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Medellín, 11 Diciembre de 2012
Ingeniera
Aura Elena Gómez Gutiérrez
Coordinadora Unidad Monitoreo y Calidad Ambiental
CORNARE
Asunto: Informe técnico, del proyecto “APLICACIÓN DE UN MODELO DE
DISPERSIÓN DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA EN EL CORREDOR
INDUSTRIAL DE LA AUTOPISTA MEDELLÍN – BOGOTÁ, JURISDICCIÓN DE LOS
MUNICIPIOS DE SAN LUIS, SONSÓN Y PUERTO TRIUNFO”.
Respetada Ingeniera Gómez
Adjunto se envía el informe final del diagnostico de la calidad del aire en el
corredor industrial de la autopista Medellín - Bogotá.
Cualquier información adicional concerniente a este informe, estaré atenta a
responderla a la mayor brevedad.
Cordial saludo
María Victoria Toro Gómez I.Q. MSc. Ph.D.
Coordinador Científico
Grupo de Investigaciones Ambientales GIA
APLICACIÓN DE UN MODELO DE DISPERSIÓN
DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA EN EL
CORREDOR INDUSTRIAL DE LA AUTOPISTA
MEDELLÍN – BOGOTÁ, JURISDICCIÓN DE LOS
MUNICIPIOS DE SAN LUIS, SONSÓN Y PUERTO
TRIUNFO.
Convenio 068 de 2012
Realizado por:
Grupo de Investigaciones Ambientales
Medellín, Diciembre 2012
iv
TABLA DE CONTENIDO
1 INTRODUCCIÓN .......................................................................................... 1
2 MARCO LEGISLATIVO................................................................................... 3
3 PROCESO PRODUCTIVO ............................................................................... 7
3.1 PLANTAS PROCESADORAS DE CALIZA ...................................................... 7
3.2 MINA DE EXPLOTACIÓN DE CALIZA A CIELO ABIERTO ............................... 13
4 METODOLOGÍA PARA LA MODELIZACIÓN ...................................................... 18
4.1 DOMINIO DE TRABAJO .......................................................................... 20
4.2 INVENTARIO DE EMISIONES ATMOSFÉRICAS ........................................... 25
4.2.1 Tipo de Modelo de Inventario de Emisiones ....................................... 25
4.2.2 Tipo de Contaminante ..................................................................... 26
4.2.3 Fuentes ......................................................................................... 26
4.2.4 Inventario de Fuentes Fijas ............................................................ 27
4.2.4.1 Análisis de datos recolectados ................................................... 28
4.2.4.2 Emisiones de Fuentes Fijas ........................................................ 30
4.2.5 Inventario de Fuentes de Área ......................................................... 33
4.2.5.1 Análisis de datos recolectados ................................................... 33
4.2.5.2 Factores de Emisión Usados para la Estimación de Emisiones ........ 35
4.2.5.3 Resultados de las Emisiones de Fuentes Área .............................. 39
4.2.6 Inventario de Fuentes Móviles .......................................................... 40
4.2.6.1 Análisis de datos recolectados ................................................... 42
4.2.6.2 Factores de Emisión Usados para la Estimación de Emisiones ........ 45
4.2.6.3 Resultados de las Emisiones de Fuentes Móviles .......................... 47
4.3 CALIDAD DEL AIRE ............................................................................... 48
4.4 METEOROLOGÍA PARA EL PRONÓSTICO DE LA DISPERSIÓN DE
CONTAMINANTES .......................................................................................... 53
4.4.1 Comportamiento del Viento ................................................................ 53
4.4.2 Estabilidad Atmosférica ...................................................................... 59
4.4.3 Altura de Mezcla................................................................................ 63
5 APLICACIÓN DEL MODELO DE DISPERSIÓN AERMOD ...................................... 65
5.1 RESULTADOS DE LA DISPERSIÓN ........................................................... 65
5.1.1 Escenarios ..................................................................................... 65
5.1.1.1 Escenario 1: Dominio General .................................................... 67
5.1.1.2 Escenario 2: Dominio Norte Hornos ............................................ 72
5.1.1.3 Escenario 3: Dominio Norte ....................................................... 74
5.1.1.4 Escenario 4: Dominio Central..................................................... 81
5.1.1.5 Escenario 5: Dominio Oeste....................................................... 87
5.1.1.6 Escenario 6: Dominio Sur .......................................................... 89
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ....................................................... 92
7 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................... 95
v
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Niveles Máximos Permisibles para Contaminante Criterio. Resolución 610 de 2010. ...... 4
Tabla 2 Concentración y Tiempo de Exposición de los Contaminantes para los Niveles de
Prevención, Alerta y Emergencia. Resolución 610 de 2010. ........................................... 5
Tabla 3. Numero de Fuentes Fijas de Emisión. ................................................................ 28
Tabla 4. Caracterización de las Fuentes Fijas por Subsectores Productivos .......................... 30
Tabla 5 Valores de Emisión en Plantas de Material Particulado (MP) .................................... 31
Tabla 6 Numero de fuentes de Área de Emisión ............................................................... 33
Tabla 7. Factores de Emisión para Material Particulado Total ............................................. 35
Tabla 8 Valores de los Factores de Emisión de Material Particulado por Actividad Minera ........ 39
Tabla 9 Valores de Emisión Total en Minas Procesadoras de Caliza de Material Particulado ..... 40
Tabla 10 Número de Vehículos que Transitan por el Corredor Industrial MED -BOG................ 42
Tabla 11 Número de Vehículos que Transitan por la Carretera La Danta .............................. 42
Tabla 12 Factores de Emisión Vehicular Modelo IVE ......................................................... 46
Tabla 13 Emisiones Material Particulado PM10 Tramo Corredor Industrial MED-BOG .............. 47
Tabla 14 Emisiones Material Particulado PM10 Tramo Carretera La Danta ............................ 47
Tabla 15 Resumen de Emisiones Totales ........................................................................ 47
Tabla 16 Reporte de Datos PM10 Registrados en la Estación Localizada en la Empresa Calpra. 50
Tabla 17. Reporte de Datos PM10 Registrados en la Estación Localizada en la Empresa Domical.
........................................................................................................................ 50
Tabla 18 Resumen Resultados PM10 – PST Argos Rioclaro................................................. 52
Tabla 19. Frecuencia de Ocurrencia de Viento en Cementera Argos..................................... 54
Tabla 20. Frecuencia de Ocurrencia del Viento Empresa Calco. .......................................... 55
Tabla 21. Resultados AERMOD Empresa Calpra. .............................................................. 56
Tabla 22 Concentraciones máximas anual PST – PM10, Escenario 1 .................................... 67
Tabla 23 Porcentaje de Variación .................................................................................. 72
Tabla 24 Descripción de las Fuentes Fijas Escenario 2 ...................................................... 72
Tabla 25 Concentraciones máximas anual PST – PM10, Escenario 2 .................................... 73
Tabla 26 Descripción de las Fuentes Fijas Escenario 3 ...................................................... 74
Tabla 27 Descripción fuentes de Área Escenario 3 ............................................................ 74
Tabla 28 Concentraciones máximas anual PST – PM10, Escenario 3 .................................... 75
Tabla 29 Descripción de las Fuentes Fijas Escenario 4 ...................................................... 81
Tabla 30 Descripción fuentes de Área Escenario 4 ............................................................ 81
Tabla 31 Concentraciones máximas anual PST – PM10, Escenario 4 .................................... 83
Tabla 32 Descripción de las Fuentes Fijas Escenario 5 ...................................................... 87
Tabla 33 Concentraciones máximas anual PST – PM10, Escenario 5 .................................... 88
Tabla 34 Concentraciones máximas anual PST – PM10, Escenario 6 .................................... 89
Tabla 35 Resumen de Emisiones de Material Particulado Total ........................................... 91
vi
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Instalaciones Planta Sumicol................................................................... 7
Figura 2 Diagrama de Flujo Proceso Productivo Procecal ......................................... 8
Figura 3 Diagrama de Flujo Proceso Productivo Cales de Rio Claro ........................... 9
Figura 4 Hornos Artesanales Verticales de Calcinación Calco .................................. 10
Figura 5 Hornos Artesanales Verticales de Calcinación Procecal .............................. 11
Figura 6 Salida Piedra Calcinada (cal viva) de los Hornos Planta Calco ..................... 12
Figura 7 Trituración y Empaque Cal Viva Planta Calco ........................................... 13
Figura 8 Mina de Explotación Calco ..................................................................... 14
Figura 9 Perforación para Voladura Mina Calco ..................................................... 15
Figura 10 Secuencia de Voladora Mina Calco ........................................................ 15
Figura 11 Maquinaria Reducción de Tamaño Luego de la Voladura Mina Sumicol ....... 16
Figura 12 Selección y Cargue de Material Mina Asomardant ................................... 16
Figura 13 Transporte Camiones de Carga Mina Calina ........................................... 17
Figura 14. Aplicación de un Modelo de Dispersión ................................................. 19
Figura 15 Jurisdicción Cornare ............................................................................ 21
Figura 16. Ubicación de las Plantas de Procesamiento, Minas de Piedra Caliza, Corredor
Industrial y la Carretera a La Danta. ............................................................. 22
Figura 17 Dominio de Trabajo. ........................................................................... 23
Figura 18. Topografía Jurisdicción Cornare. .......................................................... 24
Figura 19. Esquema del Inventario de Emisiones Tipo Bottom - Up ......................... 26
Figura 20. Distribución Espacial de las Fuentes Fijas ............................................. 29
Figura 21 Participación de Emisiones por proceso ................................................ 32
Figura 22 Distribución espacial de las fuentes de Área ........................................... 34
Figura 23 Toma de Muestra Mina Calco ............................................................... 37
Figura 24 Cuarteo de Muestras en el Laboratorio .................................................. 37
Figura 25 Muestras Tomadas.............................................................................. 38
Figura 26 Tamices utilizados en el Muestreo ......................................................... 38
Figura 27 Ro-Tap Utilizado en el Muestreo ........................................................... 38
Figura 28. Distribución Flota Vehicular Peaje Santuario (Día festivo) ....................... 43
Figura 29. Distribución Flota Vehicular Diaria Peaje Santuario (día semana) ............. 43
Figura 30 Participación por Categoría Flota Vehicular (día semana) ......................... 44
Figura 31 Participación por Categoría Flota Vehicular (día festivo)........................... 44
Figura 32. Medidores de PM10 Calpra y Domical .................................................... 48
Figura 33. Ubicación de las Estaciones de Monitoreo de Calidad del Aire. ................. 49
Figura 34 Plano de Localización de los Puntos de Medición de Calidad del Aire .......... 51
Figura 35. Comportamiento de las Corrientes de Viento en la Zona de Influencia de la
Emisión de Contaminantes Provenientes de la Cementera Argos Planta Rioclaro. 54
Figura 36. Comportamiento de las Corrientes de Viento en la Zona de Influencia de la
Emisión de Contaminantes Provenientes de la Empresa Calco. ......................... 55
Figura 37. Comportamiento de las Corrientes de Viento en la Zona de Influencia de la
Emisión de Contaminantes Provenientes de la Empresa Calpra. ........................ 56
Figura 38 Estación Meteorológica Calpra .............................................................. 57
Figura 39 Comportamiento de las Corrientes de Viento Planta Calpra ...................... 58
vii
Figura 40 Comportamiento de las Corrientes de Viento Planta Argos Rioclaro ........... 58
Figura 41. Inestabilidad Atmosférica ................................................................... 59
Figura 42. Estabilidad Atmosférica ...................................................................... 60
Figura 43. Estabilidad Atmosférica Suave o Condición Neutra ................................. 60
Figura 44. Dispersión con Inversión Térmica (flotación) ......................................... 61
Figura 45. Dispersión con Inversión Térmica (fumigación) ..................................... 61
Figura 46. Frecuencia de la Estabilidad Atmosférica .............................................. 62
Figura 47. Variación Horaria de la Estabilidad Atmosférica ..................................... 63
Figura 48. Altura de Mezcla ................................................................................ 64
Figura 49 Distribución de Dominio General en los Diferentes Escenarios .................. 66
Figura 50 Dominio General AERMOD Escenario 1 .................................................. 68
Figura 51 Mapa de Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 1 ..................... 70
Figura 52 Zoom 1 Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 1 ...................... 71
Figura 53 Mapa de Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 2 .................... 73
Figura 54 Dominio Norte AERMOD Escenario 3 ..................................................... 75
Figura 55 Mapa de Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 3 ..................... 77
Figura 56 Zoom 1 Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 3 ...................... 78
Figura 57 Zoom 2 Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 3 ...................... 79
Figura 58 Zoom 3 Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 3 ...................... 80
Figura 59 Dominio Central AERMOD Escenario 4 ................................................... 82
Figura 60 Mapa de Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 4 ..................... 84
Figura 61 Zoom 1 Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 4 ...................... 85
Figura 62 Zoom 2 Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 4 ...................... 86
Figura 63 Mapa de Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 5 ..................... 88
Figura 64 Mapa de Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 6 ..................... 90
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 1
1 INTRODUCCIÓN
Los modelos de dispersión atmosférica son herramientas muy útiles para la
evaluación del impacto ambiental en la calidad del aire generado por los
diferentes puntos de emisión industriales que hay en nuestro medio. CORNARE
consciente del potencial de esta herramienta de planeación realiza este
convenio con la UPB para establecer el impacto de la dispersión de Material
Particulado con tamaño inferior a 10 micrómetros (PM10) proveniente de las
actividades de las empresas ubicadas en el corredor industrial de la autopista
Medellín – Bogotá, jurisdicción de los municipios de San Luis, Sonsón y Puerto
Triunfo, por el beneficio de la caliza, su explotación a cielo abierto y el aporte
de las fuentes móviles.
La investigación se realiza con la ayuda del modelo AERMOD, el cual es
recomendado por la U.S.E.P.A (Environmental Protección Agency de Estados
Unidos) para las evaluaciones ambientales concernientes a la dispersión de
contaminantes en las zonas aledañas a las fuentes de emisión.
