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Introducción La operación del transporte terrestre es uno de los contribuyentes de impactos negativos al medio ambiente; tales efectos son las emisiones contaminantes, el ruido, la basura, y los accidentes de tránsito, entre otros. El presente artículo se centra en la estimación de emisiones vehiculares, mediante el desarrollo de una metodología para la cuantificación de las emisiones, y una breve revisión sobre ésta externalidad del transporte. El impacto ambiental de la operación del transporte El transporte es una de las causas principales de los impactos negativos al medio ambiente, debido a las repercusiones ambientales en las zonas urbanas, en aspectos nocivos para la flora y fauna; pero el más importante son las afectaciones a la salud humana, derivadas de las necesidad de movilidad a través de medios automotores, cuyos efectos están relacionados con las emisiones contaminantes y el ruido, generados por la operación vehicular. El aumento constante de la población urbana y sus necesidades de transporte, traen consigo el crecimiento de la motorización, esto conlleva a que las emisiones de las fuentes móviles sean consideradas como parte de la problemática ambiental, y por tanto, requieren ser incluidas dentro de las estrategias para el mejoramiento de la calidad de aire urbano. Además de los impactos ambientales directos causados por las fuentes móviles durante su operación, existen impactos indirectos, tales como los derivados de las grasas y aceites usados, el polvo; así como los impactos ambientales por metales y materiales usados en el ensamblaje de los vehículos, los desechos de llantas, etc. Emisiones vehiculares Las emisiones que se originan en la operación de un vehículo se deben a un conjunto de elementos conformado por el motor, el combustible y el modo de uso; es decir, que las emisiones emitidas a la atmósfera resultan de la interacción de estos tres factores y no de alguno en particular. Por lo que para evaluar los impactos ambientales y sugerir alternativas efectivas de mejora ambiental se requieren considerar los tres aspectos; por lo que no podemos considerar un cambio de combustibles solamente, sin pensar qué tecnología de motor es la que se está usando o se va usar en el país. También pudiera resultar importante establecer para cada ciudad, cuál es su situación actual en cuanto a niveles de contaminación, y cuánto representan las emisiones de vehículos en este contexto; y de ser posible, cuál es el contaminante con niveles que excedan los límites máximos aceptados por los estándares normativos. Con estos elementos se podrá plantear una estrategia más eficiente para cada ciudad. Las emisiones vehiculares son una gama de contaminantes que afectan al medio ambiente. Los debidos al tráfico se pueden clasificar en dos grupos, contaminantes primarios, y los secundarios. Los contaminantes primarios son aquellos que se emiten directamente a la atmósfera como resultado de un proceso de combustión, estos son el dióxido de azufre (SO2), monóxido de carbono (CO), vapores de combustibles y solventes, plomo (Pb) y partículas suspendidas. Los contaminantes secundarios se forman como consecuencia de las reacciones y transformaciones que experimentan los contaminantes primarios una vez que se encuentran en el aire como el ozono (O3), el dióxido de nitrógeno (NO2) y algunos tipos de partículas.
Fuente: www.educarchile.cl Tipos de emisiones vehiculares Las emisiones de vehículos automotores están integradas por un gran número de contaminantes que provienen de muchos procesos diferentes (figura 1). Las más comúnmente consideradas son las provenientes del escape, que resultan de la combustión del combustible y que son liberadas por el escape del vehículo. Los contaminantes de interés clave en este tipo de emisiones incluyen NOx (óxidos de nitrógeno); SOx (óxidos de azufre); Compuestos Orgánicos Volátiles (COV); CO (monóxido de carbono); y las partículas PM (partículas en suspensión). También incluye los gases efecto invernadero, que aunque no afectan a la salud influye en el clima, como es el CO2. Además de las emisiones de COV por combustión, hay un porcentaje significativo de emisiones de COV desde otros dispositivos con especial importancia para los automotores de gasolina. A esta clase se le conoce como emisiones evaporativas. Algunas de ellas son las siguientes: • Emisiones evaporativas del motor caliente: son aquellas que se presentan debido a la volatilización del combustible en el sistema de alimentación, después de que el motor se ha apagado. El calor residual del motor volatiliza el combustible. • Emisiones evaporativas de operación: son las emisiones ocasionadas por las fugas de combustible, como líquido o vapor, que se presentan mientras el motor está en funcionamiento. • Emisiones evaporativas durante la recarga de combustible: son las emisiones evaporativas desplazadas del tanque de combustible del vehículo durante la recarga. Pueden ocurrir mientras el vehículo está en reposo y en puntos conocidos, como las gasolineras. La recarga de combustible se maneja típicamente como fuente de área. Los factores de emisión para la carga de combustible también pueden estimarse a través del modelo MOBILE. • Emisiones diurnas: son las emisiones del tanque de combustible del vehículo debidas a una mayor temperatura del combustible y a la presión de vapor del mismo. Se deben al incremento de la temperatura ambiente ocasionado por el sistema de escape del vehículo, o por el calor reflejado en la superficie del camino. • Emisiones evaporativas en reposo: son emisiones evaporativas diferentes a las anteriores, que se presentan cuando el motor no está en funcionamiento. Las pérdidas en reposo se deben principalmente a fugas de combustible y de la permeabilidad, o fugas de los conductos de combustible.
