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NOTA DE ACEPTACION
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Presidente del jurado
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Jurado
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Jurado
Bogotá 03/ 11 / 2009
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Dedicamos este trabajo anuestros padres y hermanos
y a todos aquellos que nos brindaronsu apoyo incondicional en los
buenos y malos momentos.
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AGRADECIMIENTOS
Las autoras expresan su agradecimiento a:
Ing. Luis Barreto, director de la tesis, por su continuo interés en que el proyecto fuese
destacado por su excelencia y calidad.
Ing. Mauricio Rojas de CORPOBOYACA, por su apoyo incondicional y su valiosa asesoría
durante el desarrollo del proyecto.
Ing. Jorge Eduardo Parra de CORPOBOYACA, por su invaluable gestión como facilitador
de contactos en el inicio del proyecto, y por todo su apoyo a lo largo del mismo.
Ing. William Gutiérrez de la SECRETARÍA DE AMBIENTE ALCALDÍA DE SOGAMOSO,
por compartir su valioso conocimiento y experiencia en el área de estudio.
A los ingenieros Hugo Sarmiento, Gabriel Herrera, Mayerling Sanabria docentes de la
UNIVERSIDAD DE LA SALLE, quienes nos brindaron asesoría oportuna y desinteresada.
Ing. Santiago Rodriguez, compañero y amigo, por su interés y su participación en el
desarrollo del proyecto.
Mario Suarez, Margarita de Suárez y Yaneth Araque, por la generosidad, hospitalidad y
acogida que nos brindaron en las visitas de campo.
A todos aquellos que de una u otra forma nos colaboraron con la culminación del
proyecto.
A nuestros padres y hermanos, por ser el pilar de nuestras vidas.
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TABLA DE CONTENIDO GLOSARIO ....................................................................................................................................... 10 ACRÓNIMOS .................................................................................................................................... 12 1. RESUMEN ................................................................................................................................ 13
2. ABSTRACT ............................................................................................................................... 15 3. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 17 4. JUSTIFICACIÓN ....................................................................................................................... 18 5. OBJETIVOS .............................................................................................................................. 19
5.1 OBJETIVO GENERAL ...................................................................................................... 19 5.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................................................. 19
6. MARCO DE REFERENCIA ...................................................................................................... 20 6.1 MARCO DE ANTECEDENTES ......................................................................................... 20 6.2 MARCO LEGAL ................................................................................................................ 21 6.3 MARCO TEÓRICO ........................................................................................................... 22
6.3.1 MATERIAL PARTICULADO MENOR A 10 MICRAS (MP10) ....................................... 22 6.3.2 MODELACIÓN DE LA DISPERSIÓN ATMOSFÉRICA ................................................ 23
6.3.2.1 MODELO DE DISPERSIÓN AERMOD................................................................. 24 6.3.3 REDES DE MONITOREO DE CALIDAD DEL AIRE .................................................... 26
6.4 MARCO DESCRIPTIVO ................................................................................................... 27 6.4.1 MARCO GEOGRÁFICO .............................................................................................. 27 6.4.2 BIÓTICO ........................................................................................................................ 28 6.4.3 CLIMÁTICO ................................................................................................................... 28 6.4.4 SOCIAL ......................................................................................................................... 31
6.4.4.1 Demografía ............................................................................................................ 31 6.4.4.2 Condiciones de vida .............................................................................................. 32
6.4.5 ECONÓMICO ................................................................................................................ 32 7. DISEÑO METODOLÓGICO ..................................................................................................... 34
8. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................................ 38 7.1 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................ 38 7.2 OBTENCIÓN DE INFORMACIÓN .................................................................................... 38 7.3 RECONOCIMIENTO DE LA ZONA DE ESTUDIO ........................................................... 39
7.3.1 SITUACIÓN AMBIENTAL ............................................................................................. 39 7.3.1.1 Contaminación atmosférica en el valle de Sogamoso .......................................... 40
7.3.2 AFECTACIÓN A LA SALUD ......................................................................................... 41 7.3.2.1 Morbilidad y mortalidad en Sogamoso ................................................................. 41 7.3.2.2 Morbilidad y mortalidad en Nobsa........................................................................ 41
7.3.3 DESCRIPCIÓN DE COMBUSTIBLES DE MAYOR USO. ............................................ 42 7.3.4 DESCRIPCIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES ...................................................... 42
7.3.4.1 Industria pesada .................................................................................................... 43 7.3.4.2 Industria artesanal ................................................................................................. 44 7.3.4.3 Pequeña y mediana empresa ............................................................................... 48
7.3.5 DESCRIPCIÓN DEL PARQUE AUTOMOTOR ............................................................ 48 7.4 INVENTARIO DE EMISIONES ......................................................................................... 50
7.4.1 Fracción de MP10 en PST ............................................................................................ 50 7.4.2 CÁLCULO DE EMISIONES .......................................................................................... 51
7.4.2.1 Industria pesada .................................................................................................... 51
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7.4.2.2 Industria artesanal ................................................................................................. 51 7.4.2.3 Pequeña y mediana empresa (PYMES) ............................................................... 63 7.4.2.4 Fuentes móviles .................................................................................................... 74
7.5 EJECUCIÓN Y VALIDACIÓN DEL MODELO .................................................................. 76 7.5.1 DATOS DE ENTRADA .................................................................................................. 76
7.5.1.1 Fuentes de emisión ............................................................................................... 76 7.5.1.2 Cartografía ............................................................................................................ 77 7.5.1.3 Receptores ............................................................................................................ 77 7.5.1.4 Edificaciones ......................................................................................................... 78 7.5.1.5 Meteorología ......................................................................................................... 78 7.5.1.6 Topografía ............................................................................................................. 80
7.5.2 EJECUCIÓN DEL AERMOD ......................................................................................... 81 7.5.3 DATOS DE SALIDA ...................................................................................................... 82 7.5.4 VALIDACIÓN DEL MODELO ........................................................................................ 83
7.6 SIMULACIÓN DE ESCENARIOS ..................................................................................... 86 7.6.1 ESCENARIO 1: INDUSTRIA ARTESANAL .................................................................. 86
7.6.1.1 Caleras .................................................................................................................. 86 7.6.1.2 Chircales ............................................................................................................... 87 7.6.2 ESCENARIO 2: ACERÍAS PAZ DEL RÍO ..................................................................... 88
9. RESULTADOS Y ANÁLISIS .................................................................................................... 89 9.1 INVENTARIO DE FUENTES FIJAS ................................................................................. 89
9.1.1 INDUSTRIA PESADA ................................................................................................... 89 9.1.2 INDUSTRIA ARTESANAL ............................................................................................ 91
9.1.2.1 CALERAS .............................................................................................................. 91 9.1.2.2 CHIRCALES .......................................................................................................... 93 9.1.2.3 MINAS ................................................................................................................... 94
9.1.3 PEQUEÑA Y MEDIANA INDUSTRIA (PYMES) ........................................................... 95 9.2 MODELACIÓN DE LINEA BASE ...................................................................................... 96
9.3 MODELACIÓN DE ESCENARIOS ................................................................................... 98 9.3.1 ESCENARIO 1 .............................................................................................................. 98 9.3.2 ESCENARIO 2 ............................................................................................................ 100
9.4 COMPARACIÓN CON LA NORMATIVIDAD .................................................................. 102 9.5 RESULTADOS FINALES ................................................................................................ 105
10. CONCLUSIONES ............................................................................................................... 107 11. RECOMENDACIONES ....................................................................................................... 109 12. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................. 110