El principal objetivo de la modelización es determinar la dispersión del
contaminante antes mencionado, de tal forma que no represente un peligro a
la salud de los receptores en los sitios de inmisión; esto se demuestra con el
cumplimiento de la normatividad de calidad del aire vigente en el país.
Los parámetros requeridos para ejecutar la modelización de la calidad del aire
(estudio de la dispersión) requieren de un conjunto de variables como:
Recopilación y evaluación, de datos existentes del recurso aire,
correspondientes a monitoreos y diagnósticos ambientales que se hayan
realizado con anterioridad.
Identificación los posibles receptores afectados por emisiones
(comunidades, ecosistemas, etc.) durante la operación de las actividades
industriales.
Realización del inventario de fuentes de emisión, caracterización de
procesos, determinación de muestreos isocinéticos y recopilación de los
valores de producción de las plantas ubicadas en la zona.
Determinación de las emisiones por fuentes de área (explotación de
calizas) mediante factores de emisión.
Determinación del área de influencia de las actividades provenientes de las
actividades industriales y mineras de la zona, mediante la visualización de
isopletas (curva de iguales concentraciones del contaminante), construidas
a partir de las simulaciones realizadas.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 2
Recopilación de información topográfica del área de influencia que pueda
inferir en los resultados de la modelación y ubicación geográficamente los
asentamientos poblacionales y las zonas críticas de contaminación.
Simulación de la dispersión atmosférica del contaminante de interés
emitido por las fuentes de emisión, mediante la aplicación el modelo
AERMOD aprobado por la EPA.
Realización de la medición de la calidad del aire en los receptores
identificados, mediante la instalación de dos equipos de PM10 (Alto
volumen y Partisol).
Comparación de los valores obtenidos con la Norma Colombiana
(Resolución 610/2010).
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 3
2 MARCO LEGISLATIVO
La regulación ambiental en Colombia comienza con la Ley 23 de 1973, por la
cual se conceden facultades extraordinarias al Presidente de la República para
expedir el Código de Recursos Naturales y Protección al Medio Ambiente, y
posteriormente se expide este Código bajo el Decreto Ley 2811 de 1974, el
cual habla por primera vez de la protección de la atmósfera y el espacio aéreo.
Más tarde, el Congreso de la República promulga la Ley 09 de 1979, por la
cual se dicta el Código Sanitario Nacional, que establece normas generales y
procedimientos para la protección del medio ambiente y menciona
específicamente las emisiones atmosféricas en los artículos 41 al 49.
La Ley 09 de 1979 y el Decreto Ley 2811 de 1974 son reglamentados en
cuanto a emisiones atmosféricas por el Decreto 02 de 1982. Este decreto
establece principalmente normas de calidad del aire y sus métodos de
medición, y normas generales de emisión para fuentes fijas y métodos de
medición de emisiones por chimeneas. Modificado por Resolución 909 de
2008, por la cual se establecen las normas y estándares de emisión
admisibles de contaminantes a la atmósfera por fuentes fijas y se dictan otras
disposiciones. Esta resolución fue parcialmente modificada por la Resolución
1309 de 2010 que modificó el artículo 3, el parágrafo 5 del artículo 4,
adiciones en el parágrafo de los artículos 4,6 y 48 y la adición del artículo 105
que relaciona la verificación del cumplimiento de los estándares de emisión.
Para el año 1993, por medio de la Ley 99 se crea el Ministerio del Medio
Ambiente y se establece la creación de las Corporaciones Autónomas
Regionales, las cuales tendrían entre sus funciones la evaluación, control y
seguimiento ambiental de los usos del agua, el suelo, el aire y los demás
recursos naturales renovables. Por medio de esta Ley también se reordena el
sector público encargado de la gestión y conservación del medio ambiente y
los recursos naturales renovables, se organiza el Sistema Nacional Ambiental,
SINA, y se dictaron otras disposiciones.
Dos años después se publica el Decreto 948 de 1995 (también conocido como
Reglamento de Protección y Control de la Calidad del Aire) el cual reglamenta
parcialmente la Ley 23 de 1973, los artículos 33, 73, 74, 75 y 76 del Decreto-
Ley 2811 de 1974; los artículos 41, 42, 43, 44, 45, 48 y 49 de la Ley 9 de
1979; y la Ley 99 de 1993, en relación con la prevención y control de la
contaminación atmosférica y la protección de la calidad del aire.
Así, después de la publicación del Decreto 948 de 1995, el Ministerio de
Ambiente y Desarrollo Sostenible ha promulgado diferentes resoluciones
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 4
donde dicta estándares de calidad del aire y estándares de emisión de fuentes
fijas y móviles. Estas son:
Resolución 610 de 2010. Modificó a la Resolución 601 de 2006 y
en ella se establece la Norma de Calidad del Aire o Nivel de Inmisión
para todo el territorio nacional en condiciones de referencia.
Resolución 910 de 2008. Por la cual se reglamentan los niveles
permisibles de emisión de contaminantes que deben cumplir las fuentes
móviles terrestres, se reglamenta el artículo 91 del Decreto 948 de
1995 y se adoptan otras disposiciones.
Tabla 1 Niveles Máximos Permisibles para Contaminante Criterio. Resolución
610 de 2010.
Contaminante Nivel Máximo
Permisible
Tiempo de
Exposición
(μg/m3)
PST 100 Anual
300 24 horas
PM10 50 Anual
100 24 horas
PM2.5 25 Anual
50 24 horas
SO2 80 Anual
250 24 horas
750 3 horas
NO2 100 Anual
150 24 horas
200 1 hora
O3 80 8 horas
120 1 hora
CO 10 8 horas
40 1 hora
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 5
Tabla 2 Concentración y Tiempo de Exposición de los Contaminantes para los
Niveles de Prevención, Alerta y Emergencia. Resolución 610 de 2010.
Contaminante Tiempo de
Exposición
Estados Excepcionales
Prevención
(μg/m3)
Alerta
(μg/m3)
Emergencia
(μg/m3)
PST 24 horas 375 625 875
PM10 24 horas 300 400 500
SO2 24 horas 500 1 1.6
NO2 1 hora 400 800 2
O3 1 hora 350 700 1
CO 8 horas 17 34 46
Es la Resolución 909 de 2008, la que establece en el Capítulo XVII la
obligatoriedad de la construcción de un ducto o chimenea cuya altura y
ubicación favorezca la dispersión de los contaminantes en el aire y a su vez
cumpla con los estándares de emisión que le sean aplicables. Además,
determina que la altura del punto de descarga sea fijada de acuerdo con lo
establecido en el Protocolo para el Control y Vigilancia de la Contaminación
Atmosférica Generada por Fuentes Fijas.
Dicho Protocolo es adoptado por medio de la Resolución 760 del 20 de abril de
2010 y más tarde es modificado por la Resolución 2153 del 02 de noviembre
de 2010, que finalmente adopta el Protocolo para el Control y Vigilancia de la
Contaminación Atmosférica Generada por Fuentes Fijas, Versión 2.0.
Así, el Protocolo establece en el capítulo 4 la metodología para la
determinación de la altura de descarga con la aplicación de Buenas Prácticas
de Ingeniería, siendo una de ellas la aplicación de modelos de dispersión. El
Protocolo también anuncia que aquellas actividades que de acuerdo con lo
establecido en el artículo 69 de la Resolución 909 de 2008 tengan la obligación
de contar con un ducto o chimenea, deberían cumplir con la altura obtenida
luego de la aplicación de las Buenas Prácticas de Ingeniería, a más tardar el
15 de julio de 2012 (el procedimiento y resultado obtenidos deberían ser
informados a la autoridad ambiental competente a más tardar el 15 de julio de
2011 para su conocimiento y seguimiento).
Sin embargo, el 07 de mayo de 2012 el Ministerio de Ambiente y Desarrollo
Sostenible publica la resolución 591 de 2012, donde resuelve que las
actividades que tengan la obligación de contar con ducto o chimenea, deberán
cumplir con la altura obtenida a más tardar el 28 de febrero de 2013, y que el
procedimiento y resultados obtenidos deberán ser informados a la autoridad
ambiental competente a más tardar el 15 de octubre de 2012. Además el
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 6
Ministerio anunció que de ser el caso, adicionaría los métodos para el cálculo
de la altura de la chimenea adoptados en el Protocolo para el Control y
Vigilancia de la Contaminación Atmosférica Generada por Fuentes Fijas, esto a
más tardar el 15 de septiembre de 2012.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 7
3 PROCESO PRODUCTIVO
3.1 PLANTAS PROCESADORAS DE CALIZA
La cal es el producto de la calcinación a alta temperatura de la piedra caliza, y
es obtenida por medio de una de las siguientes reacciones:
)Dolomítica (Cal MgO*CaO + 2CO calor + MgCO*CaCO
Calcio)en alta (Cal CaO + CO calor + CaCO
233
23
En algunas plantas procesadoras de caliza, la cal resultante (cal viva) se hace
reaccionar con agua para formar cal hidratada. Los procesos básicos en la
producción de cal son: trituración, horneado, molienda, hidratación,
almacenamiento y empaque. En la Figura 2 se presenta el diagrama de flujo
para la planta procesadora de caliza Procecal, donde se incluye el horneado
de la piedra caliza. En la Figura 3 se observa el diagrama de flujo para la
planta procesadora de caliza Cales de Rio Claro, donde el objetivo es la
disminución del tamaño de la misma y no se cuenta con el proceso de
horneado, estos dos diagramas de flujo son representativos de las demás
plantas visitadas en la zona de estudio.
Figura 1 Instalaciones Planta Sumicol
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 8
Figura 2 Diagrama de Flujo Proceso Productivo Procecal
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 9
Figura 3 Diagrama de Flujo Proceso Productivo Cales de Rio Claro
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 10
La calcinación es el proceso principal en una planta productora de cal. Éste se
lleva a cabo generalmente en hornos verticales, donde la piedra caliza se
carga por la parte superior junto con el combustible (carbón) y se calcina a
medida que desciende, finalmente el producto es descargado por la parte
inferior del horno. En la Figura 4 se observan los hornos artesanales verticales
localizados en la empresa Calco y en la Figura 5 se muestran los hornos de
Procecal, los cuales se diferencian de los primeros por la existencia de
campanas de extracción.
Figura 4 Hornos Artesanales Verticales de Calcinación Calco
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 11
Figura 5 Hornos Artesanales Verticales de Calcinación Procecal
En al Figura 6 se muestra la parte inferior de los hornos por donde sale la
piedra caliza luego de ser calcinada para su posterior trituración (Figura 7) y
empaque.
Las plantas procesadoras de caliza operan las 24 horas del día durante 365
días al año, para asegurarles a los clientes un suministro continuo de los
materiales y mantener la eficiencia del funcionamiento de los equipos
involucrados en la producción. El tiempo de operación de la planta es
importante tenerlo en cuenta ya que éste determina la dispersión de la
emisión de las fuentes puntuales.
Otro aspecto relevante para el cálculo de las emisiones provenientes de la
obtención de cal viva es el tipo de combustible utilizado. En todas las plantas
ubicadas en la zona de estudio se emplea carbón para llevar a cabo la
calcinación de la piedra caliza, el cual dependiendo de su origen y
características particulares, aporta en mayor o menor medida diferentes tipos
de contaminantes.
Las etapas de trituración y molienda en las empresas de la zona varían de
acuerdo a las exigencias del cliente y pueden presentarse antes o después de
la calcinación, convirtiéndose en una fuente importante de material
particulado. Por lo general se utilizan trituradoras de mandíbulas y molinos de
bolas o martillos para llevar a cabo estos procesos.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 12
Finalmente, en empresas como Calco donde se produce cal hidratada, la cal
viva proveniente de los hornos es molida y puesta en contacto con agua dando
lugar a la siguiente reacción exotérmica:
CalorOHCaO 22 )(H CaO
El calor adicional generado durante la reacción anterior hace que parte del
agua pase de estado líquido a gaseoso, llevando consigo material particulado.
Por esta razón en la empresa Calco existe un equipo de control de emisiones,
el cual consiste en poner en contacto los vapores con agua líquida en
contracorriente, lo que permite devolver la mayoría del material particulado al
hidratador y que las emisiones a la atmósfera provenientes de esta etapa sean
vapor de agua.
Figura 6 Salida Piedra Calcinada (cal viva) de los Hornos Planta Calco
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 13
Figura 7 Trituración y Empaque Cal Viva Planta Calco
3.2 MINA DE EXPLOTACIÓN DE CALIZA A CIELO ABIERTO
Las minas de explotación a cielo abierto tienen diferentes operaciones que
pueden influir en las tasas de emisión de polvo fugitivo, las operaciones
básicas incluyen: voladura, transporte en camiones de carga y operación de
equipos de minería. Todas las operaciones que impliquen movimientos de
tierra, o la exposición de las superficies erosionables, generan una cierta
cantidad de polvo fugitivo.
La operación inicial es la eliminación de la capa superior del suelo con quemas
o maquinaria, con la caliza expuesta se procede a realizar perforaciones (Ver
Figura 9) para luego hacer la voladura (Ver Figura 10).
Dichas perforaciones son realizadas con martillos neumáticos, que
dependiendo de la empresa y sus necesidades particulares, se realizan con
diferentes diámetros, a diferentes profundidades y espaciamientos. El
explosivo normalmente utilizado en las minas de la zona para las voladuras es
anfo y la frecuencia a la cual se lleva a cabo varía de una empresa a otra.
Todos estos datos son importantes al momento de calcular las emisiones
provenientes de esta etapa.
Después de la voladura, el material fragmentado es seleccionado por tamaño y
calidad y después es reducido de tamaño ya sea manual o mecánicamente.
Posteriormente, con una pala o cargadora frontal se recoge y se alimenta los
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 14
camiones de carga a las plantas procesadoras (Ver Figuras 11, 12 y 13). En
ocasiones puede ser descargado en una pila de almacenamiento temporal.
