Dispersion_de_Contaminantes_Orientadora - Manuel Encinos

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AnAnáálisis Cuantitativo de lisis Cuantitativo de 
RiesgosRiesgos
Aplicado aAplicado a
Instalaciones IndustrialesInstalaciones Industriales
Dr. Alejandro S. M. Santa CruzDr. Alejandro S. M. Santa Cruz
CAIMICAIMI
UTN UTN -- FRRoFRRo
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31/10/2014 2Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Dispersión de Contaminantes
en la
Atmósfera
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31/10/2014 3Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
ComposiciComposicióón de la Atmn de la Atmóósfera (promedio)sfera (promedio)
0.1x10-9Sulfuros de Carbonilo (COS)
3.0x10-9CFC
0.03x10-6 a 0.3x10-6Monóxido de Carbono
0.32x10-6Óxido de Nitrógeno (N2O)
0.55x10-6Hidrógeno (H) 
1.1x10-6Krypton (Kr)
1.7x10-6Metano (CH4)
5.2x10-6Helio (He)
0.02x10-6 a 10x10-6Ozono (O3)
18.2x10-6Neón (Ne)
370x10-6 (2000)Dióxido de Carbono (CO2)
0.0093Argón (Ar)
0.04 a < 5x10-3; 4x10-6 estratósferaAgua (H2O)
0.21Oxígeno (O)
0.78Nitrógeno (N) 
Fracción MolarGas
Composición de la Atmósfera
La atmósfera de la Tierra está compuesta por nitrógeno, oxígeno, argón, vapor de agua, y 
un determinado número de gases traza.
La composición de la atmósfera se ha mantenido relativamente constante durante 
aproximadamente 1.2e09 millones de años de la historia de la Tierra.
Las reacciones químicas conservan las proporciones de los constituyentes principales con 
respecto a los demás. Por ejemplo, el oxígeno es liberado a la atmósfera mediante el 
mecanismo de la fotosíntesis y consumido por la respiración de los seres vivos.
La concentración de oxígeno en la atmósfera se conserva a través de un balance entre 
estos dos procesos: 
Fotosíntesis: CO2 + H2O + radiación → CH2O + O2
Respiración: CH2O + O2 → CO2 + H2O + radiación
"CH2O" indica la composición promedio de la materia orgánica.
Muchos gases juegan un rol crítico en la atmósfera, aun cuando ellos se hallan presentes 
en muy bajas concentraciones.
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31/10/2014 4Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Estructura de la AtmEstructura de la Atmóósferasfera
Estructura de la Atmósfera
La atmósfera de la Tierra se extiende más de 560 km por encima de la superficie del planeta (348 millas).
Se divide en cuatro capas o zonas, cada una de ellas con diferentes propiedades térmicas, químicas y físicas:
1) La troposfera
2) La estratósfera
3) La mesosfera
4) La termosfera
Troposfera
• Casi todos los procesos meteorológicos ocurren en la troposfera, capa de la atmósfera que se extiende de 8 a 16 km por sobre la superficie de la 
Tierra (más delgada en los polos y más alta en los trópicos y en el Ecuador)
• La superficie de la Tierra captura la radiación solar y calienta la troposfera desde abajo produciendo corrientes ascensionales de aire que 
determinan los patrones verticales de mezclado y el clima.
• La temperatura disminuye a una tasa de 6.5°C/km.
• En la parte superior de la troposfera se encuentra la tropopausa, una capa de aire frío ( -60°C) que produce una trampa fría y provoca que el vapor 
de agua atmosférico se condense.
Estratosfera
• La capa siguiente es la estratosfera, que se extiende por encima de la tropopausa unos 50 km.
• En la estratosfera la temperatura se incrementa con la altura debido a la absorción de luz solar por el ozono estratosférico (alrededor del 90% del 
ozono de la atmósfera se halla en la estratosfera).
• La atmósfera contiene una reducida cantidad de vapor de agua (alrededor del 1% del total del vapor de agua atmosférico), debido a la trampa fría 
en la tropopausa y a que el movimiento vertical del aire es muy lento.
• La estratopausa donde las temperaturas alcanzan picos de hasta -3°C, determina la parte superior de la estratosfera.
Mesosfera y Termosfera
• En la tercera capa atmosférica, la mesosfera, la temperatura nuevamente desciende con la altura a -93°C, a unos 85 kilómetros de la superficie 
terrestre.
• Por encima de este nivel, en la termosfera, las temperaturas nuevamente aumentan a valores superiores a los 1700°C.
 La atmósfera ejerce presión sobre la superficie de la Tierra igual al peso de la capa de aire que se halla encima.
 La presión atmosférica decrece exponencialmente con la altura — un hecho familiar a todos aquellos que hayan experimentado cambios de 
presión en los oídos al viajar en avión o ascendiendo a una montaña y luchando para respirar a grandes alturas.
 A nivel del mar, la presión atmosférica es de 1013 milibares, presión que corresponde a una masa de 10,000 kg (10 tons) por metro cuadrado 
equivalente a un peso de 100,000 Newtons por metro cuadrado (14.7 libras por pulgada cuadrada) para una columna de aire desde la superficie 
hasta la parte más alta de la atmósfera.
 Decrece con la altura debido a que el peso de la capa superior de aire disminuye. Cae exponencialmente, debido a que el aire es compresible (gas), 
por consiguiente, la mayor parte de la masa se halla comprimida en las capas más bajas de la atmósfera.
 Alrededor de la mitad de la masa de la atmósfera se encuentra en los primeros 5.5 kilómetros, y el 99% se encuentra en los 30 kilómetros 
inferiores.
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31/10/2014 5Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Espectro ElectromagnEspectro Electromagnééticotico
Curvas de EmisiCurvas de Emisióón de Cuerpo Negro del Sol y la Tierran de Cuerpo Negro del Sol y la Tierra
Balance de Radiación y el Efecto Invernadero Natural
•Temperatura de la Tierra: Aproximadamente constante sobre tiempos geológicos.
•Aún con el enfriamiento dramático que experimentó en el último período glacial, sólo representó un cambio de 3°C en 
la temperatura promedio superficial global.
•Los cambios estacionales en la temperatura, si bien pueden ser grandes en un lugar particular, corresponden a cambios 
ínfimos en la temperatura promedio superficial global.
¿Porqué la temperatura se mantiene constante?
•La Tierra intercambia energía con su medio ambiente, principalmente a través de procesos de transferencia de 
radiación electromagnética.
•En todo momento, el planeta está absorbiendo simultáneamente energía del Sol y radiando energía hacia el espacio.
•La temperatura permanece estable sobre largos períodos de tiempo debido a que el planeta radía hacia el espacio 
exterior una cantidad de energía a una tasa que aproximadamente balancea la energía entrante recibida del Sol (próxima 
a satisfacer el balance de energía radiante).
•La Tierra recibe energía del Sol en forma de radiación electromagnética (radiación con diferentes longitudes de onda 
del espectro electromagnético).
•El Sol emite fuertemente en el rango visible del espectro, pero también produce radiación UV e infrarroja.
•La Tierra radía calor hacia el espacio exterior a longitudes mucho más largas que la radiación solar.
•Cualquier tipo de materia emite radiación si su temperatura se halla por encima del cero absoluto (0ºK)).
•La radiación solar entrante calienta la superficie de la Tierra y el planeta emite hacia el espacio exterior radiación 
infrarroja 
•Observe que la Tierra emite radiación a una longitud de onda más larga (menor nivel de energía) que el Sol. Esta 
diferencia se produce porque el flujo total de energía de un objeto varía con la cuarta potencia de la temperatura 
absoluta del objeto (Ley de Wien), y el Sol está mucho más caliente que la Tierra.
•Parte de la energía infrarroja emitida desde la Tierra es atrapada en la atmósfera que evita el escape al espacio exterior 
a través de un proceso natural denominado efecto invernadero (greenhouse effect).
•Los gases más abundantes de la atmósfera — nitrógeno, oxígeno, y argón — no absorben ni emiten radiación solar o 
terrestre. Pero las nubes, el vapor de agua y algunos gases invernadero relativamente raros tales como dióxido de 
carbono, metano, y los óxidos de nitrógeno en la atmósfera pueden absorber radiación de longitud de onda larga 
(radiación terrestre).
•Las moléculas que pueden absorber radiación de una particular longitud de onda también pueden emitir esa radiación, 
por consiguiente, los GHGs en la atmósfera radiarán energía tanto al espacio exterior como hacia la superficie terrestre. 
Estaradiación calienta la superficie del planeta.
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31/10/2014 6Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Balance de EnergBalance de Energíía Tierraa Tierra--AtmAtmóósferasfera
Balance de Energía Tierra - Atmósfera
•Cuando la radiación solar alcanza la Tierra, puede ser absorbida por las nubes, la atmósfera o la superficie 
del planeta.
•Una vez absorbida se puede transformar en calor, que eleva la temperartura superficial del planeta.
•Sin embargo no toda la radiación solar interceptada por la Tierra es absorbida. La fracción de radiación 
entrante que se refleja hacia el espacio exterior constituye el albedo de la Tierra. 
•Entonces: 100 unidades de energía solar son interceptadas cada segundo por la superficie terrestre.
•30 unidades son reflejadas, 5 por la superficie y 25 por las nubes.
•El balance de energía se alcanza por la emisión de 70 unidades de radiación infrarroja (terrestre).
•La superficie terrestre es calentada directamente sólo por 45 unidades de radiación solar ingresante, y por 
casi dos veces esta cantidad la recibida por el efecto invernadero y las nubes de la atmósfera.
•La energía es removida de la superficie por emisión de energía infrarroja hacia la atmósfera y el espacio 
exterior (104 unidades) y por otros procesos tales como la evaporación de agua de los océanos y la 
transferencia directa de calor (29 unidades).
•Observe que la cantidad de energía recibida por la superficie de la Tierra debido al efecto invernadero 
natural es casi 3 veces la cantidad de energía recibida del Sol. Por ello, la temperatura superficial promedio 
es de alrededor de 15°C (60°F), en lugar de -18ºC (0ºF) si no hubiese efecto invernadero.
