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💨 Dispersión de la Contaminación del Aire

Un modelo simplificado de dispersión de penacho gaussiano: la tasa de emisión, la velocidad del viento, la altura de la chimenea y la clase de estabilidad atmosférica determinan una curva de concentración a nivel del suelo a favor del viento frente a una línea de referencia ilustrativa.

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El Modelo de Penacho Gaussiano

C(x) ≈ Q / (u·σy·σz·2π) × exp(−h²/(2σz²)) estima la concentración a nivel del suelo a favor del viento de una fuente. Q es la tasa de emisión, u es la velocidad del viento, h es la altura de la fuente (chimenea), y σy, σz son la dispersión horizontal y vertical del penacho, ambas crecientes con la distancia x a favor del viento. Un término de reflexión del suelo (que duplica la concentración) tiene en cuenta los contaminantes que rebotan en el suelo en lugar de difundirse hacia él.

Por Qué el Pico No Está en la Fuente

Para una fuente elevada (h > 0), la concentración a nivel del suelo es en realidad baja muy cerca de la chimenea, porque el penacho aún no se ha extendido hasta el suelo (σz todavía es pequeño, haciendo que el término exponencial sea diminuto). A medida que el penacho viaja a favor del viento, σz crece y el penacho toca el suelo, así que la concentración aumenta — y luego vuelve a caer a medida que el σy·σz cada vez mayor extiende la misma masa total sobre un área mayor. El resultado es un pico a cierta distancia a favor del viento, no directamente debajo de la chimenea.

Clases de Estabilidad (Estilo Ilustrativo Pasquill–Gifford)

La estabilidad atmosférica controla la rapidez con la que crecen σy y σz con la distancia. La clase A (muy inestable, típicamente sol fuerte y viento ligero) dispersa los contaminantes rápidamente, extendiendo y diluyendo el penacho con rapidez. La clase F (estable, típicamente noches calmadas y despejadas) dispersa muy lentamente, así que los contaminantes se mantienen concentrados mucho más lejos a favor del viento — el clásico escenario de "inversión térmica" detrás de muchos episodios severos de smog.

Acerca de esta simulación

Esta simulación es un modelo de dispersión de penacho gaussiano simplificado, el enfoque clásico de manual para estimar cómo se dispersa a favor del viento un contaminante liberado desde una fuente puntual (una chimenea, conducto o respiradero). La concentración a nivel del suelo depende de la tasa de emisión Q, la velocidad del viento u (que diluye el penacho al arrastrarlo más rápido), la altura de la fuente h, y la clase de estabilidad atmosférica, que controla la rapidez con la que el penacho se mezcla vertical y horizontalmente mientras viaja. Las unidades del eje de concentración están normalizadas con fines didácticos, no son lecturas reales de µg/m³.

🔬 Qué se muestra

Una curva azul traza la concentración estimada a nivel del suelo frente a la distancia a favor del viento, típicamente subiendo desde un valor bajo cerca de la chimenea hasta un pico (marcado con un punto amarillo pulsante) antes de decaer a medida que el penacho se dispersa. Una línea roja discontinua marca un nivel de referencia ilustrativo, modelado libremente según el valor guía anual de la OMS para PM2.5 de 5 µg/m³ (aunque en unidades normalizadas, no reales).

🎮 Cómo usarlo

Aumenta la Tasa de emisión para escalar toda la curva hacia arriba, aumenta la Velocidad del viento para diluirla y bajarla, y eleva la Altura de la chimenea para empujar el pico a nivel del suelo más lejos a favor del viento. Cambia la Clase de estabilidad de A (muy inestable, dispersión rápida) a F (estable, dispersión pobre) para ver cómo una noche calmada y estable atrapa la contaminación mucho más cerca de la fuente a concentraciones más altas que una tarde ventosa e inestable.

💡 ¿Sabías que...?

Las inversiones térmicas — cuando una capa de aire cálido atrapa aire más frío (y contaminación) cerca del suelo — corresponden a la clase más "estable" (F) en este modelo, y son responsables de muchos de los peores episodios de smog de la historia, porque suprimen la mezcla vertical que de otro modo dispersaría los contaminantes hacia arriba y lejos.

Preguntas frecuentes

¿Por qué la concentración alcanza su pico a favor del viento en lugar de justo en la fuente?

Para una chimenea elevada, el penacho tarda cierta distancia en extenderse hasta el nivel del suelo. Muy cerca de la fuente, la dispersión vertical σz todavía es pequeña, así que poco contaminante ha llegado al suelo todavía. A medida que el penacho viaja más lejos, σz crece, más contaminante alcanza el nivel del suelo y la concentración aumenta — hasta que el penacho se ha extendido tanto que la misma cantidad de contaminante se diluye en un área mucho mayor, y la concentración vuelve a caer.

¿Qué es la estabilidad atmosférica y por qué importa tanto?

La estabilidad atmosférica describe con qué facilidad se mezcla el aire verticalmente. Las condiciones inestables (sol fuerte, viento ligero, aire cálido ascendente) mezclan y dispersan los contaminantes rápidamente; las condiciones estables (noches calmadas y despejadas con una inversión térmica) suprimen la mezcla vertical, permitiendo que los contaminantes se acumulen cerca del suelo a concentraciones mucho más altas para la misma tasa de emisión.

¿Son los números de concentración en esta simulación valores reales en µg/m³?

No. Este es explícitamente un modelo docente simplificado e ilustrativo — el eje de concentración usa unidades relativas normalizadas, no microgramos por metro cúbico medidos. El modelado real de la calidad del aire requiere inventarios de emisiones detallados, datos meteorológicos y software de dispersión validado como AERMOD.

⚙ Bajo el capó

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