Figura 8 Mina de Explotación Calco
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 15
Figura 9 Perforación para Voladura Mina Calco
Figura 10 Secuencia de Voladora Mina Calco
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 16
Figura 11 Maquinaria Reducción de Tamaño Luego de la Voladura Mina
Sumicol
Figura 12 Selección y Cargue de Material Mina Asomardant
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 17
Figura 13 Transporte Camiones de Carga Mina Calina
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 18
4 METODOLOGÍA PARA LA MODELIZACIÓN
Las simulaciones son realizadas con el modelo matemático AERMOD (American
Meteorological Society/Environmental Protection Agency Regulatory Model),
diseñado por la US-EPA (Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos).
El AERMOD es un modelo de pluma en estado de equilibrio que incorpora los
conceptos capa límite planetaria, turbulencia y escalado para la dispersión
atmosférica, incluyendo el tratamiento de las fuentes superficiales y elevadas
tanto en terrenos simples como complejos.
Este programa resuelve las ecuaciones aplicando el método gaussiano para
diferentes periodos tanto cortos (horas), como largos (anuales), según la
necesidad o las características de los escenarios a simular. Este modelo de
dispersión es muy versátil en su uso, tiene un tiempo de cálculo relativamente
corto y la información que requiere es de mediana complejidad.
AERMOD incluye un programa central (AERMOD) y dos pre-procesadores de
datos, AERMET y AERMAP. AERMET es un pre-procesador meteorológico, que
procesa la capa límite y otros parámetros necesarios para el funcionamiento
de AERMOD, aceptando datos de fuentes ubicadas tanto en el sitio como fuera
de él. AERMET crea dos archivos: un archivo de datos de superficie y un
archivo de datos de viento. AERMAP es un pre-procesador de topografía. Usa
los datos del terreno para calcular una altura de influencia representativa del
terreno (hc), también referida como escala de altura del terreno. Este pre-
procesador es usado también para crear mallas de receptores o mapas de
isopletas.
AERMOD es aplicable tanto a áreas rurales como urbanas, a terrenos planos y
complejos, y a múltiples tipos de fuentes (puntuales, de área y volumétricas).
El modelo incorpora, mediante un acercamiento simple, conceptos básicos
acerca de flujo y dispersión de contaminantes en terrenos complejos, donde la
pluma de gases es modelizada tanto donde impacta como siguiendo el
terreno. Este acercamiento ha sido diseñado para ser físicamente realista y
simple de implementar, eliminando así la necesidad de distinguir entre
terrenos simples, intermedios y complejos.
La metodología de aplicación del modelo AERMOD se muestra en la Figura 14
donde se debe determinar inicialmente las emisiones, la meteorología y la
calidad del aire en los alrededores de la zona de estudio. Dichos datos son
ingresados al modelo para crear el escenario a simular. El resultado de este
procedimiento son las isopletas (curvas de igual concentración) y las
concentraciones máximas halladas en los sitios de inmisión, para los diferentes
periodos de tiempo que se quieren analizar.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 19
Figura 14. Aplicación de un Modelo de Dispersión
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 20
4.1 DOMINIO DE TRABAJO
La jurisdicción de Cornare está distribuida en cinco subregiones así:
Valles de San Nicolás, con un área de 176.600 Has, (31.400 urbanas y
145.200 rurales) correspondiente a los municipios de El Carmen de
Viboral, El Retiro, El Santuario, Guarne, La Ceja, La Unión, Marinilla,
Rionegro y San Vicente.
Bosques, con 162.700 Has, (2.200 urbanas y 160.500 rurales) e
integrada por los municipios de Cocorná, San Francisco, San Luis y
Puerto Triunfo;
Aguas, con una extensión de 146.500 Has (urbanas 4.600 y rurales
141.900) integrada por los municipios de El Peñol, Granada, Guatapé,
San Carlos y San Rafael;
Porce Nus, con un área de 101.700 Has, (urbanas 7.200 y rural 94.500)
en los municipios de Alejandría, Concepción, San Roque y Santo
Domingo;
Páramo, con una extensión de 240.200 Has, (urbanas 6.600 y rural
233.600) con los municipios de Abejorral, Argelia, Nariño y Sonsón.
La zona bajo estudio en este convenio comprende en parte los municipios de
Sonson, San Luis y Puerto Triunfo donde se desarrollan las actividades de
beneficio y explotación a cielo abierto de piedra caliza, en la Figura 15 se
observa dentro de toda la jurisdicción de Cornare el recuadro negro con la
zona bajo estudio.
Como primera actividad se realiza un reconocimiento de la zona de estudio a
fin de ubicar las plantas procesadoras de caliza y las minas de explotación a
cielo abierto tal como se muestra en la Figura 16, en donde también se
observa el tramo del corredor industrial de la autopista Medellín - Bogotá y la
carretera de ingreso al corregimiento de La Danta, municipio de Sonsón,
donde se encuentra la mayor cantidad de minas.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 22
Figura 16. Ubicación de las Plantas de Procesamiento, Minas de Piedra Caliza,
Corredor Industrial y la Carretera a La Danta.
Planta Mina Corredor Industrial Carretera La Danta
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 23
El dominio de trabajo se define como una malla temporal espacial donde se
desarrollan los algoritmos matemáticos referentes a la dispersión de los
contaminantes específicos de cada fuente de emisión. La malla que se muestra
en la Figura 17 se diseña de un tamaño de 24 x 24 kilómetros, en celdas de
250 metros con origen en las coordenadas (904766.51, 1130359.46), en ésta
se encuentran ubicadas las plantas de procesamiento, minas de piedra caliza y
vías.
Figura 17 Dominio de Trabajo.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 24
Para complementar el dominio de trabajo se importan datos de topografía
para ser ingresados al AERMAP (Aplicación del AERMOD), lo que proporciona la
elevación con una resolución de 90 metros. En la Figura 18 se observa la
topografía de la zona.
Figura 18. Topografía Jurisdicción Cornare.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 25
4.2 INVENTARIO DE EMISIONES ATMOSFÉRICAS
El desarrollo del Inventario de Emisiones Atmosféricas comprende el alcance
de las siguientes metas:
Reconocer el aporte de los contaminantes emitidos al aire de cada
proceso caracterizado del beneficio de la caliza y el aporte de las
fuentes móviles en el corredor industrial Medellin-Bogota a las
emisiones totales, lo cual permite una adecuada asignación de
responsabilidades y focalización de medidas de control,
Evaluar las estrategias de control de la contaminación atmosférica,
Ser una herramienta de soporte para los programas de calidad del aire
y,
Servir de base a la modelización de la dispersión de contaminantes para
determinar el área de influencia de los contaminantes y generar
escenarios futuros que permitan establecer los impactos sobre el medio
físico atmosférico.
Para el desarrollo del inventario de emisiones se estudia o se analizan las
siguientes variables: tipo de modelo, contaminante y fuentes de emisión.
4.2.1 Tipo de Modelo de Inventario de Emisiones
El esquema del modelo mostrado en la Figura 19 es del tipo Bottom-up. Los
modelos de este tipo están basados en el diseño de cada una de las partes
individuales y el conocimiento de todas las variables que pueden afectar los
elementos del sistema. En estos modelos, se consigna la información
específica del aporte a las emisiones atmosféricas de las fuentes fijas, fuentes
móviles y fuentes difusas, en cada una de las celdas de una forma individual,
posteriormente se enlazan para conformar el sistema completo.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 26
Figura 19. Esquema del Inventario de Emisiones Tipo Bottom - Up
4.2.2 Tipo de Contaminante
El contaminante seleccionado para el modelo de dispersión es el material
particulado inherente a los procesos productivos bajo estudio. De este
contaminante se analizan las partículas totales suspendidas PST y el material
particulado respirable PM10
4.2.3 Fuentes
El inventario de emisiones incluye el análisis de las fuentes puntuales
representadas en los procesos de combustión de la producción de caliza y las
fuentes de área identificadas como son la zona de extracción del mineral en la
mina así como las zonas de almacenamiento o acopio, vías y las fuentes
móviles.
La estimación de las emisiones, implicó un cálculo indirecto utilizando los
factores de emisión (FE), de la Agencia de Protección Ambiental de Estados
Unidos de acuerdo a cada tipo de proceso y directo con la recolección de datos
referente a estudios isocinéticos en la zona de estudio.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 27
El cálculo de las emisiones atmosféricas se basa en la metodología de la EPA,
(Environmental Protection Agency); aplicando los valores de los factores de
emisión extractados del documento AP-42, en la Ecuación 1, para los
diferentes procesos.
E = A * FE * (1-ER/100) (EC 1.)
Donde:
E: Emisión de contaminante dado en kilos por hora.
A: Medición de la actividad del proceso. Esta variable es característica de cada
proceso y corresponde a la cantidad de unidades producidas (ejemplo
toneladas de cemento producidas) ó al consumo de combustible (galones de
Diesel por hora), ó al área ocupada por una fuente de emisión (metros
cuadrados de terreno descubierto). Las unidades son dadas en peso (ton),
volumen (gal) o área (m2) por unidad de tiempo (h).
FE: Factor de emisión: valor que relaciona la cantidad del contaminante por
unidad de la actividad asociada al proceso. Las unidades son normalmente de
kilos de contaminante por unidad de peso, volumen o área.
ER: Porcentaje de reducción de las emisiones por los sistemas de control.
4.2.4 Inventario de Fuentes Fijas
En la zona bajo estudio se asientan cerca de 8 plantas de producción de cal a
partir de la extracción de caliza y la cocción de ésta en hornos, tal como se
describió en el ítem 3.1. En la visita de reconocimiento se levantó información
referente al consumo de combustibles, unidades de producción y tiempo de
funcionamiento, lo cual se consignó en las hojas de cálculo de la base datos
denominadas IECornare del Anexo 1 digital. En la Tabla 3 Número de fuentes
fijas de emisión, se muestra el total de fuentes fijas registradas y de las que
se consiguió información para la estimación de las emisiones.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 28
Tabla 3. Numero de Fuentes Fijas de Emisión.
N° Nombre de las
Plantas Proceso
Número de
Fuentes Fijas
1 Procecal 4 Hornos de Calcinación 1
2 Argos
Trituración 2
Molienda 7
Hornos de Calcinación 2
Enfriador Hornos (Hurriclon) 2
Empaque 2
Autogeneración Energía 1
3 Calina
Trituración y Molienda 1
Horno de Calcinación 1
Horno de Calcinación 1
4 Calpra Horno de Calcinación 1
5 Calco 7 Hornos de Calcinación 1
Hidratación 1
6 Sumicol Trituración 1
Molienda 1
7 Microminerales Trituración y Molienda 1
8 Cales de Rio Claro Trituración y Molienda 1
TOTAL 27
4.2.4.1 Análisis de datos recolectados
La base de datos conformada, tiene referenciadas geográficamente las plantas
procesadoras de caliza tal como se presenta en la Figura 20; donde se
reconoce que la mayor parte de las plantas se encuentran ubicadas en el
corredor industrial de la autopista Medellín – Bogotá.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 29
Figura 20. Distribución Espacial de las Fuentes Fijas
Plantas procesadoras de caliza
En la Tabla 4, se resume el número de procesos encontrados en la zona de
estudio, los cuales se unen o coligan en cuatro grupos: hornos, trituradores,
molinos y otros. En la última categoría, se reúnen hidratadores, empacadoras,
enfriadores y calderas. Se puede observar que los hornos y los molinos
representan la mayor cantidad de los procesos usados en la producción de cal,
cado uno de éstos dispone de chimeneas conjuntas o individuales de acuerdo
a la configuración de cada planta.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 30
Tabla 4. Caracterización de las Fuentes Fijas por Subsectores Productivos
Con la visita de campo se recolecto información para el cálculo de emisiones
como se describe a continuación. Las fuentes que no tenían chimenea se
consideraron dentro del inventario como fuentes difusas y no fueron tenidas
en el presente informe porque no es posible estimar sus emisiones.
4.2.4.2 Emisiones de Fuentes Fijas
En la Tabla 5 se muestran los valores de las emisiones de material particulado
en los diferentes procesos de las plantas procesadoras de caliza, la mayoría de
los procesos fueron caracterizados y medidos. Estos datos se recolectaron de
información entregada por CORNARE, de éstos solo algunos hornos no se
hallaban caracterizados y como no se encontró en la literatura factor de
emisión para este tipo de horno, éste se obtuvo de los hornos que contaban
con estudios isocinéticos.
EQUIPO NUMERO DE
FUENTES PORCENTAJE
Hornos 9 33%
Trituradores 6 22%
Molinos 8 30%
Otros 4 15%
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 31
Tabla 5 Valores de Emisión en Plantas de Material Particulado (MP)
PLANTA EQUIPO PROCESO EMISIONES
MP (kg/h)
REFERENCIA
Procecal Horno (4) Calcinación 0.13 Valor Muestreo Fuente
Cornare
Argos Colector Triturador 1 Trituración 0.26 Valor Muestreo Fuente ada &
co ltda
Argos Colector Triturador 2 Trituración 0.26 Valor Muestreo Fuente ada &
co ltda
Argos Colector Molino1 Molienda 0.02 Valor Muestreo Fuente ada &
co ltda
Argos Venteo Molino Molienda 0.34 Valor Muestreo Fuente ada &
co ltda
Argos Separador Molino 2 Molienda 0.05 Valor Muestreo Fuente ada &
co ltda
Argos Colector Molino 3 Molienda 0.05 Valor Muestreo Fuente ada &
co ltda
Argos Colector Venteo 4 Molienda 0.68 Valor Muestreo Fuente ada &
co ltda
Argos Colector Separador
Molino 4
Molienda 0.23 Valor Muestreo Fuente ada &
co ltda
Argos Electro Filtro Horno 1 Horneado 14.01 Valor Muestreo Fuente ada &
co ltda
Argos Electro filtro Horno 2 Horneado 18.13 Valor Muestreo Fuente ada &
co ltda
Argos Empacadora 1 Empacado 0.01 Valor Muestreo Fuente ada &
co ltda
Argos Empacadora 2 Empacado 0.08 Valor Muestreo Fuente ada &
co ltda
Argos Electro Filtro Molino
carbón 1
Molienda 0.45 Valor Muestreo Fuente ada &
co ltda
Argos Enfriador Horno L1.