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LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Marco Legal ____________________________________________________________ 21 Tabla 3 Estaciones de monitoreo de la RMCA del Valle de Sogamoso _____________________ 26
Tabla 4 Promedios mensuales multianuales de las estaciones Belencito y Aeropuerto ________ 28 Tabla 5 Censos poblacionales _____________________________________________________ 31 Tabla 6 Información primaria y secundaria ___________________________________________ 35 Tabla 7 Principales parámetros para caleras, según combustible _________________________ 52 Tabla 8 Ejemplo de cálculo de emisión para caleras ___________________________________ 53 Tabla 9 Características de los Hornos en Chircales ____________________________________ 54 Tabla 10 Ejemplo de cálculo de emisión para chircales _________________________________ 55 Tabla 11 Ejemplo de cálculo de emisión para chircales de llama invertida __________________ 57 Tabla 12 Factores de emisión para operaciones en minería de carbón _____________________ 58 Tabla 13 Multiplicador según el tamaño de partícula (k) _________________________________ 59 Tabla 14 Contenidos típicos de humedad y de limo en materiales de varias industrias _________ 59 Tabla 15 Ejemplo de cálculo de emisión para minas de carbón ___________________________ 60 Tabla 16 Ejemplo de cálculo de emisión para minas de arena ____________________________ 62 Tabla 17 Factores de emisión AP 42 para emisiones puntuales de plantas de asfalto _________ 64 Tabla 18 Ejemplo de cálculo de emisión para plantas de asfalto __________________________ 65 Tabla 19 Ejemplo de cálculo de emisión para dispersas de plantas de asfalto _______________ 65 Tabla 20 Ejemplo de cálculo de emisión para centros de acopio __________________________ 67 Tabla 21 Factores de emisión AP 42 para plantas de concreto ___________________________ 69 Tabla 22 Ejemplo de cálculo de emisión para concreto _________________________________ 69 Tabla 23 Factor de emisión utilizado para fundición cuando se utiliza carbón o coque _________ 71 Tabla 24 Factor de emisión para el proceso de fundición cuando se utiliza ACPM ____________ 72 Tabla 25 Ejemplo de cálculo de emisión para fundición _________________________________ 72 Tabla 26 Factores de emisión AP 42 para trituración. ___________________________________ 73
Tabla 27 Ejemplo de cálculo de emisión para trituradoras _______________________________ 73 Tabla 28 Resultados obtenidos del estudio de CCA para el punto 6 _______________________ 74 Tabla 29 Codificación de las Fuentes _______________________________________________ 76 Tabla 30 Parámetros meteorológicos de entrada y sus unidades__________________________ 78 Tabla 31 Parte de la matriz para el cálculo de la base de las nubes _______________________ 80 Tabla 32 Concentración MP10 estación Aeropuerto ____________________________________ 82 Tabla 33 Validación de promedios diarios concentración de MP10 ________________________ 84 Tabla 34 Resumen de la cantidad de combustible _____________________________________ 87 Tabla 35 Porcentaje de coque y carbón según la capacidad del horno para chircales _________ 87 Tabla 36 Comparación de los datos reales con la normatividad __________________________ 102 Tabla 37 Comparación de los datos modelados con la normatividad ______________________ 103 Tabla 38 Compilado de las concentraciones finales ___________________________________ 105
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Distribución del tamaño de partículas en el material particulado. ___________________ 22 Figura 2 Representación esquemática de un modelo de dispersión. _______________________ 23
Figura 3 Estructura y flujo de datos del sistema de modelación del AERMOD ________________ 25 Figura 4 Ubicación de la estaciones de la RMCA de Sogamoso __________________________ 26 Figura 5 Topografía del Valle de Sogamoso __________________________________________ 27 Figura 6 Esquema general del diseño metodológico ____________________________________ 34 Figura 7 Desarrollo inventario de emisiones __________________________________________ 36 Figura 8 Registro fotográfico de la situación ambiental _________________________________ 40 Figura 9 Algoritmo general del AERMOD ____________________________________________ 81 Figura 10 Isopletas diarias de MP10 ________________________________________________ 96 Figura 11 Isopletas anuales de MP10 _______________________________________________ 97 Figura 12 Isopletas diarias MP10 para el escenario 1 ___________________________________ 98 Figura 13 Isopletas anuales MP10 para el escenario 1 __________________________________ 99 Figura 14 Isopletas diarias MP10 para el escenario 2 _________________________________ 100 Figura 15 Isopletas anuales MP10 para el escenario 2 _________________________________ 101
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LISTA DE GRÁFICAS
Gráfica 1 Promedios mensuales multianuales de la estación Aeropuerto ___________________ 29 Gráfica 2 Promedios mensuales multianuales de la estación Belencito _____________________ 29
Gráfica 3 Rosa de vientos de la estación El Recreo ____________________________________ 30 Gráfica 4 Comportamiento diario de la velocidad del viento ______________________________ 30 Gráfica 5 Crecimiento poblacional __________________________________________________ 31 Gráfica 6 Producción en la industria siderúrgica _______________________________________ 33 Gráfica 7 Producción en la industria cementera _______________________________________ 33 Gráfica 8 Cantidad empresas por sector industrial _____________________________________ 43 Gráfica 9 Actividades Productivas en Industria Pesada _________________________________ 44 Gráfica 10 Distribución Industria Artesanal ___________________________________________ 44 Gráfica 11 Distribución de chircales en las veredas de Sogamoso ________________________ 45 Gráfica 12 Distribución de caleras por veredas en Nobsa _______________________________ 46 Gráfica 13 Distribución Minas por Vereda ____________________________________________ 47 Gráfica 14 Distribución Minas según mineral _________________________________________ 47 Gráfica 15 Actividades Productivas en PYMES _______________________________________ 48 Gráfica 16 Evolución del parque automotor - Sogamoso ________________________________ 49 Gráfica 17 Evolución del parque automotor - Nobsa ____________________________________ 49 Gráfica 18 Cantidad de vehículos por tipo de vehículo y combustible ______________________ 75 Gráfica 19 porcentaje emisiones por sectores _________________________________________ 89 Gráfica 20 Emisiones industria pesada por empresa ___________________________________ 90 Gráfica 21 Emisiones ACPR ______________________________________________________ 90 Gráfica 22 Emisiones sector artesanal ______________________________________________ 91 Gráfica 23 Emisiones caleras por área-fuente_________________________________________ 92 Gráfica 24 Emisiones caleras por vereda ____________________________________________ 92 Gráfica 25 Emisión chircales por área-fuente _________________________________________ 93
Gráfica 26 Emisiones Chircales por vereda ___________________________________________ 94 Gráfica 27 Emisiones minas por área-fuente__________________________________________ 94 Gráfica 28 Emisiones minas por vereda _____________________________________________ 95 Gráfica 29 Emisiones PYMES por actividad industrial __________________________________ 95 Gráfica 30 Comparación de datos modelados con la normatividad diaria __________________ 103 Gráfica 30 Comparación de datos modelados con la normatividad anual __________________ 104 Gráfica 30 Comparación de los promedios diarios modelados y observados _______________ 105 Gráfica 30 Comparación de los promedios anuales modelados y observados ______________ 106
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LISTA DE ANEXOS
Anexo A. Análisis climático de la zona de estudio.
Anexo B. Encuesta Anual Manufacturera de Boyacá 2002-2006 (medio magnético)
Anexo C. Revisión Bibliográfica.
Anexo D. Consolidado de expedientes revisados (medio magnético)
Anexo E. resumen de morbilidad y mortalidad en los municipios de Sogamoso y Nobsa.
Anexo F. Descripción de combustibles de mayor uso
Anexo G. Descripción de procesos industriales
Anexo H. Registro del parque automotor en el Valle De Sogamoso (medio magnético)
Anexo I. Metodología de cálculo de la Fracción de MP10 en PST
Anexo J. Ubicación de Fuentes fijas y de área en el Valle de Sogamoso (medio
magnético)
Anexo K. Consolidado del inventario de emisiones de fuentes fijas (medio magnético)
Anexo L. Ubicación de fuente lineal en el Valle de Sogamoso (medio magnético)
Anexo M. Cálculo de emisiones por fuente lineal
Anexo N. Metodología para la definición de áreas fuente
Anexo O. Datos de entrada modelación MP10 (medio magnético)
Anexo P. Características de las edificaciones.
Anexo Q. Ejecución del modelo AERMOD
Anexo R. Promedio diario de concentración de MP10 para la línea base.
Anexo S. Isopletas de la línea base. Promedio anual y diario de MP10 (medio magnético)
Anexo T. Isopletas de los escenarios 1 y 2. Promedio anual y diario de MP10 (medio
magnético)
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GLOSARIO
ÁREA – FUENTE: Es una determinada zona o región, urbana, suburbana orural, que por albergar múltiples fuentes fijas de emisión, es considerada comoun área especialmente generadora de sustancias contaminantes del aire.
CALERA: Unidad de procesamiento de la piedra caliza para la generación de cal.
CHIRCAL: Lugar de procesamiento artesanal de la arcilla para la producción deladrillo.
CONCENTRACIÓN DE FONDO: Concentración atmosférica debida al aporte deotras fuentes distintas a las analizadas. Puede ser fruto del aporte de fuentesnaturales, antropogénicas u otras fuentes que contribuyan a la contaminación
ambiental en la zona de estudio, identificadas o no.
COQUE: Combustible obtenido de la destilación de la hulla o carbón bituminosocalentado a temperaturas muy altas en hornos cerrados, que lo aíslan del aire, yque sólo contiene una pequeña fracción de las materias volátiles que forman partede la misma. Es producto de la descomposición térmica de carbones bituminososen ausencia de aire.
EMISIÓN ATMOSFÉRICA: Es la descarga de una sustancia o elemento al aire, enestado sólido, líquido o gaseoso, o en alguna combinación de éstos, proveniente
de una fuente fija en un lugar determinado e inamovible o móvil susceptible dedesplazarse.
EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DEL AIRE: Es el proceso de identificar lasconsecuencias o impactos ambientales en la calidad del aire, de una acciónpresente o propuesta.
MATERIAL PARTICULADO MENOR DE 10 MICRAS (MP10): Son partículas dediámetro menor o igual a 10 micrones (un micrón es la milésima parte de unmilímetro).
MODELO AERMOD: Representa una técnica de dispersión que incorpora lastécnicas más avanzadas de parametrización de la capa límite planetaria,dispersión convectiva, formulación de la elevación de la pluma e interaccionescomplejas del terreno con la pluma.
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MODELOS DE DISPERSIÓN: Los modelos de calidad de aire utilizan técnicasnuméricas y matemáticas para simular los procesos físicos y químicos que afectana los contaminantes en el aire, es decir, cómo ellos se dispersan y reaccionan enla atmósfera.
