tipos de modelos

1. Año de bicentenario del Perú: 200 años de independencia
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA DE ICA”
FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL Y S ANITARIA
MODELAMIENTO DE LA
CALIDAD DE AIRE

2. 2
Es por ello que, en el Perú, la calidad
del aire se basa en el cumplimiento de
los Estándares de Calidad Ambiental de
Aire (ECA Aire), que establecen niveles
objetivo para la presencia de
contaminantes en el aire, de modo que
al mantenerse bajo estos niveles no
representen riesgo a la salud de la
población ni al ambiente.
GESTIÓN DE CALIDAD DEL AIRE

3. FR
3
MODELAMIENTO DE LA CALIDAD DE
AIRE
La combinación de todos estos elementos da
como resultado la distribución espacial y la
evolución temporal de la concentración de los
contaminantes.
Tipos:
modelamiento determinista simple
modelamiento de caja
modelamiento de multi caja
modelamientos fotoquímicos
modelamiento gaussiano

4. 4
Agregar un pie de página
 Predecir la calidad del aire de los
diferentes contaminantes para ZQA (Zonas
de Calidad del Aire) que son territorialmente
representativas.
 Ver el comportamiento de los
diferentes contaminantes a escala local, en
función de las condiciones meteorológicas.
 Diseñar planes y programas para
garantizar el cumplimiento de los objetivos
de calidad del aire.
 Estudiar y analizar la contribución de
las diferentes fuentes y procesos que
afectan a los contaminantes y determinan
los niveles de calidad del aire.
Finalidad:

5. FR
Modelo determinista
Un modelo determinista es un modelo
matemático donde las mismas entradas o
condiciones iniciales producirán
invariablemente las mismas salidas o
resultados, no contemplándose la existencia
de azar, o incertidumbre en el proceso
modelado mediante dicho modelo.
Ejemplos:
 Un conjunto de ecuaciones
diferenciales de un sistema físico
macroscópico constituye un modelo
determinista que puede predecir la
evolución determinista en el tiempo de
un buen número de magnitudes
características del sistema.

6. Modelamiento de cajas
L o s m o d e l o s d e c a j a s e b a s a n e n l a e m i s i ó n d i f u s a d e c o n t a m i n a n te s d e s d e
u n á r e a d e t e r m i n a d a e n u n v o l u m e n , c o n te m p l a n d o t a m b i é n l a e n t ra d a y
s a l i d a d e c o n t a m i n a n te s p o r a r ra s t r e d e v i e n t o . A s u m e q u e l o s
c o n t a m i n a n t e s t i e n e n u n a d i s t r i b u c i ó n h o m o gé n e a d e n t ro d e l a c a j a y
u t i l i z a e s t a a s u n c i ó n p a ra c a l c u l a r l a c o n c e n t ra c i ó n d e c o n t a m i n a n t e s e n
c u a l q u i e r l u ga r d e n t ro d e l a re g i ó n . A u n q u e ú t i l e s te m o d e l o e s m u y
l i m i t a d o e n s u c a p a c i d a d d e p r e d e c i r l a d i st o r s i ó n c o n p r e c i s i ó n d e b i d o a
q u e l a a s u n c i ó n d e q u e l a d i s t r i b u c i ó n e s h o m o g é n e a e s d e m a s i a d o s i m p l e .

7. FR
En este tipo de modelo se asume que la emisión ocupa todo el volumen de la
caja correspondiente al área de la caja y la altura del volumen a favor del
viento
Su principal ventaja es su escasa complejidad matemática y su principal
inconveniente es que se basa en hipótesis ideales que en muchos casos se
alejan de la realidad. Posibles ejemplos de aplicación pueden ser el cálculo de
contaminantes de una ciudad y las emisiones de vertidos homogéneos.

8. FR
8
Son ampliaciones del
modelo de caja
Dentro de una caja se
permiten los procesos de
reacción y extracción
Dan una mayor resolución
en el espacio y el tiempo
que los de caja simple
MODELAMIENTO MULTICAJA

9. Caja simple
Mediante el cual obtenemos una estimación inicial de la concentración. Su
base es el principio de conservación de la masa de un contaminante en una
caja.