Hurriclon
Horneado 21.92 Valor Muestreo Fuente ada &
co ltda
Argos Enfriador Horno L2.
Hurriclon
Horneado 110.56 Valor Muestreo Fuente ada &
co ltda
Argos Caldera Autogeneración 2.21 Valor Muestreo Fuente ada &
co ltda
Calina Triturador y Molino Trituración Y
Molienda
0.18 Valor Muestreo Fuente
Grupo de Investigación
Ambiental GIA UPB
Calina Horno Calcinación 0.12 Valor Muestreo Fuente
Grupo de Investigación
Ambiental GIA UPB
Calina Horno Calcinación 0.12 Se asume el mismo valor del
horno anterior por no tener
caracterización
Calpra Horno Calcinación 0.05 Medido con factor de emisión
del horno de Calina
Calco Horno (7) Calcinación 0.21 Valor Muestreo Fuente
Cornare
Calco Hidratador Hidratación 0.07 Valor Muestreo Fuente
Cornare
Sumicol Triturador (Filtro de
Mangas)
Trituración 0.1 Valor Muestreo Fuente
Grupo de Investigación
Ambiental GIA UPB
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 32
Sumicol Molino de Bolas Molienda 0.09 Valor Muestreo Fuente
Grupo de Investigacion
Ambiental GIA UPB
Microminerales Triturador y Molino Trituración y
Molienda
0.05 Valor Muestreo Fuente
Cornare
Cales de Rio
Claro
Triturador y Molino Trituración y
Molienda
0.01 Valor Muestreo Fuente
Cornare
En la Grafica 21 se puede observar que el 97% de las emisiones de fuentes
fijas provienen de los hornos, el 2 % de la trituración y la molienda y el 1%
restante de procesos como hidratación, empacado y una caldera de
autogeneración.
Figura 21 Participación de Emisiones por proceso
97%
2% 1%
% Participación Emisiones por Proceso
Hornos
Trituracion y Molienda
Otros
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 33
4.2.5 Inventario de Fuentes de Área
Las fuentes de área están representadas o identificadas como las zonas de
explotación de caliza donde se realizan los procesos de voladura, recolección y
transporte. Los datos de las minas a cielo abierto de piedra caliza tales como
área de explotación, unidades de producción y tiempo de funcionamiento se
consignaron en las hojas de cálculo de la base datos denominado IECornare
del Anexo 1 digital, Fuentes de Área. En la Tabla 6 se muestra las fuentes de
área registradas.
Tabla 6 Numero de fuentes de Área de Emisión
4.2.5.1 Análisis de datos recolectados
La base de datos conformada, tiene georeferenciadas las 9 minas de
explotación de caliza a cielo abierto tal como se presenta en la Figura 22;
donde se reconoce que la mayor parte de las minas se encuentran en el
corregimiento de La Danta, municipio de Sonsón, departamento de Antioquia.
N° NOMBRE MINA
NÚMERO DE
FUENTRES DE
ÁREA
1 Procecal 1
2 Argos 1
3 Calina 1
4 Calco 1
5 Asomardant 2
6 Sumicol 1
7 Calblomar 2
TOTAL 9
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 34
Figura 22 Distribución espacial de las fuentes de Área
Mina de explotación de caliza
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 35
4.2.5.2 Factores de Emisión Usados para la Estimación de
Emisiones
En el cálculo de las emisiones atmosféricas de las minas de explotación de
caliza a cielo abierto se consideraron simultáneamente los aspectos
operacionales y los factores de emisión propuestos por la National Coal
Asociation de USA, los factores de emisión de la Environmental Protection
Agency AP-42 en los apartados Western Surface Coal Mining (capítulos
11.9,1995), Unpaved Roads (capítulo 13.2.2, 2003), Crushed Stone
Processing and Pulverized Mineral Processing (capítulo 11.19.2 2004) y
Aggregate Handling And Storage Piles (capítulo 13.2.4, 1998), aplicados al
proceso de minería para el cálculo de la emisión de material particulado total
(PST).
Cabe resaltar que para los procesos de Perforación, voladura y cargue se
calculó los factores de emisión como si se tratara de estéril en la explotación
de carbón, debido a que en la literatura no se encontró esta información para
el caso particular de la piedra caliza.
En la Tabla 7 se presenta la lista de las ecuaciones usadas para el cálculo de
los factores de emisión considerados en la modelización.
Tabla 7. Factores de Emisión para Material Particulado Total
OPERACIÓN
GENERAL
ACTIVIDAD
ESPECÍFICA
ECUACIÓN DEL FACTOR DE
EMISIÓN
Manejo del
Material Estéril
Perforación nperforacio
kgPST59,0
Voladuras voladura
kgPSTA
5,1.00022,0
Cargue con pala
mecánica ton
kgPST018,0
Vías Internas de
la Mina
Tráfico por vía sin
pavimentar
VKT
kgPSTPWsk
ba
365
365.3.12.1
Vías Públicas Tráfico por vía
pavimentada
VKT
kgPST
N
PWsLk
4
1..)(.
02.191.0
Vías Públicas Tráfico por vía sin
pavimentar
VKT
kgPSTPC
M
Ssk
c
da
365
365.
)5.0/(
30.12.2
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 36
A: Área (m2)
C: 0.00047 (lb/VTM) Factor de Emisión desgaste de frenos y llantas 1980
k1: 4.9 (lb/VTM) Constantes para PM30 (para vías internas sin pavimentar)
k2: 6.0 (lb/VTM) Constantes para PM30 (para vías públicas sin pavimentar)
k1: 1.5 (lb/VTM) Constantes para PM10 (para vías internas sin pavimentar)
k2: 1.8 (lb/VTM) Constantes para PM10 (para vías públicas sin pavimentar)
k1: 0.15 (lb/VTM) Constantes para PM2.5 (para vías internas sin pavimentar)
k2: 0.18 (lb/VTM) Constantes para PM2.5 (para vías públicas sin pavimentar)
k: 3.23 (g/VKT) Constantes para PM30 (para vías públicas pavimentada)
k: 0.62 (g/VKT) Constantes para PM10 (para vías públicas pavimentada)
k: 0.15 (g/VKT) Constantes para PM2.5 (para vías públicas pavimentada)
a: 0.7 Constantes para PM30 (para vías internas sin pavimentar)
a: 1 Constantes para PM30 (para vías públicas sin pavimentar)
a: 0.9 Constantes para PM10 (para vías internas sin pavimentar)
a: 1 Constantes para PM10 (para vías públicas sin pavimentar)
a: 0.9 Constantes para PM2.5 (para vías internas sin pavimentar)
a: 1 Constantes para PM2.5 (para vías públicas sin pavimentar)
b: 0.45 Constantes para PM30 - PM10 - PM2.5 (vías internas sin pavimentar)
c: 0.3 Constantes para PM30 (para vías públicas sin pavimentar)
c: 0.2 Constantes para PM10 - PM2.5 (para vías públicas sin pavimentar)
d: 0.3 Constantes para PM30 (para vías públicas sin pavimentar)
d: 0.5 Constantes para PM10 - PM2.5 (para vías públicas sin pavimentar)
s: Porcentaje de Finos (%)
W: Peso Promedio Vehículo (ton)
M: Contenido de humedad de la superficie del material (%)
S: Velocidad promedio vehículo (MPH)
P: Número de días de lluvia mayor a 0.254 mm
sL: Carga de finos en la carretera pavimentada (g/m2)
N: Número de días del periodo (365)
1 lb/VMT = 281.9 g/VKT
Con el fin de estimar los factores de emisión anteriormente mencionados es
necesario calcular el porcentaje de humedad y el contenido de limo (finos) en
las vías. Para ello, en primer lugar se realizó un muestreo de las vías siguiendo
los procedimientos establecidos por la EPA en el Apéndice C1 del AP 42
Compilation of Air Pollutant Emission Factors.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 37
Figura 23 Toma de Muestra Mina Calco
Una vez recolectadas las muestras de todas las vías, tanto internas como
públicas, se procedió a realizar su respectivo análisis de laboratorio, donde fue
calculado el porcentaje de humedad y el contenido de finos siguiendo los
procedimientos de la EPA en el Apéndice C2 del AP 42 Compilation of Air
Pollutant Emission Factors.
Figura 24 Cuarteo de Muestras en el Laboratorio
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 38
Figura 25 Muestras Tomadas
Figura 26 Tamices utilizados en el Muestreo
Figura 27 Ro-Tap Utilizado en el Muestreo
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 39
4.2.5.3 Resultados de las Emisiones de Fuentes Área
En la Tabla 8 se consignan los factores de emisión para material particulado en
cada una de las minas, por tipo de operación.
Tabla 8 Valores de los Factores de Emisión de Material Particulado por
Actividad Minera
FACTORES DE EMISIÓN Unidades Factor
calculado PST
Factor calculado
PM10
Factor calculado
PM2.5
Perforación kg/perforación 0.590 0.5900 0.5900
Voladura
Mina Procecal kg/voladura 0.167 0.0867 0.0050
Mina Argos kg/voladura 11.158 5.8022 0.3347
Mina Calina kg/voladura 0.285 0.1483 0.0086
Mina Calco kg/voladura 4.579 2.3812 0.1374
Mina Asomardant Frente 1 kg/voladura 0.159 0.0825 0.0048
Mina Asomardant Frente 2 kg/voladura 0.159 0.0825 0.0048
Mina Sumicol kg/voladura 21.267 11.0587 0.6380
Mina Calblomar Frente 1 kg/voladura 0.002 0.0011 0.0001
Mina Calblomar Frente 2 kg/voladura 0.007 0.0034 0.0002
Carga de estéril
Carga con pala mecánica kg/ton 0.018 0.0180 0.0180
Factores de emisión para vías internas
Tráfico en vías sin pavimentar
Mina Procecal kg/VKT* 0.554 0.1868 0.0187
Mina Argos kg/VKT* 0.073 0.0188 0.0019
Mina Calina kg/VKT* 0.389 0.1173 0.0117
Mina Calco kg/VKT* 0.349 0.1031 0.0103
Mina Asomardant Frente 1 kg/VKT* 0.372 0.1114 0.0111
Mina Asomardant Frente 2 kg/VKT* 0.376 0.1130 0.0113
Mina Sumicol kg/VKT* 0.455 0.1443 0.0144
Mina Calblomar Frente 1 kg/VKT* 0.441 0.1353 0.0135
Mina Calblomar Frente 2 kg/VKT* 0.401 0.1228 0.0123
Factores de emisión para vías públicas
Tráfico en vías sin pavimentar
Carretera La Danta kg/VKT* 0.188 0.0376 0.0037
Tráfico en vía pavimentada
Carretera Medellín-Bogotá kg/VKT* 0.002 0.0003 0.0001
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 40
*VKT: Kilómetros recorridos por un vehículo
En la Tabla 9 se muestran los resultados totales de las emisiones calculadas
utilizando los factores de emisión de la EPA, en cada proceso para cada una de
las minas.
Tabla 9 Valores de Emisión Total en Minas Procesadoras de Caliza de Material
Particulado
Mina
Emisión
PST
(kg/h)
Emisión
PM10
(kg/h)
Emisión
PM2.5
(kg/h)
Procecal 5.31E-01 5.02E-01 4.88E-01
Argos 3.79E+00 3.76E+00 3.74E+00
Calina 1.37E+00 1.30E+00 1.27E+00
Calco 1.00E+00 9.31E-01 8.87E-01
Asomardant Frente 1 1.33E+00 1.28E+00 1.26E+00
Asomardant Frente 2 1.10E+00 1.09E+00 1.09E+00
Sumicol 1.67E+00 1.57E+00 1.49E+00
Calblomar Frente 1 4.92E-02 4.55E-02 4.40E-02
Calblomar Frente 2 4.01E-02 3.80E-02 3.71E-02
Carretera La Danta 1.62E-01 6.07E-02 3.78E-02
Carretera MED-BOG 4.28E-01 4.26E-01 4.25E-01
4.2.6 Inventario de Fuentes Móviles
En este inventario de fuentes móviles se considerarán los vehículos que
operan en vías públicas. Las emisiones vehiculares se presentan en las
siguientes formas:
-Por el tubo de escape del motor del vehículo,
-Por las evaporaciones de combustible (fuente de hidrocarburos), y
-Por el desgaste de los frenos y los neumáticos (fuente de material
particulado).
La siguiente información se basa en el documento “Air Quality Management:
The framework - the inventory – estimating emissions from mobile sources”
escrito por James Lents y otros, del International Sustainable Systems
Research Center (ISSRC).
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 41
Las fuentes móviles están identificadas como el flujo vehicular que transita por
la carretera Medellín – Bogotá entre los sitios: Rioclaro y Doradal cerca de 41
kilómetros donde circulan tracto mulas, motos y vehículos livianos y la
carretera de ingreso al corregimiento de la Danta con cerca de 16.2 kilómetros
en vía sin pavimentar y con un elevado transito de camiones puesto que en
este corregimiento se encuentran localizadas la mayoría de minas de
explotación de piedra caliza. Para su estimación se utiliza el modelo Eggleston
en el cual se fundamente en la Ecuación 2
E = N * L *FE (EC 2.)
En donde
N: Numero de vehículos
L: Longitud recorrida por vehículo
FE: Factor de emisión
Las emisiones vehiculares pueden ser estimadas multiplicando un factor de
emisión que reúna los aspectos para cada tecnología de vehículo, por la
distancia recorrida por el mismo. El factor de emisión vehicular es una relación
entre una cantidad emitida de determinado contaminante por longitud,
usualmente expresada en gramos por kilómetro (g/km).