Figura 2
Proceso de emisión en vehículos automotores
La composición del combustible y las características en la combustión dependen en gran parte de la emisión de contaminantes. Los combustibles fósiles están formados por una mezcla de diferentes hidrocarburos; luego del proceso de combustión completa generan principalmente monóxido de carbono (CO) y vapor de agua; sin embargo, el funcionamiento de los motores es complejo debido a varios factores; la combustión no se desarrolla en su totalidad. Entre las causas más importantes se destaca la potencial falta de oxígeno y la variabilidad de la mezcla oxígeno/combustible; la baja temperatura, cuando los motores inician su funcionamiento, etc., y como consecuencia se producen emisiones de CO; además de hidrocarburos sin oxidar o parcialmente oxidados [Moreno Racero, et al]. Una combustión incompleta contamina el aire, y libera menos energía de la que teóricamente puede obtenerse, ocasionando así una pérdida económica que puede llegar a ser importante para las diversas posibilidades de combinación entre el carbono y el oxígeno. Adicionalmente, y debido a las altas temperaturas en la cámara de combustión, (estabilidad térmica del motor), se produce la combinación de N2 (dinitrógeno) y O2 (dioxígeno), formando NOx [USEPA]. El azufre forma parte de las impurezas que contienen los combustibles fósiles. Su oxidación produce la formación y emisión de SO2 (dióxido de azufre). Interfiere directamente en la eficiencia de los catalizadores, cuyo uso sólo es viable con combustible con muy bajo contenido de azufre. Las emisiones de partículas se producen por la combustión, el desgaste de los neumáticos, recubrimiento de frenos y superficies de rodadura, o por la suspensión de polvo (levantamiento de polvo del camino, polvo recogido por las llantas del vehículo y suspendido en el aire por la turbulencia ocasionada por el movimiento). Las partículas que dan un color blanco al humo del escape se asocian a condiciones frías de los motores; en tanto que humos de color azulado y negro, se asocian a la combustión incompleta de mezclas que pueden contener lubricantes. La gran mayoría de las partículas finas (PM2.5) se producen debido a la combustión; por lo que cuando se comparan con las del desgaste de las llantas y frenos, son poco significativas; por ello en algunas ocasiones son omitidas de los inventarios de emisiones. Los vehículos diesel producen de 10 – 100 veces más partículas de combustión que los de gasolina. Análisis del modelo MOBILE 6 para la estimación de emisiones vehiculares El modelo MOBILE está formado por un conjunto de rutinas codificadas en lenguaje FORTRAN que generan factores de emisión de hidrocarburos (HC), monóxido de carbono (CO) y óxidos de nitrógeno (NOx), para vehículos alimentados con gasolina y diesel que circulan por carreteras. Los factores de emisión para hidrocarburos pueden ser expresados como hidrocarburos totales (HCT), hidrocarburos no metánicos (HCNM), compuestos orgánicos volátiles (COV), gases orgánicos totales (GOT), o gases orgánicos no metánicos (GONM). Este factor de emisión se obtiene para 28 categorías vehiculares. La primera generación del modelo MOBILE fue creada a mediados de los años setentas y, desde entonces, ha tenido numerosas actualizaciones y revisiones para incorporar los cambios de la legislación ambiental y los avances tecnológicos. El MOBILE 6 cuenta con datos de emisiones base obtenidos a partir de pruebas controladas (temperatura, humedad, combustible) FTP 75; el modelo asume factores de deterioro con respecto al tiempo. El programa realiza diversos ajustes a las emisiones base con respecto a condiciones propias de una localidad en específico; los factores de corrección, se basan en los siguientes aspectos: • Velocidad promedio, por tipo de vialidad • Temperatura • Aire acondicionado • Humedad • Características de la gasolina (volatilidad, contenido de oxigenantes, detergentes, azufre, etc.) • Emisiones de CO en frío • Ciclo de prueba federal complementario • Alteraciones en los sistemas de control de emisiones • Vehículos altamente contaminantes • Programas de inspección y mantenimiento • Programas anti-alteraciones • Programas de recuperación de vapores (fase 2) • Sistemas de diagnóstico a bordo Los datos requeridos por el modelo se agrupan en dos bloques: 1) Condiciones locales: altitud, humedad, temperatura, estación del año, características de los combustibles, programas de inspección y mantenimiento, y año en que se realiza la modelación. 