CHAPTER VI: QUANTITATIVE FINDINGS
6.1.1. Logistic Regression
En Cuba se le concede una atención especial al cuidado del medio ambiente, se ha promulgado por la Asamblea Nacional en correspondencia con el Ministerio de Ciencia Tecnología y Medio Ambiente la ley No 8, que tiene como objetivo establecer los principios que rigen la política del estado y las acciones de los ciudadanos y la sociedad en general, a fin de proteger el medio ambiente y contribuir a los objetivos de desarrollo sostenible del país.
Sin duda una de las actividades antropogénicas de mayor impacto sobre el medio lo constituye el uso desmedido que hace hoy el hombre de los combustibles fósiles, la contaminación ambiental producida por el uso de estos combustibles, amenaza la estabilidad del clima y la vida en el planeta. Las consecuencias del cambio climático y del calentamiento global ya se observan.
Las afectaciones a la calidad del aire que provocan los gases de escape de la combustión pudieran ser uno de los mayores impactos a escala local de las industrias, que desde el punto de vista de la contaminación atmosférica se denominan fuentes fijas industriales de emisiones de gases contaminantes. Sin embargo son pobres las acciones encaminadas a reducir su impacto, sobre todo en países en vías de desarrollo.
Los principales gases emitidos por estas fuentes son:
¾ Dióxido de azufre (SO2). ¾ Monóxido de carbono (CO).
¾ Óxidos de nitrógeno (NOx).
¾ Material particulado.
¾ Hidrocarburos sin quemar.
¾ Dióxido de carbono (CO2).
El CO 2 no es considerado un contaminante perjudicial a salud, por lo que no se considera
de impacto a escala local, sin embargo a escala global es el principal causante del efecto invernadero y el calentamiento global.
3.1 - Las normas cubanas relacionadas con la calidad del aire, NC
39:1999, NC 111: 2004.
En Cuba como en la mayoría de los países se han establecido guías y normas que cuantifican los límites de concentración en el aire para cada contaminante. Las guías son recomendaciones para los niveles de exposición a contaminantes atmosféricos a fin de reducir los riesgos o proteger de los efectos nocivos.
Las normas establecen las concentraciones máximas permisibles de los contaminantes atmosféricos durante un período definido. Son los valores límite diseñados con un margen de protección ante los riesgos. La finalidad de las normas es proteger la salud humana (normas primarias) y proteger el bienestar del ser humano y los ecosistemas (normas secundarias).
En la Tabla 3.1.1 que se presenta a continuación se detallan las concentraciones máximas admisibles vigentes en Cuba según la Norma Cubana NC 39:1999. (Calidad de aire. Requisitos higiénico-sanitarios).
Tabla 3.1.1: Concentraciones máximas permisibles para zonas habitables en Cuba.
Contaminante Concentración Máxima Permisible, Promedio Diario
(24 horas, mg/m3) (24 horas, μg/m3)
Dióxido de Azufre 0.05 50
Partículas Sólidas Suspendidas (Hollín)
0.05 50
Monóxido de Carbono 3.00 3000
Óxidos de Nitrógeno (NO2) 0.04 40
Hidrocarburo (Benceno) 0,80 800
Ozono 0.03 30
A partir de la NC 111:2004 (Reglas para la vigilancia de la calidad del aire en
asentamientos humanos) teniendo en cuenta las concentraciones máximas determinadas
y las permisibles se establece un índice de calidad del aire (ICA).
En la tabla 3.1.2 se muestra la relación entre el índice de calidad del aire y posibles implicaciones sanitarias relacionadas con cada categoría de calidad.
Tabla 3.1.2 Relación entre el ICA y las implicaciones sanitarias relacionadas con cada Categoría de Calidad.
Índice Categoría Cometarios
0 - 79 Buena No sobrepasa el 79 % del valor de la Cma prescrito en la NC. 39. Óptima calidad sanitaria del aire. Supuesta protección de toda la población (aunque no puede asegurarse que no sobrepase el umbral de respuesta de efectos adversos en individuos aislados). 80- 99 Aceptable No supera el 99 % de la Cma. Comienza el deterioro de la calidad
del aire. Posible aparición de efectos leves en individuos o grupos de alta susceptibilidad (variabilidad individual de umbral de respuesta a los efectos) de muy difícil detección aún por investigaciones.