10. Modelamiento Fotoquímico
Estos modelos fotoquímicos son modelos de calidad del aire a gran escala que simulan los
cambios en las concentraciones de contaminantes en la atmósfera utilizando un conjunto de
ecuaciones matemáticas que caracterizan los procesos químicos y físicos en la atmósfera.
El Modelo de Trayectoria Lagrangiana
El Modelo de Cuadricula Euleriana

11. 11
Fórmula:
Estos modelos deben tener en cuenta las
reacciones químicas incluyendo la caída y
deposición química. Esta complejidad
aumentada se destina al examen de
las ecuaciones de difusión atmosférica, con
facilidades para las reacciones, fuentes y
sumideros.

12. FR
•incluye capacidades de vanguardia para realizar simulaciones a escala urbana,
regional y hemisférica de múltiples problemas de calidad del aire.
•Combina el conocimiento actual en ciencia atmosférica y modelado de la calidad
del aire con técnicas de computación multiprocesador en un marco de código
abierto .
Calidad del Aire Multiescala
Comunitaria (CMAQ)
• El modelo trata una amplia variedad de contaminantes inertes y
químicamente activos, incluidos ozono, partículas, PM2.5/PM10
orgánicos e inorgánicos, mercurio y otros tóxicos.
Modelo Integral de Calidad del Aire
con extensiones (CAMx)
• REMSAD fue diseñado para calcular las concentraciones de
contaminantes inertes y químicamente reactivos mediante la simulación
de procesos físicos y químicos en la atmósfera que afectan las
concentraciones de contaminantes a escala regional.
Sistema Regional de Modelado de
Aerosoles y Deposición (REMSAD)
• Es un modelo de cuadrícula fotoquímica tridimensional diseñado para
calcular las concentraciones de contaminantes inertes y químicamente
reactivos mediante la simulación de los procesos físicos y químicos en la
atmósfera que afectan las concentraciones de contaminantes.
Modelo de Cuenca Atmosférica
Urbana Cuadrícula Variable (UAM-V)
Proyectos

13. FR
El modelo gaussiano de dispersión.
Los modelos gaussianos son los modelos que emplean los
técnicos para evaluar el efecto de emisiones puntuales hasta
distancias que no superen los 20 Km. El modelo no es
adecuado para tratar problemas que impliquen largas
distancias tales como la lluvia ácida. El problema típico que
trata un modelo gaussiano es el de una chimenea de una
fábrica que emite, de forma continua o esporádica, una cierta
cantidad de contaminante. La combinación del ascenso
vertical inicial de la columna de humo, la velocidad del viento
y la turbulencia atmosférica producen una estructura
característica denominada “penacho”

14. FR
El modelo gaussiano en tres dimensiones se
utiliza cuando existe un vertido esporádico o
instantáneo.
Donde
C: Concentración del contaminante en ug/m3
Q: emisión puntual g/s
u: es la velocidad del viento
Z: Distancia en el eje z en m
X: Distancia en el eje x en m
Y: Distancia en el eje y en m
H: altura efectiva de emisión
K: coeficiente de difusión turbulento

15. FR
El modelo gaussiano en dos dimensiones se utiliza si
el vertido es continuado en el tiempo. Este es el caso
más común, correspondiente a una emisión
constante de gases desde la chimenea de una
industria.
La expresión matemática para el modelo gaussiano
en dos dimensiones es:
Para contaminantes si es absorbido por el suelo:
Para moléculas de contaminante son reflejadas por
el suelo

16. FR
El modelo gaussiano en una dimensión, se emplea
cuando hay que tener en cuenta, de forma aproximada,
el efecto de la altura de mezclado (L). A cierta distancia
desde la fuente en la dirección del viento, la
concentración de contaminante se puede considerar
verticalmente homogénea entre z=0 y z=L y la dispersión
sólo ocurre en el plano xy.
Ascenso vertical
Para el cálculo del ascenso vertical podemos
recurrir a múltiples fórmulas empíricas como la
de Holland:
Vs es la velocidad de salida del gas (m/s),
D es el diámetro de la chimenea (m),
u la velocidad del viento (m/s),
p la presión (en mb milibar),
Ts la temperatura de salida de los gases de la chimenea
Ta la temperatura atmosférica.

