Estrategias para mitigar la contaminación del aire en zonas aledañas a grandes avenidas de Bogotá.

A pesar de los esfuerzos realizados por las autoridades ambientales, la academia y la ciudadanía en general, Bogotá es hoy una de las ciudades más contaminadas de América Latina. Uno de los contaminantes de mayor preocupación en la ciudad es el material particulado, sus niveles superan frecuentemente las normas de calidad del aire. Existen herramientas para evaluar estrategias conducentes a mejorar la calidad del aire, entre dichas herramientas están los modelos de calidad del aire. En Bogotá se han realizado varios estudios que pretenden modelar el comportamiento de la calidad del aire en la mesoescala, sin embargo, son muy pocos los estudios en los que se han implementado modelos de calidad del aire a en la micro-escala; a nivel de calle, donde se identificaron niveles de concentraciones de un orden de magnitud superior a lo reportado por los datos de la red de calidad del aire de Bogotá, lugar donde la población está realmente expuesta a los contaminantes generados por las fuentes móviles. En esta tesis se implementan, evalúan y validan los modelos de Dinámica Computacional de Fluidos (CFD) Winmiskam (comercial) y Envimet (de uso libre), para simular la dispersión de las emisiones de material particulado generadas por los vehículos automotores. Estas herramientas se utilizaron también para evaluar el impacto de implementar algunas estrategias de control en la calidad del aire cercana a las vías y grandes avenidas. En una primera fase se evaluó el modelo comercial CFD WinMiskam. Para esta evaluación se usaron los datos generados en un estudio de trazadores desarrollado en Ho Chi Minh City Vietnam. En esta parte del estudio se determinó la configuración más adecuada de un modelo CFD. Posteriormente se seleccionaron dos vías representativas de la ciudad de Bogotá. En dichas vías en una campaña de medición se recolectó toda la información necesaria para realizar las modelaciones con los 2 modelos CFD. La información recolectada incluye: aforos vehiculares, mediciones de concentración de PM2.5, velocidad y dirección del viento, entre otras. Los aforos vehiculares se usaron para estimar las emisiones generadas en las vías seleccionadas. Esta información se alimentó a los modelos CFD con los que se simuló la dispersión de PM2.5 en las vías seleccionadas. Las mediciones de PM2.5 se usaron para evaluar y validar los dos modelos. Finalmente se seleccionó el modelo con mejor desempeño para evaluar diferentes estrategias de control. Las estrategias a evaluar se seleccionaron a partir de los resultados de las emisiones calculadas. Los resultados de la primera fase de este estudio indican que el tamaño de las celdas seleccionadas tiene un impacto importante en los resultados de las simulaciones. Otros parámetros como el coeficiente de rugosidad del suelo o de las edificaciones tienen un impacto poco significativo. La evaluación y validación de los modelos indica que tanto Winmiskam como Envimet reproducen bien la dispersión de contaminantes. Sin embargo el modelo comercial Winmiskam es mucho más rápido y por tanto se seleccionó para la evaluación de estrategias. De las estrategas evaluadas, el polvo resuspendido del suelo es el que presenta un mayor impacto en la calidad del aire en la micro-escala y por tanto las estrategias de control deben enfocarse en controlar esta fuente de emisión. Finalmente, este trabajo corresponde a uno de los primeros esfuerzos por modelar la calidad del aire en la micro-escala en Colombia, se espera que las herramientas aquí implementadas sean usadas para evaluar más estrategias de control y encontrar las más adecuadas.ABSTRACT Despite the efforts made by environmental authorities, academia, and citizens, nowadays Bogotá is one of the most polluted cities in Latin America. One of the pollutants of major concern in the city is particulate matter, being the levels often exceeding air quality standards. There are different tools to evaluate strategies to improve air quality levels, among these tools there are Air Quality Models to simulate the behavior of air parcels under desired scenarios. In Bogota, several studies have been carried out modeling air quality in the mesoscale level, however, a micro-scale or street level studies have not been conducted at all. This scope is quite important in terms of personal exposure and health, due the closeness of the persons to mobile sources exhausts. In this thesis the Computational Fluid Dynamics (CFD) models WinMiskam (commercial) and Envimet (free use) were implemented, evaluated and validated. These models were used to simulate the dispersion of PM emissions generated by traffic at micro-sclae level, also to assess the impact of some control strategies near primary roads and major avenues. During the first phase, the commercial model CFD WinMiskam was calibrated and evaluated using data gathered in a tracer study developed in Ho Chi Minh City, Vietnam. The result of this phase relied in finding the most suitable configuration of the models. Then, two representative traffic corridors of the city were selected to complete a field campaign to get all data needed to perform exercises with both models. The information collected included: traffic gauges, PM2.5 concentration measurements, wind speed and direction, among others. Traffic gauges were used to estimate emissions generated in the corridors according to fleet composition, this result was used as an input to estimate dispersion and travel of particles using both CFD models. Afterwards, real PM data collected was used to evaluate model’s accuracy and to evaluate calibration parameters. Finally the best model was selected to evaluate the effect of different control strategies in PM concentrations such as traffic restriction for motorbikes, trees and barriers insertion, street sweeping, and diesel engines control and technological improvements. The outputs of this study suggest that the size considered for the cells have a significant impact on the resolution of the simulations values, other parameters such as the roughness of the soil or buildings have a negligible impact. The use, evaluation and validation of the models indicates that both Winmiskam and Envimet reproduce well the dispersion of pollutants, however the WinMiskam model runs faster with similar results, therefore was selected for strategies evaluation. The main result reveal that re-suspended soil and dust has the greatest impact on air quality in the micro-scale level, and therefore control strategies should be focused on controlling this pollutant. This work corresponds to one of the first leading efforts to model air pollution behavior in the micro-scale level in Colombia, it is expected that the tools and methods implemented here can be used to evaluate more control strategies and planning measures to take the best decisions.Maestrí