuando los resultados del estudio de la Etapa II indican

la existencia de un problema potencial para la calidad del aire, es posible, a criterio del generador, realizar el estudio comenzando con la Etapa III, sin encarar los análisis de sondeos, (Etapa I y II).

5.1.2 Anexo II – Perfiles de Concentración en función de la distancia con MDG.

5.1.2.1 Horno 3 Caso I a)

Figura 46: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso I a) en el Horno 3.

78

Caso II a)

Figura 47: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso II a) en el Horno 3.

Caso I b)

Figura 48: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso I b) en el Horno 3.

Caso II b)

Figura 49: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso II b) en el Horno 3.

79

Caso I c)

Figura 50: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso I c) en el Horno 3.

Caso II c)

Figura 51: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso II c) en el Horno 3.

5.1.2.2 Horno 4 Caso I b)

Figura 52: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso I b) en el Horno 4.

80

Caso II b)

Figura 53: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso II b) en el Horno 4.

Caso I c)

Figura 54: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso I c) en el Horno 4.

Caso II c)

Figura 55: MDG – Perfiles de Concentración para el Caso II c) en el Horno 4.

5.1.3 Anexo III– Perfiles de Concentración en función de la distancia con MS3.

5.1.3.1 Horno 3 y Horno 4

81

Caso I a)

Figura 56: MS3- Perfiles de concentración para el Caso I a) en el Horno 3 y 4.

Caso I b)

Figura 57: MS3- Perfiles de concentración para el Caso I b) en el Horno 3 y 4.

Caso I c)

Figura 58: MS3- Perfiles de concentración para el Caso I c) en el Horno 3 y 4.

82

Caso II a)

Figura 59: MS3- Perfiles de concentración para el Caso II a) en el Horno 3 y 4.

Caso II b)

Figura 60: MS3- Perfiles de concentración para el Caso II b) en el Horno 3 y 4

Caso II c)

Figura 61: MS3- Perfiles de concentración para el Caso II c) en el Horno 3 y 4

83

Referencias Capítulo 6:

84

6.1 Referencias (CEPIS), C. P. (2005). Conceptos básicos sobre meteorología de la contaminación de aire.

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concentraciones máximas esperables de contaminantes

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