Balance: 
45 unidades (energía solar directa) + 88 unidades (energía IR efecto invernadero) = 29 unidades 
(evaporación) + 104 unidades (energía IR superficial)
30 unidades (albedo: 5 por la superficie y 25 por las nubes) + 70 unidades (energía IR emitida por las 
nubes) = 100 unidades (energía proveniente del Sol)
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31/10/2014 7Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Importancia de los Gases Invernadero de Importancia de los Gases Invernadero de 
Origen AntropogOrigen Antropogééniconico
Principales Gases de Efecto Invernadero (GEI)
 Muchos gases invernadero, entre ellos el vapor de agua (el más importante), el ozono, el dióxido de carbono, el metano y los óxidos de nitrógeno 
se hallan naturalmente presentes en la atmósfera.
 Otros gases son producto de síntesis y se emiten sólo como resultado de la actividad humana.
 Las actividades humanas (antropogénicas) están aumentando de manera significativa las concentraciones de muchos gases de efecto invernadero.
 Cuando las concentraciones de GEI se incrementan, la Tierra atrapa temporalmente radiación infrarroja de manera más eficiente, por lo que el 
balance natural de radiación se perturba hasta que la temperatura superficial se eleve para restaurar el equilibrio entre la radiación entrante y la 
saliente.
 Puede tomar varias décadas para que el efecto de los gases invernadero se manifieste en temperaturas superficiales más elevadas debido a la 
enorme capacidad de los océanos para almacenar calor.
 Deben ser gradualmente calentados por el exceso de radiación IR de la atmósfera.
Dióxido de carbono (CO2): El más importante de los GEI directamente implicado por las actividades humanas producto de la oxidación del carbono en 
la materia orgánica sea a través de la combustión de combustibles derivados del petróleo o del decaimiento de la biomasa. 
• Las fuentes naturales de dióxido de carbono incluyen: erupciones volcánicas, procesos de respiración de materia orgánica en 
ecosistemas naturales y el intercambio del dióxido disuelto con los océanos.
• Las fuentes antropogénicas son:
a) Combustión de combustibles fósiles
b) Deforestación y modificaciones en el uso del suelo, que libera materia orgánica acumulada y reduce la capacidad natural 
de los ecosistemas de almacenar carbón.
2) Metano (CH4): Producido por el decaimiento anaeróbico de materia orgánica en rellenos sanitarios, humedales y arrozales; fermentación entérica 
en los tractos digestivos de los rumiantes tales como ganado bovino, ovino y caprino; utilización de abonos; tratamiento de aguas residuales; 
combustión de combustibles fósiles; derrames de gas natural en transporte y en sistemas de distribución y minas de carbón abandonadas.
3) Óxidos de Nitrógeno (NOx): Producido por su uso como fertilizante, en la utilización de desechos de origen animal, en la combustión de 
combustibles fósiles y otras actividades industriales.
4) Hidrofluorocarbonos (HFCs) y perfluorocarbonos (PFCs): Son productos de síntesis que se utilizan en una gran variedad de procesos 
industriales tales como la fabricación de semiconductores. Los PFCs también se generan como subproductos del fundido del aluminio. Ambos 
grupos químicos han encontrado un uso creciente como sustitutos de los clorofluorocarbonos (CFCs) (consumidores de ozono estratosférico) 
radiados del uso industrial por el Protocolo de Montreal de 1987 sobre Sustancias que Agotan la Capa de Ozono. Los HFCs y PFCs reemplazan a 
los CFCs en aplicaciones tales como refrigeración y soplado de espumas para aislamiento térmico.
El Ciclo Global del Carbono
 El CO2 emitido a partir de la combustión de combustible fósiles circula entre la atmósfera y el suelo y los sumideros oceánicos (reservorios de 
carbono) los cuales absorben una fracción considerable de las emisiones de carbono antropogénico. Sin embargo, existen límites a la cantidad de 
carbono que estos sumideros pueden absorber. Estos sumideros retardan más que evitan las acciones humanas que alteran el balance radiativo de 
la Tierra.
 Temperaturas superficiales más elevadas tendrán un impacto profundo sobre el tiempo y clima de nuestro planeta. Anteriormente consideramos 
esos impactos, ahora necesitamos comprender de que manera variables como presión, temperatura y humedad se combinan para crear las 
corrientes de aire, conducen los patrones de circulación atmosférica y generan el clima global.
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31/10/2014 8Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
DistribuciDistribucióón Media del Vapor de Agua Atmosfn Media del Vapor de Agua Atmosféérico rico 
sobre la Superficie de la Tierra, 1988sobre la Superficie de la Tierra, 1988––19991999
Movimiento Vertical de la Atmósfera
Para visualizar como el movimiento atmosférico genera los patrones del tiempo y el clima resulta útil 
comenzar por analizar una parcela de aire – una porción de aire con presión y temperatura uniforme.
La parcela de aire puede cambiar con el tiempo elevándose, cayendo o emitiendo o absorbiendo calor.
Si la presión del aire que la rodea cambia, la presión de la parcela cambia, pero no intercambia calor u 
otras sustancias químicas con el entorno, por consiguiente puede comportarse de manera diferente.
Muchos patrones del tiempo comienzan con aire que se eleva. De acuerdo con la Ley de los Gases 
Ideales, si una parcela de aire permanece a presión constante al incrementarse su temperatura se expandirá
y se volverá menos densa.
Sin embargo, contrariamente a la creencia popular, el aire no se elevará simplemente porque está más 
caliente. Más bien, el aire que se vuelve más caliente que su entorno – por ejemplo, si es calentado por 
radiación térmica desde la superficie de la Tierra – se vuelve boyante y flota sobre el aire más frío y más 
denso de la misma manera que el aceite flota sobre el agua. 
Este movimiento boyante o de flotación se denomina convección natural.
El agua es también un factor clave para el tiempo y el clima. Como se mostró en la tabla anterior, 2 a 3% 
de la atmósfera consiste de vapor de agua.
El pronóstico meteorológico frecuentemente informa la humedad relativa, que compara la cantidad de 
vapor de agua en el aire con la cantidad máxima que el aire puede contener a esa temperatura.
Cuando la humedad relativa alcanza el 100%, el aire ha alcanzado la presión de saturación y no puede 
absorber más vaporde agua (elevados niveles de humedad relativa hacen que la gente se sienta incómoda 
debido a que no puede eliminar la transpiración y remover el calor de la piel). Cuando el aire se calienta, la
cantidad de vapor de agua que puede contener se eleva exponencialmente. Consecuentemente, las 
concentraciones de vapor de agua atmosférico son más elevadas en las regiones cálidas y decrecen hacia 
los polos.
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31/10/2014 9Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Inestabilidad CondicionalInestabilidad Condicional
Movimiento Vertical de la Atmósfera
El vapor de agua atmosférico contribuye de diferentes maneras a determinar los patrones del tiempo:
1) En primer lugar, al agregarse vapor de agua al aire se reduce su densidad, por consiguiente, al agregar humedad al aire seco, puede hacerse que se vuelva 
boyante y se eleve.
2) En segundo lugar, la humedad contiene calor latente, el potencial para calentar el aire por condensación del vapor de agua. El líquido absorbe energía cuando 
se evapora. Por lo tanto, cuando este vapor se condensa, se libera energía y calienta el ambiente circundante.
 El punto de rocío, otra variable clave del tiempo, denota la temperatura a la cual el aire tendría que enfriarse para alcanzar el 100% de humedad relativa.
 Cuando una parcela de aire se enfría hasta su punto de rocío, el vapor de agua comienza a condensarse y a formar gotas o cristales de hielo, los cuales finalmente pueden 
crecer lo suficiente para precipitar como lluvia o nieve.
 Cuando una parcela de aire se eleva se expande y desplaza la atmósfera circundante y al hacer este trabajo consume energía. 
 Si no se agrega o quita calor cuado esta hipotética parcela se mueve — un escenario llamado proceso adiabático – la única fuente de energía es el movimiento de las 
moléculas en la parcela de aire, de allí que la parcela se enfriará cuando se eleve.
 Recordar que en la troposfera la temperatura desciende 6.5 ºK por kilómetro. Ese descenso bajo las condiciones del mundo real, que pueden variar de región a región, se 
denomina gradiente térmico atmosférico vertical (atmospheric lapse rate).
 Parcela de aire seco (aquella cuya humedad relativa es menor al 100%): Se enfría 9.8°K por cada km que se eleva. Esta tasa de descenso se denomina gradiente térmico 
vertical adiabático seco.
 Sin embargo, si la parcela se enfría lo suficiente de manera tal que su humedad relativa alcanza el 100%, el agua comienza a condensar y forma gotas. Este proceso de 
condensación libera calor latente hacia la parcela, de manera que la parcela se enfría a velocidad menor desplazándose hacia arriba, movimiento que se denomina adiabático 
húmedo.
 Las condiciones atmosféricas pueden ser estables o inestables dependiendo de cuán rápidamente desciende la temperatura con la altura.
• Una atmósfera inestable tiene más probabilidad de generar nubes y tormentas que una estable.
• Si la temperatura atmosférica decrece con la altura más rápidamente que el gradiente adiabático seco (más que 9.8ºK/km) la atmósfera es inestable: Las masas 
de aire que se elevan son más cálidas y menos densas que el aire circundante, por lo tanto experimentan flotación y continuarán elevándose formando nubes 
que generarán las tormentas.
• Si la temperatura atmosférica decrece con la altura más lentamente que el gradiente adiabático seco pero más rápido que el gradiente adiabático húmedo, la 
atmósfera se vuelve condicionalmente inestable. En este caso, las masas de aire se pueden elevar y formar nubes si contienen suficiente vapor de agua como 