La información de la flota vehicular (distribución de uso de combustibles,
tecnología del motor, tamaño y edad del vehículo, sistemas de control y
patrones de manejo) y la operación del automóvil (velocidad de manejo,
aceleración, frenado y frecuencia de encendido), son componentes claves para
la estimación de las emisiones de las fuentes móviles, esta información se
tomó del inventario de fuentes móviles y eólicas del estudio de dispersión de
contaminantes en el Valle de San Nicolas jurisdicción de la corporación
autónoma regional de Rionegro-NARE
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 42
4.2.6.1 Análisis de datos recolectados
En la Tabla 10 se resumen los datos suministrados por la empresa DAVIMED
S.A en el peaje de Santuario para el día lunes 14 de mayo de 2012 y el
domingo 13 del mismo mes y año.
Tabla 10 Número de Vehículos que Transitan por el Corredor Industrial MED -
BOG.
N° Vehículos
Día de Semana
N° Vehículos
Día Festivo
Autos 919 1147
Buses 259 307
Camiones 1538 822
Motos 941 1220
Para la carretera de ingreso al corregimiento de la Danta se realizó un aforo
de cuatro horas el día martes 24 de julio de 2012 y se asume el mismo flujo
vehicular para un día festivo. Este aforo se muestra en la Tabla 11.
Tabla 11 Número de Vehículos que Transitan por la Carretera La Danta
N° Vehículos
Día de Semana
Autos 144
Buses 0
Camiones 168
Motos 264
En la Figura 28 se muestra la distribución de la flota vehicular horaria en el
peaje de Santuario en un día festivo, donde se observa en la mañana un
mayor flujo de camiones y en las horas de la tarde un incremento en los
vehículos, el tránsito de camiones permanece estable en el transcurso del día.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 43
Figura 28. Distribución Flota Vehicular Peaje Santuario (Día festivo)
En la Figura 29 se muestra la distribución de la flota vehicular horaria en el
peaje de Santuario en un día de semana, donde se observa mayor número de
camiones presentándose un pico a las seis de la mañana y de cinco a seis de
la tarde; los automóviles se incrementan a las seis de mañana, permanecen
casi que constates a lo largo del día y disminuyen a las cinco de la tarde; el
numero de buses permanece casi que estable a lo largo del día.
Figura 29. Distribución Flota Vehicular Diaria Peaje Santuario (día semana)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,0
0
12,0
0
14,0
0
16,0
0
18,0
0
20,0
0
22,0
0
No
. de
ve
híc
ulo
s
Hora
Automoviles
Buses
Camiones
Total
0
50
100
150
200
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,
00
12,0
0
14,0
0
16,
00
18,
00
20,
00
22,
00
No
. de
veh
ícu
los
Hora
Automoviles
Buses
Camiones
Total
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 44
En las Figuras 30 y 31 se observa el porcentaje de participación de la flota
vehicular a la altura del peaje de Santuario para el corredor industrial Medellín
– Bogotá, el mayor porcentaje de participación en el día de semana está dado
por los camiones (42%) seguido de las motos (26%) y los autos (25%); en el
día festivo la mayor participación es de las motos con un 35%, seguido de los
autos con un 33% y los camiones con un 23%.
Figura 30 Participación por Categoría Flota Vehicular (día semana)
Figura 31 Participación por Categoría Flota Vehicular (día festivo)
25%
7%
42%
26%
% PARTICIPACIÓN POR CATEGORIA (día semana)
Autos
Buses
Camiones
Motos
33%
9% 23%
35%
% PARTICIPACIÓN POR CATEGORIA (día festivo)
Autos
Buses
Camiones
Motos
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 45
4.2.6.2 Factores de Emisión Usados para la Estimación de
Emisiones
Los factores de emisión que se utilizaron, corresponden a los determinados en
el estudio realizado por GSSR (Global Sustainable Systems Ressearch), a
través del modelo IVE (International Vehicle Emission), con las características
del combustible diesel cuyo contenido de azufre corresponde a 2000ppm y la
gasolina contiene una concentración de azufre de 1000ppm.
En la Tabla 12, se aprecian los factores de emisión utilizados en la simulación
base del año 2009, que corresponde a la operación del parque vehicular diesel
con un combustible de 2000ppm de azufre y los vehículos gasolineros utilizan
un combustible con 1000ppm de azufre. Es importante resaltar que las
emisiones estimadas corresponden a emisiones en caliente, es decir cuando el
vehículo ha alcanzado la temperatura de operación del mismo, por lo tanto no
se tienen en cuenta las emisiones en frío.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012
46
Tabla 12 Factores de Emisión Vehicular Modelo IVE
C O C O2 NOx C OVs PM10 S02 C H4 O-NMET ALC
C IC LOA
LC ALQUE ALQUI ALD C ETONA ARO
PAH Y
POP
1.5L<Autos<3.0L 34.22141 261.95924 2.15386 4.29794 0.02071 0.10491 0.85959 1.61285 0.63945 0.02696 0.51515 0.12579 0.10183 0.01348 1.25793 0.00449
C amionetas 2.06399 291.17472 1.41814 1.30438 0.20155 0.29377 0.00000 0.48948 0.19407 0.00818 0.15634 0.03818 0.03091 0.00409 0.38177 0.00136
Buses 12.24000 815.96907 20.02414 2.35719 1.51313 0.83335 0.00000 1.56906 0.02879 0.00900 0.16194 0.01799 0.29330 0.02159 0.23572 0.01979
C amiones 12.24000 815.96907 20.02414 2.35719 1.51563 0.83335 0.00000 1.40735 0.18927 0.00929 0.16140 0.01742 0.29378 0.02206 0.23572 0.02090
Motos 19.09333 44.21250 0.06667 10.46667 0.37063 0.02218 2.09333 3.64808 1.83310 0.06577 1.25638 0.30695 0.24880 0.03241 3.06279 0.01239
1.5L<Autos<3.0L 34.22141 261.95924 2.15386 4.29794 0.02071 0.10491 0.85959 1.52124 0.72952 0.02639 0.51651 0.12630 0.10179 0.01320 1.25733 0.00566
C amionetas 2.06399 291.17472 1.41814 1.30438 0.20155 0.29377 0.00000 0.46168 0.22140 0.00801 0.15675 0.03833 0.03089 0.00400 0.38159 0.00172
Buses 12.24000 815.96907 20.02414 2.35719 1.51313 0.83335 0.00000 1.56906 0.02879 0.00900 0.16194 0.01799 0.29330 0.02159 0.23572 0.01979
C amiones 12.24000 815.96907 20.02414 2.35719 1.51563 0.83335 0.00000 1.40735 0.18927 0.00929 0.16140 0.01742 0.29378 0.02206 0.23572 0.02090
Motos 19.09333 44.21250 0.06667 10.46667 0.37063 0.02218 2.09333 3.64808 1.83310 0.06577 1.25638 0.30695 0.24880 0.03241 3.06279 0.01239
1.5L<Autos<3.0L 34.22141 177.44111 1.88724 4.29794 0.02071 0.07682 0.85959 1.52037 0.73084 0.02651 0.51499 0.12686 0.10224 0.01325 1.25719 0.00568
C amionetas 0.85483 295.49205 1.13130 0.53526 0.20155 0.29618 0.00000 0.18935 0.09102 0.00330 0.06414 0.01580 0.01273 0.00165 0.15657 0.00071
Buses 2.18383 808.44108 18.54939 0.46416 1.21313 0.81007 0.00000 0.30897 0.00567 0.00177 0.03189 0.00354 0.05775 0.00425 0.04642 0.00390
C amiones 2.18383 808.44108 18.54939 0.46416 1.21563 0.81007 0.00000 0.27712 0.03727 0.00183 0.03178 0.00343 0.05785 0.00434 0.04642 0.00412
Motos 12.96144 58.17194 0.04762 9.25897 0.21063 0.02596 1.85179 3.22715 1.62159 0.05818 1.11141 0.27153 0.22009 0.02867 2.70939 0.01096
1.5L<Autos<3.0L 11.70928 222.13620 0.81435 0.51056 0.02071 0.07952 0.09725 0.18307 0.08434 0.00310 0.06121 0.01495 0.01213 0.00169 0.14950 0.00056
C amionetas 0.68386 266.18322 0.90504 0.42821 0.20155 0.26667 0.00000 0.15354 0.07074 0.00260 0.05134 0.01254 0.01017 0.00142 0.12539 0.00047
Buses 2.18383 808.56259 5.74423 0.42550 1.21313 0.81019 0.00000 0.28323 0.00520 0.00162 0.02923 0.00325 0.05294 0.00390 0.04255 0.00357
C amiones 2.18383 808.56259 5.74423 0.42550 1.21563 0.81019 0.00000 0.25404 0.03417 0.00168 0.02914 0.00314 0.05303 0.00398 0.04255 0.00377
Motos 6.82954 84.58540 0.04762 4.02564 0.11063 0.02973 0.80513 1.40311 0.70504 0.02530 0.48322 0.11806 0.09569 0.01247 1.17799 0.00477
1980 < Año < 2000
2000 <Año < 2005
Año > 2005
MODELO VEHÍC ULO C ATEGORÍA VEHÍC ULO
FAC TOR DE EMISIÓN VEHIC ULAR EN C ALIENTE (g/km recorr ido)
C ONTAMINANTES C RITERIO ESPEC IAC ION C OV`s
Año < 1980
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 47
4.2.6.3 Resultados de las Emisiones de Fuentes Móviles
Para incluir estas fuentes dentro del modelo de dispersión se deben tomar
como una fuente de área por lo tanto es necesario tener en cuenta la longitud
de la vía por el ancho de la misma. La longitud del tramo del corredor
industrial de la vía Medellín - Bogotá es de 41 km y el ancho de 12 m; el
resultado de las emisiones de material particulado menor a 10 micras (PM10)
se muestra en la Tabla 13.
Tabla 13 Emisiones Material Particulado PM10 Tramo Corredor Industrial MED-
BOG
Emisiones PM10
(g/s) Área Total
(m2) Emisiones PM10
(g/s*m2)
0.1181 492000 2.4E-7
En la Tabla 14 se muestran los resultados de las emisiones de material
particulado menor a 10 micras (PM10) de la carretera a la Danta cuya longitud
es de 16.2 km y el ancho de 6 m.
Tabla 14 Emisiones Material Particulado PM10 Tramo Carretera La Danta
Emisiones PM10
(g/s)
Área Total
(m2)
Emisiones PM10
(g/s*m2)
0.0098 97200 1E-7
La base de datos usada para los cálculos de las emisiones, se muestra en el
Anexo 1, (formato digital), como EMMED-DOG y EMLADANTA, en la cual
aparecen los datos de las emisiones vehiculares.
En la Tabla 15 se observan el resumen de las emisiones en las diferentes
fuentes analizadas
Tabla 15 Resumen de Emisiones Totales
MP
(kg/h)
PST
(kg/h)
PM10
(kg/h)
PM2.5
(kg/h)
Fuentes Fijas 170.39
Fuentes de Área
11.5 11 10.8
Fuentes Móviles
0.46
TOTAL 170.39 11.5 11.46 10.8
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 48
4.3 CALIDAD DEL AIRE
La Corporación Autónoma CORNARE no dispone de equipos para el
seguimiento a la calidad del aire en la zona, por lo que se recurrió a
mediciones realizadas por las empresas y además se ejecutó una campaña de
monitoreo en el que se emplearon dos equipos estandarizados por la agencia
de Protección Ambiental de los Estados Unidos de América (U.S.E.P.A) para el
monitoreo del contaminante material particulado menor a 10 micras (PM10)
(Figura 32). Éstos fueron ubicados en las plantas Calpra (coordenadas:
5°48´23” N y 74°50´11” W) y Domical (coordenadas: 5°53´11” N y
74°49´01” W) ver Figura 33.
Figura 32. Medidores de PM10 Calpra y Domical
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 49
Figura 33. Ubicación de las Estaciones de Monitoreo de Calidad del Aire.
Punto de Monitoreo PM10
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 50
En las Tablas 16 y 17 se resumen los resultados del monitoreo de material
particulado.
Tabla 16 Reporte de Datos PM10 Registrados en la Estación Localizada en la
Empresa Calpra.
Fecha
Concentración PM10
(g/m3)
23-24/07/2012 37.92
24-25/07/2012 34.44
25-26/07/2012 36.47
26-27/07/2012 59.17
27-28/07/2012 58.76
Promedio Aritmético 45.35 Nota: μg/m3: se presentan a las condiciones de referencia de 298,15 ° K y 101,325 KPa (25 ° C y 760 mm
Hg)
Tabla 17. Reporte de Datos PM10 Registrados en la Estación Localizada en la
Empresa Domical.
Fecha Concentración
(g/m3)
23-24/07/2012 95.50
24-25/07/2012 124.73
25-26/07/2012 81.55
26-27/07/2012 89.42
27-28/07/2012 67.93
Promedio Aritmético 91.82 Nota: μg/m3: se presentan a las condiciones de referencia de 298,15 ° K y 101,325 KPa (25 ° C y 760 mm
Hg)
Estos datos son comparados con los que establece la norma de calidad del aire
para todo el territoritorio nacional, Resolución número 610 de 2010 del
Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible. Artículo 4 niveles máximos
permisibles para contaminantes criterio.
Comparando los resultados obtenidos en las Tablas 16 y 17 con la norma y
según la resolución 610 de abril de 2010, para la norma local diaria dentro del
periodo comprendido entre el 23- 27 de Julio de 2012 solo un día de monitoreo
en la estación de Domical sobrepasa la Norma local diaria. Para la norma anual
solo la estación de Calpra cumple con la misma ya que la estación de Domical se
encuentra por encima del límite establecido.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 51
Los altos valores reportados para la estación ubicada en la empresa Domical se
deben posiblemente a que ésta se encuentra en las cercanías a la carretera sin
pavimentar de ingreso al corregimiento de la Danta, a una planta de trituración
y molienda y una mina de piedra caliza ilegales. Además, durante el período de
monitoreo, en Domical se estaban llevando a cabo obras de ampliación y
mejoramiento de la planta física, lo cual, teniendo en cuenta la ubicación de la
estación y el comportamiento del viento en la zona, explicaría las altas
concentraciones de material particulado.
