Modelo numérico para el estudio de la dispersión atmosférica de la contaminación industrial

Resumen

La contaminación atmosférica es uno de los principales problemas actuales, siendo responsable de medio millón de muertes cada año en Europa. En las últimas décadas se ha legislado para limitar sus efectos, pero el control se realiza habitualmente por medio de estaciones ubicadas en puntos fijos lo que no permite conocer la evolución espacial de los contaminantes. Las soluciones existentes para estudiar la contaminación en entornos abiertos de grandes dimensiones se basan en el uso de sensores remotos o herramientas de predicción que no cuentan con la suficiente resolución o no son capaces de incluir la orografía en grandes extensiones. Esta investigación se centra en una zona de la ciudad de Gijón (Asturias), por ser uno de los lugares en que más veces se superan los valores límites diarios de PM10 fijados por la normativa. Para ello, se construye un modelo basado en dinámica de fluidos computacional capaz de simular la dispersión de los contaminantes en un entorno de grandes dimensiones (12x18 km2). Para su validación, se escala el modelo numérico original (1:10 000), incluyendo una fuente de emisión de partículas, y se construye un modelo físico con esa misma escala mediante impresión 3D. La maqueta es ensayada en túnel aerodinámico en las direcciones principales de viento. Para la realización de los ensayos, se diseñó y fabricó un sistema de generación de partículas, y se construyó la infraestructura necesaria para realizar la toma de medidas mediante un medidor óptico de partículas. Los resultados de la validación muestran que el modelo numérico cumple con los objetivos previstos, siendo capaz de predecir el comportamiento de la dispersión de partículas en el aire. El modelo numérico obtiene resultados en el mismo orden de magnitud que el modelo físico, aunque se observa una tendencia a subestimar los valores máximos respecto a los medidos. En el modelo a gran escala, se simularon distintas condiciones de viento con dos focos de emisión. Los resultados muestran, en los casos de viento con componente oeste, una contaminación difusa de origen industrial en la zona oeste de Gijón entre el 40 y el 60 %, tal y como indican los estudios realizados. En estos resultados se pone de manifiesto la influencia de la orografía en la dispersión de contaminantes en espacios abiertos, observando una fuente de contaminación difusa industrial que se dispersa sobre la ciudad de Gijón. La simulación permite delimitar las zonas con mayores niveles de contaminación o conocer su comportamiento en altura. Por tanto, esta investigación define y valida una metodología para generar modelos numéricos que permiten conocer la evolución espacial de contaminantes en zonas de grandes dimensiones. Se abre así la puerta a su utilización en otras líneas de investigación, como la evaluación de medidas correctoras que mejoren la calidad del aire en entornos altamente contaminados.