2) Flota vehicular, año-modelo, categoría vehicular, tipo de combustible utilizado por categoría vehicular, actividad vehicular (kilometraje anual acumulado por categoría, y año modelo del vehículo desagregado por tipo de vialidad, tiempos de reposo, etc.), y tipo de tecnología vehicular (referido a los estándares de emisión). MOBILE 6 incluye valores por defecto; sin embargo, éstos pueden ser sustituidos por información más específica que refleje las condiciones del sitio en estudio. Metodología para estimación de emisiones vehiculares La metodología propuesta para la estimación de ciudades utiliza el software MOBILE 6, debido principalmente a la experiencia del uso en México, y por contar con adaptaciones previas sobre las características de la flota vehicular mexicana. Para ello fue necesario definir los elementos básicos para alimentar el modelo y puntualizar los estudios requeridos para completar la metodología en la estimación de emisiones urbanas. Primeramente, se deben definir las condiciones particulares de la ciudad, tales como: las condiciones ambientales, de temperatura, altitud, etc.; la caracterización de la flota vehicular de la ciudad de estudio; es decir, modelos de vehículos, edad de la flota, la categoría; otros elementos son la actividad vehicular, como el kilometraje, el consumo de combustible, velocidad de operación. Dependiendo de la precisión de estudio se puede precisar también la red vial, y utilizar modelos de transporte para estimar longitudes de viajes urbanos. Con esta información se puede alimentar el MOBILE 6, y con ello obtener los factores de emisión por tipo de vehículo, según la precisión que se desee. Con dichos factores y la cantidad de kilómetros que recorre un vehículo de acuerdo con su actividad, se estima la cantidad de emisiones vehiculares generadas en las ciudades, conforme a los diferentes tipos de vehículos y los diversos contaminantes atmosféricos. La figura 3 muestra el esquema gráfico de la metodología a implementar para la estimación de emisiones vehiculares; cada una de las partes fue planteada en esta metodología a desarrollarse conforme a los elementos externos que rigen a las ciudades del país, ya que el primer obstáculo que se encuentra es la falta de información o la dificultad para conseguirla.
La estimación de emisiones bajo este esquema permite tener un conocimiento macro del escenario que se puede presentar en las ciudades, en cuanto a la contribución que realiza la operación vehicular, y los resultados pueden motivar para llegar a implementar metodologías con un nivel mas detallado. Estudio de caso Para la aplicación del estudio de caso, se definió analizar la segunda ciudad más importante del estado de Michoacán; Uruapan. Tiene una extensión territorial total de 954,17 km2, que equivalen al 1,62% de la extensión total del estado. Cuenta con 279.229 habitantes (según los datos arrojados por el segundo conteo de población y vivienda de 2005). La ciudad se ubica a una altitud de 1.634 m sobre el nivel del mar, con una temperatura máxima de 27°C y mínima de 7,7°C, con una humedad relativa del 78%. Las características del combustible de acuerdo a datos de Pemex Refinación, reflejan en promedio los valores mostrados en la tabla 1. Tabla 1 Calidad de la gasolina y el diesel de la ciudad de Uruapan
Fuente: PEMEX, Refinación Para la obtención de la velocidades se instalaron estaciones de monitoreo en diversas estaciones en las principales arterias de la ciudad, definiendo así dos escenarios de acuerdo a los resultados, el primero referido para velocidades de 36 km/h y el segundo para 56 km/h. La flota vehicular de servicio privado, federal y de transporte público se encuentra registrada en base de datos, de la Dirección de Ingresos de la Secretaría de Finanzas y Administración en el Estado de Michoacán, la cual contiene parámetros tales como: año modelo, tipo de vehículo por marca o por uso, entre otros parámetros, que permiten caracterizar la flota vehicular. Para conocer información de la actividad vehicular en la ciudad, se recurrió al uso de encuestas, aplicadas directamente a los conductores de la población de estudio. El objetivo principal al aplicar la encuesta desarrollada, fue conocer el tipo de combustible que