Por otra parte al comparar los resultados con los valores estipulados en la Tabla
2 (niveles de prevención, alerta y emergencia), las concentraciones obtenidas
no sobrepasaron los límites establecidos por la norma para los niveles de
prevención y alerta.
También se recolectó información de calidad del aire en la planta cementera
Argos RioClaro, para encontrar un intervalo de relación (PM10/PST). Los puntos
de monitoreo utilizados por la empresa ada & co ltda quienes elaboraron el
informe se observan en la Figura 34.
Figura 34 Plano de Localización de los Puntos de Medición de Calidad del Aire
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 52
En la Tabla 18 se resumen los resultados obtenidos en el monitoreo.
Tabla 18 Resumen Resultados PM10 – PST Argos Rioclaro
Punto 1 Punto 2
PM10 PST PM10 PST
Promedio Geométrico (g /m3) 26.6 32.4 43.7 67.5
Relación PM10/PST 0.82 0.65
Dicho informe presenta el siguiente análisis de resultados
La calidad de aire en la zona de influencia en donde se localizaron los
puntos de medición, bajo las condiciones presentadas durante las
mediciones, cumple con los límites máximos permitidos por la Resolución 601 de 2006, modificada parcialmente por la Resolución 610
de 2010, en cuanto a la Tabla 1 del Artículo 4, donde se restringe aún
más el nivel máximo permisible de PM10 y se adiciona el nivel máximo permisible para PM2.5.
Las concentraciones de PM10 y PST en el punto 2 (43.7 μg/m3 y 67.5
μg/m3, respectivamente) se encuentran por encima de las
concentraciones del punto 1 en un 100% más o menos, sin superar los
límites máximos permisibles, probablemente debido a la influencia de las emisiones que se generan en la Autopista Medellín-Bogotá a causa
del flujo vehicular constante y el material particulado depositado en la
misma.
Con este intervalo de la relación (PM10/PST) entre (0.65 – 0.82) y las
concentraciones entregadas por el modelo en los diferentes escenarios se
pretende mostrar el intervalo de aporte de PM10 en los diferentes escenarios.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 53
4.4 METEOROLOGÍA PARA EL PRONÓSTICO DE LA DISPERSIÓN DE
CONTAMINANTES
Los datos meteorológicos son archivos planos obtenidos de información
reportada por la NOAA (Nacional Oceanic and Atmospheric Administration) que
publica los datos meteorológicos de todo el mundo obtenidos a partir de un
modelo global. Estos datos fueron usados debido a que no se encontraron
estaciones aledañas.
Los archivos planos son convertidos a binarios para ser ingresados de forma
correcta al modelo de dispersión AERMOD. Los datos extractados
corresponden al periodo comprendido entre el 1 de enero al 31 de diciembre
de 2011. Las variables principales usadas para el estudio de dispersión se
discuten en los siguientes apartados.
4.4.1 Comportamiento del Viento
El conocimiento de la dirección del viento es fundamental para la modelización
de la contaminación atmosférica en una región, ya que contribuye a
determinar la orientación geográfica y la extensión de las áreas influenciadas
por una o varias fuentes de emisión aledañas. A partir de los datos
meteorológicos obtenidos de la NOAA (Nacional Oceanic and Atmospheric
Administration) se construye en el modelo AERMOD tres rosas de vientos para
esta zona debido a su topografía irregular y lo amplio del dominio de estudio
para que en el momento de realizar los análisis de las direcciones en las que
se mueven los contaminantes en los diferentes escenarios tener un menor
margen de error.
En la Tabla 19 se presentan los datos correspondientes al comportamiento del
viento en la zona de influencia de la planta cementera Argos planta Rioclaro
con coordenadas lat 5°52'12.00"N, lon 74°50'60.00"O. Es evidente que el
viento viene predominantemente del Este con velocidades menores a 5.14 m/s
y una frecuencia del 23.5%. También se observa que hubo corrientes
marcadas desde el Suroeste con velocidades menores de 1.54 m/s y una
frecuencia del 21%. Es importante anotar que durante un 4.6% del tiempo, la
atmósfera presentó una categoría de calma, y un 82.8% la velocidad del
viento es muy baja menor a 1.54 m/s. Estos resultados se aprecian también
en la Figura 35, que muestra la rosa de los vientos para la zona en cuestión.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 54
Tabla 19. Frecuencia de Ocurrencia de Viento en Cementera Argos
Dir \ Spd <= 1.54 <= 3.09 <= 5.14 <= 8.23 <= 10.80 > 10.80 Total
0,0 1,95 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 1,95
45,0 6,20 0,62 0,07 0,00 0,00 0,00 6,88
90,0 16,03 6,27 1,23 0,00 0,00 0,00 23,53
135,0 11,51 3,22 0,72 0,00 0,00 0,00 15,45
180,0 7,95 0,07 0,00 0,00 0,00 0,00 8,01
225,0 21,13 0,10 0,00 0,00 0,00 0,00 21,24
270,0 14,56 0,21 0,03 0,00 0,00 0,00 14,80
315,0 3,49 0,03 0,00 0,00 0,00 0,00 3,53
Total 82,82 10,51 2,06 0,00 0,00 0,00 95,39
Calmas 4,61
Total 100,00
Figura 35. Comportamiento de las Corrientes de Viento en la Zona de
Influencia de la Emisión de Contaminantes Provenientes de la Cementera
Argos Planta Rioclaro.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 55
En la Tabla 20 se presentan los datos correspondientes al comportamiento del
viento en la zona de influencia de la empresa Calco con coordenadas lat
5°55'12.00"N, lon 74°47'60.00"O. En este punto también la predominancia
del viento es que viene del Este y el Suroeste con una frecuencia del 22.9% y
21.5% respectivamente con velocidad menor a 5.14 m/s. La categoría de
calmas se presentó en 5.1% del tiempo y las velocidades menores a 1.54m/s
ocurren la mayor parte del tiempo (85.5%). Estos resultados se aprecian
también en la Figura 36, que muestra la rosa de los vientos para el punto
Calco.
Tabla 20. Frecuencia de Ocurrencia del Viento Empresa Calco.
Dir \ Spd <= 1.54 <= 3.09 <= 5.14 <= 8.23 <= 10.80 > 10.80 Total
0,0 1,88 0,03 0,00 0,00 0,00 0,00 1,92
45,0 7,74 0,92 0,14 0,00 0,00 0,00 8,80
90,0 17,02 5,00 0,86 0,00 0,00 0,00 22,88
135,0 12,06 1,68 0,51 0,00 0,00 0,00 14,25
180,0 8,32 0,03 0,00 0,00 0,00 0,00 8,36
225,0 21,51 0,03 0,00 0,00 0,00 0,00 21,54
270,0 13,05 0,14 0,00 0,00 0,00 0,00 13,19
315,0 3,97 0,03 0,00 0,00 0,00 0,00 4,01
Total 85,56 7,88 1,51 0,00 0,00 0,00 94,94
Calms 5,06
Total 100,00
Figura 36. Comportamiento de las Corrientes de Viento en la Zona de
Influencia de la Emisión de Contaminantes Provenientes de la Empresa Calco.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 56
En la Tabla 21 se presentan los datos correspondientes al comportamiento del
viento en la zona de influencia de la empresa Calpra con coordenadas lat
5°48'36.00"N, lon 74°50'24.00"O. Se sigue presentando el mismo
comportamiento de las graficas anteriores con predominio de vientos del este
con velocidades menores a 5.14 m/s la mayor parte del tiempo. En la Figura
37 se puede observar dicho comportamiento.
Tabla 21. Resultados AERMOD Empresa Calpra.
Dir \ Spd <= 1.54 <= 3.09 <= 5.14 <= 8.23 <= 10.80 > 10.80 Total
0,0 1,95 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 1,95
45,0 6,37 0,62 0,07 0,00 0,00 0,00 7,06
90,0 16,13 5,14 1,06 0,00 0,00 0,00 22,33
135,0 11,68 3,84 0,82 0,00 0,00 0,00 16,34
180,0 8,63 0,10 0,00 0,00 0,00 0,00 8,73
225,0 22,37 0,10 0,00 0,00 0,00 0,00 22,47
270,0 12,33 0,27 0,00 0,00 0,00 0,00 12,60
315,0 3,80 0,03 0,00 0,00 0,00 0,00 3,84
Total 83,26 10,10 1,95 0,00 0,00 0,00 95,32
Calms 4,68
Total 100,00
Figura 37. Comportamiento de las Corrientes de Viento en la Zona de
Influencia de la Emisión de Contaminantes Provenientes de la Empresa Calpra.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 57
Debido a que la zona de estudio presenta variaciones considerables en cuanto
a topografía, se escogieron tres puntos que por su ubicación reflejarían las
diferencias en el comportamiento del viento. Sin embargo, las tres rosas de
viento presentadas en las Figuras 35,36 y 37 resultaron similares a causa de
que los datos utilizados provienen de un modelo global, el cual establece un
volumen de control que es el mismo para las tres ubicaciones debido a su
cercanía. Por lo tanto, para corroborar los datos se instaló una estación
meteorológica en la empresa Calpra con coordenadas lat 5°48'22.6"N, lon
74°50'10"O entre las fechas 2012-06-08 a 2012-07-28 donde se observa (Ver
Figura 39) un predominio de los vientos del Este similar a lo observado en las
graficas de la NOOA, también se recolectó información del comportamiento de
las corrientes de los vientos de la planta cementera Argos Ríoclaro entre las
fechas 2012-03-25 a 2012-04-18 donde, como menciona el informe, el
comportamiento de los vientos indica que la dispersión de partículas se
presenta en prácticamente todas las direcciones, con predominancia de
vientos del Oeste y Sureste esta última similar a lo observado en las gráficas
de la NOOA.
Figura 38 Estación Meteorológica Calpra
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 58
Figura 39 Comportamiento de las Corrientes de Viento Planta Calpra
Figura 40 Comportamiento de las Corrientes de Viento Planta Argos Rioclaro
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 59
4.4.2 Estabilidad Atmosférica
El término estabilidad indica la afinidad de la atmósfera para diluir o dispersar
los contaminantes que son liberados al aire. Según las condiciones de
radiación solar, velocidad del viento y si es de día o de noche, se pueden
presentar diferentes condiciones de dispersión.
La combinación de los movimientos verticales y horizontales del aire influye en
el comportamiento de las plumas (descarga de las chimeneas) de fuentes
puntuales tal como se describe a continuación.
La pluma en espiral de la Figura 41, se produce en condiciones muy inestables
debido a la turbulencia causada por el acelerado giro del aire. Mientras las
condiciones inestables generalmente son favorables para la dispersión de los
contaminantes, algunas veces se pueden producir altas concentraciones
momentáneas en el nivel del suelo si los espirales de la pluma se mueven
hacia la superficie.
Figura 41. Inestabilidad Atmosférica
La pluma de abanico de la Figura 42, se produce en condiciones estables. El
gradiente de inversión inhibe el movimiento vertical sin impedir el horizontal y
la pluma se puede extender por varios kilómetros a sotavento de la fuente.
Las plumas de abanico ocurren con frecuencia en las primeras horas de la
mañana durante una inversión por radiación.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 60
Figura 42. Estabilidad Atmosférica
La pluma de cono presentada en la Figura 43, es característica de las
condiciones neutrales o ligeramente estables. Este tipo de plumas tiene mayor
probabilidad de producirse en días nubosos o soleados, entre la interrupción
de una inversión por radiación y el desarrollo de condiciones diurnas
inestables.
Es importante tener en cuenta un problema sobre la dispersión de los
contaminantes y es la presencia de una capa de inversión, que actúa como
una barrera para la mezcla vertical. Durante una inversión, la altura de una
chimenea en relación con la de una capa de inversión muchas veces puede
influir en la concentración de los contaminantes en el nivel del suelo.
Figura 43. Estabilidad Atmosférica Suave o Condición Neutra
Cuando las condiciones son inestables sobre una inversión (Figura 44), la
descarga de una pluma sobre ésta, da lugar a una dispersión efectiva sin
concentraciones notorias en el nivel del suelo alrededor de la fuente. Esta
condición se conoce como flotación.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 61
Figura 44. Dispersión con Inversión Térmica (flotación)
Si la pluma se libera justo debajo de una capa de inversión, es probable que
se desarrolle una grave situación de contaminación del aire. Ya que el suelo se
calienta durante la mañana, el aire que se encuentra debajo de la mencionada
capa se vuelve inestable. Cuando la inestabilidad alcanza el nivel de la pluma
atrapada bajo la capa de inversión, los contaminantes se pueden transportar
rápidamente hacia abajo hasta llegar al suelo (Figura 45). Este fenómeno se
conoce como fumigación. Las concentraciones de contaminantes en el nivel del
suelo pueden ser muy altas cuando se produce la fumigación. Esta se puede
prevenir si las chimeneas son suficientemente altas.
Figura 45. Dispersión con Inversión Térmica (fumigación)
Las condiciones de estabilidad atmosférica en las simulaciones, son generadas
por el mismo modelo, según las condiciones meteorológicas definidas por los
datos obtenidos. Los datos de estabilidad son generados por el modelo
AERMET a partir de los datos de la radiación solar, dirección y velocidad del
viento, temperatura, nubosidad y las características superficiales de la zona de
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 62
estudio. Los resultados se visualizan en las Figuras 46 y 47 en la que se
registra una atmósfera estable durante el 55% del tiempo, condición que se
presenta durante la noche y al amanecer. Las condiciones de inestabilidad
ocurren durante el día cuando la radiación solar activa el movimiento de las
masas de aire. De esta forma el porcentaje de inestabilidad es de 45%, esta
misma estabilidad se presenta en los tres puntos seleccionados.