para calentarlas cuando se expanden, y experimentarán un fuerte empuje hacia arriba para comenzar el proceso de condensación (hasta los 4000 metros en la 
figura).
• Si la temperatura decrece con la altura más lentamente que el gradiente adiabático húmedo, la atmósfera es estable: masas de aire que se elevan se volverán 
más frías y densas que la atmósfera circundante descendiendo hasta el lugar de donde partieron.
 La convección natural no es el único proceso que eleva el aire desde las altitudes más bajas a las más altas.
• Cuando los vientos soplan hacia las montañas y son forzados hacia arriba, el aire se enfría formando con frecuencia nubes sobre las pendientes ubicadas a 
barlovento (dirección contraria de donde sopla el viento) y en las cimas de las colinas.
• La convergencia se produce cuando masas de aire que se desplazan en forma convergente empujan el aire hacia arriba, como sucede con frecuencia en los 
trópicos y bajo condiciones de veranos cálidos en latitudes medias produciendo tormentas.
• Cuando frentes de aire caliente y frío colisionan, el aire frío más denso se desliza debajo de la capa de aire más caliente elevándola.
• En cada caso, si el aire caliente es elevado lo suficiente como para alcanzar su punto de rocío, se formarán las nubes.
• Si las fuerzas de elevación son fuertes el sistema producirá nubes de gran desarrollo vertical que pueden producir fuertes tormentas de lluvia o nieve.
• Las nubes son factores importantes en el balance energético de la Tierra. Su impacto neto es difícil de cuantificar y de modelizar debido a que diferentes tipos 
de nubes producen impactos diferentes sobre el clima.
• Las nubes bajas emiten y absorben radiación infrarroja tanto como el suelo, por lo tanto tienen aproximadamente la misma temperatura que la superficie de la 
Tierra y por lo tanto no incrementan la temperatura atmosférica. No obstante, tienen un efecto de enfriamiento debido a que reflejan hacia el espacio exterior 
parte de la radiación entrante incrementando el albedo de la Tierra y disminuyendo el ingreso total de energía solar a la superficie del planeta. 
• En contraste, las nubes de gran altura tienden a ser más delgadas, por consiguiente no reflejan niveles significativos de radiación solar entrante. Sin embargo, 
dado que ellas residen una región más elevada y fría de la atmósfera, absorben eficientemente radiación térmica saliente calentando la atmósfera y radiando 
energía térmica hacia la superficie desde una parte de la atmósfera que de otra manera no contribuiría al efecto invernadero.
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31/10/2014 10Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Brisa MarinaBrisa Marina
Patrones Atmosféricos de Circulación
Los patrones atmosféricos de circulación se establecen al producirse el desplazamiento de las masas de 
aire.
Este movimiento puede ser vertical, cuando el aire caliente se eleva y se vuelve boyante o flotante.
También puede ser horizontal: el viento se genera por masas de aire que se desplazan de regiones de alta 
presión, donde el aire está más comprimido (más denso) a regiones de presión más baja donde el aire es 
menos denso.
Los vientos horizontales siguen trayectorias curvadas debido a la rotación de la Tierra.
Las fuerzas atmosféricas provocan el movimiento del aire modificando las diferencias de presión. 
En un mapa meteorológico, los puntos de igual presión se representan por líneas paralelas denominadas 
isobaras que muestran cambios en la presión (usualmente en incrementos de 2 a 4 milibares).
Brisa Marina
La brisa marina muestra como los movimientos verticales y horizontales se combinan para modificar la 
temperatura y la presión a nivel local.
Durante el día, las regiones costeras se calientan más que el mar debido a que el suelo se calienta más 
rápidamente que el agua.
El aire sobre el suelo por consiguiente se calienta y eleva incrementándose la presión de la atmósfera 
encima del suelo donde comienza a enfriarse y formar nubes. Entonces comienza a fluir en altura desde el 
área de alta presión sobre el suelo hacia la zona de baja presión sobre el mar. 
Debido a que hay menos masa sobre el suelo y más sobre el mar, la presión en la superficie es más alta 
sobre el mar, por lo tanto fluye desde el mar hacia la costa.
A la noche, cuando el suelo se enfría más rápidamente que el mar, el ciclo se invierte.
La brisa marina fluye en este ejemplo entre dos puntos, pero en sistemas climáticos mucho más grandessigue cursos menos directos.
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31/10/2014 11Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Fuerza de CoriolisFuerza de Coriolis
Fuerza de Coriolis
Sin embargo, sus trayectorias no son al azar. Los vientos que actúan sobre largas distancias cambian de dirección 
debido a la fuerza de Coriolis, una fuerza que aparece como consecuencia de la rotación de la Tierra (fuerza no 
inercial).
Este fenómeno se produce debido a que todos los puntos de la superficie terrestre rotan alrededor del eje de rotación 
de la Tierra pero a diferentes velocidades lineales: el aire en un punto en el Ecuador rota a 1700 km/hr., comparado con 
los 850 km/hr. para un punto que yace a 60 grados de latitud, más próximo al eje de rotación terrestre.
Debido a la rotación de la Tierra, los objetos sobre su superficie tienen un momento angular o energía de movimiento 
que define cuanto se mueve un objeto en rotación alrededor de un punto de referencia.
El momento angular de un objeto se define como el producto de su masa, su velocidad y su distancia al eje de rotación 
(su radio de giro).
El momento angular de un objeto que se mueve sobre la Tierra se conserva, por lo tanto si su distancia al eje de 
rotación disminuye (cuando se mueve de bajas latitudes a latitudes más altas), su velocidad debe incrementarse.
 Esta relación hace que el cuerpo de un patinador gire más rápido cuando acercan sus brazos durante la rotación.
El mismo proceso afecta a una parcela de aire que se mueve desde el Ecuador hacia los polos: su radio de giro decrece 
cuando se mueve más cerca del eje de rotación de la Tierra, por lo tanto la velocidad de rotación aumenta.
La velocidad angular de la parcela es mayor que la velocidad angular de un punto sobre la superficie terrestre a la 
misma latitud, por lo tanto se desvía hacia la derecha de su trayectoria original.
En el hemisferio Sur, la parcela parecería desviarse hacia la izquierda.
Este efecto fue descubierto por el científico francés Gustave-Gaspard Coriolis, quien buscaba explicar porqué los 
disparos de los cañones de largo alcance caían a la derecha de sus blancos.
La fuerza de Coriolis sólo afecta a masas que viajan largas distancias, por lo tanto no afecta a patrones locales del 
tiempo tales como brisas marinas.
Sino que hace los vientos parezcan soplar en forma paralela a las isobaras en lugar de hacerlo a través de ellas de las 
zonas de alta presión a las de baja presión.
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31/10/2014 12Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Flujo Flujo GeostrGeostróóficofico
Flujo Geostrófico
La fuerza de Coriolis hace que los vientos en los sistemas de baja presión roten (en el 
sentido contrario a las agujas del reloj en el Hemisferio Norte y en el sentido horario en 
el Sur), curvándose en espiral.
Inicialmente el aire comienza a moverse a través de la atmósfera bajo la influencia de 
gradientes de presión que lo empujan desde regiones de alta presión a regiones de baja 
presión. 
Al moverse, la fuerza de Coriolis comienza a torcer su curso.
El movimiento tiende hacia un estado de flujo denominado flujo geostrófico, donde el 
gradiente de presión y la fuerza de Coriolis se equilibran.
En este punto, la parcela de aire ya no se mueve más de una zona de alta presión a otra 
de baja, sino que su trayectoria es paralela a las isobaras. 
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31/10/2014 13Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
CirculaciCirculacióón del Aire en el Hemisferio Norten del Aire en el Hemisferio Norte
Centros ciclónicos y anticiclónicos.
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31/10/2014 14Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Los Vientos en las Zonas CiclLos Vientos en las Zonas Ciclóónicas y Anticiclnicas y Anticiclóónicasnicas
Convergencia y Divergencia
Este patrón se modifica a altitudes por debajo a 1km cuando la fricción con los objetos 
del suelo disminuye la velocidad de los vientos.
Cuando la velocidad del viento disminuye, lo hace la fuerza de Coriolis, pero los 
gradientes de presión permanecen constantes.
Como resultado, los vientos próximos a la superficie se mueven hacia zonas de baja 
presión.
Las parcelas de aire se espiralan hacia zonas de baja presión próximas a la superficie, 
elevándose una vez que alcanzan el centro. Cuando el aire se eleva, se enfría, 
produciendo condensación, nubes y lluvia.
Por el contrario, las parcelas se mueven en espiral divergente de zonas de alta presión a 
zonas de baja presión. Para mantener el balance barométrico, el aire desciende. En el 
proceso, las parcelas descendentes se calentarán y decrecerá su humedad relativa, 
produciéndose usualmente tiempo soleado sin nubosidad.
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31/10/2014 15Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
CirculaciCirculacióón General de la Atmn General de la Atmóósferasfera
Patrones de Circulación General de la Atmósfera
El primer intento por mostrar de qué manera los patrones del tiempo se combinan para producir la 
circulación general de la atmósfera lo realizó en 1735 el meteorólogo inglés George Hadley.
Hadley describió la circulación a escala global como una versión a gran escala del proceso de formación 
de la brisa marina: Una extensa brisa marina con aire caliente elevándose sobre el Ecuador y hundiéndose 
en los Polos. 
