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Modelación de la Calidad del Aire con CALPUFF y Análisis Estadístico

Curso altamente práctico, mediante clases activas, participativas y desarrollo de ejercicios de modelación

 

La situación actual de contaminación atmosférica en América Latina, especialmente en algunas ciudades donde la mala calidad del aire afecta gravemente la salud y la calidad de vida de sus habitantes, ha llevado a un creciente interés por parte de empresas productivas, consultoras e instituciones gubernamentales en capacitar a su personal en el uso de herramientas avanzadas de modelación matemática. Estas herramientas permiten simular y evaluar la dispersión y el destino de contaminantes clave, como material particulado respirable (MP10 y MP2.5), NOx, SO2, NH3, CO, compuestos orgánicos volátiles (COVs), sustancias tóxicas y olores.

El control y la mitigación de estos contaminantes son cruciales, dado que muchos están regulados por la legislación de los países latinoamericanos. La capacidad de estimar con precisión las concentraciones de estos contaminantes en la atmósfera es fundamental al evaluar el impacto ambiental de proyectos o al diseñar planes de descontaminación. Esta estimación, en la actualidad, se basa en la modelación matemática utilizando software especializado.

En este contexto, desde 2005 y 2012, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA) y el Servicio de Evaluación Ambiental de Chile (SEA), respectivamente, han recomendado el uso del modelo CALPUFF para la realización de declaraciones y estudios de impacto ambiental en proyectos con emisiones atmosféricas. Además, CALPUFF se ha consolidado como una herramienta esencial en la evaluación de medidas dentro de los Planes de Descontaminación Atmosférica, especialmente en escenarios donde la fotoquímica atmosférica es despreciable. Para zonas afectadas por smog fotoquímico, se recomienda el uso de modelos fotoquímicos como CMAQ y CAMx.

Este curso de Modelación de la Calidad del Aire con CALPUFF y Análisis Estadístico con OpenAir-Project responde a la necesidad urgente de preparar a profesionales para enfrentar estos desafíos, proporcionando las competencias necesarias para aplicar estas herramientas de manera efectiva en la protección de la salud pública y el medio ambiente.

Modelación con CALPUFF

El modelo CALPUFF se ha establecido como una herramienta robusta y confiable para la simulación de la dispersión de contaminantes atmosféricos, habiendo sido probado en una amplia variedad de fuentes de emisión con resultados altamente satisfactorios. Este modelo considera una gama integral de factores, como las condiciones meteorológicas específicas de la zona de modelación, las características del terreno, y la ubicación exacta de las fuentes emisoras dentro de la planta industrial. Además, utiliza datos detallados de emisión de contaminantes específicos, lo que permite predecir con gran precisión las concentraciones de estos contaminantes en el aire a diferentes distancias desde la fuente de emisión. CALPUFF es especialmente útil en situaciones donde la topografía y la meteorología varían considerablemente, proporcionando una capacidad de modelación tridimensional y no estacionaria, lo que lo convierte en una opción preferida para estudios de impacto ambiental y planes de gestión de la calidad del aire.

 

Análisis Estadístico con OpenAir-Project

Según la Guía de Modelos de Calidad del Aire del Servicio de Evaluación Ambiental de Chile (SEA), es crucial llevar a cabo un análisis detallado y riguroso de los datos de calidad del aire y de las condiciones meteorológicas de la zona de estudio, así como una evaluación robusta del rendimiento de los modelos meteorológicos utilizados. Para cumplir con estos requerimientos, se recomienda el uso de herramientas estadísticas avanzadas, entre las cuales destaca el OpenAir-Project, reconocido internacionalmente por su eficacia y flexibilidad.

El OpenAir-Project es una iniciativa de intercambio de conocimientos desarrollada por el Consejo de Investigación del Medio Ambiente (NERC) del Reino Unido, cuyo propósito es ofrecer un conjunto de herramientas de código abierto para el análisis detallado de datos de contaminación atmosférica. Esta colección de herramientas es administrada por el Environmental Research Group del King’s College de Londres, con la colaboración de la Universidad de Leeds. OpenAir permite a los usuarios realizar una variedad de análisis estadísticos y visualizaciones de datos, facilitando la interpretación de los patrones de contaminación del aire y su relación con factores meteorológicos.

