INTRODUCCIÓN
La contaminación del aire, como una de las causas del deterioro ambiental, es un factor de especial interés por los efectos nocivos que tiene en la salud, la economía y la calidad de vida de los seres humanos, así como en otros seres vivos y en sus ecosistemas. No obstante de que existen emisiones naturales que pueden agregar contaminantes a la atmósfera, las actividades antropogénicas de los asentamientos urbanos e industriales son las mayores fuentes de emisión de contaminantes a la atmósfera (López, 2014).
El material particulado ambiente está compuesto por una mezcla heterogénea de partículas de diferentes tamaños y composición química. Estas difieren de acuerdo con sus fuentes de emisión, formas, tamaños, mecanismos de formación y composición química y pueden caracterizarse por sus propiedades físicas y químicas. Mientras las propiedades físicas tienen efecto sobre el transporte y el depósito de las partículas en el sistema respiratorio humano, la composición química de las partículas determina el impacto de éstas sobre la salud. (Semarnat, 2015)
El material particulado atmosférico puede clasificarse por sus propiedades aerodinámicas debido a que éstas gobiernan el transporte y remoción de partículas desde la atmósfera, condicionan su depósito dentro del sistema respiratorio y están asociadas con la composición química y las fuentes de partículas. Las propiedades aerodinámicas de las partículas están relacionadas con el “diámetro aerodinámico”. Este se define como el diámetro de una esfera con las mismas características aerodinámicas que la partícula. Por lo tanto, las partículas son muestreadas y descriptas sobre la base de su “diámetro aerodinámico”, usualmente llamado “tamaño de partículas”. El tamaño de las partículas en la atmósfera puede variar en cuatro órdenes de magnitud, desde10-3 μm hasta algunas decenas de micrones. A las partículas cuyo diámetro aerodinámico es inferior a 10 μm se la denomina PM10 y a las de diámetro aerodinámico inferior a 2.5 μm, PM2.5., (Semarnat, 2013, 2015; Ramírez, 2018).
Una de las herramientas empleadas para el estudio de la contaminación atmosférica en centros urbanos son los inventarios de emisión, ya que proporcionan información en un tiempo determinado sobre las cantidades de contaminantes que liberan a la atmósfera las diferentes fuentes de emisión ubicadas en un área geográfica. Con la información obtenida en un inventario de emisiones se puede evaluar el estado de la calidad del aire, estudiar los problemas de la contaminación atmosférica, evaluar la eficacia de las políticas de contaminación del aire y alimentar modelos de calidad de aire (U.S. EPA, 1999, 1999b).
En la literatura se encuentran dos principales aproximaciones para el desarrollo de los inventarios de emisiones: top-down (arriba-abajo) y bottom-up (abajo-arriba). La aproximación bottom-up o a microescala requiere un conocimiento detallado de los parámetros referidos a cada actividad emisora en cada celda (tipo de uso del suelo, aforos de tráfico, consumo de combustible, densidad de población, etc.), con el objetivo de estimar su contribución a las emisiones totales. Mientras que la aproximación top-down o a macroescala, calcula el total de las emisiones referidas a ciertas unidades administrativas para las cuales se dispone de datos relevantes y se distribuye entre las celdas haciendo uso de patrones locales de distribución apropiados (densidad de población, industriales o de tráfico, etc.) (Peñaloza, 2010; Pachon, 2017)
Para calcular las emisiones se utilizan diversos métodos entre los que se encuentran balance de masa, factores de emisiones, cálculos ingenieriles y mediciones en la fuente, presentes en la Norma Cubana 1049:2014. Lo más factible generalmente para determinar la emisión es mediante la aplicación de factores de emisión, los cuales estiman la tasa a la que es liberado un contaminante a la atmósfera, como un resultado de alguna actividad productiva (DICTUC S.A., 2007; Cuesta, 2018; Núñez, 2018, Peñaloza, 2010).
En Cuba se concluyó el primer inventario nacional de emisiones de fuentes fijas en el 2018, aunque existen otras experiencias provinciales desde finales 2010, principalmente en Villa Clara, La Habana y Pinar del Río (Cuesta, 2003, 2014, 2018; Núñez, 2011, 2013, 2014, 2018).
De lo anterior se deriva como problema a resolver: la necesidad de actualizar el inventario de emisiones de las fuentes fijas en los municipios costeros de la provincia de Villa Clara. Se propone como objetivo general: cuantificarlas emisiones del PM10 a la atmósfera producidas por las fuentes fijas en los siete municipios costeros de Villa Clara.
MATERIALES Y MÉTODOS
Características generales de los siete municipios costeros de la provincia de Villa Clara
La provincia de Villa Clara se encuentra en la región central de Cuba. Limita al norte con el Golfo de México, el estrecho de la Florida y el Canal Viejo de Bahamas. Al sur limita con las provincias de Sancti Spíritus y Cienfuegos. Los municipios costeros de este territorio lo componen, Corralillo, Quemado de Güines, Sagua la Grande, Encrucijada, Remedios y Caibarién, la extensión total del territorio es de 3898 km2, con población de 284 182 habitantes y el municipio más poblado es Camajuaní con 62 649 y una densidad de 104.44 hab/km2.