Quería explicar porqué los marinos encontraban vientos del Oeste en latitudes medias y vientos del Este 
en las proximidades del Ecuador. Dedujo que esa tendencia era causada por la rotación de la Tierra.
El modelo de Hadley era exacto en muchos aspectos. Debido al calentamiento diferencial de la Tierra, la 
flotación se desarrolla a bajas latitudes y las masas de aire se desplazan hacia los Polos generando 
gradientes de presión.
La atmósfera trata de establecer su sistema simple de circulación ascendiendo en el Ecuador y 
descendiendo por los Polos.
Sin embargo, la circulación de Hadley termina a latitudes de 30°. En estas latitudes el aire se hunde en el 
suelo y fluye hacia los trópicos, desviado por la fuerza de Coriolis, la cual produce vientos del Este (vientos 
alisios) cerca de la superficie y a bajas latitudes y del Oeste a altas latitudes.
Este patrón se repite más al Norte y más al Sur, en dos regiones de circulación o células ubicadas entre 
los trópicos y los polos.
La fuerza de la circulación atmosférica está controlada por un balance dinámico entre movimientos 
causados por calentamiento diferencial y fuerzas de fricción que reducen la velocidad de los vientos.
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31/10/2014 16Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
CirculaciCirculacióón Global y Climan Global y Clima
Clima, Tiempo y Tormentas
El clima y el tiempo están íntimamente relacionados y es importante distinguir entre ambos conceptos.
Cuando uno habla de clima está haciendo referencia a tendencias del tiempo a largo plazo y el rango de 
variaciones para una región específica sólo puede detectarse a lo largo de décadas.
Tendencias específicas del tiempo como la caída anual de nieve pueden variar ampliamente de un año a 
otro (como lo estipula un dicho famoso Clima es lo que esperamos, tiempo es lo que nos pasa) y los 
meteorólogos pueden predecir que estas tendencias caerán dentro de ciertos rangos basados en registros 
climáticos de largo plazo. 
Por ejemplo, el Sur de Arizona posee un clima caliente y seco, pero sus patrones del tiempo incluyen 
fuertes tormentas de lluvia durante los meses de Julio y Agosto.
Los patrones de circulación global descriptos anteriormente crean zonas climáticas regionales 
predecibles.
Cinturones de bajas presiones en el Ecuador entre 50º y 60º de latitud Norte o Sur generan abundante 
precipitación. 
A latitudes de alrededor de los 30º Norte o Sur, el aire seco que desciende de los cinturones de los 
cinturones de alta presión — como el flujo descendente en la circulación de la brisa marina – produce 
zonas áridas que incluyen los mayores desiertos de la Tierra (Sahara, Sonora, Arabia en el hemisferio 
Norte; Kalahari, Gran Desierto Victoria en el hemisferio Sur).
Debido a que el efecto de Coriolis evita que las masas de aire y el calorse muevan fácilmente hacia las 
latitudes polares, las temperaturas disminuyen y las presiones se incrementan marcadamente entre las 
latitudes medias y las regiones polares.
Este agudo gradiente de presión crea poderosas corrientes en chorro de vientos fluyendo de Oeste a Este 
en la zona de frontera. Las corrientes en chorro de los vientos serpentean y transportan calor a medida que 
se desplazan hacia el Norte y Sur. En el proceso las corrientes llevan la actividad climática de las latitudes 
medias.
Cuando las corrientes en chorro descienden desde Canadá hacia los Estados Unidos durante el invierno, 
pueden llevar aire del Ártico y tormentas de invierno hacia los estados del Sudeste.
17
31/10/2014 17Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Patrones de Vientos en un HuracPatrones de Vientos en un Huracáánn
Patrones de Vientos en un Huracán
 Para visualizar como las condiciones climáticas locales crean patrones específicos del tiempo, consideremos dos tipos de 
tormentas:
1) Huracanes
2) Ciclones en latitudes medias
 Los huracanes se forman sobre aguas tropicales (entre 8° y 20°de latitud) en áreas con elevada humedad relativa, vientos ligeros y 
temperaturas superficiales cálidas del mar, típicamente por encima de los 26.5°C (80°F).
 El área más activa es el Pacífico Occidental, que contiene un vasto firmamento de aguas cálidas.
 En el Pacífico se generan anualmente más huracanes que en el Atlántico, que es más pequeño proveyendo un firmamento más 
pequeño de agua oceánica cálida.
 El primer signo de un potencial huracán es la aparición de una perturbación tropical (cluster o agrupamiento de tormentas)
 En la superficie del océano se desarrolla un lazo de retroalimentación: la caída de presión empuja más aire hacia la superficie que 
hace que el aire caliente se eleve y libere calor latente el cual reduce aun más la presión superficial .
 La fuerza de Coriolis hará que los vientos convergentes desarrollen una circulación contraria al movimiento de las agujas del reloj 
alrededor de la zona de baja presión de la tormenta.
 Mientras tanto, la presión del aire próxima a la parte superior de la tormenta comenzará a elevarse en respuesta a la liberación de 
calor latente. 
 Esta zona de alta presión hace que el aire experimente un movimiento divergente (flujo hacia fuera) alrededor del la parte superior 
del centro del sistema. Entonces el aire desciende hacia la superficie produciendo vientos poderosos.
 Esta área de alta presión ubicada en la parte superior del huracán actúa como una chimenea para ventear el sistema tropical y 
mantiene el aire convergente en la superficie a partir del que se encuentra arriba alrededor del centro.
 Si el aire más denso se apilase en el centro del sistema, la presión superficial se elevaría en el ojo del huracán, debilitándolo o 
aniquilándolo.
 La fuerza de los huracanes puede disminuir rápidamente si se mueven sobre aguas más frías o el suelo perdiendo las fuentes de 
calor, la humedad del aire tropical o si se mueven hacia áreas donde el flujo superior de aire a gran escala no es favorable para un 
desarrollo continuado o el mantenimiento de la circulación.
 Los ciclones de las latitudes medias provocan la mayoría del tiempo tormentoso en USA, especialmente durante el invierno. Se 
producen cuando masas de aire tropical y polar se juntan en el frente polar (que coincide con la región de la corriente en chorro). 
Típicamente el aire caliente es elevado sobre el aire frío y el sistema comienza a moverse en espiral. Debido a que los sistemas en 
latitudes medias generan flotación a través de la elevación las velocidades más elevadas de vientos se producen a grandes 
altitudes.
 Por el contrario, los huracanes generan flotación a partir de la elevación de aire caliente, por lo tanto sus velocidades son más 
elevadas en la superficie donde las diferencias de presión son más grandes.
18
31/10/2014 18Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
El Ciclo Global del CarbonoEl Ciclo Global del Carbono
El Ciclo Global del Carbono
Los niveles temperatura y humedad son las variables principales que modelan los patrones del tiempo en 
la Tierra.
Las concentraciones en la atmósfera de gases de efecto invernadero producto de la combustión de 
combustibles fósiles están cambiando el balance radiativo del planeta.
 Este proceso está alterando los niveles globales de temperatura y de humedad, por lo tanto es de esperar 
que cambiará los patrones del tiempo en la Tierra.
Uno de los temas claves en la investigación actual en ciencia atmosférica es entender la manera los GEI 
afectan el ciclo global del carbono entre la atmósfera, los océanos y el suelo.
 la tasa a la cual el suelo y los sumideros oceánicos absorben carbono determinará que fracción de 
emisiones de CO2 de origen antropogénico permanecerán en la atmósfera y alterarán el balance radiativo
de la atmósfera.
Los niveles atmosféricos de CO2, el gas más importante de efecto invernadero de origen antropogénico, 
están controlados por un balance entre procesos biológicos e inorgánicos que determinan el ciclo del 
carbono.
Estos procesos operan en muy diversas escalas de tiempo que van desde meses a eras geológicas. 
En la actualidad, la intervención humana en el ciclo del carbono está alterando este balance natural.
Como resultado, las concentraciones en la atmósfera de CO2 se están incrementando rápidamente y ya 
son significativamente más elevadas de las que han existido en los últimos 650,000 años.
En décadas recientes, casi la mitad del CO2 agregado a la atmósfera por las actividades del hombre ha ha
permanecido en la atmósfera.
El resto ha sido ha sido recogido y almacenado en los océanos y en los ecosistemas terrestres.
19
31/10/2014 19Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
El Ciclo Global del CarbonoEl Ciclo Global del Carbono
El Ciclo Global del Carbono
Los procesos básicos por los cuales el suelo y los sumideros oceánicos (reservorios de almacenaje) recogen carbono están bien 
entendidos, pero hay muchas cuestiones acerca de cuánto de este carbono antropogénico pueden absorber, cuáles de estos sumideros 
recogen las partes más elevadas, y de qué manera estos reservorios son sensibles a diversos cambios del medio ambiente.
Estos temas son de interés de los científicos en ciencias de la atmósfera debido a que el carbono que no puede ser recogido por los 
sumideros oceánicos finalmente quedará en la atmósfera.
Mediante el monitoreo de las concentraciones de CO2 y de otros gases invernadero los científicos están trabajando para comprender 
de una manera más precisa el funcionamiento de los sumideros naturales de carbono.
El ciclo del carbono puede visualizarse como un conjunto de compartimientos o reservorios, cada uno de los cuales retiene algunos 
compuestos de carbono (tales como carbonatos de calcio en algunas rocas, o CO2 y metano en la atmósfera) con el carbono 
moviéndose a diversas tasas naturales de transferencia entre estos reservorios.
La cantidad total de carbono en el sistema está determinada por procesos geofísicos de largo plazo tales como el desgaste o erosión 