Para operar OpenAir, es necesario tener instalado el software estadístico R-Project, lo que permite a los usuarios ejecutar scripts y comandos para realizar análisis específicos y generar gráficos interpretativos. Su flexibilidad y capacidad para manejar grandes conjuntos de datos lo convierten en una herramienta indispensable para investigadores, consultores y autoridades ambientales que buscan comprender y gestionar mejor la calidad del aire en entornos urbanos e industriales. OpenAir no solo facilita la evaluación de la efectividad de las estrategias de control de emisiones, sino que también apoya la toma de decisiones informadas en políticas públicas de salud ambiental y planificación urbana.

Objetivos de Aprendizaje

Este curso tiene como objetivo proporcionar a los alumnos una comprensión sólida de los conceptos y principios fundamentales de la física atmosférica y la calidad del aire, permitiéndoles manejar con eficacia los softwares CALPUFF y OpenAir-Project para la modelación de la dispersión de contaminantes. Al dominar estas herramientas de modelación y análisis estadístico, los alumnos estarán mejor preparados para tomar decisiones informadas en la gestión ambiental y el control de la contaminación atmosférica a nivel local y regional.

Al finalizar el curso, los alumnos serán capaces de:

Identificar y caracterizar fuentes de contaminación atmosférica:

Reconocer las principales fuentes de emisión de contaminantes, comprender los diferentes tipos de contaminantes atmosféricos (como MP10, MP2.5, NOx, SO2, COVs), y evaluar sus impactos en la salud humana y el medio ambiente.

Aplicar conceptos de meteorología y estabilidad atmosférica en la gestión de la calidad del aire:s Here

Explicar los fundamentos de la meteorología, la estabilidad atmosférica y cómo estas variables influyen en la dispersión de contaminantes. Utilizar modelos meteorológicos y de calidad del aire como herramientas esenciales para la gestión ambiental.

Comprender y evaluar modelos gaussianos:

 Explicar el origen, ventajas y limitaciones de los modelos gaussianos para la modelación de la calidad del aire. Entender conceptos clave como la estabilidad atmosférica, la altura de mezcla, y su relevancia en la dispersión de contaminantes.

Operar y aplicar modelos meteorológicos avanzados:

Configurar y utilizar sistemas de modelación meteorológica como WRF-MMIF/CalWRF-CALMET para procesar datos meteorológicos y preparar entradas para modelos de dispersión de contaminantes.

Manejar el modelo CALPUFF para simulación de dispersión de contaminantes:

Utilizar CALPUFF View para llevar a cabo simulaciones detalladas de dispersión de contaminantes, interpretar los resultados, y evaluar su impacto en diferentes escenarios ambientales.

Utilizar OpenAir-Project para análisis estadístico

Aplicar el paquete estadístico OpenAir-Project para el análisis y visualización de datos meteorológicos y de calidad del aire, tanto observados como simulados, permitiendo una evaluación rigurosa y fundamentada de la calidad del aire.

Público Objetivo

Este curso está diseñado para profesionales que trabajan en empresas consultoras medioambientales, compañías privadas del sector productivo, y entidades del sector público que están involucradas en la gestión ambiental y la calidad del aire. Está especialmente dirigido a Ingenieros Mecánicos, Químicos, de Recursos Naturales, y Ambientales, así como a profesionales de las áreas de Geografía, Ciencias de la Tierra, y disciplinas afines. El curso es también adecuado para cualquier profesional que busque mejorar sus competencias en el uso de herramientas avanzadas para la modelación de la calidad del aire y el análisis de datos atmosféricos.

 

Metodología

El curso se desarrollará en un formato E-Learning a través de ULEARN Connect, el campus virtual de ULEARN SpA, utilizando plataformas interactivas para fomentar la participación activa y el aprendizaje colaborativo. Los participantes tendrán acceso a materiales de estudio, actividades prácticas, y foros de discusión en línea, promoviendo un entorno de aprendizaje flexible y accesible. Las clases en vivo se realizarán a través de software de videoconferencias, con la opción de revisar sesiones grabadas, permitiendo a los alumnos avanzar a su propio ritmo.