MONITOREO DE LA CALIDAD DEL AIRE: Consiste en los procedimientos demuestreo y análisis de contaminantes atmosféricos. El muestreo es elprocedimiento por el cual las muestras son recolectadas, mientras que el análisisinvolucra los métodos para determinar las concentraciones de los contaminantesen una muestra.
NORMA DE CALIDAD DEL AIRE: El nivel permisible de contaminantes presentesen él, establecido para determinar su calidad y contribuir a preservar y mantener lasalud humana, animal o vegetal y su bienestar.
RED DE MONITOREO DE CALIDAD DEL AIRE: Conjunto de estaciones demonitoreo que miden tanto las concentraciones de los contaminantes en el airecomo la meteorología con un objetivo específico en una región durante un periododeterminado.
TRANSPORTE DE CONTAMINANTES: La dispersión de contaminantes de unafuente depende de la cantidad de turbulencia en la atmósfera cercana. Laturbulencia puede ser creada por el movimiento horizontal y vertical de laatmósfera. Las variaciones globales y regionales del clima y las condiciones
topográficas locales afectan el transporte y dispersión de los contaminantes.
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ACRÓNIMOS
ACPR Acerías Paz del Río
AERMOD Atmospheric Dispersion Modeling System (Sistema deModelamiento de Dispersión Atmosférica)
CEPIS Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del
Ambiente.
CORPOBOYACA Corporación Autónoma Regional de Boyacá
DEM Digital Elevation Model (Modelo Digital de Terreno)
EAM Encuesta Anual Manufacturera
EDA Enfermedad Diarreica AgudaEPA Environmental Protection Agency (Agencia de Protección
Ambiental de Estados Unidos)
EPOC Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica
GPS Global Positioning System (Sistema de Geoposicionamiento
Satelital)
IDEAM Instituto de Meteorología y Estudios Ambientales
IGAC Instituto Geográfico Agustín Codazzi
IRA Infección Respiratoria Aguda
MP10 Material Particulado menor de 10 micras
OMS Organización Mundial para la Salud
PST Partículas Suspendidas Totales
RMCA Red de Monitoreo de Calidad del Aire
SIG Sistema de Información Geográfica
ZCIT Zona de Confluencia Intertropical.
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1. RESUMEN
La contaminación atmosférica es uno de los principales problemas a los que se
enfrenta el Valle de Sogamoso, debido a la gran cantidad de industrias ubicadas en elsector y la topografía de la zona. Esta situación ha llevado a las autoridades
ambientales a tomar medidas e implementar nuevas herramientas para la
planificación y toma de decisiones en cuanto a los aspectos ambientales. Por tal
motivo se realizó la Evaluación de la calidad del aire del Valle de Sogamoso, respecto
a material particulado menor a 10 micras (MP10), aplicando el modelo de dispersión
AERMOD como herramienta de planificación.
Inicialmente se actualizó el inventario de fuentes de emisiones puntuales y de área,así como el consolidado del inventario de fuentes móviles, por medio de la
recopilación de información primaria y secundaria, visitas de campo y revisión de
expedientes archivados en CORPOBOYACA. El objetivo de dicha actualización, fue
obtener toda la información necesaria para alimentar el modelo de dispersión, como
la velocidad y temperatura de gases, y el diámetro y altura de la chimenea, entre otros
parámetros. También fue necesario recopilar la información horaria de un año
completo de la estación meteorológica El Recreo y la topografía de la zona de estudio
por medio del DEM realizado por el IGAC. Una vez recopilada toda la información se
alimentó el modelo con cada uno de los parámetros exigidos, para obtener las
concentraciones de MP10 en la zona y determinar las áreas más afectadas.
Al obtener las concentraciones del modelo, es necesario realizar una validación para
determinar el nivel de precisión que este tiene en la zona. En el presente estudio, se
obtuvo un error bajo para el promedio anual y considerablemente alto para los
promedios diarios. Al tener la certeza que el modelo es aplicable en la zona de estudio
se puede afirmar que la zona más afectada es el parque industrial y el barrio Gustavo
Jiménez ubicados en el noreste del Valle de Sogamoso.
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En el área afectada se encontraron dos picos. El primero es ocasionado por las altas
emisiones de material particulado generadas por ACPR y la ubicación que esta tiene
en el Valle de Sogamoso. El segundo pico es causado por el arrastre del material
particulado generado por los chircales ubicados en la falda de la montaña, los cualesno utilizan ningún sistema de control pues son industrias artesanales.
Tomando en cuenta los resultados arrojados por el modelo y la preocupación de la
autoridad ambiental respecto al tema de contaminación atmosférica, se generaron
dos escenarios que sirven para dar un concepto técnico basado en la modelación,
para que la autoridad ambiental tome las decisiones pertinentes. Los escenarios
modelados tomaron en cuenta los sectores industriales que más inciden en la zona
según la modelación de la situación actual; el sector de industria artesanal e industriapesada.
Para el escenario de chircales y caleras, se disminuyeron las emisiones tomando en
cuenta la normatividad expedida por Corpoboyacá, en la cual se establece la cantidad
permitida para el uso de coque y carbón como combustibles. El resultado de esta
modelación evidenció que las concentraciones de MP10 se pueden reducir en un 45%
para promedios diarios y 39% para promedios anuales, sin embargo la autoridad
ambiental debe tomar otras medidas de control como la programación de turnos de
producción.
En el escenario de ACPR se simuló la implementación de un sistema de control en el
área de Convertidores, debido a que este se encuentra entre los que generan la
mayor cantidad de emisiones. Al analizar los resultados se concluye que con la
instalación del sistema de control, se lograría una disminución del 62%, para
promedios diarios, y 45%, para promedios anuales, de la concentración de MP10 en
la zona del parque industrial.
Teniendo en cuenta los datos modelados, se pudo establecer que la mejor forma de
mejorar las condiciones de la calidad del aire en la zona de estudio, es ejercer control
tanto en la industria artesanal como en la pesada (en especial en ACPR), en conjunto.
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2. ABSTRACT
Air pollution is one of the major problems facing by Sogamoso Valley due to the large
number of industries located in the area and the topography. This has led to
environmental authorities to take action and implement new tools for planning and
decision making, regarding the environmental area. For this reason it was
implemented the assessment of the air quality in Sogamoso Valley, about particulate
matter smaller than 10 microns (PM10), applying the AERMOD dispersion model, as a
planning tool.
First of all the inventory of punctual and area emission sources was updated also the
consolidation of the inventory of mobile sources, through the collection of primary and
secondary information, field visits and review of cases in CORPOBOYACA. The
objective of this update was to get all the information needed to feed the dispersion
model, such as velocity and temperature of the gas, diameter and stack height,
amongst others parameters. Also was collected a full year hourly information of
meteorological station and topographic information of the study area, through the DEM
made by IGAC. After gathering all the information was fed the model with each of the
parameters required to obtain the concentrations of PM10 in the area and determine
the most affected zones.
After obtained the model concentrations, is necessary to determine the level of
precision in the area. The error obtained to annual averages was low but the error for
daily averages was considerably high. After having the certainty that the model is
applicable to the study it can be said that the area most influenced by particulate
matter is the industrial park and the neighborhood Gustavo Jimenez located in the
northeast of the Valley. In this area it was find two peaks. The first one is due to high
emissions from ACPR and its location in the Valley of Sogamoso. The second peakfound was caused by the dragging of the particulate matter generated by the
Brickmakers located at the foot of the hill, they do not have control system because
they are handcraft industries.
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Considering that the results obtained by the model and the concerned for
environmental authorities on the issue of air pollution, it was generated two scenarios
to give a clear technical concept to the respective environmental authority for their
decision making. The scenarios modeled was designed considering the industrialsectors with the greatest impact in the modeling areas of the primary situation, there
was taking the handcraft industry and heavy industry.
In the first scenario, Brickmakers and lime manufacture, it was reduce the emission
considering the normativity issued by Corpoboyacá which set the allowable amount for
the use of coke and coal as fuel. The result of this modeling showed that the PM10
concentrations can be reduced in around 45% to daily averages and 39% to annual
averages, however the environmental authority can take other actions of control byscheduling turns of production.
In the scenario of ACPR it was simulate a control system implementation in the
process of converters, because this process is between those who generate the
greatest amount of emissions. Analyzing the results, it is concluded that if this industry
install the control system they would achieve reduction in 62% for daily averages and
45% for annual averages, of the PM10 concentrations at the industrial park.
Given the modeled data, it was found that the best way to improve the air quality in the
study area, is to exert control in both handmade and the heavy industries (especially in
ACPR), together.
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3. INTRODUCCIÓN
En los últimos años, el Valle de Sogamoso, (conformado por lo municipios de
Sogamoso, Nobsa y Tibasosa) ha tenido un gran desarrollo a nivel industrial,destacándose la producción siderúrgica y cementera, concentrado en un corredor
donde paralelamente crecen ciudades intermedias. Este importante crecimiento,
se debe a que esta es una de las regiones de Boyacá, con mayor riqueza y
explotación minera.
La contaminación atmosférica generada por el sector industrial es un problema
debido a los impactos tanto en el medio ambiente como en la salud humana.
Dicho problema, día a día se incrementa por diferentes causas: utilización de
materias primas inadecuadas, operación de industrias con tecnología obsoleta y
por el impacto social y económico que tiene dichas industrias en la zona.