Figura 46. Frecuencia de la Estabilidad Atmosférica
Estable 55%
Inestable 45%
FRECUENCIA DE LA ESTABILIDAD ATMOSFÉRICA
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 63
Figura 47. Variación Horaria de la Estabilidad Atmosférica
4.4.3 Altura de Mezcla
La altura de mezcla establece el volumen de control disponible para la
dispersión de los contaminantes liberados al aire, indicando el máximo límite
vertical de la capa baja de la atmósfera, hasta la cual los fenómenos de
dilución gaseosa merecen importancia. El valor de la altura de mezcla depende
de las condiciones de turbulencia mecánica y convectiva que presenta la
atmósfera a determinada hora del día; por lo tanto, este parámetro depende
fuertemente de la velocidad de fricción del viento determinado por las
características topográficas del terreno.
De acuerdo a los resultados del modelo AERMET se muestra en la Figura 48 la
variación horaria de la altura de mezcla para el periodo de monitoreo. Allí se
observa que la altura de mezcla comienza a variar desde 100 metros hasta
llegar a un máximo de 780 metros. Dicha variación ocurre en el transcurso de
las 7 a.m. y las 7 p.m y la máxima altura se presenta a la 1 de la tarde, este
mismo comportamiento se presenta en los tres puntos analizados.
0
100
200
300
400
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
Nu
me
ro d
e d
ato
s
Hora
Variación Horaria de la Estabilidad Atmosférica
Inestable
Estable
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 64
Figura 48. Altura de Mezcla
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 5 10 15 20 25
Alt
ura
de
me
zcla
Hora
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 65
5 APLICACIÓN DEL MODELO DE DISPERSIÓN AERMOD
En esta etapa se alimenta el modelo de dispersión con los datos
meteorológicos, los datos de las emisiones atmosféricas de las Tablas 5, 9, 13
y 14 y la información topográfica.
5.1 RESULTADOS DE LA DISPERSIÓN
5.1.1 Escenarios
Los escenarios modelizados se escogen de acuerdo con los datos que se
quieren obtener para proyectar las medidas de control de emisiones; por lo
tanto esta herramienta sirve para conocer el aporte de cada una de las fuentes
y su impacto en la calidad del aire. En este estudio se dividió el dominio
general en zonas topográficas y procesos para obtener con mejor detalle la
dispersión y el área de influencia tal como se muestra en la Figura 49, por lo
que se realizan los siguientes escenarios:
Escenario 1: Dominio General
Escenario 2: Dominio Norte Hornos
Escenario 3: Dominio Norte
Escenario 4: Dominio Central
Escenario 5: Dominio Oeste
Escenario 6: Dominio Sur
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 66
Figura 49 Distribución de Dominio General en los Diferentes Escenarios
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 67
5.1.1.1 Escenario 1: Dominio General
Para este escenario se toma el dominio general definido anteriormente en el
cual se incluyen todas las fuentes: fijas, de área y móviles encontradas en la
zona bajo estudio (Figura 50). Las condiciones de control de formulación del
modelo de dispersión incluyen: meteorología definida por los parámetros antes
descritos para el año 2011 en resolución horaria; la zona se considera rural, el
contaminante seleccionado es el material particulado total, debido a que
algunas de las emisiones son medidas en este. Para la comparación con la
norma nacional de PM10 se usa la relación PM10/PST calculada en el ítem 4.3 a
partir de los datos de las mediciones en campo. El modelo se ejecuta
obteniendo los resultados de la Tabla 22 en donde se muestran las
concentraciones máximas encontradas luego de la modelización para PST y
además se calcula el intervalo de aporte de las concentraciones máximas de
PM10.
Tabla 22 Concentraciones máximas anual PST – PM10, Escenario 1
Coordenada
X
Coordenada
Y
Concentración
máxima anual
de PST
(µg/m3)
Intervalo
Relación
PM10/PST
Intervalo
Concentración
máxima anual
de PM10
(µg/m3)
915017.2 11398.54.0 290 (0.65-0.82) (187.7-238.1)
Los valores encontrados para las concentraciones de PST y el intervalo de
concentración de PM10 sobrepasan la norma anual colombiana de calidad del
aire.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 68
Figura 50 Dominio General AERMOD Escenario 1
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 69
En la Figura 51 se observa el mapa de dispersión anual para las partículas
suspendidas totales, resultado de la ejecución del modelo matemático. En éste
se observa que las emisiones de la planta cementera Argos Rioclaro no deja
ver el aporte de las demás fuentes y en la Figura 52 haciendo un zoom a
dichas isopletas se observa que algunas sobrepasan la norma anual
Colombiana de calidad del aire de 100 µg/m3. Esta figura también muestra un
patrón de dispersión de Sur a Norte lo cual es producto de la topografía
encañonada de este lugar, la cual crea efectos de barrera que hace que el
contaminante sea devuelto al lugar donde fue generado y un área de
influencia de estas emisiones de aproximadamente 2.7 km2 donde no se
observan asentamientos humanos que puedan estar siendo afectados por
dichas emisiones.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 70
Figura 51 Mapa de Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 1
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 71
Figura 52 Zoom 1 Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 1
Los resultados de la simulación son comparados con las mediciones realizadas
en la planta cementera Argos Rioclaro para el año 2012 mencionados en el
ítem 4.3 de calidad del aire, obteniendo un porcentaje de variación entre el
valor medido y el simulado en los dos puntos. Para obtener el valor simulado
se toma el de la isopleta mas cercana a los puntos de muestreo mostrados en
la Figura 34; en la Tabla 23 se observa dicho porcentaje de variación donde
hay una variación mayor al 20% en los dos puntos lo que nos permite concluir
que el modelo no se encuentra ajustado, esto se debe posiblemente a que
todas las fuentes de emisión en el área de estudio no fueron simuladas.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 72
Tabla 23 Porcentaje de Variación
MEDIDO SIMULADO % DE VARIACIÓN
Punto 1 PST
(µg/m3)
Punto 2 PST
(µg/m3)
Punto 1 PST
(µg/m3)
Punto 2 PST
(µg/m3)
Punto 1 (%)
Punto 2 (%)
32.4 67.5 43.5 43.5 34 36
5.1.1.2 Escenario 2: Dominio Norte Hornos
En este escenario solo se modelo el aporte de material particulado de los
hornos de calcinación de caliza localizados en el corredor industria de la
autopista Medellín –Bogota. En la Tabla 24 se muestran los datos de las
fuentes fijas utilizados en el modelo para esta simulación. Las condiciones de
control de formulación del modelo siguen siendo las mismas que ya fueron
descritas, para el análisis solo se delimita el dominio norte donde se observa la
dispersión del contaminante.
Tabla 24 Descripción de las Fuentes Fijas Escenario 2
Descripción Fuente Coordenada
X Coordenada
Y Emisiones
(g/s)
Altura chimenea
(m)
Temperatura gases salida
chimenea (K)
Velocidad de salida gases chimenea
(m/s)
Diámetro de la chimenea
(m)
Procecal Horno 920221.92 1146091.52 0.0356 22 488.15 10.3 0.35
Calina Horno 1 914818.07 1145742.76 0.0333 18 450.7 3.02 0.45
Calina Horno 2 914818.07 1145742.76 0.0333 18 450.7 3.02 0.45
Calco Horno 920556.36 1146265.15 0.0583 18 518.15 2.5 1.62
Los resultados de la modelización se observan en la Tabla 25 donde se tienen
el punto con la más alta concentración de material particulado y se calcula el
intervalo de concentración de PM10, que no sobrepasan los valores de la norma
anual de calidad del aire.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 73
Tabla 25 Concentraciones máximas anual PST – PM10, Escenario 2
Coordenada
X
Coordenada
Y
Concentración
máxima anual
de PST
(µg/m3)
Intervalo
Relación
PM10/ PST
Intervalo
Concentración
máxima anual
de PM10
(µg/m3)
915017.3 1146098.3 1.14 (0.65-0.82) (0.79-0.94)
En la Figura 53 se observa que ninguna de las isopletas sobrepasa el valor de
la Norma anual colombiana de calidad del aire para PST de 100 µg/m3 y
muestra un patrón de dispersión en dirección noreste, pero donde están
localizados los hornos por su topografía irregular se presenta el mismo choque
del contaminante y su posterior caída, el área aproximada de influencia de los
contaminantes es de 31.2 km2. El punto de máxima concentración se observa
en inmediaciones de la planta de Calina, los asentamientos poblacionales que
se ven afectados por estas emisiones son los de la vereda Florida tres Ranchos
donde están localizadas las plantas de Calco y Procecal.
Figura 53 Mapa de Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 2
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 74
5.1.1.3 Escenario 3: Dominio Norte
En este escenario se modelo el aporte de material particulado de las plantas
procesadoras de caliza, las minas de piedra y el aportado por el tránsito
vehicular en tramo de la carretera Medellín - Bogotá en inmediaciones de esta
misma carretera (dominio norte). En la Tabla 26 se muestra la descripción de
los datos de fuentes fijas y en la Tabla 27 la descripción de las fuentes de área
denominadas como minas; las fuentes de área de la carretera Medellín –
Bogotá se pueden observar en el archivo digital, utilizados para esta
simulación.
Tabla 26 Descripción de las Fuentes Fijas Escenario 3
Descripción Fuente Coordenada
X Coordenada
Y Emisiones
(g/s)
Altura chimenea
(m)
Temperatura gases salida chimenea
(K)
Velocidad de salida
gases chimenea
(m/s)
Diámetro de la
chimenea (m)
Procecal Horno 920221.92 1146091.52 0.0356 22 488.15 10.3 0.35
Calina Triturador y Molino 914824.04 1145675.86 0.0500 15 600 13.6 0.45
Calina Horno 1 914818.07 1145742.76 0.0333 18 450.7 3.02 0.45
Calina Horno 2 914818.07 1145742.76 0.0333 18 450.7 3.02 0.45
Calco Horno 920556.36 1146265.15 0.0583 18 518.15 2.5 1.62
Calco Hidratador 920551.58 1146217.54 0.0200 12.2 349.15 7.2 0.35
Sumicol Triturador 914911.93 1146139.35 0.0278 15 304.63 11.86 0.40
Sumicol Molino 914929.85 1146135.77 0.0250 20 342.8 9.32 1.00
Microminerales Triturador y Molino 918376.17 1148313.40 0.0149 13 304.5 11.86 0.35
Cales de rio Claro Triturador y Molino 916531.24 1147223.74 0.0030 3.4 600 13.6 0.41
Tabla 27 Descripción fuentes de Área Escenario 3
Descripción Fuente Coordenada
X Coordenada
Y Emisiones (g/s*m2)
Mina Argos 913409.31 1140260.99 0.02
Mina Calina 915223.98 1149608.62 3.36
Mina Sumicol 914181.29 1144398.79 0.48
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 75
En la Figura 54 se observa un esquema del modelo AERMOD del dominio norte
extraído del dominio general antes descrito donde están ubicadas las
diferentes fuentes.
Figura 54 Dominio Norte AERMOD Escenario 3
Los resultados de la modelización se observan en la Tabla 28 donde se tiene el
punto con la más alta concentración de material particulado y se calcula el
intervalo de concentración de PM10, dichas concentraciones junto con el
intervalo de aporte de PM10 no sobrepasan los valores de la norma anual de
calidad del aire.
Tabla 28 Concentraciones máximas anual PST – PM10, Escenario 3
Coordenada
X
Coordenada
Y
Concentración
máxima anual
de PST
(µg/m3)
Intervalo
Relación
PM10/PST
Intervalo
Concentración
máxima anual
de PM10
(µg/m3)
915265.7 1149603.0 18.1 (0.65-0.82) (11.72-14.86)
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 76
En la Figura 55 se observa el incremento en las emisiones con respecto al
escenario 2, en esta simulación ya no se ve el aporte de las fuentes puntuales
por ser más relevantes las emisiones de las minas Calina, Sumicol y Argos
simuladas en este escenario.
Haciendo un zoom a la dispersión de partículas se observa que el punto de
máxima concentración se encuentra en cercanías de la mina de Calina (Figura
56) con un área de influencia de 0.25 km2 pero sus valores no sobrepasan la
norma anual de calidad del aire, también se realiza un zoom a las emisiones
cercanas a la mina de Sumicol (Figura 57) con área de influencia aproximada
de 0.48 km2 y la mina de Argos (Figura 58) con un área de influencia de 0.4
km2 donde se observa un patrón de dispersión similar en dirección oeste
siguiendo el mismo patrón variable que presentaron las rosas de vientos
obtenidas para este estudio.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 77
Figura 55 Mapa de Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 3
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 78
Figura 56 Zoom 1 Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 3
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 79
Figura 57 Zoom 2 Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 3
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 80
Figura 58 Zoom 3 Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 3
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 81
5.1.1.4 Escenario 4: Dominio Central
En este escenario se modelizó el aporte de material particulado de las minas y
plantas y el aportado por las fuentes móviles que transitan por la carretera sin
pavimentar de ingreso al corregimiento de La Danta municipio de Sonsón;
corregimiento donde se encuentran localizadas la mayor cantidad de minas de
explotación de piedra caliza. La descripción de los datos utilizados en el
modelo para este escenario se muestran a continuación, la descripción de las
emisiones de las fuentes de área de la carretera de ingreso a La Danta se
pueden observar en el archivo digital.
