TRABAJO FINAL DE MODELAMIENTO HIDRICO

UNIVERSIDAD CENTRAL

      MODELO MATEMÁTICO PARA DETERMINAR LA CONCENTRACION DEL MATERIAL PARTICULADO LIBERADO A LA ATMOSFERA POR EL  FERROVIARIO DEL CERREJÓN

AUTORES

ALEJANDRA RODRÍGUEZ

YENNIFER GUERRERO

LEONARDO BEDOYA

CRISTIAN CASTELLANOS

NICOLÁS PEÑA

PROFESOR

TOMÁS RAMÓN FLORVILLE ALEJANDRE

BOGOTÁ D.C., 24 DE OCTUBRE DE 2015

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCION        

1.        ESTADO DEL ARTE        

2.        PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA        

3.        JUSTIFICACION        

4.        OBJETIVOS        

4.1.        Objetivo General        

4.2.        Objetivos Específicos        

5.        MARCO TEORICO        

5.1.        Modelación        

5.2.        Modelo  Numérico        

5.3.        Modelo Estadístico        

5.4.        Modelo Físico        

5.5.        Modelo Cuantitativo        

5.6.        Modelo Cualitativo        

5.7.        Modelo Probabilístico        

5.8.        Modelo Determinístico        

5.9.        Modelo Descriptivo        

5.10.        Modelo Optimizador        

5.11.        Emisión de Metano        

6. Bibliografía        

6.1 Referencia teórica.        

INTRODUCCION

El Cerrejón es una mina de carbón que tiene una extensión de 69.364 hectáreas ubicada en la Guajira Colombiana, en los municipios de Albania, Barrancas y Hatonuevo, en el 2013 se produjeron 33 millones de toneladas de carbón , la mina también cuenta con un puerto por el cual se exporta el carbón, está ubicado en Bahía Portete en la alta Guajira, tiene una ruta de  carga anual promedio de 6.300 toneladas por hora, para el transporte de este carbón, se cuenta con ferrocarril, la vía cuenta con 150 km, se transportan de 96 a 110 toneladas de carbón en 562 vagones. (CERREJON, Hacia la rehabilitación de las tierras intervenidas por la minería a cielo abierto, Ramón Gualdron Acosta, 2009-2010)

El  carbón es trasladado desde la mina hasta el puerto sin tapas de los vagones, es decir que durante todo el recorrido del ferrocarril el carbón transporta material particulado a la atmosfera, el principal objetivo de este trabajo es realizar un modelo matemático y posterior simulación de la concentración del material particulado en la atmosfera, decidimos tener como punto de referencia un jaguey del cual algunos habitantes captan su agua, el trabajo no se enfocara en la transferencia del material particulado de la atmosfera al cuerpo de agua.

La importancia de este trabajo radica en que el material particulado emitido a la atmosfera puede alterar la calidad del aire en la zona circundante, estas partículas pueden alterar la salud de los seres humanos y animales, el PM 10 (material particulado con tamaño de partícula menor o igual a 10 µm) En el corto plazo la contaminación por PM10 puede causar el deterioro de la función respiratoria. En el largo plazo se asocia con el desarrollo de enfermedades crónicas, con el cáncer o con la muerte prematura1 se debe aplicar el modelo matemático para simular diferentes escenarios ambientales.

1. ESTADO DEL ARTE        

A partir de la problemática de contaminación atmosférica evidenciada a nivel global, se han realizado estudios, que han contribuido a la realización de nuestro trabajo. En este caso se analizará el comportamiento del carbón como contaminante producido a través de su transporte y para lo cual se revisan investigaciones anteriores enfocadas en emisión de gases producidos por fuentes móviles.

Una amplia literatura plantea el uso de diferentes modelos matemáticos para determinar el comportamiento de un gas contaminante a través de fuentes fijas. De manera más reducida se han abarcado estudios para la emisión de gases producidos por fuentes móviles. Sin embargo como principal fuente móvil de contaminación se encuentran los automóviles y para lo cual se ha requerido realizar un inventario de emisiones atmosféricas en la ciudad de Cochabamba, Bolivia. En dicho estudio (Pareja, Hinojosa, & Luján, 2008) plantean un modelo que se basa en el cálculo de las emisiones por factores de emisión que hace referencia al Modelo Internacional de emisiones vehiculares (IVEM)  en el que se consideran aspectos topográficos, climáticos y el comportamiento de la flota vehicular y se evalúan factores como humedad, velocidad del viento, velocidad y recorrido vehicular promedio. Este modelo requiere de variables que son conocidas para este estudio como lo son la velocidad, el recorrido del ferroviario y el diámetro promedio de las partículas emitidas.

Dentro del marco de la contaminación por emisiones producidas por fuentes móviles (Martínez & Varela, 2012) esbozan un modelo matemático en el que se involucran evidentemente a los buses y automóviles como principales actores. Los autores realizaron un modelo en el que se infiere que un 40% de la contaminación por gases es producida por estos vehículos en la ciudad de Pereira y se especifica el combustible de cada uno de estos. Según el modelo matemático denominado IVE se tienen en cuenta variables más específicas comparadas con el estudio  internacional ya que se relacionan coeficientes según el tipo de combustible del vehículo y las distintas variables al conducir como puede ser el uso del aire acondicionado. Para la realización del modelo, los autores toman como referencia un parque automotor en el que evalúan niveles de actividad vehicular, patrones de conducción  y condiciones climáticas y ambientales.

En el ámbito nacional se encuentran aproximaciones a estudios de la calidad del aire mediante modelos matemáticos y por lo cual (Díaz, Vacca, & Salas, 2011) proponen un modelo en el que se involucre la simulación del transporte de un contaminante en el ambiente, emitido por cualquier fuente ya sea estacionaria o móvil. De igual forma como en el estudio inicialmente mencionado se ven involucradas variables como la velocidad del viento y su dirección, la velocidad de salida de las emisiones, la fuente y su altura y las elevaciones del terreno.

Teniendo en cuenta los antecedentes para este tipo de modelos matemáticos se  identifican en cada uno de los estudios, variables importantes para el desarrollo del presente trabajo y con lo cual se opta por la aplicación de la ecuación Gaussiana como base para el diseño del modelo de emisiones de gases producido por el ferroviario del cerrejón, y que a su vez el modelo se ajusta a distintos tipos de fuentes móviles como lo son automóviles, camiones, vehículos de carga pesada y ferroviarios. (Buitrago Jaime. 2003)

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Los cambios en la composición natural del aire producen transformaciones nada convenientes en la atmósfera. Los principales son el daño de la capa de ozono, el cambio en el clima mundial por el efecto invernadero y  la lluvia ácida. Para el  cerrejón el transporte del carbón a la bahía portete, está generando niveles de contaminación atmosférica que deben ser cuantificados para determinar el grado de concentración de este ferroviario presente en el punto de referencia donde se desarrollara el estudio. Para ello se usara un modelo simulado que arrojara un resultado que determinara si esta fuente móvil se encuentra dentro de los parámetros permisibles en las leyes de calidad del aire de la normatividad colombiana (Resolución 910 de 2008 Por la cual se reglamentan los niveles permisibles de emisión de contaminantes que deberán cumplir las fuentes móviles terrestres, se reglamenta el artículo 91 del Decreto 948 de 1995 y se adoptan otras disposiciones).

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