Debido a la problemática de calidad del aire que se vive en el valle de Sogamoso,
es importante la implementación y el desarrollo de nuevas herramientas para
mejorar la gestión de la autoridad ambiental, además es necesario identificar las
fuentes de generación, las condiciones por las cuales se está generando la
problemática y la forma específica de involucrar los diferentes actores para mitigar
el efecto generado.
Una herramienta útil para la gestión ambiental del Valle de Sogamoso es la
utilización de modelos de dispersión. Los modelos de dispersión atmosférica son
herramientas que permiten obtener estimaciones de la concentración de cierto
contaminante en el ambiente, incorporando gran cantidad de fórmulas
matemáticas, basadas en fundamentos teóricos acerca del comportamiento de los
contaminantes, y su interacción con el ambiente.
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4. JUSTIFICACIÓN
Para controlar y reducir la contaminación del aire en el Valle de Sogamoso, es
de gran importancia implementar herramientas útiles e innovadoras para la
planificación y gestión de los entes involucrados: alcaldías municipales,
autoridades ambientales y sector industrial.
Dichas herramientas permiten determinar soluciones viables para la reducción de
emisiones de contaminantes, que vienen implícitas en las estrategias para el
mejoramiento de la calidad del aire, todo con el fin de mejorar la calidad de vida de
la comunidad afectada en una zona determinada.
La implementación de un modelo de dispersión, como herramienta de planificación
permite, entre otras cosas, estimar el comportamiento presente y futuro de los
contaminantes en un área perjudicada, como es el caso del Valle de Sogamoso,
que presenta una problemática complicada, y en el cual la contribución de los
resultados arrojados por el presente trabajo, proporciona una base técnica para la
toma de decisiones de los actores involucrados.
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5. OBJETIVOS
5.1 OBJETIVO GENERAL
Evaluar la calidad del aire del valle de Sogamoso, respecto a material particulado
menor a 10 micras (MP10), aplicando el modelo de dispersión AERMOD como
herramienta de planificación.
5.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
- Establecer la calidad de los resultados arrojados por el modelo AERMODmediante mediciones directas de material particulado menor a 10 micras
(MP10), tomadas por la RMCA (Red de Monitoreo de la Calidad del Aire) de
Sogamoso.
- Verificar el cumplimiento de la normatividad para calidad del aire que aplica en
el sector (Resolución 601 de 2006) mediante el modelo de dispersión
AERMOD
- Determinar las áreas críticas de calidad del aire en el Valle de Sogamoso,
respecto a material particulado menor a 10 micras (MP10), mediante la
simulación de escenarios que permitan utilizar el modelo AERMOD como
herramienta para la gestión de la autoridad ambiental y para la planificación de
las alcaldías municipales.
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6. MARCO DE REFERENCIA
6.1 MARCO DE ANTECEDENTES
En Colombia se han realizado varios estudios respecto a la calidad del aire en el
Valle de Sogamoso, entre ellos está el proyecto de grado Bases para la
investigación de la contaminación atmosférica en el Valle de Sogamoso: el caso
del material particulado generado en la fabricación artesanal de ladrillo y cal,
desarrollado en la Universidad de los Andes junto con el École Polythecnique
Federale de Lausanne, en el año 2001.
En el año 2007, la Corporación Autónoma Regional de Boyacá
(CORPOBOYACÁ), contrató con la empresa Compañía De Consultoría Ambiental
Ltda el estudio Diagnóstico e inventario de fuentes de emisión (puntuales, de área,volumen y móviles), corrida de modelo de simulación y definición de áreas fuente
en el Valle de Sogamoso .
En dicho estudio se realizó, en primer lugar, el diagnóstico, inventario y
cuantificación de emisiones para los sectores artesanal, PYMES y grandes
industrias; después se realizó la simulación de fuentes móviles con el modeloMOBILE 6.2 y finalmente la modelación de calidad del aire de cuatro escenarios
con el modelo ISCLT.
Por tal motivo se identifica que la utilización de este modelo es reciente, y es así
como se evidencia la importancia de realizar proyectos de tesis como este, que
buscan innovación en las investigaciones, implementando nuevos conceptos
respecto a la simulación de escenarios por medio del modelo AERMOD para
identificar los impactos ambientales en la calidad del aire generados por lasdiferentes industrias ubicadas en el Valle de Sogamoso.
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6.2 MARCO LEGAL
La normatividad colombiana vigente que se ha emitido en materia de la calidad del
recurso aire es amplia, por lo cual, a continuación se muestran las principalesnormas que tienen relación con la problemática objeto de estudio.
Tabla 1 Marco Legal
NORMA DESCRIPCIÓN
Decreto 02 de 1982(MINSALUD)
Por el cual se reglamentan parcialmente el título I de la Ley 09 de1979 y el Decreto Ley 2811 de 1974, en cuanto a emisionesatmosféricas. En el Capítulo IV se habla de las normas especiales deemisión de partículas para algunas fuentes fijas artificiales (calderas a
base de carbón, fábricas de cemento, industrias metalúrgicas, plantasproductoras de asfalto y mezclas asfálticas, entre otras.)
Decreto 948 de 1995
Contiene el Reglamento de Protección y Control de la Calidad delAire, de alcance general y aplicable en todo el territorio nacional,mediante el cual se establecen las normas y principios generales parala protección atmosférica, los mecanismos de prevención, control yatención de episodios por contaminación del aire generada porfuentes contaminantes fijas y móviles.
Resolución 601 del2006
Por la cual se establece la Norma de Calidad del Aire o Nivel deInmisión, para todo el territorio nacional en condiciones de referencia.
Resolución 909 del2008
Por la cual se establecen las normas y estándares de emisiónadmisibles de contaminantes a la atmósfera por fuentes fijas y sedictan otras disposiciones.Esta resolución establece estándares de emisión admisibles decontaminantes al aire para fuentes fijas por actividades industriales,equipos de combustión externa con calentamiento directo e indirecto,instalaciones de combustión con capacidad instalada superior a 20MW, y emisiones molestas en establecimientos comerciales y deservicios.
Resolución 910 del2008
Por la cual se reglamentan los niveles permisibles de emisión de
contaminantes que deberán cumplir las fuentes móviles terrestres, sereglamenta el artículo 91 del Decreto 948 de 1995 y se adoptan otrasdisposiciones.
Fuente. Los autores, 2009.
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6.3 MARCO TEÓRICO
6.3.1 MATERIAL PARTICULADO MENOR A 10 MICRAS (MP10)
El MP10, se puede dividir en partículas filtrables y partículas condensables. Las
primeras incluyen material de tamaño menor al establecido y que se colecta en el
filtro del tren de muestreo de partículas. Los procesos que operan a temperaturas
superiores a la ambiente son para partículas filtrables, de acuerdo con la definición
del Método 5 de la EPA o su equivalente (temperatura de filtro de 121°C [250°F]).
Las porciones condensables de las partículas consisten de vapores a la
temperatura del filtro que se colectan en los burbujeadores del tren de muestreo yse analizan por el Método 202 de la EPA o su equivalente. (INE, 2005)
Normalmente, la distribución del tamaño de las partículas sigue una distribución
bimodal. Las partículas finas se producen principalmente por la combustión o por
condiciones super-saturadas, mientras que las partículas gruesas proceden
principalmente de fuentes naturales como el polvo que se levanta por efectos del
viento. (THAI, 2006) En la figura 1 se puede apreciar dicha distribución.
Figura 1 Distribución del tamaño de partículas en el material particulado.
Fuente. THAI, 2006.
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6.3.2 MODELACIÓN DE LA DISPERSIÓN ATMOSFÉRICA
Desde el punto de vista de la dispersión de contaminantes, la modelación se utiliza
para saber, entre otras cosas, cómo cambia en el tiempo y el espacio laconcentración de una sustancia habitualmente identificada como un contaminante
criterio, a objeto de predecir y analizar la calidad del aire y de esta forma colaborar
en las decisiones políticas y de planificación respecto a la gestión, mediante el
desarrollo de planes, programas, proyectos y normatividad. (BUSTOS, 2004)
Figura 2 Representación esquemática de un modelo de dispersión.
Fuente. Adaptado de TORRES, 2000.
La modelación de dispersión atmosférica tiene diversas aplicaciones como
facilitar el análisis del impacto en la calidad del aire por los contaminantesatmosféricos y el cálculo de los límites de emisión que se requieren para satisfacer
los estándares de calidad ambiental del aire. (ARZATE, 2004)
Por otra parte, entre las ventajas, la más importante es el costo y el tiempo de
preparación de variables de entrada de datos, ejecución y análisis de resultados
de un modelo con respecto al de mediciones directas en el sitio del estudio.
La principal desventaja es que modelar matemáticamente un fenómeno complejo
como la dispersión de contaminantes atmosféricos es inexacto, por lo cual se hace
necesario ajustar las variables matemáticas fundamentales a la realidad.
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6.3.2.1 MODELO DE DISPERSIÓN AERMOD
6.3.2.1.1 Breve historia del modelo
A partir de 1991 se forma el comité AERMIC (AMS/EPA-American MeteorologicalSociety/Environmental Protection Agency Regulatory Model Improvement Committee )
para el estudio y parametrización de la capa límite planetaria1 (Planetary Boundary
Layer-PBL) y su introducción a los modelos de calidad de aire regulatorios para
escala local. Su objetivo fue desarrollar el reemplazo adecuado para el ISCST3
adoptando la arquitectura INPUT/OUTPUT de este y actualizando los algoritmos.