La selección de esta zona de estudio está dada principalmente porque en ella se ubican 306 fuentes fijas y de estas el 16% emiten más del 90% del PM10 (Núñez, 2014), contaminantes que incide directamente en el deterioro de la calidad del aire, información que se deriva de los resultados parciales del proyecto ¨Evaluación de la calidad del aire a partir de las emisiones de las fuentes móviles y fijas de Villa Clara¨ liderado por el Centro Meteorológico Provincial de Villa Clara. Además de ser esta área costera donde se aplica la Tarea Vida que corresponde al plan del Estado con medidas de mitigación y adaptación ante el Cambio Climático.
Fuente: Elaboración propia a partir del programa Surfer versión 8.0
Figura 1.
Mapa provincial de Villa Clara, especificando los siete municipios costeros.
Contaminantes primarios estudiados
Los contaminantes primarios emitidos a la atmósfera en la zona de estudio están dados por la actividad antropogénica, en este caso de la quema del petróleo y sus derivados y de la quema de biomasa en el central azucarero. El contaminante evaluado fue el PM10.
Inventario de emisiones
Para la realización del inventario de emisiones se tiene en cuenta lo establecido en la Norma Cubana (NC) 1049:2014 “Guía de datos tecnológicos para el inventario de emisiones de los contaminantes atmosféricos desde fuentes industriales estacionarias”. Esta Norma Cubana específica los datos tecnológicos que se han de tener en cuenta para la realización de un inventario de emisiones de contaminantes a la atmósfera generado por fuentes puntuales industriales, los mismos son:
Identificación de los principales procesos productivos o auxiliares existentes en las fuentes contaminantes en el ámbito local.
Clasificación por categorías según el tipo de contaminante que generan.
Captación de los datos tecnológicos de las fuentes puntuales de ambas zonas.
Cuantificación de las emisiones mediante la utilización de factores de emisión.
Compilación y análisis de los resultados obtenidos para realizar el inventario.
Método de los Factores de Emisión
El cálculo de las emisiones utilizando factores de emisión, constituye un método factible y económico, aplicado ampliamente a nivel internacional cuando no están disponibles los datos provenientes de muestreos de emisión de la fuente específica o monitoreo de emisión continua con una estación automática instalada permanentemente sobre la fuente (DICTUC S.A., 2007).
A través de la ecuación 1, se realiza el cálculo de las emisiones para fuentes fijas, esta se aplica cuando se disponen de los datos de cada variable, se considera apropiado utilizar factores de emisión cuando los materiales que se emplean se consumen o combinan químicamente en los procesos, o cuando se producen bajas pérdidas de material, por liberación a la atmósfera, en comparación con las cantidades que se tratan en proceso (DIGESA, 2005; DICTUC S.A., 2007; Núñez, 2013; 2018 Cuesta, 2014, 2018), a continuación se muestra la ecuación:
E
- Tasa de Emisión (t/año)
FE
- Factor de emisión (t/m3)
A
- Tasa de la actividad (consumo de combustibles, producción), en unidades de masa o volumen por tiempo (m3/año)
EC
- eficiencia de control de la emisión (%). EC= 0 si no hay técnicas de control operando en la fuente.
En esta investigación, los factores de emisión utilizados se muestran en las tablas 1, 2, 3 y 4, estos provienen de diferentes orígenes, entre ellos; Compilación de factores de emisión de contaminantes atmosféricos (Emission Factor and Inventory Group) AP-42 (U.S. EPA, 1995a), además de otros estudios realizados por instituciones cubanas como la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas (UCLV).
Tabla 1.
Factores de Emisión para las calderas generadoras de vapor.
| Contaminante | Factor de emisión (g/kg) | Referencia | |
|---|---|---|---|
|
| Diesel | ||
| PM10 | 2,6 2,85 | 0,83 | AP-42 |
Fuente: Adaptado de AP-42, (1998)
Tabla 2.
Factores de Emisión para Grupos electrógenos.
| Contaminante | Factor de emisión (g/kg) | Referencia |
|---|---|---|
| Diesel | ||
| PM10 | 1,95 | UCLV |
Fuente: Adaptado de UCLV: Núñez, (2013)
Tabla 3.
Factores de Emisión para Grupos electrógenos.
| Contaminante | Factor de emisión (g/kg) | Referencia |
|---|---|---|
| Fuel oíl | ||
| PM10 | 5,31 | UCLV |
Fuente: Adaptado de UCLV: Núñez, (2013)
Tabla 4.
Factores de emisión para la quema de bagazo en calderas de los centrales azucareros.
| Contaminante | Factor de emisión Bagazo (g/kg) | Referencia |
|---|---|---|
| PM10 | 5,59 | AP-42, EPA |
Fuente: Adaptado de AP-42, (1998); Núñez, (2011)
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la figura 2 se muestra el inventario de fuentes fijas por municipios, siendo el total de estas 306, el municipio de mayor cantidad es Sagua la Grande con el 22% del total, seguido por Caibarién y Remedios con el 21 y 20% respectivamente. En todas las zonas de estudio el mayor número de fuentes fijas está representado por los Grupos Electrógenos de Emergencia (62%) y de Generación Distribuida el 17%.