utilizan comúnmente los vehículo en la ciudad (Magna o Premium), y otros aspectos tales como: el uso de aire acondicionado, el gasto aproximado de combustible y la tasa de acumulación de kilometraje de los vehículos, así como conocer el modelo, año y categoría vehicular (ligero, pesado, autobús, entre otras). Resultados Los resultados muestran que el CO representa en promedio el 84% del total de las emisiones generadas, principalmente por los vehículos que emplean gasolina como combustible. El contaminante NOx representa el 11%; HC el 4%; y las PM10 sólo el 1% del total de emisiones. En los dos escenarios evaluados, el primero para velocidades de 36 km/h, y el segundo para 56 km/h; no se aprecia una diferencia significativa en cuanto el porcentaje de aportación de cada contaminante. Debido al cambio de velocidad, las emisiones de CO y NOx aumentan si la velocidad del vehículo es mayor; pero en el caso del HC disminuye; para las PM10, se mantiene porque el modelo para este contaminante no es sensible al cambio de velocidad. Cabe mencionar que las camionetas pick up y los automóviles representan el 80% de la flota, y en específico son la principal fuente de contaminación de CO en la ciudad de estudio. Los vehículos pesados, los autobuses y camiones urbanos que emplean diesel representan sólo el 3% de la flota vehicular, y son la categoría de fuente más significativa en cuanto a emisiones de NOx con una aportación del 79%; y PM10 con 74%. Ello se debe a que los factores de emisión de estos contaminantes para vehículos pesados que se alimentan con diesel son considerablemente mayores que los correspondientes a vehículos a gasolina. El 97% de la flota vehicular de la ciudad utiliza gasolina como combustible; de la cual, el 92% utiliza gasolina magna, y sólo el 3% son unidades a diesel. Conclusiones El aumento constante en las ciudades, de la población y sus necesidades de transporte, traen consigo el crecimiento de la motorización; esto conlleva a que las emisiones de las fuentes móviles sean consideradas como parte de la problemática ambiental, y por tanto, requieren ser incluidas en las estrategias para el mejoramiento de la calidad de aire urbano. El diagnóstico y monitoreo de la calidad del aire en las ciudades, tiene como tarea fundamental conocer la naturaleza y la cantidad de emisiones generadas por las diferentes fuentes productoras de tales contaminantes. Para ello existen diversas herramientas y métodos que permiten cuantificar las emisiones emitidas por una fuente, ya sea móvil o fija; pero su complejidad, costo de implementación y necesidad de datos de entrada, hacen que su uso en México sea aún restringido. La aplicación de la metodología propuesta en este artículo permite obtener información del comportamiento ambiental en cuanto a la generación de emisiones contaminantes, con requerimientos relativamente bajos de datos de entrada. Esta metodología puede coadyuvar a otras ciudades de la República Mexicana para conocer el estado actual de la calidad del aire en cuanto a la generación de emisiones atmosféricas provenientes de la operación vehicular. Con la propuesta metodológica utilizada y la herramienta informática del modelo MOBILE6 adaptado a condiciones vehiculares mexicanas, permitió conocer la naturaleza de las emisiones en la ciudad de Uruapan, obteniendo resultados que muestran las condiciones ambientales de la ciudad a un nivel macro. Los resultados obtenidos podrán servir a las autoridades ambientales de la ciudad de Uruapan para la toma de decisiones que coadyuven a la mejora de las condiciones del aire de la misma. Recomendaciones Una estrategia que se considera útil para disminuir la generación de emisiones emitidas a la atmosfera por la operación vehicular es la implementación de un programa de verificación vehicular en la ciudad, aplicado de manera estratificada en el tiempo; comenzando de manera obligada con las camionetas pick up por el alto porcentaje que representa del total de la flota vehicular y de emisiones de CO generadas; además de contener la invasión de automotores usados en malas condiciones, procedentes de Estados Unidos. En una segunda etapa, el resto de los vehículos ligeros; finalizando con una tercera etapa, con el resto de la flota vehicular. El mantenimiento vehicular es una obligación ciudadana para hacer un uso eficiente del transporte, ya que el descuido de