Es así como el AERMOD fue propuesto como reemplazo del ISCST3 en Abril del
2000 y fue promulgado modelo regulatorio de la EPA en Noviembre 9 de 2005,
después de 14 años de rigurosos estudios.
6.3.2.1.2 Limitaciones del AERMOD
• Es un modelo de estado de equilibrio con pluma de línea recta, por lo cual
asume una atmósfera uniforme a lo largo del dominio por cada hora y las
evaluaciones de impacto son limitadas a campo próximo.
• Aplica para descargas continuas. Puede no aplicar para casos de
emergencia.
• No se ocupa de múltiples transformaciones fotoquímica de contaminantes
(por ejemplo, el ozono troposférico) (BRODE, 2006)
• Maneja un límite de máximo 500 fuentes de emisión incluyendo puntuales,
área, lineales y de volumen.
• Requiere para su procesamiento la introducción de datos horarios completos
de mínimo un año meteorológico.
1 La PBL (Capa límite planetaria) es una sección de la atmósfera más cercana a la superficie terrestre (generalmente aaltitudes cercanas a 500-1.000 m) donde la fricción influye en el viento (también se le denomina capa límite atmosférica).
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6.3.3 REDES DE MONITOREO DE CALIDAD DEL AIRE
Las Redes de Monitoreo de la Calidad del Aire (RMCA), están constituidas por
sensores manuales, semiautomáticos o automáticos, que permiten medir laconcentración de los diferentes contaminantes en el aire y son la base para
evaluar los niveles de contaminación del aire, con el fin de obtener información
apropiada y confiable que permita tomar decisiones a las diferentes autoridades
ambientales, que orientan su gestión a mejorar la calidad de vida de la población.
CORPOBOYACÁ opera una red de calidad del aire en el Valle de Sogamoso
instalada en el año 2001. La red está conformada por tres estaciones distribuidas
en el Valle, las cuales miden concentraciones de MP10, O3, CO y SO2.
Tabla 2 Estaciones de monitoreo de la RMCA del Valle de SogamosoPARÁMETRO EL RECREO NAZARETH CLUB BAVARIA
MP10 (automático) XMP10 (Hi-vol) X X
SO2 (automático) X X XO3 (automático) X XCO (automático) X X
Fuente. K2 INGENIERIA, 2007.
Figura 4 Ubicación de la estaciones de la RMCA de Sogamoso
Fuente. Adaptado de Google Earth
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6.4 MARCO DESCRIPTIVO
6.4.1 MARCO GEOGRÁFICO
El Valle de Sogamoso está localizado en Colombia, Sur América, específicamente
en el departamento de Boyacá sobre la cordillera oriental de los Andes.
Comprende el corredor del Alto Chicamocha y dentro de éste se destacan centros
urbanos como Nobsa, Tibasosa, y Sogamoso. El Valle está localizado a 2569
m.s.n.m y comprende dos pisos térmicos. Su extensión de 73 km de longitud y 8
km de ancho se encuentra rodeada por montañas que alcanzan los 3600 m.s.n.m.
Figura 5 Topografía del Valle de Sogamoso
Fuente. CORPOBOYACA y Alcaldía de Sogamoso, 2004.
El Valle de Sogamoso se localiza en la cordillera oriental, la principal estructura es
el Anticlinal del Chicamocha. El valle ocupa una posición privilegiada desde el
punto de vista fisiográfico ecológico pues su territorio hace parte de dos grandes
cuencas hidrográficas, el Magdalena y el Orinoco.
El recurso hídrico tiene niveles adecuados pero la escasa cobertura vegetal nativaexistente que regula el flujo hídrico no alcanza a soportar esta función, por lo que
se encuentran en algunos sectores rurales, altos déficits de este recurso tanto
para riego como para consumo humano. (ALCALDÍA SOGAMOSO, 2000)
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6.4.2 BIÓTICO
La vegetación nativa ha sido transformada casi en su totalidad debido a que
predominan el minifundio y la sobreexplotación de las tierras para ganadería,agricultura y minería. Sin embargo, quedan algunos relictos de bosque secundario
andino, así como humedales alto andinos y páramos que protegen las
microcuencas que confluyen a las cuencas de los ríos Chicamocha, Cusiana, etc.
La fauna es específica de la zona andina y áreas de páramo, en un escenario
único de corredor y de relaciones planta - animal que sostiene una alta diversidad
de especies de familias de fauna con interrelaciones ecológica muy importantes.
(ALCALDÍA SOGAMOSO, 2000)
6.4.3 CLIMÁTICO
En la zona de estudio se encuentran dos estaciones meteorológicas manuales y
una estación automática, operadas por el IDEAM. Las estaciones manuales
corresponden a la estación de Belencito y a la estación del Aeropuerto, que
operan desde el año 1969 y 1982, respectivamente. La estación automática es la
estación de la RMCA de El Recreo, la cual opera desde el año 2001.
Tabla 3 Promedios mensuales multianuales de las estaciones Belencito y Aeropuerto2
MESEST. BELENCITO EST. AEROPUERTO
P (mm) T (°C) HR (%) BS (hs) P (mm) T (°C) HR (%) BS (hs)ENERO 28,9 15,3 70 198,4 17,8 13,9 72 230,2
FEBRERO 39,9 15,6 69 155,7 32 14,2 73 181,4MARZO 73 15,8 72 151,3 62,7 14,6 74 173,7ABRIL 103,6 15,6 75 104,7 97,8 14,8 77 132,2MAYO 95,8 15,3 76 112,7 89,1 14,7 78 124,7JUNIO 55,1 14,9 75 124,8 51,5 14,2 77 134,6JULIO 47,1 14,4 73 146,1 47 13,7 77 148,6
AGOSTO 39,8 14,6 73 137,8 41,9 13,7 77 143,5SEPTIEMBRE 64,1 14,7 74 122,7 66,3 13,8 77 136,1
OCTUBRE 104,8 15 76 117,3 97,4 14,1 77 142,3NOVIEMBRE 87,8 15,3 76 135,1 80,2 14,4 77 165,3DICIEMBRE 39,9 15,1 72 176,2 27,2 14 75 202,5
Fuente. Adaptado del IDEAM
2 Donde P es precipitación, T es temperatura, HR es humedad relativa y BS es brillo solar.
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En las gráficas 1 y 2, se puede analizar que aunque se encuentran ubicadas en
diferentes zonas del Valle de Sogamoso (la del Aeropuerto está ubicada en
Sogamoso y la de Belencito en Nobsa), los principales parámetros meteorológicos
siguen el mismo comportamiento y los mismos rangos, a excepción del brillo solarque, aunque sigue el mismo comportamiento, es mayor en la estación del
Aeropuerto.
Gráfica 1 Promedios mensuales multianuales de la estación Aeropuerto
. .
Gráfica 2 Promedios mensuales multianuales de la estación Belencito
. .
Por otra parte, en cuanto a las características del viento, se destacan velocidadesbajas que no favorecen la dispersión de contaminantes y vientos que provienen,
principalmente, del NEE y SEE debido a la influencia de los vientos alisios y la
topografía de la zona, tal como se puede observar en la rosa de los vientos de la
estación El Recreo, para el periodo Junio del 2008 a Junio del 2009.
13
13.5
14
14.5
15
0
50
100
150
200
250
( C )
( )
B
( )
B
13.5
14
14.5
15
15.5
16
0
40
0
120
160
200
( C ) ( )
B ( )
B
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30
Gráfica 3 Rosa de vientos de la estación El Recreo
Fuente. Adaptado de IDEAM.
Con la gráfica 4, se evidencia que los mayores valores de velocidades del viento
se encuentran entre las 11 de la mañana y las 5 de la tarde, lo que indica que las
horas críticas donde los contaminantes no se dispersan están en las horas de la
noche y de la mañana.
Gráfica 4 Comportamiento diario de la velocidad del viento
Fuente. Adaptado de IDEAM.
En el Anexo A se muestra en forma más detallada el análisis climático de la zona
de estudio.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
1 3 5 7 11 13 15 17 1 21 23
( / )
-
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6.4.4 SOCIAL
6.4.4.1 Demog
En el contexto econóde la siderúrgica Ac
rápido auge demográ
de Sogamoso.
Tal crecimiento pobl
entre los años 1964
municipio de Sogamo
el municipio de Tibsa
MUNICIPIOSogamoso
NobsaTibasosaTOTAL
Fuente. Adaptado
Fuente. A
Es importante meprácticamente ya se
han construido sobre
la vía que comunic
(ALCALDÍA NOBSA,
31
afía
mico de la región, se desarrolló la constrrías Paz del Río, motivo por el cual sur
ico y poblacional en los municipios que ha
cional se evidencia en los censos realiz
2005, en los cuales se nota un aumento
so, del 38.5% para el municipio de Nobsa
osa; como se muestra a continuación.Tabla 4 Censos poblacionales
1964 1973 1985 199351.639 70.983 86.905 125.2029.194 8.074 12.109 11.2686.254 7.336 8.340 9.5059.194 79.057 99.014 136.470
del DANE
Gráfica 5 Crecimiento poblacional
aptado del DANE
cionar, que los municipios de Sogaencuentran unidos por gran cantidad de
la vía que de Sogamoso conduce a Belen
con Corrales a la empresa de Ceme
006)
cción y operaciónieron sectores de
en parte del Valle
dos por el DANE
del 54.9% para el
y de 50.45% para
2005114.50914.94612.626
129.455
moso y Nobsa,viviendas que se
ito, y también por
tos Paz del Río.