100-
199 Deficiente Sobrepasa entre 100 - 199 % el valor de la 39. Ligero incremento en la frecuencia y severidad de los efectos Cma prescrito en la NC adversos agudos y crónicos en la población general y principalmente en personas con enfermedades cardiovasculares, respiratorias y alérgicas y en otras de elevada susceptibilidad, solo detectables mediante investigaciones muy específicas y sensibles. 200-
299 Mala Supera entre 2 y 3 veces (200 – 300 %) el valor de la Aumento de la frecuencia y gravedad de los efectos adversos en Cma. grupos de alta susceptibilidad y en la población general, ya medibles mediante investigaciones específicas a escala individual y ecológica, basadas en registros morbilidad. Da lugar a una
SITUACIÓN DE ATENCIÓN.
300 –
499 Pésima Supera entre 3 y 5 veces el valor de la incremento de la concentración del contaminante y el tiempo de Cma. En dependencia del exposición continua el aumento de la frecuencia y gravedad de efectos adversos en los grupos de alta susceptibilidad y en la población general. Da lugar a una SITUACIÓN DE ALERTA.
> 500 Crítica Se supera él limite de 5 veces la Cma, dando lugar a un incremento aún mayor del riesgo o probabilidad de ocurrencia de los efectos adversos sobre la salud de la población general y en grupos de riesgo, que se traduce en un evidente incremento agudo de la morbilidad y mortalidad que sobrecarga los servicios asistenciales; da lugar a una SITUACIÓN DE EMERGENCIA AMBIENTAL.
3.2 - Metodología para la determinación de los impactos sobre la calidad
del aire de la generación de energía por combustión.
Los pasos que se propone seguir en el desarrollo de este estudio son los siguientes:
¾ Definición del área de estudio para determinar el impacto de la fuente de emisión sobre la calidad del aire. (Extensión, localización del área).
¾ Identificación y ubicación de la fuente de emisión dentro del área de estudio.
¾ Evaluación de los estados de carga más frecuentes o significativos del tiempo de trabajo de la instalación en estudio para períodos de 24h, para asignar a cada estado un factor de emisión horaria según corresponda.
¾ Medición de la composición de los gases de salida de las fuentes de emisión, así como tratamiento estadístico de los resultados, determinación de flujo de salida de cada contaminante en g/seg.
¾ Generación de las bases de datos con la información topográfica y meteorológica del área de estudio compatibles con el software (ISCST3) empleado en la modelación de la dispersión de contaminantes.
¾ Modelación de la dispersión de contaminantes.
¾ Establecimiento de los criterios a seguir según los análisis realizados para emitir las valoraciones sobre el estado del área en estudio y evaluar el impacto de la fuente de emisión sobre la calidad del aire.
Descripción del Equipamiento.
Para realizar las mediciones de las características de los gases de la combustión se el siguiente analizador de gases ECOM-SG.
El Analizador de gases ECOM-SG PLUS Fig 3.2.1 es utilizado para el análisis automático de gases. El equipo posee cuatro pantallas. La primera y principal, indica los % o ppm (partes por millón) del gas en la mezcla de productos gaseosos de la combustión y la temperatura del gas y del local (este seria el ambiente del equipo). Los valores mostrados son de la emisión instantánea, y los valores calculados de CO2, ε, λ, las pérdidas sólo se
temperatura es mayor que 5 °C (Tgas – Tlocal) > 5°C. Las otras tres pantallas muestran la información (durante el transcurso de las mediciones) de valores medios de forma automática en intervalos de tiempo dados. Todas las emisiones son reportadas en ppm, pero estas unidades pueden ser variadas expresando los resultados en % o mg/m3.
Fig 3.2.1: Analizador de gases ECOM-SG
Tabla 3.2: Características técnicas del analizador de gases ECOM-SG.
