INTRODUCCIÓN
La representación espacial de las fuentes y las emisiones atmosféricas en forma de mapas en una región, país o zona de este, son de suma utilidad (López, 2006). Permiten determinar la contribución de cada fuente en una región y su distribución espacial. Posibilitan, además, localizar las áreas con emisiones cuyos efectos nocivos puedan sumarse. Así, las políticas de reducción de emisiones pueden organizarse según la complejidad de cada localización.
La distribución espacial de los inventarios de emisiones tiene gran importancia en el análisis de estrategias de monitoreo, especialmente en la evaluación de zonas comprometidas que excedan los límites legales.
En algunos casos, la distribución espacial es parte del proceso por medio del cual las emisiones estimadas son preparadas para usarlas como datos de entrada en determinados modelos de calidad del aire.
Por otro lado, si los valores de las emisiones se dividen por el área de cada celda de una región, se obtendría entonces la densidad de emisiones y esta puede ser una herramienta regulatoria que permita comparar con límites legales establecidos en determinadas zonas.
Diversos autores que elaboran inventarios incluyen su distribución espacial. Zheng et al., (2009) lo emplearon en el inventario de contaminantes criterio procedentes de fuentes industriales y móviles en la zona del delta del río Pearl, China; (Kuenen et al., 2014) en el inventario de alta resolución para toda Europa con el fin de alimentar modelos de calidad de aire; Ho y Clappier, (2011) en el inventario de emisiones procedente de fuentes móviles en la ciudad Ho Chi Minh, Vietnam; Zhao et al., (2015) en el de fuentes industriales en Nanjing, China; Shahbazi et al., (2016) en el de contaminantes primarios en Teherán, Irán.
Mientras, Byeong-Uk et al., (2016) examinaron el efecto de diferentes fuentes antrópicas extranjeras, mediante un inventario de emisiones en la zona metropolitana de Seúl, Korea del Sur. A partir de su distribución espacial estimaron cambios en la capa de ozono mediante la reducción de emisiones. Luego, García-Reynoso y col., (2018) presentaron la distribución espacial del inventario de emisiones de México para el año 2008.
Por su parte, otros autores que también incorporan la distribución espacial en sus inventarios son Hua et al., (2019) en el de emisiones de ocho contaminantes en la ciudad de Wuxi, China y Singh et al., (2020) en el de contaminantes producto de la combustión de residuos agrícolas en el norte de la India.
Al respecto, la NC 1049, (2014) no refiere el tema. Como consecuencia, los autores cubanos que reportan inventarios de emisiones no incluyen la distribución espacial de los mismos (Domínguez, 2008; Rodríguez y col., 2013; Hernández-Garces y col., 2016; Cuesta y col., 2017; Hernández-Garces y col., 2017; Fonte y col., 2017; Hernández-Garces y col., 2018; Frías y Barcia, 2019; Hernández-Garces y col., 2019; Peña-Cossío y Hernández-Garces, 2020; Hernández-Garces y col., 2020; Núñez y col., 2020; Marrero y col., 2020).
A partir del análisis anterior, se propone como objetivo de este trabajo desarrollar la distribución espacial de los contaminantes atmosféricos (dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y material particulado) emitidos por generadores de vapor de centrales azucareros villaclareños, como caso de estudio precedente para incluir en la normativa cubana la distribución espacial como parte de los inventarios de emisión de contaminantes a la atmósfera.
MATERIALES Y MÉTODOS
Como estudio precedente para incluir la distribución espacial como parte de los inventarios de emisión de contaminantes a la atmósfera fueron elegidos los generadores de vapor de los centrales de la provincia Villa Clara, por ser la que cuenta con un mayor número de los mismos (Figura 1). No se tuvo en cuenta en el trabajo al George Washington del municipio Santo Domingo porque en el momento del estudio no molía caña, solo quemaba fuel en la refinería de azúcar. Todos los datos empleados en el estudio se corresponden con la zafra 2016-2017.