Figura 2.
Inventario de fuentes fijas por municipios.
En la siguiente figura se plasma la distribución de las fuentes fijas por municipios teniendo en cuenta su clasificación de acuerdo a los escenarios de dirección del viento y su incidencia en el deterioro de la calidad del aire (Núñez, 2015).
El 79% de las fuentes fijas se clasifican como bien ubicadas, representadas principalmente por los Grupos Electrógenos de Emergencia y en el municipio de Sagua la Grande se disponen del 25% de estas. El 17% del total se catalogan como parcialmente bien ubicadas representadas por los centrales azucareros, refinerías de azúcar y Grupos Electrógenos de Generación Distribuida, en el municipio de Remedios se encuentran el 20% de las mismas y por último el 4% de las fuentes fijas se inscriben como mal ubicadas, destacándose las fábricas textiles, de conservas, empacadoras, tenerías y fundición de hierro, el municipio de Sagua la Grande tiene el 36% de ellas, figura 3.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 3.
Clasificación de las fuentes fijas por municipios.
Fuente: Elaboración propia
Figura 4.
Clasificación de las fuentes fijas por Oaces.
El Minem es el organismo central del estado con mayor número de fuentes fijas, 263, el 86% del total, de ellas el 84% se clasifican como bien ubicadas representadas principalmente por los Grupos Electrógenos de Emergencia y el 16% como parcialmente bien ubicadas constituidas por los Grupos Electrógenos de Generación Distribuida, figura 4.
La estimación de las emisiones del PM10 de las fuentes fijas de los siete municipios costeros, llegó a ser de 2 191,5 t/año, siendo el municipio de Remedios el máximo responsable con el 27% del total de estas, causado esencialmente por el central azucarero "Heriberto Duquezne" y la fábrica azúcar refino "Chiquitico Fabregat", figura 5.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 5.
Emisión del PM10 por municipio.
En la figura 6, se expresa que las emisiones del PM10 de las fuentes fijas según su clasificación por Oaces dan lugar a que las fuentes parcialmente bien ubicadas de Azcuba emitan el 92% del total de este contaminante, es decir 1 938 t/año, causado por los cuatro centrales azucareros y las dos refinerías de azúcar.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 6.
Emisión del PM10 según clasificación de las fuentes fijas por Oaces.
Las mayores emisiones por municipios del PM10 son originadas por las fuentes fijas parcialmente bien ubicadas, el cual llega a ser de 2 105,8 t/año, representando el 96% del total, en el municipio de Remedios es donde más se expulsan con 582,1 t/año, el 28% entre estos territorios. Las fuentes responsables en todos los casos son los centrales azucareros y refinerías de azúcar. Estos resultados se evidencian en la figura 7.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 7.
Emisión del PM10 según clasificación de las fuentes fijas por Oaces.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 8.
Percápita del PM10 por municipios.
La carga total del PM10emitido, proporcionó un percápita anual de 16,73 kg /habitantes en Quemado de G., ubicándolo en el primer lugar, seguido por Corralillo y Remedios con 13,65 y 12,78 kg /habitantes respectivamente.
Las emisiones de las fuentes fijas que más repercusión pueden tener en el deterioro de la calidad del aire sobre los asentamientos poblacionales son las parcialmente bien ubicadas y las mal ubicadas.
CONCLUSIONES
El municipio con mayor número de fuentes fijas parcialmente bien ubicadas es Remedios con el 20% del total, representadas por los centrales azucareros, refinerías de azúcar y Grupos Electrógenos de Generación Distribuida.
El 36% de las fuentes fijas se inscriben como mal ubicadas en el municipio de Sagua la Grande, siendo este el primero del territorio estudiado, destacándose la fábrica de conservas, fundición de hierro y matadero bovino.
El Ministerio de Energía y Minas es el organismo con mayor número de fuentes fijas, el 86% del total, de ellas el 84% se clasifican como bien ubicadas representadas principalmente por los Grupos Electrógenos de Emergencia y el 16% como parcialmente bien ubicadas constituidas por los Grupos Electrógenos de Generación Distribuida.
En el municipio de Remedios se emite la mayor cantidad del PM10, el 28% del total, provocado esencialmente por las fuentes parcialmente bien ubicadas, en este caso el central azucarero "Heriberto Duquezne" y la fábrica azúcar refino "Chiquitico Fabregat".
Las fuentes parcialmente bien ubicadas de Azcuba emitan el 92% del total del PM10 causado por los cuatro centrales azucareros y las dos refinerías de azúcar.
Las propuestas de acciones para reducir y minimizar emisiones que influyan en el deterioro de la calidad del aire, deben priorizarse en las fuentes fijas parcialmente bien ubicadas y las mal ubicadas.