de la roca. Las acciones humanas que afectan el ciclo del carbono, tales como la combustión de combustibles fósiles y la deforestación 
cambian la velocidad o tasa a la cual el carbono se mueve entre los reservorios importantes.
El incremento de uso combustibles fósiles acelera el agotamiento de los hidrocarburos y la deforestación acelera el ritmo al cual el 
bosque nativo muere y se descompone liberando carbono a la atmósfera.
El tiempo medio de residencia del carbono varía ampliamente entre los diferentes reservorios.
En promedio, un átomo de carbono permanece alrededor de 5 años en la atmósfera, 10 años en la vegetación terrestre y 380 años en 
las aguas oceánica profundas e intermedias.
El carbono puede quedar retenido por millones de años en los sedimentos oceánicos y en los reservorios de combustibles fósiles 
(carbón, gas y petróleo).
 Los procesosdel ciclo de carbono que toman lugar en meses o unos pocos años tienen efectos rápidos, pero sólo influencian 
pequeños reservorios de CO2, por lo tanto no cambian significativamente niveles de CO2 de largo plazo.
 Procesos lentos, que ocurren a lo largo de centurias, milenios o eras geológicas, tienen mayor influencia en los niveles de 
concentraciones de CO2 en el largo.
Dos procesos remueven el CO2 de la atmósfera: la fotosíntesis de las plantas terrestres y los organismos marinos y la disolución en 
los océanos.
Existe una importante diferencia entre estos procesos en términos de permanencia: El CO2 tomado a través del mecanismo de la 
fotosíntesis se convierte en materia orgánica de la planta, mientras que el CO2 disuelto en los océanos es transferido a un nuevo 
reservorio pero permanece en forma inorgánica.
El carbón orgánico en el tejido de las plantas puede quedar retenido por miles o millones de años si es sepultado en el suelo o en los 
sedimentos del fondo de los océanos, o retornar a la atmósfera rápidamente en el material orgánico de desecho. 
De manera similar, el CO2 disuelto en los océanos permanecerá largo tiempo si es retenido en los lechos marinos, pero volverá
rápidamente a la atmósfera si el mezclado oceánico lo transporta hacia la superficie.
Por consiguiente, los océanos y los ecosistemas terrestres sirven tanto como fuentes y sumideros de carbón.
Hasta hace poco tiempo atrás estos procesos estaban aproximadamente en equilibrio, pero en la actualidad el balance está siendo roto 
balance a medida que las actividades humanas agreguen más carbón a la atmósfera y una porción importante de ese carbón 
antropogénico sea transferido a los océanos.
De allí, que sea importante entender los procesos biológicos y químicos a través de los cuales los océanos toman CO2.
20
31/10/2014 20Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Proporciones Relativas de Formas Proporciones Relativas de Formas 
InorgInorgáánicas de COnicas de CO22 Disuelto en Agua de MarDisuelto en Agua de Mar
El Ciclo Global del Carbono
El agua de mar es ligeramente básica, con un valor de pH = 8.2
La adición de CO2 acidifica el agua. El CO2 disuelto reacciona con los iones carbonato (CO32-) incrementando las 
concentraciones de protones H+ y otros iones de hidrógeno que disminuyen el pH.
En el largo plazo, la reducción de los iones de carbonato lentificará la tasa a la cual los océanos absorben CO2. 
Sin embargo, este proceso podrá alterar de manera significativa la química de los océanos. 
La British Royal Society estimó en un informe del año 2005 que el incremento de las emisiones del CO2 
antropogénico había reducido el pH de los océanos en 0.1 unidades, y que el pH promedio de los océanos podría caer 
en 0.5 unidades para el 2100 si las emisiones de CO2 de las actividades antropogénicas continuaban incrementándose a 
partir de las tasas actuales.
Teóricamente, los océanos podrían absorber prácticamente todo el CO2 que las actividades humanas están 
adicionando a la atmósfera. Sin embargo, sólo una pequeña porción del océano (la capa de mezclado) viene a estar en 
estrecho contacto con la atmósfera en un año.
Podrían tomar alrededor de 500 años para que todas las aguas oceánicas se pongan en contacto con la atmósfera.
Como indicamos anteriormente, el incremento biológico en los océanos se produce cuando el fitoplancton en las 
aguas superficiales utiliza CO2 durante el proceso de la fotosíntesis para fabricar materia orgánica.
El carbono almacenado en el fitoplancton es transferido a la cadena alimenticia, donde la mayor parte es devuelto 
como CO2. Sin embargo, eventualmente, siempre cae algo a las profundidades y es almacenado en las aguas oceánicas 
o en los sedimentos marinos, mecanismo llamado bomba biológica. 
Los bosques toman CO2 a través del mecanismo de la fotosíntesis almacenando carbono en el tejido de las plantas, 
los desechos orgánicos y los suelos .
Los bosques tienden a recoger una parte creciente del CO2 proveniente de la combustión de combustibles fósiles en 
las décadas de los 80 y de los 90. 
Los científicos creen que esto ocurrió principalmente debido a que los bosques en el Noreste de USA y áreas 
similares en Europa, muchas de las cuales fueron despejadas o utilizadas para la agricultura en los Siglos XVIII y XIX, 
se expandieron nuevamente al declinar la agricultura en la región.
21
31/10/2014 21Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Rosa de los VientosRosa de los Vientos
DistribuciDistribucióón de la Frecuencia de Direccionesn de la Frecuencia de Direcciones
22
31/10/2014 22Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
VariaciVariacióón de la Velocidad del Viento n de la Velocidad del Viento 
con la Alturacon la Altura
Uw = Uw0 (z/z0)α
Uw = Velocidad del viento a la altura z.
Uw0 = Velocidad del viento a la altura z0.
α = Constante que depende de la estabilidad atmosférica y
de la rugosidad del terreno.
23
31/10/2014 23Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
VariaciVariacióón de la Velocidad del Viento con la n de la Velocidad del Viento con la 
Altura para Diferentes Condiciones del TerrenoAltura para Diferentes Condiciones del Terreno
24
31/10/2014 24Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Valor de Valor de αα para el Cpara el Cáálculo de la Variacilculo de la Variacióón n 
Exponencial del Viento en FunciExponencial del Viento en Funcióón de la Alturan de la Altura
0,30F
0,30E
0,25D
0,20C
0,15B
0,10A
Exponente α del Perfil de VelocidadesClase de Estabilidad
25
31/10/2014 25Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Estabilidad AtmosfEstabilidad Atmosfééricarica
Muy estableG*
EstableF
Ligeramente estableE
NeutraD
Ligeramente inestableC
InestableB
Muy inestableA
DefiniciónClase de Estabilidad
26
31/10/2014 26Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
MMéétodos para Estimar la Clase de Estabilidad todos para Estimar la Clase de Estabilidad 
AtmosfAtmosféérica a partir de Informacirica a partir de Informacióón de las n de las 
Variables MeteorolVariables Meteorolóógicas Estgicas Estáándaresndares
más de +1.5F
de -0.5 a +1.5E
de -1.5 a -0.5D
de -1.7 a -1.5C
de -1.9 a -1.7 B
menos de -1.9A
Gradiente Térmico Vertical 
(ºC/100m)
Clase de 
Estabilidad
SegSegúún el gradiente tn el gradiente téérmico vertical (rmico vertical (lapselapse raterate) 
27
31/10/2014 27Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
MMéétodos para Estimar la Clase de Estabilidad todos para Estimar la Clase de Estabilidad 
AtmosfAtmosféérica a partir de Informacirica a partir de Informacióón de las n de las 
Variables MeteorolVariables Meteorolóógicas Estgicas Estáándaresndares
SegSegúún la Fluctuacin la Fluctuacióón de la Direccin de la Direccióón del Viento n del Viento 
2.5F
5.0E
10.0D
15.0C
20.0 B
25.0A
Variación Horizontal 
de la Dirección del Viento (º)
Clase de 
Estabilidad
28
31/10/2014 28Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
DDDDC>6
DDDC-DC5-6
EDCB-CB3-5
FECBA-B2-3
FEBA-BA<2
Menos del 
50%
Más del 
50%
BajaModeradaElevada
Noche
Cobertura del Cielo
Día
Nivel de Radiación Solar
Velocidad del 
Viento 
en Superficie 
(m/seg)
MMéétodos para Estimar la Clase de Estabilidad todos para Estimar la Clase de Estabilidad 
AtmosfAtmosféérica a partir de Informacirica a partir de Informacióón de las Variables n de las Variables 
MeteorolMeteorolóógicas Estgicas Estáándaresndares
SegSegúún la Velocidad del Viento y la Radiacin la Velocidad del Viento y la Radiacióón Solarn Solar
29
31/10/2014 29Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Niveles de InsolaciNiveles de Insolacióónn
< 25 Baja
25 ÷ 50Moderada
> 50 Elevada
Nivel de Radiación
(cal hr-1 cm-2 )Insolación
SegSegúún la Radiacin la Radiacióón Solar Recibidan Solar Recibida
30
31/10/2014 30Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Niveles de InsolaciNiveles de Insolacióónn
SegSegúún la Altura del Sol sobre el Horizonten la Altura del Sol sobre el Horizonte
< 35 Baja
35 ÷ 60Moderada
> 60 Elevada
Alturadel Sol (º)Insolación
31
31/10/2014 31Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos de DispersiModelos de Dispersióónn
DefiniciDefinicióón y Tiposn y Tipos
 Emisión instantánea: Cuando el tiempo necesario 
para que la nube llegue a un punto determinado es 
mayor que el tiempo de descarga del producto. Un 
ejemplo puede ser la explosión de un recipiente que 
contiene gas a presión.
 Emisión continua: Cuando el tiempo de emisión es 
mayor que el tiempo necesario para que la nube 
alcance un determinado punto. Un ejemplo sería el 
penacho de una chimenea.
32
31/10/2014 32Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
RepresentaciRepresentacióón Grn Grááfica de la Evolucifica de la Evolucióón de n de 
una Nube de Gas (Soplo) Procedente de un una Nube de Gas (Soplo) Procedente de un 
Escape InstantEscape Instantááneoneo
33
31/10/2014 33Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Representación Gráfica de la Evolución de una Nube de Gas 
Procedente de un Escape Continuo
34
31/10/2014 34Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
r
w emisión
r
w emisión
r
w emisión
x
1.8 emisión continua
U t
x
1.8 18 emisión semicontinua
U t
x
18 emisión instantánea
U t
 