Analizador Variable
medida Rango de Medición Exactitud Resolución Medición ECOM-SG- Plus.[1] O2 0-25 % 5 % (1,25%) * [2%(0,1%)] 0,1 % Sensor electroquímico CO 0-4000 ppm 5 % (200 ppm)* [2%(16 ppm)] 1 ppm NO 0-2000 ppm 5 % (100 ppm)* [2%(8 ppm)] 1 ppm NO2 0-2000 ppm 5 % (10 ppm)* [2%(1 ppm)] 1 ppm SO2 0-4000 ppm 5 % (200 ppm)* [2%(16 ppm)] 1 ppm Temp-Gas 0-999 ºC 2 % (20 ºC)* 1 ºC Termopar Temp-Amb. 0-99 ºC 2 % (2 ºC)* 1 ºC
El flujo de gases de salida se calcula empleando los modelos propuestos por Rubio, Generadores de vapor, funcionamiento y explotación, 2000, llevando los resultados obtenidos a las condiciones reales.
Para la determinación de las variables meteorológicas se emplea una estación meteorológica automática, Fig. 3.2.2, que permite crear la base de datos con la información atmosférica, temperatura, presión, velocidad y dirección de los vientos, radiación solar, humedad relativa y precipitaciones. Estas variables juegan un papel fundamental en el transporte y dispersión de los contaminantes. También pueden usarse dependiendo de la cercanía del érea de estudio las estaciones meteorológicas de la red nacional.
Fig. 3.2.2. Estación meteorológica MCV-100 CPV-8D7A
3.3 - Software ISCT3 empleado para la Modelación de la dispersión de
contaminantes.
Para la determinación de las concentraciones provocadas en el área de estudio por la fuente de emisión se empleo el Software ISCST3.
El modelo utilizado para el análisis de la dispersión de contaminantes fue el ISCST3, un modelo de pluma Gaussiano de estado continuo que puede ser usado para evaluar concentraciones y deposiciones de flujos de una variedad amplia de fuentes asociadas a la industria y el transporte.
Fig. 3.3: Pantalla gráfica ISCST3
El modelo ISCST3 es usado por la Agencia de Protección del Ambiente de los Estados Unidos (EPA) y fue diseñado para apoyar las opciones de modelación de emisiones reguladas. Algunas de las posibilidades del modelo son:
¾ Puede manejar fuentes múltiples, incluyendo puntuales, volumétricas, de área, y los tipos de fuente de hoyos abiertos. También pueden tratarse fuentes de la línea como un cordón de fuentes de volumen o como fuentes del área largas.
¾ Las fuentes de emisión pueden tratarse como constantes o pueden ser variadas por mes, estaciones, horas del día, u otros periodos optativos de variación. Estos factores de emisión variables pueden ser especificados para una sola fuente o para un grupo de fuentes.
¾ El modelo puede considerar los efectos aerodinámicos debido a los edificios cercanos en emisiones puntuales. Contiene algoritmos para modelar los efectos de precipitación de gases o partículas.
¾ Pueden especificarse situaciones del receptor como maya y/o receptores discretos en un sistema de coordenadas cartesianas o polares.
¾ Incorpora el modelo de algoritmos de dispersión COMPLEX1 para los receptores en terreno complejo.
¾ Utiliza el modelo de datos meteorológicos en tiempo real para considerar las condiciones atmosféricas que afectan la distribución de la contaminación aérea en el área modelada.
Los resultados pueden ser dados para la concentración, flujo de la deposición total, flujo de la deposición seco, y el flujo de la deposición húmeda.
3.4 - Impacto sobre la calidad del aire generado por el hospital
“Celestino Hernández”.
En este caso se centro la investigación en las emisiones y concentraciones provocadas en el área
de estudio de tres contaminantes SO2, CO, NOx, aunque también se cuantificaron las emisiones
de CO2.
Localización de la entidad y área de Estudio.
El hospital “Celestino Hernández” está ubicado en la calle Cuba, entre Hospital y Alejandro Oms, Santa Clara. La localización exacta puede verse en el anexo 8.
Cuantificación de las emisiones.
Las emisiones fundamentales son provocadas por la generación de vapor, las características del generador de vapor se dan a continuación en la tabla 3.4.1.
Tabla 3.4.1: Características técnicas del generador de vapor. Datos del Generador de Vapor. Datos del Quemador.
TIPO: Piro tubular Combustible: diesel.