-
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6.4.4.2 Condiciones de vida
Para formular soluciones a problemas fundamentales dentro de una comunidad,
es indispensable conocer la calidad de vida de las comunidades humanas
establecidas en un territorio determinado.
Es por esto, que es igualmente importante establecer el índice de Necesidades
Básicas Insatisfechas (NBI) que posee la zona de estudio, lo cual implica a las
variables o factores que de alguna manera influyen en el bienestar de las
personas. Dichos factores son los siguientes: hogares en viviendas inadecuadas,
hogares en viviendas sin servicios básicos, hogares con hacinamiento crítico,
hogares con alta dependencia económica y hogares con ausentismo escolar.
Para el Municipio de Nobsa se estableció una tasa del 14.4%, lo que indica que
1.717 personas no cubren sus NBI. Aunque es un alto nivel se encuentra muy por
debajo del promedio departamental el cual es del 39%. (ALCALDÍA NOBSA, 2001)
Sogamoso, por su parte, ha venido observando una notoria mejoría en las
condiciones de vida, en vista de que el índice de NBI pasó de 59,3% a 20,7% en
tan sólo 20 años. Con estos valores Sogamoso resulta ser uno de los municipios
con mejores condiciones de vida de Boyacá, que en su conjunto presenta un
porcentaje mucho mayor de NBI. (ALCALDÍA SOGAMOSO, 2000)
6.4.5 ECONÓMICO
El sector de la gran industria enfrenta una situación crítica, la industria siderúrgica
presenta baja competitividad a nivel nacional e internacional, generando altos
costos laborales que afectan los niveles de empleo y remuneración.
En cuanto a la pequeña y mediana industria, se encuentran principalmente
industrias artesanales alfareras y caleras. Las primeras ubicadas al norte y noreste
de la ciudad de Sogamoso y las segundas en los municipios de Nobsa y Tibasosa.
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Acorde con la Encuesta Anual Manufacturera3 (EAM) (Ver Anexo B), la industria
cementera, al igual que la siderúrgica, tuvo un bajón en su producción en los años
2004 y 2005, ya que están relacionadas entre sí al proveer al sector de la
construcción. Se presume que la producción ha tendido a la alza a partir del 2006,por el buen momento que atraviesa dicho sector.
A continuación se muestran las gráficas de producción adaptadas de la EAM para
el departamento de Boyacá.
Gráfica 6 Producción en la industria siderúrgica
Fuente. Adaptado de la Encuesta Anual Manufacturera (EAM), DANE
Gráfica 7 Producción en la industria cementera
Fuente. Adaptado de la Encuesta Anual Manufacturera (EAM), DANE
3 La Encuesta Anual Manufacturera tiene como objetivo obtener la información básica del sector fabril, que permita conocersu estructura, evolución y desarrollo.
0
50000
100000
150000
200000
250000
2002 2003 2004 2005 2006
( )
B
A
A
0
200000
400000
600000
800000
1000000
1200000
1400000
1600000
2002 2003 2004 2005 2006
( )
C
C
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Para el óptimo desarr
una secuencia quetemática planteada
esquema se resume l
Fig
Fuente. Los autor
A continuación se ex
la investigación.
ETAPA 1: REVISIÓN
Corresponde a la
realizados anteriormeaplicación del modelo
que puedan ser de ut
largo de toda la inves
se fueron presentand
34
7. DISEÑO METODOLÓGICO
ollo del proyecto, se pretende seguir una s
e debe seguir obligatoriamente para ascumplir con los objetivos propuestos.
a metodología propuesta.
ra 6 Esquema general del diseño metodológico
s, 2009
lica más detalladamente la metodología p
BIBLIOGRÁFICA
tapa de compilación de fuentes biblio
nte sobre la temática abordada por la pres, restricciones, información de entrada y d
ilidad en el desarrollo del proyecto. Esta et
tigación en forma continua, acorde con la
.
rie de etapas con
í abordar toda laEn el siguiente
ara cada etapa de
ráficas; estudios
nte investigación,más herramientas
apa se realizó a lo
necesidades que
-
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35
ETAPA 2: OBTENCIÓN DE INFORMACIÓN
La información fue suministrada por bibliotecas de instituciones educativas, entes
gubernamentales (DANE, CORPOBOYACA y Alcaldías municipales) e institutos
científicos como el Instituto Geográfico Agustín Codazzi (IGAC), el Instituto deMeteorología y Estudios Ambientales (IDEAM), entre otros.
Es importante aclarar que la fuente de información secundaria es aquella que
presenta información que ya fue elaborada, mientras que la fuente primaria es
aquella que el investigador recoge directamente. Dicha información se encuentra
consolidada en la tabla 5.
Tabla 5 Información primaria y secundariaINFORMACIÓN SECUNDARIA ENTIDADCartografía digital de la zona estudio CORPOBOYACÁ, IGACModelo Digital de Terreno de Boyacá CORPOBOYACÁ, IGAC
POT Sogamoso, PBOT Nobsa y EOT Tibasosa CORPOBOYACÁMeteorología horaria estación El Recreo IDEAM
Meteorología multianual estación Belencito IDEAMEstadísticas de enfermedades de Sogamoso y Nobsa Alcaldía de Sogamoso, CORPOBOYACA
Información del RMCA de Sogamoso Alcaldía de Sogamoso, CORPOBOYACAInventario de emisiones del 2006 CCA, CORPOBOYACA
Informes y conceptos técnicos Expedientes de CORPOBOYACAInformación de industria pesada Expedientes de CORPOBOYACA
Conteo de fuentes móviles Alcaldía de Sogamoso, CORPOBOYACA
Parque automotor municipios de Sogamoso y Nobsa Ministerio de TransporteGeorreferenciación e información de minas y
chircalesAlcaldía de Sogamoso
Georreferenciación de caleras CORPOBOYACAEncuesta Anual Manufacturera para Boyacá DANE
Censos de población DANECaracterísticas del carbón UPMECaracterísticas del coque CORPOBOYACA
INFORMACIÓN PRIMARIA ENTIDAD
Concentración de fondo Calculada con datos de tesis de laUniversidad de Boyacá
Fracción MP10/PSTCalculada con datos de tesis de la
Universidad de Boyacá
Georreferenciación de PYMES Calculada con ayuda de la Alcaldía deSogamosoEmisión de caleras, minas y PYMES Calculadas con el AP42, EPA
Emisión de chircalesCalculadas con datos de tesis de la
Universidad de los AndesFuente. Los autores, 2009
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ETAPA 3: RECONO
Se realizó un recono
debido registro foto
importante el contacdirecta con la poblaci
Adicionalmente se ob
deterioro presentado
ETAPA 4: INVENTA
En esta etapa se
CORPOBOYACÁ en
para minimizar la in
dispersión.
En esta actualización
protocolo para invent
aprobado es una herr
La metodología para
realizó teniendo com
Inventario de Emision
F
36
IMIENTO DE LA ZONA DE ESTUDIO
imiento de la zona de estudio en toda su
gráfico de las observaciones realizad
to con la comunidad, para establecern afectada, en los límites de lo posible.
servó el estado ambiental de la zona de es
specíficamente por la contaminación atmo
IO DE EMISIONES
actualizó el inventario de emision
el año 2006, con el fin de tener informació
ertidumbre de los resultados arrojados
se tuvieron en cuenta algunas indicacione
rio de emisiones del MAVDT, que a pesar
amienta útil para el desarrollo de esta etap
la adquisición de la información requerida
base el Manual de Bases Técnicas par
es del MAVDT.
Figura 7 Desarrollo inventario de emisiones
ente. Adaptado de MAVDT.2008
proporción, con el
s. También fue
na comunicación
udio y el grado de
sférica.
s realizado por
confiable y veraz
or el modelo de
s planteadas en el
de que no ha sido
.
en esta etapa se
a El Programa de
-
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La información necesaria se recopiló con referencia a lo estipulado en el Manual
de Inventario de Fuentes Según Propósito del MAVDT, donde se especifica los
datos que deben obtenerse en el Inventario de Emisiones para la Modelación de la
Calidad del Aire, principalmente las variables necesarias para el modelo dedispersión; entre ellas están: ubicación geográfica, altitud, emisión de
contaminantes, altura de las chimeneas, diámetro de las chimeneas, y
temperatura y velocidad de salida de los gases en chimenea.