  

 

Criterio para la ElecciCriterio para la Eleccióón de la Duracin de la Duracióón del Escape n del Escape 
[TNO][TNO]
35
31/10/2014 35Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases NeutrosModelos para Gases Neutros
Modelos Modelos GaussianosGaussianos
 Origen puntual del escape (no extenso).Origen puntual del escape (no extenso).
 Velocidad de salida del producto inferior a 20 Velocidad de salida del producto inferior a 20 -- 40 m/seg. 40 m/seg. 
Velocidades mayores condicionan el movimiento de la Velocidades mayores condicionan el movimiento de la 
nube.nube.
 Falta de efectos gravitatorios sobre el producto.Falta de efectos gravitatorios sobre el producto.
 Falta de reactividad del producto con el aire.Falta de reactividad del producto con el aire.
 Condiciones meteorolCondiciones meteorolóógicas constantes en toda el gicas constantes en toda el áárea rea 
afectada por el escape.afectada por el escape.
 Existencia de viento (Existencia de viento (UUww>1 m/>1 m/segseg).).
 CaracterCaracteríísticas uniformes del terreno (rugosidad) en toda el sticas uniformes del terreno (rugosidad) en toda el 
áárea afectada.rea afectada.
 Ausencia de obstAusencia de obstááculos (montaculos (montaññas, etc.) y terreno sin as, etc.) y terreno sin 
pendiente.pendiente.
36
31/10/2014 36Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases NeutrosModelos para Gases Neutros
Modelos Modelos GaussianosGaussianos
 EcuaciEcuacióón de difusin de difusióón de un soluto a travn de un soluto a travéés de un fluido:s de un fluido:
donde:donde:
representa a la derivada materialrepresenta a la derivada material
 Soluciones de la EcuaciSoluciones de la Ecuacióón: En la literatura sobre capa n: En la literatura sobre capa 
llíímite (Boundary mite (Boundary LayerLayer TheoryTheory).).
 dC = . k C
dt
 
dC C
= u . C
dt t

 

37
31/10/2014 37Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases NeutrosModelos para Gases Neutros
Modelos Modelos GaussianosGaussianos
I.I. Fuente puntual de emisiFuente puntual de emisióón continuan continua
II.II. Fuente puntual de emisiFuente puntual de emisióón instantn instantááneanea
III.III. Fuente lineal de emisiFuente lineal de emisióón continua (n continua (crosswindcrosswind))
Identificamos los siguientes casos:
38
31/10/2014 38Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
DispersiDispersióón n GaussianaGaussiana
39
31/10/2014 39Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
DispersiDispersióón en Forma de Campana de Gaussn en Forma de Campana de Gauss
40
31/10/2014 40Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases NeutrosModelos para Gases Neutros
Modelos Modelos GaussianosGaussianos
HipHipóótesis:tesis:
1)1) El contaminante es liberado a la atmEl contaminante es liberado a la atmóósfera en forma continua sfera en forma continua 
desde una fuente puntual.desde una fuente puntual.
2)2) Viento estacionario de velocidad uniforme Viento estacionario de velocidad uniforme UUww
3)3) La pluma del contaminante se expande viento abajo de la fuente La pluma del contaminante se expande viento abajo de la fuente 
por difusipor difusióón (sistema de coordenadas con el origen ubicado en el n (sistema de coordenadas con el origen ubicado en el 
punto de emisipunto de emisióón y el eje n y el eje xx en la direccien la direccióón del viento: n del viento: 
Por consiguiente la derivada material se reduce a: Por consiguiente la derivada material se reduce a: 
4)4) k k ≠≠k(x, y, z, t)k(x, y, z, t)
Fuente Puntual de EmisiFuente Puntual de Emisióón Continuan Continua
 w w wU U i con U U x, y, z , t  
w
d
 U
dt x



41
31/10/2014 41Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases NeutrosModelos para Gases Neutros
Modelos Modelos GaussianosGaussianos
La ecuaciLa ecuacióón resultante es:n resultante es:
SoluciSolucióón de la Ecuacin de la Ecuacióónn::
Donde Donde r =(xr =(x2 2 + y+ y22 + z+ z22))1/21/2. Si la concentraci. Si la concentracióón, como es usual, se evaln, como es usual, se evalúúa para a para 
xx22>> y>> y22 + z+ z22, entonces:, entonces:
   wUmC x, y , z = exp r x
4 k r 2k

     
2
w
C
U k C
x

 

Fuente Puntual de EmisiFuente Puntual de Emisióón Continuan Continua
   2 2wUmC x, y, z = exp y z
4 k x 4 k x

     
42
31/10/2014 42Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases NeutrosModelos para Gases Neutros
Modelos Modelos GaussianosGaussianos
 HipHipóótesis:tesis:
1)1) Una masa Una masa mm de contaminante se libera en de contaminante se libera en x = y = z = t = 0x = y = z = t = 0::
2)2) Viento estacionario de velocidad uniforme Viento estacionario de velocidad uniforme UUww
3)3) La pluma del contaminante se expande viento abajo de la fuente pLa pluma del contaminante se expande viento abajo de la fuente por or 
difusidifusióón (sistema de coordenadas con el origen ubicado en el punto n (sistema de coordenadas con el origen ubicado en el punto 
de emiside emisióón y el eje n y el eje xx en la direccien la direccióón del viento: n del viento: 
4)4) k k ≠≠k(x, y, z, t)k(x, y, z, t)
 SoluciSolucióón:n:
 
 
 2 2 2w3 / 2
m 1
C x, y , z ,t = exp x U t + +y z
4 k t8 t k
       
Fuente Puntual de EmisiFuente Puntual de Emisióón Instantn Instantááneanea
 w w wU U i con U U x, y , z , t  
43
31/10/2014 43Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases NeutrosModelos para Gases Neutros
Modelos Modelos GaussianosGaussianos
 HipHipóótesis:tesis:
1)1) El contaminante es liberado a la atmEl contaminante es liberado a la atmóósfera en forma continua sfera en forma continua 
desde una fuente lineal de emisidesde una fuente lineal de emisióón (n (kgkg//segseg/m)./m).
2)2) Viento estacionario de velocidad uniforme Viento estacionario de velocidad uniforme UUww
3)3) La pluma del contaminante se expande viento abajo de la fuente La pluma del contaminante se expande viento abajo de la fuente 
por difusipor difusióón (sistema de coordenadas con el origen ubicado en el n (sistema de coordenadas con el origen ubicado en el 
punto de emisipunto de emisióón y el eje n y el eje xx en la direccien la direccióón del viento: n del viento: 
4)4) k k ≠≠k(x, y, z, t)k(x, y, z, t)
 SoluciSolucióón:n:
Fuente Lineal de EmisiFuente Lineal de Emisióón Continuan Continua
 w w wU U i con U U x, y, z , t  
 
 
2
lineal w
1/2
w
U m z
C x, y ,z exp 
4 k x2 k x U

 
  
  
44
31/10/2014 44Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases NeutrosModelos para Gases Neutros
Modelos Modelos GaussianosGaussianos
 Si se considera un coeficiente de difusión anisotrópico (ver,por 
ejemplo, Roberts )
 Las correspondientes soluciones son:
1)
2)
3)
x
y
z
k 0 0
0 k 0
0 0 k
 
 
 
 
  
 
 
2 2
w
1/2
y z
y z
Um y z
C x, y , z exp + 
4 x k k4 x k k

  
   
    
 
 
2
lineal w
1 2
zw z
U zm
C x, y ,z exp
4 k x2 x U k

 
  
  
 
 
 2 2 2w
1/23 3
x y zx y z
x U tm 1 y z
C x, y,z,t = exp + + 
4t k k k8 t k k k
     
     
45
31/10/2014 45Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Escapes ContinuosModelos para Escapes Continuos
Fuente Imagen para Simular la Reflexión del 
Contaminante en el Suelo Viento Abajo de la Chimenea
46
31/10/2014 46Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Escapes ContinuosModelos para Escapes Continuos
wU :Velocidad media del viento (m/seg)
m : Caudal másico (kg/seg)
h : Altura de la fuente emisora (m)

   2 22 2w
2 2 2 2
y z y z y z
z h z hC U 1 1 1y y
 = exp + + exp + 
2 2 2m

                                     
b
y
d
z
a x
c x
 
 
Para poder aplicar la ecuación anterior se necesita conocer los 
valores de los parámetros de dispersión en función de la distancia:
Fórmulas Gaussianas para Fuentes Emisoras Elevadas 
Corregidas por Reflexión en el Suelo
2 2y z
y z
w w
2 x 2 xk k = ; = 
U U
 
47
31/10/2014 47Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Movimiento Oscilatorio en el Plano 
Horizontal de la Nube de Gas proveniente de 
una Fuga Continua
48
31/10/2014 48Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
CorrecciCorreccióón de los Parn de los Paráámetros de metros de 
DispersiDispersióónn
0.2
b
y
t
a x para 100 m x 10000 m
600
     
 
Corrección por movimiento oscilatorio en el plano 
horizontal de la nube de gas
49
31/10/2014 49Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
CorrecciCorreccióón de los Parn de los Paráámetros de metros de 
DispersiDispersióónn
  z 0
 0.53 x d10 z c x para 100 m x 10000 m
 -0.22
  
Corrección por rugosidad del terreno
3.00
Área urbana con edificios altos y 
estructuras de grandes dimensiones
1.00
Área residencial con una construcción densa 
de poca altura
0.30Terreno con cultivos
0.10Terreno plano con árboles
0.03Terreno plano sin árboles
z0Tipo de terreno
50
31/10/2014 50Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Valores de a, b, c y d Según la Estabilidad Atmosférica 
para una Rugosidad z0 de 0.10 y Alturas Inferiores a 20 m
0.670.120.9020.065F
0.730.150.9020.098E
0.780.200.9050.128D
0.800.220.8970.209C
0.850.230.8660.371B
0.900.280.8650.527A
dcbaClase de estabilidad
51
31/10/2014 51Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Escapes DiscontinuosModelos para Escapes Discontinuos
 
