MODELADO MATEMÁTICO DE CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

MODELADO MATEMÁTICO DE CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

POR GASES INDUSTRIALES

Loiacono, S.M.1, Nagornov, O.2, Pugliese, N.I.3 Crescentino, L. 3 Núñez, A.3; Pereyra,

M.O.3; Mercado, J.N3; Lucero, A.E.3, Cuevas, M.S.3.

(1)Departamento de Informática. Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales.

Universidad Nacional de San Juan.

sloiacono@iinfo.unsj.edu.ar

(2) Department39-High Energy Density Physics.Moscow Engineering Physics Institute-

Russia.

nagornov@hotmail.com

(3) Departamento de Matemática. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional de San

Juan.

noriris@unsj.edu.ar

RESUMEN: La contaminación del aire es fundamentalmente una consecuencia de las

actividades humanas. Un modelo de concentración de contaminantes del aire permite

predecir las concentraciones y emisiones de contaminantes, bajo ciertas condiciones

meteorológicas, durante cierto tiempo. La mayor parte de los residuos industriales se

descargan verticalmente al aire libre, mediante una chimenea. Una vez que el gas

contaminado sale del punto de descarga, la columna de humo tiende a expandirse y

mezclarse con el aire ambiental donde se diluyen los residuos gaseosos, para finalmente

dispersarse y bajar al suelo. Los contaminantes afectan tanto la salud humana, como la

de los vegetales. En zonas rurales, en las cercanías de una fábrica, la exposición

continua a las sustancias no deseadas produce no solo daño en la superficie de las hojas

sino que reduce el crecimiento no solo de la planta sino también el de las frutas. En los

cultivos comerciales eso significa una reducción directa de ingresos. En el presente

trabajo se desarrollarán modelos matemáticos que describan la contaminación del aire

debida a los gases emitidos por una chimenea industrial. Para este estudio es necesario

analizar los parámetros que determinan las condiciones de la estabilidad atmosférica, ya

que dichas condiciones influyen fuertemente en la concentración, dispersión y difusión

de los contaminantes. Aplicando el método de diferencias finitas para la solución del

sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias no lineales. Se estima la estabilidad y

convergencia de la solución numérica. Se elabora el algoritmo de la solución numérica y

su correspondiente método computacional para la estimación de la concentración de los

gases emitidos por una industria en una zona rural. Con los resultados obtenidos en esta

investigación se podrá determinar la influencia de los contaminantes analizados en la

calidad del aire en las cercanías de una industria.

1 INTRODUCCIÓN

En áreas rurales y urbanas hay fuentes de contaminación del aire, como consecuencia de

las actividades humanas. Actualmente la principal contaminación del aire en la

Provincia de San Juan es debida a las emisiones vehiculares y en menor escala debida a

las industrias. Este trabajo se ha focalizado en el estudio del impacto que produce la

contaminación de una industria minera localizada a 25 km al norte de la ciudad capital

de San Juan, en el departamento Albardón. La mayor parte de los residuos industriales

se descargan verticalmente al aire libre, mediante una chimenea. Una vez que el gas

contaminado sale del punto de descarga, la columna de humo tiende a expandirse y

mezclarse con el aire ambiental donde se diluyen los residuos gaseosos, para finalmente

dispersarse y bajar al suelo (Davis y. Masten, 2004). Es importante entonces, el estudio

y análisis de la estabilidad atmosférica para formular los modelos que permitan predecir

las concentraciones en la contaminación del aire. Para el estudio de la contaminación

producida por las chimeneas industriales, en una primera aproximación, se usa

habitualmente el modelo de Gauss, basado en la solución de la ecuación de balance de

masas en derivadas parciales; para cálculos más precisos se usa una combinación de

modelos en la que la distribución horizontal es similar a la de Gauss y la distribución

vertical sujeta a procesos más complejos tales como advección, asentamiento,

transformaciones mutuas (Lev y col., 1995), este método es conocido como la

Aproximación de Euler-Lagrange. Es significativo el estudio del transporte de

contaminantes atmosféricos, basado en el modelado de este proceso por medio de la

ecuación que describe en forma diferencial la ley de conservación de masa de cualquier

sustancia en la atmósfera. Esta ecuación incluye el modelado de ciertos procesos como

difusión, transporte por vientos, cambio de cantidad de sustancia debido a reacciones

químicas, entre otros. En este proceso de modelado del transporte difusivo en la

atmósfera, puede despreciarse la difusión molecular frente a la turbulenta. Es de gran

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