ETAPA 5: EJECUCIÓN Y VALIDACIÓN DEL MODELO DE DISPERSIÓN 4
Esta etapa es la base de la investigación, ya que gracias a la complejidad del
modelo y la precisión de los datos de entrada, se obtiene la dispersión del
contaminante en cierto grado de confiabilidad, aportando precisión y exactitud a
los productos esperados en esta investigación. Por otra parte, es clave en el
trabajo investigativo confrontar los datos obtenidos de la RMCA de Sogamoso, con
los entregados por la ejecución del modelo de dispersión AERMOD. Para esto se
realizó la validación utilizando el método del error cuadrático medio, con los datos
promedios anuales.
ETAPA 6: SIMULACIÓN DE ESCENARIOS
La simulación de escenarios consiste en representar dos situaciones que pueden
presentarse en la zona de estudio según las necesidades de la entidad ambiental.
El primer escenario es el cumplimiento de la normatividad en cuanto al consumo
de combustible de caleras y chircales. El segundo escenario es la implementación
de un sistema de control dentro del proceso de acería oxígeno en ACPR.
Esta etapa se desarrolla con el fin de usar el modelo de dispersión AERMOD
como herramienta de soporte para la gestión de la autoridad ambiental, y para la
planificación sobre usos del suelo por parte de las alcaldías municipales de la
zona de estudio.
4 El modelo de dispersión a utilizar es la versión comercial del AERMOD, elaborada por la empresa Lakes Environmental.
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8. DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN
7.1 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
La revisión bibliográfica es, como etapa inicial, de gran importancia para el
correcto desarrollo del proyecto ya que permite establecer, entre otras cosas, el
estado del arte en la temática abordada del estudio a nivel nacional e
internacional.
Es importante aclarar que esta etapa se desarrolla de forma continua a lo largo del
proyecto según las necesidades investigativas que se vayan presentando.
En el anexo C, se muestra algunos de los principales estudios revisados.
7.2 OBTENCIÓN DE INFORMACIÓN
Para esta investigación se contó con el apoyo principal de la Corporación
Autónoma Regional de Boyacá (CORPOBOYACA), en donde se revisaron los
expedientes de las industrias ubicadas en el Valle de Sogamoso. Tanto los
expedientes como los estudios de emisiones fueron revisados ya que allí seencuentra información de gran valor como características de producción,
combustibles, materias primas y monitoreos isocinéticos realizados por las
industrias principales, y estos son los datos de entrada requeridos por el modelo.
Por otra parte, en Corpoboyacá, el Ingeniero Mauricio Rojas facilitó información
importante para el desarrollo de la investigación, tales como proyectos similares
realizados en la zona, tesis de grado, entre otros, y la oficina de planeación otorgó
información de los POT de los municipios del Valle de Sogamoso, con su
respectiva cartografía y demás información relacionada con mapas temáticos e
imágenes satelitales.
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39
La Alcaldía del Municipio de Sogamoso suministró toda la información referente a
centros de acopio y chircales, además de facilitar las visitas de campo con
compañía de dos funcionarias encargadas del manejo de este tipo de industrias, y
de las empresas ubicadas en el corredor industrial, esto con el fin de tener elregistro fotográfico y los datos faltantes para la entrada del Modelo como las
coordenadas, para las cuales se utilizó un GPSmap 76CS marca GARMIN
propiedad de la Alcaldía. La información recopilada se encuentra en los Anexo D.
7.3 RECONOCIMIENTO DE LA ZONA DE ESTUDIO
7.3.1 SITUACIÓN AMBIENTAL
La acción antrópica ha sido bastante fuerte en el Valle de Sogamoso, debido a los
asentamientos urbanos e industrial de las grandes y medianas empresas y en
menor escala la explotación de minerales, los cuales generan problemas de
contaminación atmosférica, contaminación visual, contaminación hídrica y
paisajística.
La vegetación primaria ha desaparecido en su gran mayoría siendo reemplazada
en muchos casos por cultivos en los suelos con pendientes fuertes, lo que puede
causar pérdida del potencial del suelo por erosión de afectarse el ciclo
hidrológico.
La mayoría de las quebradas menores se encuentran secas. El río Chicamocha
ya perdió toda su fauna por la contaminación que se arroja en éste desde su
nacimiento en Tunja, recibiendo las agua negras de la mayoría de municipios por
los cuales atraviesa, Tunja, Oicatá, Tuta, Sotaquirá, Paipa, Duitama, Nobsa y
Sogamoso.
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40
Figura 8 Registro fotográfico de la situación ambiental
Fuente. Los autores, 2009.
7.3.1.1 Contaminación atmosférica en el valle de Sogamoso
Reseñas históricas dan a conocer las primeras señales de contaminación
atmosférica desde 1850, cuando el carbón sustituye el empleo de la leña y el
humo causa grandes molestias a la población. Luego hacia 1950, con la
instalación de complejos industriales metalúrgicos y cementeros, el surgimiento de
pequeñas industrias metalúrgicas y la creciente explotación de carbón, caliza y
arcilla, que no obedecen a ninguna política de planeación, los problemas
ambientales y en especial, los referidos al deterioro de la calidad del aire se hacen
evidentes. (RODRIGUEZ Y ROJAS, 2003)
Las concentraciones anuales de material particulado MP10, medidas en la
estación El recreo de la Red de Monitoreo de la Calidad del Aire (RMCA) de
Sogamoso, muestran una tendencia decreciente, mostrando en el 2004 una
concentración de 67,10 µg/m3, en el 2006 de 55,61 µg/m3 y de 53.5 µg/m3 para el
año 2007. Sin embargo, las condiciones meteorológicas del Valle (muy estables) y
su topografía de montaña-valle facilitan la aparición de fenómenos esporádicos de
inversión térmica que exponen a la población a niveles de contaminación alto.
(SECRETARIA DE DESARROLLO Y MEDIO AMBIENTE DE SOGAMOSO, 2009)
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41
7.3.2 AFECTACIÓN A LA SALUD
En el anexo E, se muestra el resumen de morbilidad y mortalidad en los
municipios de Sogamoso y Nobsa, que a continuación se explica brevemente.
7.3.2.1 Morbilidad y mortalidad en Sogamoso
La información sobre morbilidad para el municipio de Sogamoso se obtuvo del
reporte de las Instituciones Prestadoras de Servicios de Salud - IPS del municipio,
del consolidado del Sistema Básico de Información en Salud - SBIS que registra
enfermedades transmisibles y de notificación obligatoria.
De esta manera se establecen las principales causas de enfermedad en el
municipio de Sogamoso, de acuerdo con la frecuencia con que se han presentado.
Es de notar que las principales causas de morbilidad para el municipio en el 2005,
se deben principalmente a Infección Respiratoria Aguda (39,2%), Hipertensión
arterial (29,6%) y Enfermedad Diarreica Aguda y Poliparasitismo Intestinal
(12,3%), para un total de 55627 casos
La principales causa de mortalidad para el municipio de Sogamoso, en el mismo
año, se debe a otras causas (56,1%) y, además, se destaca la mortalidad porEnfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (8,8%) e Hipertensión Arterial (7,7%),
para un total de 478 casos.
7.3.2.2 Morbilidad y mortalidad en Nobsa
En cuanto a la morbilidad, la enfermedad más frecuente es la patología de tipo
respiratoria (34%), siendo la población femenina la más afectada, seguida por la
patología gastrointestinal y genitourinaria (20% cada una), para un total de 4859
casos.
Las principales causas de mortalidad para el municipio de Nobsa se deben a
enfermedades por Hipertensión Arterial (50,3%) y Enfermedad Pulmonar
Obstructiva Crónica (17,6%), para un total de 153 casos.
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42
7.3.3 DESCRIPCIÓN DE COMBUSTIBLES DE MAYOR USO.
En el sector industrial del Valle de Sogamoso se utilizan diversidad de
combustibles, principalmente carbón, coque, fuel oil y en pocos casos electricidad.La industria artesanal (chircales y caleras) usa carbón y coque metalúrgico en
diferentes proporciones; mientras que entre las PYMES se encuentra diversidad
de uso de combustibles, desde sólidos hasta líquidos. Por otra parte, en la
industria pesada hay mayor uso de combustibles limpios como coque, fuel oil y
electricidad.
En el anexo F, se muestra una breve descripción de los principales combustibles
de uso en los hornos ubicados dentro de la zona de estudio.
7.3.4 DESCRIPCIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES
El Valle de Sogamoso es extremadamente rico en minerales, por tal motivo
muchas industrias se ubican cerca para facilitar y disminuir costos en transporte y
explotación de las materias primas. Por ejemplo los chircales utilizan arcilla como
materia prima, las cementeras usan caliza y arcilla, las siderúrgicas, hierro y caliza
además como combustible utilizan carbón y coque, todos estos materiales seencuentran en gran cantidad en la misma zona.
Para la investigación se dividieron las industrias en tres grupos Industria Pesada,
Industrias Artesanales y Pymes. En la gráfica 8 se puede observar la distribución
del número de empresas por sector, teniendo un total de 795 empresas.