 
     2 2 22w
3 / 2 2 2 2 2
x y z zx y z
x U t z h z hm y
C x, y,z ,t = exp exp + exp 
2 2 2 2 2
                   
                  
x
y yc
z zc
0.13 x
0.5 
 
  
  
wU : Velocidad media del viento (m/seg)
m : Masa total liberada (kg)
h : Altura de la fuente emisora (m)
Las desviaciones tLas desviaciones tíípicas sobre los ejes x, y y z (picas sobre los ejes x, y y z (σσxx, , σσyy y y σσzz) en el caso ) en el caso 
de escapes instantde escapes instantááneos siguen, para cualquier clase de estabilidad, neos siguen, para cualquier clase de estabilidad, 
las ecuaciones siguientes:las ecuaciones siguientes:
52
31/10/2014 52Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases DensosModelos para Gases Densos
 La masa molecularLa masa molecular
 La temperaturaLa temperatura
 Los aerosolesLos aerosoles
 Las reacciones quLas reacciones quíímicasmicas
g g
rel
a
M M
M 29
  
s
g
rel
atm
MP
P 29
 
gatm
rel
eb
MT
T 29
 
Los parLos paráámetros que determinan que una substancia en fase vapor metros que determinan que una substancia en fase vapor 
se comporte como un gas pesado son:se comporte como un gas pesado son:
Los parámetros que determinan que una substancia en fase vapor se comporte como un gas pesado son:
La masa molecular. Mediante la ley de los gases perfectos se puede comprobar que la densidad de los gases a 
temperatura ambiente (por ejemplo, el propano) o de vapores de líquidos muy volátiles (por ejemplo, el pentano) es 
proporcional a la masa molecular del gas o vapor. La densidad respecto al aire (densidad=1) puede ser calculada 
mediante la expresión: ρrel = Mg/M=Ma /29
En caso de productos poco volátiles (líquidos con una baja tensión de vapor como los aceites y los productos orgánicos 
pesados), que se dispersan por evaporación a temperatura ambiente (caso de vertido en una cubeta), la densidad del 
vapor en el punto de emisión suele ser demasiado diferente como para poder ser considerada equivalente a la del 
producto como gas en su totalidad. En las condiciones más desfavorables (saturación del aire sobre el charco que se 
encuentra en evaporación) la densidad relativa puede ser estimada mediante la ley de Raoult: ρrel = Ps/Patm . Mg/29
La temperatura. A veces la fuente de emisión de gases puede ser un escape masivo en fase líquida de gases refrigerados 
(por ejemplo, el gas natural) o gas licuado a presión (por ejemplo, el propano). En ambos casos se pueden originar 
vertidos de producto líquido en ebullición a presión atmosférica, con la producción consiguiente de importantes 
cantidades de vapor a temperatura inferior a la ambiental (-160 ºC y -30 ºC para el gas natural y el propano, 
respectivamente). El vapor frío que se está dispersando condensa la humedad ambiente y forma una nube de color 
blanco que indica su evolución. La densidad relativa en esta situación debe ser calculada teniendo en cuenta la 
temperatura absoluta del vapor (igual a la del líquido en ebullición a baja temperatura): ρrel = Tatm/ Teb. Mg/29
Los aerosoles. La violencia de algunos escenarios accidentales con la liberación masiva de pequeñas gotas mezcladas 
con este vapor (escapes bifásicos, despresurización rápida de equipos, descarga mediante válvulas de seguridad, etc.). 
La nube formada, que es transportada por el viento, desde el punto de vista macroscópico tiene una densidad superior a 
la del aire circundante. Además, estas gotas, en el caso de nubes frías procedentes de escapes de gases licuados, pueden 
evaporarse antes de que se depositen en el suelo, determinando que la temperatura de la nube se mantenga baja durante 
más tiempo (la energía necesaria para la evaporación de las gotas proviene del calor sensible de la nube, que de este 
modo se va enfriando). Si el aerosol es formado por gotas de una substancia con una temperatura de ebullición similar o 
superior a la temperatura ambiente, muy probablemente parte del mismo se depositará sobre tierra en forma de lluvia. 
No existe ninguna correlación que permita establecer qué parte de fracción líquida de un flujo bifásico pasa a formar 
parte de la nube que se dispersa y qué fracción se deposita en tierra casi de forma inmediata. Una regla de uso 
generalizado consiste en suponer que la cantidad de líquido que se dispersa es igual a la fracción vaporizada estimada 
mediante correlaciones termodinámicas (expansión isoentálpica), de manera que cuando esta fracción es superior al 
50% se supone que todo el líquido pasa a la nube y se dispersa. Un planteamiento riguroso para ver cómo el aerosol 
puede afectar las estimaciones del término fuente o modelo de escape (cantidad liberada y condiciones de temperatura) 
se puede consultar en la bibliografía.
Las reacciones químicas. Algunos productos pueden experimentar reacciones químicas que modifican su masa 
molecular durante el proceso de dispersión. Un caso muy interesante es el ácido fluorhídrico (HF), utilizado en la 
industria petroquímica como catalizador en las reacciones de alquilación. La masa molecular del producto durante su 
dispersión en la atmósferaes diferente a la esperada atendiendo a su fórmula empírica, porque experimenta reacciones 
reversibles de polimerización e hidratación con la humedad del aire. Estas reacciones alteran su masa molecular y, por 
lo tanto, la densidad de la nube en las primeras fases de la dispersión, cosa que dificulta el cálculo de su evolución.
53
31/10/2014 53Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases DensosModelos para Gases Densos
 En conclusiEn conclusióón, si la masa de vapor o gas que n, si la masa de vapor o gas que 
se dispersa cumple cualquiera de los se dispersa cumple cualquiera de los 
aspectos comentados, desde el punto de aspectos comentados, desde el punto de 
vista macroscvista macroscóópico tiene una densidad pico tiene una densidad 
superior a la del aire. superior a la del aire. 
 Esto determina que su movimiento sea de Esto determina que su movimiento sea de 
descenso hacia el suelo y posteriormente se descenso hacia el suelo y posteriormente se 
extienda lateralmente dispersextienda lateralmente dispersáándose.ndose.
54
31/10/2014 54Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases DensosModelos para Gases Densos
55
31/10/2014 55Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
1) Fase de flotabilidad
2) Fase de dispersión estable y estratificada
3) Fase de dispersión pasiva, neutra o 
Gaussiana
Modelos para Gases DensosModelos para Gases Densos
Esta evolución de la nube se puede dividir en tres etapas 
diferenciadas. Las etapas de dispersión son claramente 
identificables cuando se trata de un escape instantáneo:
56
31/10/2014 56Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases DensosModelos para Gases Densos
 La nube formada (generalmente asimilada a un cilindro) La nube formada (generalmente asimilada a un cilindro) 
cae por efecto de la gravedad y se extiende en todas cae por efecto de la gravedad y se extiende en todas 
direcciones mientras se reduce su altura. direcciones mientras se reduce su altura. 
 El tiempo de duraciEl tiempo de duracióón de este fenn de este fenóómeno es de smeno es de sóólo algunos lo algunos 
segundos. La ecuacisegundos. La ecuacióón que modela el fenn que modela el fenóómeno, obtenida meno, obtenida 
a partir del teorema de a partir del teorema de BernoulliBernoulli, es la siguiente:, es la siguiente:
 Donde Donde uuff es la velocidad del frente de la nube y es la velocidad del frente de la nube y CCEE es una es una 
constante prconstante próóxima a la unidad.xima a la unidad.
Fase de Flotabilidad
g a
f E
a
u C g H
  


57
31/10/2014 57Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases DensosModelos para Gases Densos
 Si se prescinde de la entrada de aire en la nube durante 
esta fase, la evolución de su radio, R, en el tiempo se puede 
calcular mediante la siguiente ecuación:
Fase de Flotabilidad
g a2 2 0
0 E
a
gV
R R 2C . t
   
