Modelado del aporte de CO vehicular en la ciudad de Quito considerando el modelo de caja fija y empleando datos de la Red de Monitoreo de la Calidad del Aire

1. ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AGROINDUSTRIA
INGENIERÍA QUÍMICA Y AGROINDUSTRIA
MODELADO Y CONTROL AUTOMÁTICO
Miguel Barba
David Flores
Pamela Herrera
Vanessa Maldonado

2. “Concientización ambiental sobre el aporte del
CO a la contaminación atmosférica”

3. INDICE
1. Introducción
2. Objetivos
3. Metodología
4. Resultados y discusión
5. Vinculación con la colectividad
6. Conclusiones
7. Recomendaciones

4. Distribución e intensidad de
las emisiones
contaminantes vehiculares
La topografía Condiciones
meteorológicas
1.Introducción
La calidad del aire está influenciada por:

5.  Principales contaminantes atmosféricos:
1.Introducción
SO2 CO
NOx
Material
particulado

6. 1.Introducción
CO Efectos
sobre la
salud
Fuentes
Procesos de
combustión
incompleta
Hipoxia (falta de
oxígeno):
• Disminución de la
percepción visual
• Capacidad de
trabajo
• Destreza manual
y
• Habilidad de
aprendizaje.

7.  Simular el aporte a la concentración del contaminante CO a lo largo del tiempo
para el Distrito Metropolitano de Quito a través de un modelo matemático.
 Validar el modelo obtenido con los datos reales pertenecientes a la Secretaría de
Ambiente.
 Difundir a la ciudadanía la importancia de generar conciencia para prevenir la
contaminación de la atmósfera y las consecuencias que produce esta
contaminación.
2. Objetivos

8. 3. Metodología

9. 3.1. Definición del modelo
 Son protocolos matemáticos
que proporcionan
estimaciones de concentración
de un contaminante en función
de una serie de parámetros.
 Cualquier simulación
matemática de un fenómeno
tan complejo como es la
dispersión atmosférica no es
exacto.
Modelo de concentración-Modelo de caja Fija
Balance de masa
Estado transitorio
Ventajas: Complejidad
matemática pequeña
Desventajas: Hipótesis
ideales

10.  Balance de masa
Velocidad de
=
Velocidad
de
-
Velocidad
de
+
Velocidad
de
-
Velocidad
de
Acumulación Entrada Salida Creación
Destrucció
n
A = E - S + G - C
3.2. Formulación del modelo

11. Cuidad es un rectángulo
de dimensiones W y L
Altura H es 500 m debido
a la estabilidad
atmosférica
Concentración C es
constante en toda la caja
La velocidad del viento
(u) es constante y sopla
en el eje x
La concentración del
contaminante en el aire
que entra es igual a 0
Ningún contaminante
sale o entra por los lados
que no sean paralelos a x
Sobre la altura definida
no existe mezclado
La velocidad de
destrucción del
contaminante es 0
46500 autos
70% Livianos
30% pesados
3.3. Suposiciones

12. 3.4. Resolución
A=
𝑑𝑚
𝑑𝑡
=
𝑑𝑉𝐶
𝑑𝑡
E=0
S=𝐶𝑥𝑢𝑥𝐻𝑥𝑊
G=Q
C=0
A=E-S+G-C
𝑑𝑉𝐶
𝑑𝑡
= −𝐶𝑥𝑢𝑥𝐻𝑥𝑊 + 𝑄
𝐻𝑥𝑊𝑥𝐿
𝑑𝐶
𝑑𝑡
= −𝐶𝑥𝑢𝑥𝐻𝑥𝑊 + 𝑄
𝑑𝐶
𝑑𝑡
=
−𝐶𝑥𝑢
𝐿
+
𝑄
𝑊𝑥𝐻𝑥𝐿
Método de Euler: 𝐶𝑖 = 𝐶𝑖 +
−𝐶𝑖𝑥𝑢
𝐿
+
𝑄
𝑊𝑥𝐻𝑥𝐿
𝑥 ∆𝑡
Condiciones
iniciales:
to=0 [h]
Co=0 [mg/m3]
∆𝑡=0.01 [h]
u=6120 [km/h]
H=500 m
L=50000 m
W= 8000 m
Q=6.23 E10
[mg/h]

13. Figura 1. Variación horaria de la concentración de CO
(Fuente: Secretaría de Ambiente, Red de Monitoreo)
4.Resultados y discusión

14. Figura 2. Aporte vehicular horario a la concentración de CO
(Fuente: Secretaría de Ambiente, Red de Monitoreo)
ε = 56,89%
ε = 65,39%
2,42 [mg/m3]
1,80 [mg/m3]
1,43 [mg/m3]
33,21%
4.Resultados y discusión

15.  Simplicidad del modelo
 Resolución en Matlab
Δt = 0,1 [h]
Δt = 0,01 [h]
C= 2,78 [mg/m3]
C= 2,42 [mg/m3]
BUENA
APROXIMACIÓN
15%
4.Resultados y discusión

16. Figura ?. Aporte vehicular horario a la concentración de CO (Verde: actual, Rojo: Aumento de un
10% en el parque automotor)
AportedeCO[mg/m3]
4.Resultados y discusión

17. Datos Informativos del Proyecto
Título del Proyecto
Concientización ambiental sobre el aporte del CO a la contaminación
atmosférica de Quito
Tipo de Proyecto
El tipo de proyecto a enfrentar es de vinculación en donde el trabajo realizado sirve
como parte del desarrollo de la asignatura.
Localización
El área de estudio se localiza en el sector Belisario Quevedo ubicado en el centro-norte
de la ciudad de Quito
5. Vinculación con la colectividad

18.  Objetivo del Proyecto
Informar a los estudiantes de escuelas y colegios del Sector de
Belisario sobre los problemas ambientales de contaminación
atmosférica a los cuales están expuestos principalmente del
contaminante CO.
Metodología
La metodología utilizada será charlas informativas, talleres
participativos y dinámicos, lo cual permite que el aprendizaje sea fácil
5. Vinculación con la colectividad

19. 5. Vinculación con la colectividad

20. 5. Vinculación con la Colectividad

21.  El aporte de CO por parte del parque automotor en Quito, es el más
significativo.
 El modelado de caja fija para el aporte de CO es una buena aproximación,
para conocer un límite máximo que podría alcanzar la concentración del
contaminante en el aire
 El modelo tiene un adecuado ajuste con la realidad para el aporte total
diario de CO, con un error de 33%.
 La mayor dificultad en el modelado de caja fija, es la gran cantidad de
simplificaciones que se toman, principalmente respecto al flujo vehicular
 La predicción del aumento del aporte diario de CO, puede preverse con la
aplicación del modelo planteado
6. Conclusiones

22.  Realizar el modelado para periodos más largos de tiempo y así prever el
impacto en generaciones futuras.
 Dar a conocer el proyecto a una población mucho más amplia para
generar conciencia sobre los peligros a los cuales están expuestos y con
ello plantear las posibles soluciones.
 Realizar menos simplificaciones en el modelo para poder evidenciar el
verdadero impacto de contaminación ambiental por CO en la ciudad de
Quito
7. Recomendaciones