A partir del esquema de trabajo desarrollado por Hernández-Garces y col., (2016) se procedió a calcular las emisiones de los contaminantes atmosféricos con el empleo de factores de emisión. Los factores de emisión considerados en el estudio se muestran en la Tabla 1 y Tabla 2. Aunque es subestimado por la EPA (1993) se considera en el presente trabajo al SO2 debido a la importancia de este contaminante criterio. Para este se toma el factor de emisión reportado por NPI (2001) ya que las otras oficinas regulatorias que propone la norma cubana tampoco los incluye.
La composición elemental del combustible que alimenta a los generadores de vapor es bagazo. Chiquitico Fabregat en el momento del estudio no molía caña propia, quemaba una mezcla de bagazo y paja procedente de los excedentes de otros centrales. Esta mezcla se consideró en la metodología empleada como si fuera solo de bagazo.
2.1 Cálculo del consumo de combustible
Considerando la norma potencial de caña molida por el central (Tabla 3) y que la misma proporcionaba un 27% de bagazo, se calculó la cantidad de bagazo quemado.
Efraín Alfonso/Ranchuelo | 1 | 4 | 144 |
Heriberto Duquesne/Remedios | 1 | 2 | 113 |
Abel Santamaría/Encrucijada | 1 | 2 | 77 |
José María Pérez/Camajuaní | 1 | 2 | 158 |
Perucho Figueredo/Encrucijada | 1 | 2 | 143 |
Quintín Banderas/Corralillo | 1 | 3 | 192 |
Chiquitico Fabregat/Remedios | 1 | 1 | * |
Panchito Gómez Toro/Quemado de Güines | 1 | 3 | 158 |
Héctor Rodríguez/Sagua la Grande | 1 | 3 | 192 |
Carlos Baliño/Cifuentes | 1 | 1 | 98 |
*: en el momento del estudio Chiquitico Fabregat no molía. Quemaba bagazo de otros centrales.
Luego se sustrajo la cantidad destinada a la casa de bagazo, un 8 % disponible para el arranque de la caldera (Tabla 4).
Efraín Alfonso | 36 | 463 |
Heriberto Duquesne | 28 | 598 |
Abel Santamaría | 19 | 623 |
José María Pérez | 39 | 578 |
Perucho Figueredo | 36 | 403 |
Quintín Banderas | 48 | 443 |
Chiquitico Fabregat | 12* | 491 |
Panchito Gómez Toro | 39 | 453 |
Héctor Rodríguez | 48 | 473 |
Carlos Baliño | 24 | 463 |
La temperatura de salida de los gases de combustión se promedió en el caso de los centrales que tuviesen más de una caldera emitiendo a través de la misma chimenea.
Posteriormente, con las coordenadas de cada uno de los centrales, obtenidas a partir de Google Maps y con el empleo del sistema de interpolación de datos espaciales Surfer 12, se procedió a la elaboración de las distribuciones espaciales de cada uno de los contaminantes estimados.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la Tabla 5 se muestran los resultados de las emisiones de los contaminantes atmosféricos emanados por los generadores de vapor objeto de estudio.
|
||||
---|---|---|---|---|
|
|
|||
Efraín Alfonso | 77,4 | 6,0 | 2,5 | 103,5 |
Heriberto Duquesne | 60,6 | 4,7 | 1,9 | 48,0 |
Abel Santamaría | 41,5 | 3,2 | 1,3 | 34,3 |
José María Pérez | 85,1 | 6,6 | 2,7 | 29,0 |
Perucho Figueredo | 77,4 | 6,0 | 2,5 | 41,4 |
Quintín Banderas | 103,2 | 7,9 | 3,3 | 91,0 |
Chiquitico Fabregat | 24,9 | 1,9 | 0,8 | 22,5 |
Panchito Gómez Toro | 85,1 | 6,6 | 2,7 | 80,2 |
Héctor Rodríguez | 103,2 | 7,9 | 3,3 | 97,2 |
Carlos Baliño | 52,9 | 4,1 | 1,7 | 16,3 |
Los resultados conseguidos de caudal y emisión son inferiores a los de termoeléctricas y grupos electrógenos, pero son varios órdenes superiores que los de los generadores de vapor convencionales que emplean hidrocarburos como combustible y que están instalados en distintas industrias e instituciones de la región (Núñez y col., 2013).