     
58
31/10/2014 58Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases DensosModelos para Gases Densos
 La nube se dispersa a causa del efecto del viento que, como 
consecuencia de su alta densidad, forma un flujo 
estratificado (adherido al suelo) que reduce la entrada de 
aire y la dilución de la nube. 
 Las ecuaciones empíricas que modelizan el comportamiento 
fluidodinámico del gas en esta fase y en la de la entrada de 
aire son de una gran complejidad y quedan fuera del 
alcance de esta presentación.
Fase de Dispersión Estable y Estratificada
59
31/10/2014 59Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases DensosModelos para Gases Densos
 La nube en su dispersión llega a alcanzar una densidad y una 
temperatura similares a las del aire de su alrededor. 
 Su evolución se puede determinar con el planteamiento 
expuesto para la dispersión de gases de flotación neutra. 
 Las ecuaciones que se presentaban en la dispersión de gases 
neutros deben ser, sin embargo, corregidas convenientemente 
al objeto de tener en cuenta las dimensiones de la nube en el 
estado presente, inicial ahora para la dispersión Gaussiana.
Fase de Dispersión Pasiva, Neutra o Gaussiana
60
31/10/2014 60Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases DensosModelos para Gases Densos
 Ecuaciones generales de equilibrio (balance de materia, 
momento y energía). 
 Ecuaciones que modelan la entrada de aire en la masa del gas 
pesado, y más concretamente en la fase de dispersión 
estratificada. Estas ecuaciones son de carácter empírico. 
 La transferencia de calor nube-suelo/agua (según el tipo de 
terreno). 
 La posible condensación de la humedad ambiental. 
Además, a las ecuaciones que determinan el avance del frente de la nube por 
efecto de la gravedad (las fórmulas básicas de la primera fase se han 
presentado de forma simplificada) se les tendría que añadir las relacionadas 
con:
61
31/10/2014 61Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases DensosModelos para Gases Densos
 Modelos de tipo caja
 La dispersión se simula adoptando una fuente de geometría inicial 
simple de composición uniforme (habitualmente un cilindro para 
escapes instantáneos). 
 La evolución de la nube se calcula resolviendo el conjunto de 
ecuaciones que correlacionan los fenómenos siguientes: la caída y la 
extensión de la nube densa (un modelo simplificado que ya se ha 
expuesto anteriormente); la entrada de aire en la nube; la 
transferencia de calor al suelo; la cantidad de movimiento, materia y 
energía, etc. 
 La solución se limita a integrar en el tiempo las ecuaciones 
mencionadas (diferenciales ordinarias en función del tiempo (ODE)) 
mediante técnicas numéricas.
 Ejemplos de estos tipos de modelos son HEGADAS y DEGADIS.
Los modelos de resolución del problema de la dispersión de gases pesados se 
pueden clasificar en dos categorías o tipos de modelos
62
31/10/2014 62Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Modelos para Gases DensosModelos para Gases Densos
 Modelos numéricos o de tipo K
 Los modelos numéricos están orientados a resolver en tres 
dimensiones las ecuaciones de Navier-Stokes considerando aspectos de 
turbulencia. 
 Con este planteamiento, en teoría se puede simular cualquier tipo de 
geometría (relieve del terreno, presencia de obstáculos, etc.). 
 La solución numérica resulta muy compleja ya que plantea ecuaciones 
diferenciales con derivadas parciales en régimen transitorio, que 
requieren la utilización de técnicas del tipo diferencias finitas. 
 El problema fundamental de estos modelos es la capacidad de 
computación (ordenadores de gran capacidad y velocidad) y la 
preparación de los datos (discretización de la malla de todo el 
volumen que se quiera estudiar) que son necesarios para ser 
ejecutados. 
 Estos modelos están lejos de ser aplicados de forma sistemática en el 
cálculo de consecuencias, planificación de emergencias, etc. 
 Ejemplos de este tipo de modelos son FEM3 (Lawrence Livermore 
Laboratories) y SIGMET-N (Science Applications, Inc.). 
63
31/10/2014 63Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
EvoluciEvolucióón de la Concentracin de la Concentracióón Mn Mááxima en la Direccixima en la Direccióón del Vienton del Viento
(A Ras del Suelo y Sobre el Eje de la Nube) (A Ras del Suelo y Sobre el Eje de la Nube) 
SegSegúún los Resultados de los Programas EFFECTS y DEGADISn los Resultados de los Programas EFFECTS y DEGADIS
64
31/10/2014 64Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Forma de Las Forma de Las IsopletasIsopletas LII (LLII (Líímite Inferior de Inflamabilidad) mite Inferior de Inflamabilidad) 
Cantidades en Condiciones de Ser Inflamadas Cantidades en Condiciones de Ser Inflamadas 
SegSegúún los Resultados de los Programas EFFECTS Y DEGADISn los Resultados de los Programas EFFECTS Y DEGADIS
65
31/10/2014 65Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
ConclusionesConclusiones
 El alcance mEl alcance mááximo de la nube en los dos casos (EFFECTS y ximo de la nube en los dos casos(EFFECTS y 
DEGADIS) es del mismo orden de magnitud (DEGADIS) es del mismo orden de magnitud (500500 y y 450450 mm, , 
respectivamente).respectivamente).
 El modelo El modelo GaussianoGaussiano del EFFECTS sdel EFFECTS sóólo calcula la nube a lo calcula la nube a 
partir de los partir de los 7575 mm, donde puede encontrar valores para , donde puede encontrar valores para σσyy y y σσzz
coherentes con la hipcoherentes con la hipóótesis del modelo de escape puntual.tesis del modelo de escape puntual.
 La forma de la nube estimada es similar en la zona de La forma de la nube estimada es similar en la zona de 100100 a a 
400400 mm, en la que los dos modelos est, en la que los dos modelos estáán calculando la n calculando la 
dispersidispersióón n GaussianaGaussiana del gas natural. del gas natural. 
 La amplitud de esta nube es mayor en el caso del modelo de La amplitud de esta nube es mayor en el caso del modelo de 
gas pesado DEGADIS ya que las condiciones iniciales en la gas pesado DEGADIS ya que las condiciones iniciales en la 
fase de dispersifase de dispersióón n GaussianaGaussiana (final de la fase de gas pesado (final de la fase de gas pesado 
donde el gas se encuentra lo suficientemente diluido como donde el gas se encuentra lo suficientemente diluido como 
para ser considerado gas neutro) son diferentes a las para ser considerado gas neutro) son diferentes a las 
consideradas por el EFFECTS.consideradas por el EFFECTS.
66
31/10/2014 66Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Medidas ProtectorasMedidas Protectoras
 Medidas protectoras destinadas a disminuir la Medidas protectoras destinadas a disminuir la 
frecuencia o probabilidad de ocurrencia del posible frecuencia o probabilidad de ocurrencia del posible 
accidente (aumentan la fiabilidad de la instalaciaccidente (aumentan la fiabilidad de la instalacióón). n). 
 Medidas protectoras dirigidas a disminuir o mitigar el Medidas protectoras dirigidas a disminuir o mitigar el 
alcance de las nubes cuando ya se ha producido el alcance de las nubes cuando ya se ha producido el 
accidente. accidente. ÉÉstos son sistemas activos que intervienen stos son sistemas activos que intervienen 
en caso de escape del producto.en caso de escape del producto.
 Medidas protectoras dirigidas a disminuir los efectos y Medidas protectoras dirigidas a disminuir los efectos y 
las consecuencias de las nubes mediante la proteccilas consecuencias de las nubes mediante la proteccióón n 
activa o pasiva de los individuos que pueden quedar activa o pasiva de los individuos que pueden quedar 
dentro del alcance del gas tdentro del alcance del gas tóóxico o inflamable.xico o inflamable.
67
31/10/2014 67Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
Medidas ProtectorasMedidas Protectoras
Sistemas de MitigaciSistemas de Mitigacióónn
MMéétodos para limitar el alcance de las nubes todos para limitar el alcance de las nubes 
ttóóxicas o inflamables:xicas o inflamables:
1)1) ReducciReduccióón del tn del téérmino fuente (cantidad de rmino fuente (cantidad de 
producto emitido por unidad de tiempo).producto emitido por unidad de tiempo).
2)2) Aumento de su diluciAumento de su dilucióón inicial.n inicial.
68
31/10/2014 68Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
 Recubrimiento de lRecubrimiento de lííquido vertido mediante espuma: quido vertido mediante espuma: 
La espuma impedirLa espuma impediráá la evaporacila evaporacióón del producto.n del producto.
 UtilizaciUtilizacióón de cortinas de agua: Producidas por n de cortinas de agua: Producidas por 
surtidores que lanzan agua finamente dividida a gran surtidores que lanzan agua finamente dividida a gran 
velocidad lo que produce el ingreso de aire dentro de velocidad lo que produce el ingreso de aire dentro de 
la nube y su disolucila nube y su disolucióón en el caso que los productos n en el caso que los productos 
sean solubles en agua.sean solubles en agua.
 La utilizaciLa utilizacióón de barreras de vapor de agua. El agente n de barreras de vapor de agua. El agente 
que provoca la dilucique provoca la dilucióón es, en este caso, el vapor de n es, en este caso, el vapor de 
agua. Este magua. Este méétodo de dilucitodo de dilucióón es muy usado en n es muy usado en 
refinerrefineríías.as.
Medidas ProtectorasMedidas Protectoras
Sistemas de MitigaciSistemas de Mitigacióónn
Sistemas de Mitigación
El recubrimiento del líquido vertido mediante espuma. La espuma química impedirá la 
evaporación del producto. Esta espuma suele ser similar a la utilizada en la extinción de 
incendios.
La utilización de cortinas de agua. Las barreras de agua están producidas por 
surtidores. Éstos lanzan agua finamente dividida a una gran velocidad, lo que provoca 
una entrada importante de aire dentro de la nube, y además, si el producto es soluble en 
agua absorben el contaminante. Este método puede ser especialmente interesante para la 
protección de parques de almacenamiento de gases licuados del petróleo (GLP) y de gas 
natural licuado, ya que reduce extraordinariamente el radio dentro del cual la nube está
en los límites de inflamabilidad y, por lo tanto, reduce el área en la que se puede producir 
su ignición.
La utilización de barreras de vapor de agua. El agente que provoca la dilución es, en 
este caso, el vapor de agua. Este método de dilución es muy usado en refinerías.
69
31/10/2014 69Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
ConcentraciConcentracióón de Propano en Funcin de Propano en Funcióón de la Distancia, n de la Distancia, 
Calculada con y sin Barreras de AguaCalculada con y sin Barreras de Agua
Sistemas de Mitigación
A título de ejemplo, la Figura muestra los valores obtenidos (por cálculo) para la 
concentración de propano con barreras de agua y sin ellas; la cortina de agua provoca una 
disminución repentina de la concentración por debajo del LII a una distancia de 2 m 
desde donde están situados los surtidores.
70
31/10/2014 70Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
ProtecciProteccióón por Confinamienton por Confinamiento
Donde:Donde:
M = M = CiCi V V : Masa de contaminante en el recinto cerrado de volumen V consta: Masa de contaminante en el recinto cerrado de volumen V constantente
CC00 : Concentraci: Concentracióón en el exterior del recinto (n en el exterior del recinto (mgmg/m/m3
3))
CCii : Concentraci: Concentracióón en el interior del recinto n en el interior del recinto ((mgmg/m/m33))
w : Tasa de ventilaciw : Tasa de ventilacióón del recinto (mn del recinto (m33//segseg))
mmadsads : Consumo del t: Consumo del tóóxico en el interior del recinto (xico en el interior del recinto (mm33//segseg))
Balance de Materia
 0 i i ads i
d
w C w C C V m C
dt
  
La evolución de la concentración en el interior de edificios se puede calcular mediante 
modelos matemáticos relativamente simples. Para un local con una masa de aire M y una 
tasa de ventilación w, la concentración de contaminante en el interior se puede calcular 
resolviendo el balance de materia de la figura.
71
31/10/2014 71Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
ProtecciProteccióón por Confinamienton por Confinamiento
Casos ParticularesCasos Particulares
 Emisión exterior continua: Se entiende por emisión 
continua aquella que dura un período de tiempo muy 
superior al tiempo necesario para la llegada de la nube al 
exterior del lugar de confinamiento.
 Se integra la Ecuación de balance con la condición C(t=0)=0:
   i 0 ads ads
w 1
C t C 1
w m w m .t
exp
V
 
 
       
   
72
31/10/2014 72Dispersión de Contaminantes en la Atmósfera
ProtecciProteccióón por Confinamienton por Confinamiento
Casos ParticularesCasos Particulares
 Emisión temporal: Se entiende por emisión temporal 
aquella que dura un período de tiempo limitado, pero 
superior al tiempo necesario para la llegada de la nube al 
exterior del recinto de confinamiento.
 Para resolver el balance planteado se integra la ecuación de 
balance con las condiciones siguientes:
 Hasta