17. FR
Una industria emite 20 g/s de SO2 a una altura H = 30
m. La velocidad del viento es 3 m/s. Los valores de σy y
σz a una distancia de 1 Km en la dirección del viento
son 30 m y 20 m respectivamente. Estima las
concentraciones de SO2 a 1 Km de distancia de la base
de la chimenea y
(1) A ras del suelo en el eje del viento
(2) A 10 metros de altura en el eje del viento
(3) A ras del suelo a 10 metros de distancia del eje del
viento
(1) Las coordenadas del punto serán y=0 m, z=0
m, por lo que emplearemos la formula para
contaminantes absorbidos por el suelo
(2) Las coordenadas del punto serán y=0 m, z=10
m.
(3) Las coordenadas del punto serán y=10 m, z=0
m.
EJEMPLO

18. FR
EJEMPLOS :
MODELO GAUSSIANO
modelo Gaussiano de pluma en estado
estacionario que simula la dispersión de los
contaminantes en el aire y su deposición;
realiza sus cálculos tomando en cuenta las
características del terreno y la presencia de
edificios cercanos a la fuente de emisión, los
cuales pueden afectar la dispersión de la
pluma; usa datos del clima de la capa superior
atmosférica. Es un modelo regulatorio de la
EPA de Estados Unidos y es considerado como
el modelo de última generación.

19. FR
Recursos incluidos de manera estándar en AERMOD
 Visualización en 3ª dimensión tanto de la
información de entrada como de los resultados.
 Exporta resultados a Google Earth, de modo
que el usuario puede “ver” la dispersión del
contaminante sobre el área de interés.
 Modela la dispersión de múltiples sustancias en
forma simultánea.
 Completo pre-procesamiento del clima con
AERMET.
 Las mallas de receptores se pueden crear en
forma gráfica o como texto.
 Percentiles y promedios móviles
automáticamente.
 El cargador de AERMOD View le permite
reiniciar un proyecto sin tener que alimentar
toda la información de nuevo.
 Resultados mostrados en forma gráfica

20. FR
• Completo análisis gráfico del arrastre por edificios.
• Acepta información del terreno en formatos DEM, SRTM,
NTF, DTM, CDED, GTOPO30 y XYZ.
• Elabora Gráficas de Rosa de Vientos y de Frecuencias.
• Genera contornos de iso-concentración en forma
automática.
• Acepta la información de entrada mediante gráficas, texto
o archivos previamente elaborados.
• Incluye los modelos ISCST3 e ISCPRIME, correspondientes a
la “anterior generación”.
• Prepara los múltiples archivos de resultados necesarios
para correr el protocolo de riesgo, sin necesidad de crgar
archivo por archivo, dato por dato.
• Aísla el impacto ambiental de las fuentes de emisión una
por una o en grupo o grupos, a conveniencia del usuario.
Recursos incluidos de manera estándar en AERMOD

21. FR
MODELOS FOTOQUIMICOS WRF-Chem, CAMx y CMAQ
modelo de investigación y pronóstico del
tiempo (WRF) junto con la química. El modelo
simula la emisión, el transporte, la mezcla y la
transformación química de gases traza y
aerosoles simultáneamente con la
meteorología. El modelo se utiliza para la
investigación de la calidad del aire a escala
regional, el análisis de programas de campo y
las interacciones entre las nubes y la química a
escala de nubes.

