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Calidad • Excelencia • Prestigio

Impacto Ambiental de la Industria

Modelos de Información Ambiental – Aire y Clima

Fundamentos de Calidad del Aire

El estudio del impacto ambiental industrial sobre la atmósfera requiere comprender la naturaleza de los contaminantes y cómo interactúan con el clima local y global.

1. Contaminantes Criterio

Son aquellos cuya presencia en el aire representa un riesgo para la salud o el bienestar. En la industria de Ciudad Juárez, los más críticos son:

  • Partículas Suspendidas (PM10 y PM2.5): Provenientes de erosión eólica, combustión y procesos industriales. La norma NOM-025-SSA1-2021 establece límites estrictos (28 µg/m³ anual para PM10).
  • Ozono (O3): Contaminante secundario formado por reacción fotoquímica entre NOx y COV bajo radiación solar intensa.

2. Modelos de Dispersión Atmosférica

Para predecir cómo se mueven los contaminantes desde una fuente (chimenea) hasta un receptor (población), utilizamos modelos matemáticos. El más común es el Modelo Gaussiano:

$$ C(x,y,z) = \frac{Q}{2\pi u \sigma_y \sigma_z} \exp\left(-\frac{y^2}{2\sigma_y^2}\right) \left[ \exp\left(-\frac{(z-H)^2}{2\sigma_z^2}\right) + \exp\left(-\frac{(z+H)^2}{2\sigma_z^2}\right) \right] $$

Donde:
C = Concentración
Q = Tasa de emisión
u = Velocidad del viento
σ = Coeficientes de dispersión (dependen de la estabilidad atmosférica)

3. Cambio Climático e Isla de Calor

Efecto Invernadero: Fenómeno natural amplificado por actividades industriales (emisión de CO2, CH4) que retiene calor en la troposfera.

Isla de Calor Urbana (ICU): Fenómeno local donde las zonas urbanas son significativamente más cálidas que las rurales circundantes debido a la absorción de calor por el asfalto/concreto y la falta de vegetación. En Juárez, esto agrava las olas de calor.

Datos Regionales (Juárez-El Paso)

Contexto histórico basado en registros del IMIP y NWS.

Temperaturas Extremas

  • 🌡️ Máxima Histórica: 46°C (30 Jun 1994)
  • ❄️ Mínima Histórica: -22°C (11 Ene 1962)
  • 🔥 Días >38°C (Promedio): 16 días/año

Red de Monitoreo

La ciudad cuenta con 12 estaciones clave, incluyendo:

UACJ-01-IIT Anapra Chamizal Babícora

Isla de Calor Urbana (ICU)

ISO 14064-1

Contexto: En Ciudad Juárez, la diferencia de temperatura entre la zona urbana y rural es crítica. Según registros del IMIP, la temperatura máxima ha alcanzado 46°C.

Objetivo: Mantener la intensidad de la isla de calor por debajo de 5°C para garantizar habitabilidad.

Temp. Urbana ($T_{urb}$) 38°C
Temp. Rural ($T_{rur}$) 32°C

Fórmula:

$$ ICU = T_{urb} - T_{rur} $$


Resultado:

6.0°C

CUMPLE OBJETIVO

La diferencia térmica es manejable.

Simulación Térmica

Visualización del gradiente térmico entre zonas.

Dispersión de PM10

NOM-025-SSA1-2021

Contexto: Estación 01-IIT UACJ reporta picos de PM10. Se modela la concentración a nivel del suelo.

Objetivo: Concentración ($C$) < 150 µg/m³ (Límite 24h).

Tasa Emisión ($Q$) [g/s] 50
Distancia ($x$) [m] 500
Viento ($u$) [m/s] 3

Fórmula (Gauss Simplificada):

$$ C(x) = \frac{Q}{\pi \cdot u \cdot \sigma_y \cdot \sigma_z} $$

*Asumiendo $\sigma_y \approx 0.1x$ y $\sigma_z \approx 0.05x$


Concentración:

0.00 µg/m³

CUMPLE OBJETIVO

Pluma de Dispersión

Visualización de la nube de contaminantes.

Forzamiento Radiativo

IPCC AR6

Contexto: Cálculo del impacto del CO2 industrial en el calentamiento global.

Objetivo: Mantener el forzamiento radiativo ($\Delta F$) bajo 1.5 W/m² relativo a preindustrial.

Conc. CO2 Actual ($C$) [ppm] 420
Conc. Preindustrial ($C_0$) [ppm] 280

Fórmula:

$$ \Delta F = 5.35 \cdot \ln\left(\frac{C}{C_0}\right) $$


Forzamiento ($\Delta F$):

0.00 W/m²

CRÍTICO

Balance Energético

Flujo de radiación entrante vs saliente.

Índice de Calor

ISO 7243

Contexto: Seguridad industrial en días calurosos de Juárez (ej. 46°C registrados).

Objetivo: Índice de Calor (IC) < 40°C (Riesgo Moderado).

Temperatura ($T$) [°C] 35
Humedad Relativa ($RH$) [%] 50

Fórmula (Rothfusz):

$$ IC = -42.379 + 2.049T + 10.143RH - 0.2248T \cdot RH ... $$


Sensación Térmica:

0.0°C

SEGURO

Termómetro de Riesgo

Nivel de alerta para trabajadores.

Emisiones de Metano (Relleno)

ISO 14064-3

Contexto: Juárez genera ~1,400 toneladas diarias de residuos. El metano es 25x más potente que el CO2.

Objetivo: Generación anual de CH4 < 5000 toneladas.

Residuos Diarios ($W$) [ton] 1200
Factor Emisión ($EF$) [kg CH4/ton] 50

Fórmula:

$$ E_{CH4} = W \cdot 365 \cdot EF \cdot 10^{-3} $$


Emisión Anual:

0 ton

CUMPLE OBJETIVO

Acumulación de Residuos

Proyección anual de volumen.

Actividad Integradora: Plan de Mitigación Juárez 2025

Contexto

Usted es el Gerente de Sostenibilidad de una planta maquiladora en el Parque Industrial Bermudez. La planta enfrenta multas por exceder límites de PM10 y generar exceso de calor residual.

Planteamiento

Debe diseñar un plan que reduzca las emisiones en un 20% y mitigue el calor local, justificando la inversión con los modelos aprendidos.

Pasos a Seguir

  • Diagnóstico: Use los modelos de dispersión (Ej. 2) para mapear el impacto actual de sus chimeneas.
  • Cálculo de Línea Base: Determine su huella de carbono actual usando el modelo de forzamiento radiativo (Ej. 3).
  • Propuesta Técnica: Proponga la instalación de filtros HEPA (reducción de Q) y techos verdes (reducción de T_urb).
  • Validación: Recalcule los indicadores para demostrar que cumple con la NOM-025.

Resultados Esperados

Al finalizar, el equipo deberá presentar un reporte con:

  • Gráficas comparativas "Antes vs Después".
  • Cálculo de ROI basado en multas evitadas.
  • Mapa de calor simulado del perímetro de la planta.
Conclusión: La aplicación de modelos matemáticos permite transformar datos ambientales crudos en decisiones de ingeniería rentables y sostenibles.

Fuentes: IMIP, National Weather Service, Dirección de Ecología Municipio de Juárez.