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Gr
Fuente. Anexo K. C
La descripción deta
artesanal y PYMES, s
7.3.4.1 Industr
La industria pesada
empresas de cement
Holcim y Argos, lasNacional (Sidenal), a
Hornos Nacionales
grandes procesos e i
más aportan contami
En la gráfica 9, se p
cantidad de empresa
cementeras, cada un
1%
43
fica 8 Cantidad empresas por sector industrial
nsolidado del inventario de emisiones de fuentes fi jas. A2009.
llada de las actividades dentro de la
e encuentra en el anexo G.
ia pesada
del Valle de Sogamoso se encuentra
o en las cuales se destacan las más im
siderúrgicas Acerías Paz del Río (ACemás se encuentran ubicadas la industria
(Hornasa). Todas estas empresas se
nstalaciones, a demás porque algunas de
ación al valle de Sogamoso.
uede observar que las actividades en l
s dentro del sector industria pesada son l
con un 33 %, para un total de 6 empresas
2%
7%
I
I
daptado por los autores,
industria pesada,
conformada por
ortantes del país
R) y Siderúrgicamilitar (Indumil) y
estacan por sus
ellas son las que
s que hay mayor
as metalúrgicas y
.
-
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Gráfi
Fuente. Anexo K. C2009.
7.3.4.2 Industr
Es evidente que la i
Sogamoso, ya que
emisión. Tanto los
principalmente en So
de chircales es super
artesanal del Valle deen la gráfica 10.
Fuente. Anexo K. C
30%
17%
17
44
ca 9 Actividades Productivas en Industria Pesad
nsolidado del inventario de emisiones de fuentes fijas A
ia artesanal
dustria artesanal ocupa un lugar importa
entre caleras, minas y chircales existe
chircales como las minas se enc
gamoso y las caleras en Nobsa. Es notab
ior a la de caleras y minas, ocupando el 5
Sogamoso, la distribución de este sector
Gráfica 10 Distribución Industria Artesanal
onsolidado del inventario de emisiones de fuentes fi jas A2009
1%
51%
C
C
33%
33%
%
C
A
a
aptado por los autores,
te en el Valle de
734 fuentes de
entran ubicados
le que la cantidad
1% de la Industria
e puede observar
aptado por los autores,
-
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7.3.4.2.1 Chircal
La industria de fabri
chircales), se encuen
como: Pantanitos Baj
El Diamante, Ombac
distribución de la indu
Gráfica 11
Fuente. Anexo K. Consolid
7.3.4.2.2 Caleras
Dentro del sector ar
llamadas caleras) g
Dichos hornos se
exactamente en lasbajo.
En la gráfica 12 se
ubicadas en las vere
dentro de un total de
1%
3%
5%
16%
45
s
cación de ladrillo a nivel artesanal (co
ra distribuida en varias veredas del munic
y Alto (juntos suman el 44% de unidades
ita, Buenavista, entre otras. En la gráfica
stria en cada una de las veredas.
Distribución de chircales en las veredas de Sog
ado del inventario de emisiones de fuentes fijas Adaptad
tesanal, los hornos de cocción de piedr
neran gran impacto ambiental en el Val
encuentran ubicados en el municipio
eredas Ucuacá, Minas, La Capilla, La B
observa que la mayor parte de las caler
as La Capilla y Ucuacá en un 48% y 40%
38 unidades.
22%
22%
11%
3%
B
D
únmente llamada
ipio de Sogamoso
), Malvinas, Batta,
11 se muestra la
amoso
por los autores, 2009
a caliza (también
le de Sogamoso.
de Nobsa, más
mba y Guaquado
as se encuentran
, respectivamente,
B
A
B
-
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Gráfic
Fuente. Anexo K. Consolida
7.3.4.2.3 Minas
En el Valle de Sog
tradicional, con muy
de mayor explotació
arena, para la produc
para los procesos dmenores volúmenes
tienen entre el sector
Dichas minas se en
siguiente forma: 41
restante en Pantanito
4%
46
12 Distribución de caleras por veredas en Nob
o del inventario de emisiones de fuentes fijas Adaptado p
moso, la extracción de materiales se r
oca tecnología, los materiales que se extr
en toda la región; arcilla, para la produ
ción de cemento y destinada para la cons
e caleras, roca fosfórica y recebo, estoque los anteriores debido a la poca co
productivo.
cuentran distribuidas en el municipio de
en la Ramada, 21% en San José, 18 %
, Morcá y Villita y Malpaso, dentro de un t
40%
6%
3% 3%
G
sa
or los autores, 2009
aliza de manera
en son: carbón, el
cción de ladrillos;
trucción; y calizas
s dos últimos enercialización que
Sogamoso de la
n Ombachita y el
tal de 222 minas.
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Fuente. Anexo K. Consolida
Acorde con la gráfi
inventariadas, se ext
fabricación de ladrillo
Fuente. Anexo K. Consolida
1
11%
21%
15
47
Gráfica 13 Distribución Minas por Vereda
o del inventario de emisiones de fuentes fijas Adaptado p
ca 14, se puede observar que para
rae un 74% de arcilla que es utilizada p
en los chircales.
Gráfica 14 Distribución Minas según mineral
o del inventario de emisiones de fuentes fijas Adaptado p
42%
5%%
3%
11%
74%
%
or los autores, 2009
l total de minas
ra el proceso de
or los autores, 2009
-
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7.3.4.3 Pequeñ
La Pequeña y Medi
Actividades producrefractarios, Laminac
asfalto. La actividad
centros de acopio co
encuentra una indust
refractarios.
Fuente. Anexo K. Consolida
7.3.5 DESCRIPCI
La información del pa
Ministerio de Transpo
En el anexo H, seNobsa, clasificando
volqueta, buseta, a
motocicleta y máqui
(ACPM, gas y gasolin
13%
25%
48
a y mediana empresa
ana Empresa (PYMES) se encuentra c
ivas, Trituración, Trefilación, Metalión, Fundición, Concreto, Cemento, Cen
ue conforma la mayor parte de este secto
n un 35%. Las de menor importancia deb
ria de cada actividad son trefilación, metal
ráfica 15 Actividades Productivas en PYMES
o del inventario de emisiones de fuentes fijas Adaptado
N DEL PARQUE AUTOMOTOR
rque automotor fue consolidada de la publ
rte (MINTRANSPORTE, 2009).
uestra el consolidado para los municipioel parque automotor en tipo de vehíc
utomóvil, camioneta, campero, microb
a agrícola), uso (público, privado y ofici
a).
7%
3%
4%%
7%
nformada por 10
rgia, Materialestros de acopio y
r industrial son los
ido a que solo se
urgia y materiales
or los autores, 2009
icación en red del
de Sogamoso ylo (camión, bus,
s, tracto-camión,
al) y combustible
-
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49
En las gráficas 16 y 17 se muestra la evolución del parque automotor durante el
periodo 1980-2009.
Gráfica 16 Evolución del parque automotor - Sogamoso
Fuente. Recopilado y adaptado por los autores de MINTRANSPORTE.
Gráfica 17 Evolución del parque automotor - Nobsa
Fuente. Recopilado y adaptado por los autores de MINTRANSPORTE.
En ambas gráficas, se puede observar que los vehículos en ambos municipios son
de modelos 1992-2000 y 2005-2008. Aunque principalmente son las motocicletas
las que aumentaron su cantidad entre el 2006 y 2008, notablemente.
También se puede observar que existe mayor cantidad de vehículos particulares
(automóviles y motocicletas) que vehículos de transporte pesado de carga y
pasajeros (buses, busetas, camiones volquetas, etc)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
1
0
1
2
1
4
1
6
1
1
0
1
2
1
4
1
6
1
2 0 0
0
2 0 0
2
2 0 0
4
2 0 0
6
2 0 0
CAI
B
EA
BEA
AI
CAIEA
ACCAI
CICEA
AIA AGICA
0
50
100
150
200
250
300
1 0
1 2
1 4
1 6
1
1 0
1 2
1 4
1 6
1
2 0 0 0
2 0 0 2
2 0 0 4
2 0 0 6
2 0 0
CAI
B
EA
BEA
AI
CAIEA
CAE
ICB
ACCAI
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50
7.4 INVENTARIO DE EMISIONES
En el presente estudio se realizó una actualización del inventario de emisiones
realizado por la Compañía de Consultoría Ambiental en el año 2007. Dicha
actualización consiste principalmente en:
• Actualización de emisiones para industria pesada
• Actualización de georreferenciación y emisiones para industria artesanal
• Para el caso de PYMES, revisión de existencia de las empresas y
actualización de emisiones.
La ubicación de las fuentes de emisión de área y puntual, se encuentran en el
Anexo J y la fuente lineal en el Anexo L.
7.4.1 Fracción de MP10 en PST
Como algunas de las emisiones reportadas en expedientes o calculadas por
factores de emisiones se encuentran expresadas como Partículas Suspendidas
Totales (PST), y para efectos del presente estudio es necesario conocer la
fracción de MP10 dentro de estas partículas, se hizo una revisión bibliográfica en
la que se encontraron varios estudios a nivel nacional y a nivel internacional.
El estudio que se tomó como base para hallar dicha relación, fue una tesis
desarrollada en la Universidad de Boyacá (MARQUEZ Y PALENCIA, 2002), en la
que se hicieron muestreos simultáneos de MP10 y PST en la estación El Recreo
ubicada en Sogamoso, como resultado se obtuvo una relación de 0,588
µgMP10/ µgPST.
Esta relación se halló con el promedio de la fracción MP10/PST para cada uno de
los datos. La relación entre los datos muestra un alto margen de confianza puesto
que los datos se encuentran cercanos a la desviación estándar tanto