Tabla 29 Descripción de las Fuentes Fijas Escenario 4
Descripción Fuente Coordenada
X Coordenada
Y Emisiones
(g/s)
Altura chimenea
(m)
Temperatura gases salida chimenea
(K)
Velocidad de salida
gases chimenea
(m/s)
Diámetro de la
chimenea (m)
Calpra Horno 915961.75 1133901.39 0.0140 18.5 600 12 0.76
Tabla 30 Descripción fuentes de Área Escenario 4
Descripción Fuente Coordenada
X Coordenada
Y Emisiones (g/s*m2)
Mina Calco 915823.33 1135032.87 0.96
Mina Asomardant 1 916369.61 1136710.40 1.44
Mina Asomardant 2 916259.32 1136131.14 1.44
Mina Calblomar 915927.61 1136134.79 1.92
Mina Calblomar 915800.61 1132861.95 1.44
En la Figura 59 se extrae el dominio central del modelo AERMOD del dominio
general antes descrito.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 82
Figura 59 Dominio Central AERMOD Escenario 4
Los resultados de la modelización se muestran en la Tabla 31, donde se tiene
el punto de más alta concentración y el intervalo de aporte de material
particulado menor a 10 micras, los cuales no superan los valores establecidos
por la norma Colombiana anual de calidad del aire.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 83
Tabla 31 Concentraciones máximas anual PST – PM10, Escenario 4
Coordenada
X
Coordenada
Y
Concentración
máxima anual
de PST
(µg/m3)
Intervalo
Relación
PM10/PST
Intervalo
Concentración
máxima anual
de PM10
(µg/m3)
917269.2 1138594.4 60.7 (0.65-0.82) (39.30-49.83)
En la Figura 60 se observa una imagen general de todas las emisiones a lo
largo de la carretera de ingreso al corregimiento de la Danta haciendo un
zoom donde se encuentra la mayor concentración (Figura 61) se puede ver el
aporte de dichas emisiones a la población de la Danta con la isopleta de
mínima concentración, que no sobrepasa los limites de la norma anual de
calidad del aire, el área de influencia es de aproximadamente 0.86 km2. El
patrón de dispersión mostrado en el zoom realizado al inicio de esta carretera
(Figura 62) nos muestra que por el tipo de topografía encañonada las mismas
montañas hacen paredes naturales donde el contaminante choca y cae en la
dirección de la carretera con área de influencia aproximada de 0.18 km2.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 84
Figura 60 Mapa de Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 4
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 85
Figura 61 Zoom 1 Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 4
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 86
Figura 62 Zoom 2 Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 4
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 87
5.1.1.5 Escenario 5: Dominio Oeste
En este escenario se modelizó el aporte de material particulado de la planta
cementera Argos Rioclaro las cuales predominaron el escenario 1, los datos
relacionados con las características de las fuentes se muestran en la Tabla 32.
La información de las condiciones de control del modelo siguen siendo las
mismas y en la Tabla 33 se observan los resultados, donde se tiene el punto
de máxima concentración y el intervalo de aporte modelizado de esta planta
de material particulado menor de 10 micras, los cuales sobrepasan la norma.
En la Figura 63 se observa que las emisiones muestran un patrón de
dispersión oeste-este y que algunas isopletas sobrepasan la norma anual
colombiana de calidad del aire de 100 µg/m3 pero no se ve una afectación de
alguna población cercana a la planta cementera en su área aproximada de
influencia de 2.7 km2.
Tabla 32 Descripción de las Fuentes Fijas Escenario 5
Descripción Fuente Coordenada
X Coordenada
Y Emisiones
(g/s)
Altura chimenea
(m)
Temperatura gases salida chimenea
(K)
Velocidad de salida gases chimenea
(m/s)
Diámetro de la
chimenea (m)
Argos Colector Triturador 1 914500.53 1139509.26 0.0722 19.75 305 31.7 0.63
Argos Colector Triturador 2 914500.53 1139509.26 0.0722 14.73 304 32.58 0.62
Argos Colector Molino Cemento 1 914500.53 1139509.26 0.0056 29.3 374.15 8.2 0.97
Argos Venteo Molino Cemento 2 914500.53 1139509.26 0.0944 18.8 366.15 7.6 98
Argos Separador Molino Cemento 2 914500.53 1139509.26 0.0139 17.6 361.15 8.2 0.54
Argos Colector Molino Cemento 3 914500.53 1139509.26 0.0139 22.58 370.15 13.7 0.8
Argos colector venteo 4 914500.53 1139509.26 0.1889 26.04 377.15 17.4 1.04
Argos Colector Separador Molino 4 914500.53 1139509.26 0.0639 15.95 343.15 10.7 0.61
Argos Electro filtro Horno 1 914450.37 1139554.65 3.8917 59.58 419.15 18.9 2.46
Argos Electro filtro Horno 2 914450.37 1139554.65 5.0361 70.75 401.15 20.2 2.49
Argos Empacadora 1 914500.53 1139509.26 0.0028 23.17 331.15 7.5 0.49
Argos Empacadora 2 914500.53 1139509.26 0.0222 11.8 314.15 10.4 0.97
Argos Electro filtro Molino Carbon 1 914500.53 1139509.26 0.1250 28.9 343.15 21.1 0.7
Argos Enfriador Horno L1 Huriclon 914500.53 1139509.26 6.0889 19.95 596.15 12 2
Argos Enfriador Horno L2 Huriclon 914500.53 1139509.26 30.7111 22.9 551.15 19.2 2.2
Argos Caldera 914708.35 1140297.56 0.6139 36.3 423.15 8.6 2.49
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 88
Tabla 33 Concentraciones máximas anual PST – PM10, Escenario 5
Coordenada
X
Coordenada
Y
Concentración
máxima anual
de PST
(µg/m3)
Intervalo
Relación
PM10/PST
Intervalo
Concentración
máxima anual de
PM10 (µg/m3)
914907.8 1139520.6 221 (0.65-0.82) (143.08-181.44)
Figura 63 Mapa de Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 5
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 89
5.1.1.6 Escenario 6: Dominio Sur
En este escenario se muestra el aporte de material particulado de la planta
Calpra y se pretende validar los datos del medidor de PM10 instalado en dichas
instalaciones. Los datos utilizados para la caracterización de esta fuente en el
modelo AERMOD se pueden observar en la Tabla 27, las condiciones de control
se mantiene como los anteriores escenarios.
En la Tabla 34 se muestra la concentración máxima anual donde fue instalado
el receptor. En la Figura 64 se observa poca dispersión del contaminante esto
debido a su topografía quebrada y el alto porcentaje de vientos bajos o calmos
y un área de influencia aproximada de 0.18 km2.
Tabla 34 Concentraciones máximas anual PST – PM10, Escenario 6
Coordenada
X
Coordenada
Y
Concentración
máxima anual
de PST
(µg/m3)
Intervalo
Relación
PM10/PST
Intervalo
Concentración
máxima anual de
PM10 (µg/m3)
915958.82 1133882.04 42 (0.65-0.82) (27.19 – 34.48)
Comparando estos resultados con los obtenidos por las mediciones directas
realizadas por el equipo de monitoreo Tabla 16, se observa un incremento
aproximado del 32% en éstas debido posiblemente a las fuentes difusas
presentes en la planta y una mina de explotación aledaña que no fue tenida en
cuenta en el momento de realizar la modelización.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 90
Figura 64 Mapa de Dispersión de Partículas (PST) Anual, Escenario 6
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 91
En la Tabla 35 se resume todas las emisiones de material particulado
utilizados en la modelización para todo el dominio analizado.
Tabla 35 Resumen de Emisiones de Material Particulado Total
Fuente
Emisiones
PST
(g/s)
Planta Procecal 0.0356
Planta Argos 47.0167
Planta Calina 0.1167
Planta Calpra 0.0140
Planta Calco 0.0783
Planta Sumicol 0.0528
Planta Microminerales 0.0149
Planta Cales de Rioclaro 0.0030
Mina Procecal 0.1475
Mina Argos 1.0528
Mina Calina 0.3806
Mina Calco 0.2778
Mina Asomardant 0.6750
Mina Sumicol 0.4639
Mina Calblomar 0.0248
Carretera La Danta 0.0450
Carretera MED-BOG 0.1189
Emisiones Total (g/s) 50.5181
La mina y planta Microminerales no presentaron información a tiempo para ser
tenida en cuenta en el presente informe.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 92
6 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La recopilación, procesamiento y análisis de las variables meteorológicas,
permite obtener un diagnóstico del comportamiento de la velocidad y dirección
del viento, estabilidad atmosférica y altura de mezcla predominantes en la
región, factores importantes en los fenómenos de dispersión y transporte de
contaminantes en la región.
Los monitoreos de calidad de aire realizados con anterioridad en la planta
cementera Argos Rioclaro presentan concentraciones más elevadas que las
simuladas, por lo que difieren en un 34 a 35 % de los resultados obtenidos
mediante la modelización.
Los principales asentamientos humanos encontrados en el área objetivo del
presente estudio son el corregimiento de La Danta, municipio de Sonsón; la
vereda Florida Tres Ranchos, corregimiento de Doradal, municipio de Puerto
Triunfo y el corregimiento Jerusalén, municipio de Sonsón, donde se
recomienda la instalación de estaciones de monitoreo de claidad del aire.
El material particulado emitido en la zona proviene de las fuentes fijas de las
plantas Argos Rioclaro, Sumicol, Calina, Cales de Rio Claro, Microminerales,
Calco, Procecal y Calpra (Ver Tabla 35). De igual forma, en estas plantas
existen procesos productivos que no cuentan con una chimenea y por lo tanto
se consideran fuentes difusas; situación que ocurre también en las empresas
Domical y Caldea.
Las emisiones de las minas en el área de estudio se generan en los diferentes
procesos de extracción de piedra caliza. De acuerdo a los factores de emisión
calculados, las etapas de perforación y voladura son las que presentan los
mayores niveles de contaminación del aire (Ver Tabla 35).
Las emisiones provenientes de las actividades industriales y el tránsito
vehicular en el dominio seleccionado comprenden áreas que van desde los
0.18 km2 en el escenario 6, hasta un máximo de 31.2 km2 en el escenario 2;
siendo las poblaciones de La Danta y Florida Tres Ranchos las más afectadas,
sin embargo, las concentraciones de material particulado en estos lugares no
superan los límites establecidos en la actual legislación.
El área seleccionada en el presente estudio se caracteriza por su topografía
compleja, lo que ocasiona que los regímenes de viento sean variables. Por lo
tanto, el comportamiento de los contaminantes (PM10), es decir su dispersión
se ve afectada, obteniéndose las concentraciones más altas en los lugares con
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 93
relieves más bajos, siendo esto un indicador de que las montañas de la zona
actúan como barrera ante la contaminación emitida.
Los resultados de las simulaciones realizadas en el modelo AERMOD, muestran
que en general las concentraciones de material particulado menor a 10 micras
no superan el nivel de inmisión máximo anual permitido (50 μg/m3) La única
excepción es la planta de Argos Rioclaro, cuyas concentraciones sobrepasan
los límites establecidos, sin embargo dichas emisiones no afectan a población
cercana alguna.
La emisión total de material particulado de todas las fuentes analizadas en el
presente trabajo fue de 50.51 g/s y el punto de máxima concentración
encontrado en las modelización del escenario 1 fue de 221 µg/m3 en un área
aproximada de influencia de 2.7 km2.
Los resultados del monitoreo de material particulado menor a 10 micras (PM10)
fueron 45.35 μg/m3 y 91.82 μg/m3 para las estaciones instaladas en la plantas
de Calpra y Domical respectivamente. En esta última planta, los valores de
PM10 superan el máximo permitido en la Norma Colombiana (Resolución 601
de 2006).
El tránsito vehicular en la vía que conduce hacia el corregimiento de La Danta,
municipio de Sonsón y en la vía que atraviesa dicha población, genera una
cantidad considerable de material particulado puesto que se trata de una
carretera sin pavimentar. No obstante las emisiones provenientes de los
procesos productivos en plantas y minas sean superiores, es importante
prestar atención a los efectos que genera sobre la salud de los pobladores de
este corregimiento el estar respirando continuamente dicho material
particulado.
En general, la información recolectada de los peajes de las vías del área de
estudio es de gran importancia, ya que permite analizar el comportamiento
vehicular en el tiempo y el espacio; por lo que se recomienda continuar
realizando campañas de aforos vehiculares periódicamente, con el fin de
actualizar las características del tráfico vehicular.
La aplicación de modelos de dispersión se convierte en una herramienta
importante para desarrollar un programa de gestión de la calidad del aire en la
región de la zona Calera (dominio de trabajo), toda vez que es posible
identificar áreas y sectores donde se podría priorizar los esfuerzos tendientes a
controlar las emisiones, para obtener calidad del aire que cumpla con los
estándares nacionales definidos.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 94
A partir del modelo AERMOD se logró establecer escenarios de calidad del aire
en el dominio de trabajo (zona Calera), con el propósito de evaluar las
emisiones de contaminantes proveniente de las plantas, tráfico y fuentes de
área. Estos modelos se convierten en una herramienta importante para que la
autoridad ambiental pueda prever los cambios en las condiciones ambientales
de la región.
Es importante tener en cuenta que la calidad del aire podría obtener mejoras
significativas mediante la articulación simultánea de estrategias para las
fuentes móviles y fijas. Se recomienda realizar estudios tendientes a la
optimización de los procesos productivos en las empresas, así como de
producción más limpia; lo cual permitiría encontrar soluciones a la
problemática que representan las emisiones de material particulado,
redundando en un aire más limpio y mayor bienestar para las poblaciones
directamente afectadas.
La ocurrencia de episodios de contaminación está determinada por ciertas
configuraciones meteorológicas que producen las condiciones propicias para la
formación y acumulación de contaminantes. Esta relación entre la
meteorología y la contaminación hace imprescindible contar con una red de
seguimiento de los parámetros meteorológicos que permitan la caracterización
de los patrones meteorológicos y su impacto en calidad del aire.
Por lo anterior, se hace necesario fortalecer las redes de monitoreo, para
incluir en todas las estaciones sensores de medición simultánea de variables
meteorológicas y de calidad del aire, con el propósito de tener información
confiable que relacione la problemática de la calidad del aire con los
fenómenos meteorológicos.
Se recomienda implementar una red de monitoreo para la calidad del aire, con
equipos automáticos que entreguen reportes horarios, no solo de material
particulado respirable (PM10), sino que además se posea información valida de
los contaminantes material particulado inhalable (PM2.5), dióxido de azufre
(SO2), dióxidos de nitrógeno (NO2), y monóxido de Carbono (CO), de tal
forma que en pocos años la entidad logre un histórico de datos que permita
dar más claridad a la problemática actual de contaminación del aire; se
recomienda además que simultáneamente se fomente la realización de
estudios epidemiológicos en la región.
Grupo de Investigaciones Ambientales – Convenio 068 de 2012 95
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