22. FR
ACOM WRF-CHEM DESARROLLOS PARA LA COMUNIDAD

23. FR
Preprocesadores
• Emisiones antropogénicas de la EPA de EE. UU.
• Emisiones antropogénicas globales
• Emisiones biogénicas de MEGAN
• Emisiones de incendios FINN
• Interpolar la salida del modelo global para las
condiciones iniciales y de contorno de WRF-Chem

24. FR
CONCLUSIONES
¿Por qué hacer un modelamiento de calidad de aire? Es por la misma coyuntura actual que vivimos, los diferentes
gases, emisiones emitidos por las industrias. Afecta la salud pública de forma directa e indirecta
Creación de MINAM, finalidad conservación del medio ambiente. D.S. Nº 003 – 2017 los LMP – ECA aire
Existen diferentes modelamientos de la calidad de aire: alcance, dirección, capacidad de medir ciertas
emisiones o reconocer gases tóxicos.
Se aplicará el modelo gaussiano (AERMOND) en un área determinada en diferentes puntos
Los resultados se hará comparación con la tabla LMPs – ECA aire, finalmente se discutirá comparando los resultados

25. Ejemplo de refinería la pampilla REPSOL en AERMOD
Ubicación del punto del referencia con ayuda del Google Earth, para determinar el área de estudio,
esta área de estudio tiene que embarcar a la población cercana, de aquí sacamos los datos de
ubicación como las coordenadas este y norte además que se encuentra en la zona N° 18 sur del
ecuador
Data

26. Abrimos Aermod, creamos una carpeta para guardar los datos del trabajo, luego creamos un nuevo
programa, en el Perú se trabaja con una proyección UTM, en parámetros se uso el datum WGS84 y
en la zona ponemos los datos del Google Earth, 18 sur luego en el punto de referencia ponemos las
coordenadas ´´X´´ y ´´Y´´ ,este y norte con una referencia de 5km
Área de
conservación
regional
humedales
de ventanilla
Configuración del Aermod

27. Mapa base y Shps para Aermod
La importación de los Shps permite tener referencia de las estructuras las cuales emiten
contaminantes, para este caso será solo co2 (estos son incluidos con ayuda de Arcgis),

28. Construcción de estructuras de tanques
Se ubica correctamente los polígonos, con coordenadas de las estructuras a referenciar, además se les
incluyendo las alturas de las estructuras

29. Control Patway y fuentes fijas
En el control patway vemos concentración, deposición húmeda, deposición seca, deposición total,
también los contaminantes con los que se va trabajar (CO2, CO, NOX, NO2, solidos totales suspendidos,
diferentes medidas de materiales participados, tiempo, zona (rural, urbano), acto seguido generamos
las chimeneas , como: base de elevación, radio de emisión, temperatura del gas, diámetro, velocidad
que sale el gas.

30. Efecto building dawnwash
Verificamos el área de influencia de las chimeneas (esta arena nos lo da el mismo programa ya
verificado por la OEFA) luego verificamos el informe del BPIP

31. Generación de grillas y receptores
Generación de grillas y receptores
Seleccionamos rejillas y se realiza en trazo tenido en cuenta la arena de conservación y la población,
luego procedemos a la colocación de puntos que vendrían a ser nuestros receptores

32. Herramienta Terrain
Seleccionamos terrain para poder ver el área de estudio, ejecutamos con arcgis lelecionando la opción
load STRM3 (Global - 90m) que es la mas recomendada

33. Herramienta meteorology y receptor patway
Cargamos la data del arcgis de las estaciones meteorológicas, aparte se tiene que poner base de la
elevación primaria (depende de la estación), en receptor se tiene que tener en cuenta la altura de las
personas

34. Corrida de modelo atmosférico
Cargamos aermod para poder ver el reporte de los promedios de los puntos, el programa nos dará un
grafico con isolineas donde podremos ver las concentraciones de contaminantes

35. Exportación de modelo en Google Earth
Exportamos el trabajo a Google Earth para poder tener una mayor noción de grado de contaminación
geográficamente, si interpolamos lo podemos pasar al arcgis.

36. Obtención de archivo CSV
La obtención del archivo csv, es muy importante ya que nos permitirá trabajar en servidores Gis, este
contiene la elevación, concentración, receptores, fecha.

37. GRACIAS