Año de fabricación: 2008 Consumo máximo: 98 kg./h, Min: 49 kg./h Capacidad: 1500 kg/h Consumo real: 80 kg./h
Presión de cálculo: 13,26 kgf/cm2 Potencia nominal máx: 1095 kw, Min: 552 kw Presión de prueba: 19,88 kgf/cm2 Tipo de quemador: OE 150 OSO Z
El consumo anual de diesel en este equipo en el 2008 fue de 179,07 Ton, derivándose de su combustión las principales emisiones que emite la entidad en el área de estudio.
Tabla 3.4.2: Datos característicos de la fuente de emisión. Generador de vapor. Tipo de Fuente. Puntual Identificación de la
fuente. GENER.
Localización de la fuente.
Coordenada X 606600 m
Coordenada Y 285500 m
Elevación de la base sobre el nivel del mar. 128 m
Altura de emisión sobre la base. 10 m
Parámetros de la fuente de emisión. Contaminante
CO SO2 NOx
Régimen de emisión. 0.01 0.06 0.004 g/ seg.
Temperatura de los gases a la salida de la chimenea.
543 °K Velocidad de los gases a la salida de la
chimenea.
6,38 m/seg. Diámetro interior de la chimenea en el punto de
liberación de los gases. 0,45 m
Tabla 3.4.3: Resultado del análisis de los gases producto de la combustión.
Parámetro U/M Medición Media 1 2 3 T. Ambiente ºC 32 32 32 32 T Gas ºC 268 270 271 269.7 O2 % 10.5 10.6 10.6 10.6 CO ppm 16 18 20 18.0 NO ppm 8 7 7 7.3 NO2 ppm 0 0 0 - NOx ppm 8 7 7 7.3 SO2 ppm 48 45 46 46.3 CO2 % 7.7 7.6 7.6 7.6 α[calculado] _ 2.00 2.02 2.02 2.01
Tabla 3.4.4: Emisiones anuales de contaminantes a la atmósfera. Fuentes
Contaminante U/M Generador
CO kg 105
CO2 TON 453
NOx kg 42
SO2 kg 631
Como se muestra en la tabla 3.4.4 las emisiones anuales de CO2 alcanzan un valor de
453 toneladas/año, para el caso del CO llegan solo a 105 kg/año mientras las emisiones de NOx y SO2 alcanzan un valor de 42 y 631 kg/año respectivamente.
3.5 - Resultado de la dispersión de los contaminantes emitidos en el
área de estudio.
En los anexos 5, 6 y 7 se muestran los gráficos de dispersión de contaminantes, en este caso, CO y NOx y SO2 respectivamente.
En tabla 3.5.1 pueden verse las concentraciones máximas determinadas para cada contaminante en un período de promediación de 24 horas y la coordenada del lugar donde se da dicho máximo, también aparece una comparación del máximo calculado con el límite que establece la norma cubana y el índice de calidad del aire que le corresponde.
Tabla 3.5.1: Concentraciones permisibles según NC y máximas calculadas, índice de calidad del aire.
Contaminante CO NOx SO2 U/M
Conc.Lim. Perm. NC 111: 04 3000 40 50 μ
g/m3
Conc máx. Calc 0,11 0,044 0,65
Coordenada de ubic. del máx. 606600; 285500
índice de calidad del aire 0,004 0,11 1,3 _
Categoría de calidad. Buena Buena Buena _
En la Fig. 3.5.1 aparece comparada la concentración máxima calculada con el valor límite que establece la NC 39/99.
Fig. 3.5.1: concentración máxima calculada en comparación con el valor límite de la NC 39/99.
Análisis de los resultados.
Para el análisis se han valorado las emisiones anuales de contaminantes a la atmósfera y la concentración calculada en el aire para cada contaminante, con atención a los más
altos valores de concentración para un período de premediación de 24 horas, comparándolos con los valores límites permisibles que establece la NC 39/99.
Puede verse en la tabla 3.5.1 que la concentración máxima de CO se encuentra muy por debajo del límite de 3000 μg/m3 que establece la norma con un valor de 0,11 μg/m3, con un índice de calidad del aire de 0,004, correspondiéndole la categoría de calidad de buena por un amplio margen respecto a este contaminante, es decir óptima calidad sanitaria del aire, con supuesta protección de toda la población.