La metodología del curso estará centrada en la vinculación e interactividad entre los participantes y el cuerpo docente, facilitando el intercambio de conocimientos y experiencias. Los alumnos contarán con el apoyo y orientación permanente de un tutor especialista, que les guiará en el uso de herramientas de modelación y análisis estadístico, asegurando que avancen efectivamente en el logro de sus objetivos de aprendizaje. Esta estructura permitirá a los participantes aplicar los conocimientos adquiridos en situaciones prácticas y en la resolución de problemas reales relacionados con la calidad del aire y la gestión ambiental.

Evaluación

Este curso de capacitación considera las siguientes actividades de evaluación, con la siguiente ponderación para la aprobación:

  • 2 proyectos individuales de aplicación: 30% cada una (evaluación individual).
  • 1 proyecto de alta complejidad para desarrollo: 40% (trabajo individual).

Requisitos de Aprobación

Los alumnos serán evaluados en función del dominio de los conocimientos y competencias adquiridas, considerando su participación en ejercicios prácticos, la operación del software y en el desarrollo de los proyectos. La evaluación se realizará en una escala de notas de 1 a 7.

Los criterios para la aprobación del curso son:

  1. Obtener una nota mínima de 4.0 en todas las actividades de evaluación (pruebas y proyecto).
  2. Alcanzar una nota promedio final de 5.0 o superior.

Certificación

ULEARN Connect emitirá un certificado de aprobación del curso a los participantes que cumplan con los criterios de evaluación mencionados y que hayan completado el pago del curso en su totalidad.

Nota: Aquellas personas que no cumplan con los requisitos de aprobación establecidos no recibirán ningún tipo de certificación.

Programa del Curso

MÓDULO I: Conceptos básicos en calidad del aire y contaminación atmosférica
  • Introducción.
  • Contaminación a escala global y local.
  • Tipos de fuentes de contaminantes.
  • Contaminantes primarios y secundarios.
  • Contaminantes criterio y tóxicos del aire.
  • Conceptos básicos de química y física atmosférica.
  • ¿Cómo la contaminación del aire afecta nuestra salud?
MÓDULO II: Modelamiento de la calidad del aire
  • Conceptos básicos de meteorología.
  • Razón de Lapse y estabilidades atmosféricas.
  • Altura de mezcla y alcance de la pluma de dispersión.
  • Consideraciones de la radiación solar.
MÓDULO III: Dispersión de contaminantes
  • Destino y transporte de contaminantes.
  • Modelos de dispersión de contaminantes.
  • Modelos Gaussianos.
  • Modelo PUFF de dispersión.
  • Modelos fotoquímicos de calidad del aire.
  • Legislación relativa a la calidad del aire.
  • Trabajo práctico en Laboratorio Computacional: Modelos Gaussianos.
MÓDULO IV: Preparación de datos meteorológicos
  • Entendimiento de parámetros meteorológicos.
  • Interpretación de resultados.
  • Trabajo práctico de aplicación.
MÓDULO V: Uso de sistema de modelación CALPUFF
  • Modelo CALPUFF View.
  • Instalación de CALPUFF.
  • Trabajo práctico: Estudio de caso con el uso del sistema de modelación CALPUFF.
MÓDULO VI: Uso de paquete estadístico OpenAir-Project
  • Introducción al software OpenAir-Project.
  • Trabajo práctico: Estudio de caso con el uso del paquete estadístico OpenAir-Project.

Profesor

Fidel Vallejo, PhD en Ingeniería de Procesos (USACH, Chile), posee más de 12 años de experiencia en el sector industrial, habiendo ocupado roles de Jefe de Laboratorio, Supervisor de Control Químico y Jefe de Proyectos en empresas de Ecuador y Chile. Además, cuenta con 6 años de experiencia como docente e investigador en niveles de pregrado, posgrado y educación continua. Ha publicado 25 artículos científicos en áreas como energías renovables, simulación de procesos, modelación matemática con CFD y análisis estadístico. Puedes explorar más sobre su trabajo y publicaciones en ResearchGate, Google Scholar y LinkedIn.

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