La norma NC/TS 803, (2010) establece las Emisiones Máximas Admisibles (EMA), las cuales se han establecido en dependencia de las características de las instalaciones que generan los contaminantes; para el caso de las calderas de vapor se distinguen diferentes clasificaciones, que se subdividen en correspondencia con el tipo de combustible que utiliza. Los generadores de vapor objeto de estudio de este trabajo se clasifican como c-1 (Calderas de vapor. Biomasa).
Se convirtieron los valores de concentración de los contaminantes a unidades de mg/Nm3 para realizar la comparación de las emisiones con la norma cubana NC/TS 803, (2010). Esta solo refiere los contaminantes SO2, NOx y material particulado.
En la Tabla 6 se observa que ninguna de las emisiones resultantes de SO2 sobrepasa las EMAs establecidas en la norma cubana. La mayor contribución, lógicamente es el MP, causados fundamentalmente por el tipo de combustible que se emplea, el bagazo (Gil, 2005). Todas las chimeneas superan los límites establecidos para este contaminante. Sería necesario determinar el valor real de estas emisiones con detectores de gases para validar estos resultados. Mientras que, para los NOx, salvo el Efraín Alfonso, todas las chimeneas superan los límites establecidos.
La modelación de la dispersión de estas emisiones pudiera estimar la región de influencia y las consecuencias de las inmisiones de los contaminantes analizados (Hernández-Garces y col., 2015; Ordoñez-Sánchez y col., 2018).
|
|||
---|---|---|---|
|
|
||
EMA Fuentes existentes | 400 | 100 | 1000 |
Efraín Alfonso | 1275,1 | 98,1 | 40,9 |
Heriberto Duquesne | 2762,3 | 212,5 | 88,5 |
Abel Santamaría | 2761,0 | 212,4 | 88,5 |
José María Pérez | 5522,7 | 424,8 | 177,0 |
Perucho Figueredo | 2758,3 | 212,2 | 88,4 |
Quintín Banderas | 1839,3 | 141,5 | 59,0 |
Chiquitico Fabregat | 9387,4 | 722,1 | 300,9 |
Panchito Gómez Toro | 1841,5 | 141,7 | 59,0 |
Héctor Rodríguez | 1839,8 | 141,5 | 59,0 |
Carlos Baliño | 5514,5 | 424,2 | 176,7 |
La visualización de los datos en una zona geográfica posibilita conocer en qué zona se originan las emisiones, dónde se producen los mayores valores y si pudiera existir alguna relación entre ellas. De esta manera se facilitaría la gestión de la calidad del aire, las medidas de reducción de emisiones y las acciones de mitigación. A continuación, se muestra la distribución espacial de las emisiones a lo largo de la zona de estudio (Figura 2, Figura 3 y Figura 4).
Como se puede apreciar, para las tres especies estudiadas, coinciden las zonas de mayores valores de emisión ya que esta depende de la cantidad de combustible gastado. La zona con los centrales que más emiten está al sureste de la provincia, específicamente en los municipios Camajuaní y Remedios.
CONCLUSIONES
El estudio de la dispersión de contaminantes en una región depende, entre otros, del inventario de las fuentes existentes. Los resultados de este estudio son novedosos ya que no existen antecedentes del conocimiento de la emisión de contaminantes atmosféricos procedente de la industria azucarera en la zona analizada. Son un aporte y una primera aproximación válida al conocimiento de un fenómeno del cual no existe información.
Como la práctica nacional para confeccionar los inventarios de emisiones no incluye a la distribución espacial, la incorporación de los mismos a este trabajo también es novedosa.
La evaluación de los contaminantes atmosféricos emitidos por los generadores de vapor de los centrales azucareros analizados, arrojó resultados de emisión varios órdenes mayor que los de los generadores de vapor convencionales que emplean hidrocarburos como combustible pero inferiores a los de termoeléctricas y grupos electrógenos.
La verificación de las emisiones con las EMA de la NC/TS 803, (2010), para la categoría de fuentes existentes demostró que ninguna de las emisiones sobrepasa los valores normativos para el SO2. Mientras, para el MP y el NOx todas las chimeneas superan los máximos fijados con excepción del Efraín Alfonso para el segundo de los contaminantes mencionados.