Referente al NO2 presenta un valor máximo de 0.044 μg/m3, por lo que está también muy
por debajo de lo que establece la norma siendo de 40 μg/m3, por lo que puede decir que
con un índice de calidad del aire de 0,11 le corresponde la categoría de calidad de buena, es decir óptima calidad sanitaria del aire, con supuesta protección de toda la población. Con respecto al SO2, su concentración según la norma es de 50 μg/m3 y que este solo
posee un valor de 0,65 μg/m3, con un índice de calidad del aire de 1,3, correspondiéndole la categoría de calidad de buena, respecto a este contaminante, es decir óptima calidad sanitaria del aire y supuesta protección de toda la población.
Debe prestársele en todos los casos especial interés a los puntos donde se dan las máximas concentraciones, aunque en estos momentos no sean muy representativos, pues estos puntos pueden convertirse en un futuro en un episodio crítico de contaminación de mantenerse las mismas condiciones atmosféricas e incrementarse las emisiones de cargas contaminantes. Hay que resaltar que el análisis esta hecho solamente para los gases del generador de vapor, no se tuvieron en cuenta otros aspectos en el hospital.
3.6 - Conclusiones parciales
1- En el cálculos realizados de las lecturas tomadas de los gases de escape del generador se pueden observar que las concentraciones máximas son de 0,11 μg/m3
para el CO, de 0,044 μg/m3 para el NOx y para el SO
2 es de 0,65 μg/m3, por lo que
están muy por debajo de la norma NC 39/99, que establece que la concentración del CO, NOx y SO2 debe ser de 3000, 40 y 50 μg/m3 respectivamente, garantizando así
CONCLUSIONES
1- Después de definir los principales portadores y realzar el diagrama de Pareto los dos principales son el diesel y la energía eléctrica ocupando un 52.30 % y 42.88 % respectivamente, llegando así a acumular un 95.17 % del total.
2- El consumo de energía eléctrica en relación con los días pacientes, se destaca que hay gran correspondencia entre los mismos fundamentalmente en los meses desde Abril hasta Diciembre, aunque existen anomalías en los meses de Enero, Febrero y Marzo.
3- El índice que relaciona el consumo de energía eléctrica y días-pacientes ah alcanzado su mayor valor en julio y agosto, por lo que se puede observar que se incrementa el consumo de energía eléctrica en estos meses debido a la temperatura existente en esta época (ver fig.2.1.7).
4- El consumo de electricidad se eleva en el 2008 a un valor mayor en los meses de Junio y julio a 76.39 y 77.72 respectivamente, ya que la temperatura en esos meses es una de las causas del incremento este, pues los equipos de climatización que son grandes consumidores tendrían un mayor tiempo de utilización.
5- En la generación de energía eléctrica y el combustible consumido por el grupo- electrógeno, se observa poca relación en ambas curvas (ver fig. 2.2.1), pues en el mes de agosto y octubre hay anomalías donde el consumo de diesel se va por encima y por debajo de la curva de días-pacientes respectivamente.
6- En el cálculos realizados de las lecturas tomadas de los gases de escape del generador se pueden observar que las concentraciones máximas son de 0,11 μg/m3
para el CO, de 0,044 μg/m3 para el NOx y para el SO
2 es de 0,65 μg/m3, por lo que
están muy por debajo de la norma NC 39/99, que establece que la concentración del CO, NOx y SO2 debe ser de 3000, 40 y 50 μg/m3 respectivamente, garantizando así la
protección de la población.
7- El uso indiscriminado de los combustibles fósiles contribuye a uno de los más grandes problemas ambientales, provocando el efecto invernadero mediante la producción de gases invernaderos como es el CO2.
RECOMENDACIONES
1- Realizar una valoración económica para así tener resultados que puedan permitir la comparación en el mal uso de los portadores energéticos del hospital “Celestino Hernández”.
2- Realizar estudios mas exhaustivos en el consumo de energía eléctrica en el hospital y de consumo de combustible para el caso de la generación de vapor en la sala de calderas en la actualidad.
3- Monitorear periódicamente las emisiones de gases y su impacto sobre la calidad del aire, sobre todo cuando se prevea aumentar el número de instalaciones que puedan constituir fuentes de emisión.
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