algunas personas, en cuanto al mantenimiento y cuidado de las partes mecánicas de los motores de sus automóviles, hace que el rendimiento del combustible en este no sea aprovechado de manera óptima, haciendo que su quema sea ineficiente, y con ello aumente las emisiones de sustancias contaminantes a la atmosfera. Finalmente, se considera prioritario que en México se establezcan políticas que sancionen o estimulen las decisiones ambientales en las ciudades; así como realizar esfuerzos de concientización y educación ambiental que ayuden a modificar los malos patrones de vida actuales, en modelos de vida más sustentables. Bibliografía Adame Romero, Aurora; Salín Pascual, Daniel A. Contaminación ambiental. Segunda edición, Editorial Trillas. México. (2000) Aguilar Gómez, J. Andrés. Curso Uso del MOBILE6_México. Instituto Nacional de Ecología (INE). México, D.F. (Febrero de 2009) Air Resources Board. Methodology for Estimating Emissions from On-Road Motor Vehicles. Volume I: EMFAC7F, California Air Resources Board, Sacramento, California, USA. (1993) Anderson, David R.; Sweeney, Dennis J.; Williams, Tomas A. Estadística para administración y economía. ( 2005) Box, Paul C.; Oppenlander, Joseph C. Ph. D. Manual de Estudios de Ingeniería de Tránsito. Representaciones y Servicios de Ingeniería, S.A. USA (1985) Centro Nacional de Estudios Municipales de la Secretaría de Gobernación. "Los Municipios del Estado de Michoacán". Enciclopedia de los Municipios de México. México, DF. (1987-1988. Dick, Homero Cuatecontzi; Gasca, Jorge; González, Uriel; Guzmán, Francisco. Opciones para mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero del sector transporte. Instituto Mexicano del Petróleo. México, DF. Gustafsson M, Blomqvist G, Dahl A, Gudmundsson A; Inhalable Particles from Pavement Wear caused by Studded Tyres – Properties and Inflammatory Effects in Human Airway Cell; Administradora Sueca de Caminos, Reporte 520; Suecia, (2005) IEA (International Energy Agency). Saving Oil and Reducing CO2 Emissions in Transport: Options & Strategies. París: IEA, OECD. [IEA 2000] Instituto Nacional de Ecología. Manuales del programa de inventarios de emisiones de México, Volumen VI - Desarrollo de Inventarios de emisiones de vehículos automotores. México, DF. (1997) IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). Technical Summary of Climate Change. Disponible en: http://www.ipcc.ch/pub/wg3spm.pdf. [IPCC 2001] IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). Methodological and Technological Issues in Technology Transfer. Working Group III. New York. (2000) Johannes F., José Puy Huarte. Métodos Estadísticos en Ingeniería de Tránsito. Publicado por Representaciones y Servicios de Ingeniería, S.A. México, DF. (1975) Mendoza Sánchez, Juan Fernando. El impacto ambiental de ruido generado por el transporte carretero y su valoración hacía un transporte sustentable. Seminario Internacional, PIARC. Monterrey, México. (2006) Molina, Luisa T.; Molina, Mario J. La calidad del aire en la megaciudad de México, un enfoque integral. Fondo de Cultura Económica, México, ISBN 968-16-7580-0 (2005) Quintanilla Martínez, Juan. Escenarios de emisiones futuras en el sistema energético mexicano. Instituto Mexicano del Petróleo. Racero Moreno, Jesús; David Ortiz, José; Galán de Vega, Ricardo; Villa Caro, Gabriel. Estimación de la emisión de contaminantes debida al tráfico urbano mediante modelos de asignación de tráfico. Universidad de Sevilla. [Racero et al] Rafael Morales, Mercedes Yolanda; Zavala Ponce, Armando. Publicación Técnica No. 128 del IMT. Selección del tren motriz de vehículos pesados (carga y pasajeros) destinados al servicio publico federal. Sanfandila, Querétaro. (1999) Ruza, F. El ruido del tráfico: Evaluación y corrección de su impacto. Simposio sobre Impacto Ambiental de Carreteras, PIARC, España (1988) United States Environmental Protection Agency. http://www.epa.gov. (Marzo 2006). [USEPA]. LARA Cindy MENDOZA Fernando LÓPEZ Guadalupe GUTIÉRREZ Alejandra *Síntesis del documento: GÓMEZ, Cindy; Fernando Mendoza, Guadalupe López, Rodolfo Téllez, Wilfrido Martínez y Elia Alonso, Propuesta metodológica para la estimación de emisiones vehiculares en ciudades de la República Mexicana, Publicación técnica No. 322, Instituto Mexicano del Transporte, Sanfandila, Qro., 2009. |
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