La creciente importancia de los fenómenos medioambientales producidos por la actividad humana en zonas urbanas exige la incorporación y cuantificación de este tipo de externalidades en las metodologías de planificación urbana. Debido al alto grado de responsabilidad del sector transporte en el nivel de emisiones de contaminantes atmosféricos existentes en ciudades como Santiago, se ha hecho imperativo contar con herramientas o modelos que evalúen el nivel de emisiones asociados a la actividad vehicular.
El presente documento describe la metodología utilizada para vincular los modelos tradicionales de transporte con modelos de emisión, aplicados al caso particular del Gran Santiago. La estimación de contaminantes atmosféricos se realiza a partir de información vial generada por el modelo estratégico ESTRAUS, la que debe ser adaptada y complementada para lograr el nivel de desagregación espacial y temporal requerida por la metodología de estimación de emisiones.
MODEM: Un Programa para la Estimación de Emisiones Vehiculares
Básicamente, MODEM recibe información vial proveniente del modelo estratégico ESTRAUS y genera emisiones de contaminantes atmosféricos producidos por la actividad de fuentes móviles urbanas terrestres. MODEM es un programa que utiliza corridas del modelo ESTRAUS y permite obtener emisiones de contaminantes específicos asociados a distintas categorías vehiculares, generando resultados en base horaria o anual, a escala de arco vial, comuna o Gran Santiago (agrupando 34 comunas). La visualización de resultados por arco puede ser analizada directamente mediante sistemas de información geográficos, específicamente TransCad.
El desarrollo inicial de MODEM se ejecutó durante el periodo Octubre-1999 hasta Marzo-2000, durante el cual se implementó la estructura general de la metodología de cálculo de emisiones, desarrollando aspectos específicos relacionados con actividad vehicular y la factibilidad de utilizar modelos estratégicos como ESTRAUS en este tipo de estimaciones.
Los dos estudios en desarrollo mencionados anteriormente están vinculados y se complementan con un trabajo interdisciplinario que busca establecer las relaciones entre los sectores energía y transporte, considerando las implicancias económicas y medioambientales producto de medidas aplicadas en ambos sectores.
La información de actividad vehicular entregada por los modelos de transporte se encuentra restringida a un periodo de modelación, haciéndose necesario expandir esta actividad temporalmente hasta llegar a modelaciones anuales. La expansión de flujos vehiculares se realiza aplicando "perfiles normalizados de flujo", que representan las variaciones del número total de vehículos pertenecientes a una categoría específica durante diferentes tipos de día. Estos perfiles dependen de la ubicación geográfica del arco vial analizado y su categoría. Actualmente existen perfiles normalizados de flujo diferenciados para transporte privado y buses licitados (ver figura 1), agregándose camiones en la versión 2.0.
Además de lo anterior, se consideran las variaciones mensuales de flujo, considerando un mes de referencia (e.g. Abril). La clasificación de los distintos tipos de vehículo en categorías responde a las diferencias existentes asociadas a su nivel de emisión y el uso. Debido a que la información vial obtenida en un modelo de transporte no alcanza a ofrecer diferencias como las requeridas, se aplican matrices de composición vehicular obtenidas mediante conteos y análisis estadístico de información histórica. Estas matrices pueden ser proyectadas de acuerdo a criterios de crecimiento y obsolescencia para generar modelaciones de escenarios futuros. Las matrices de composición vehicular se asumen dependientes de la ubicación geográfica de cada arco vial, sin variaciones durante el día.
Factores de Emisión: El Elemento Clave
El elemento más importante en la metodología de cálculo de emisiones corresponde al denominado "factor de emisión". Existen distintos factores de emisión para distintas categorías vehiculares, generalmente debido a las diferencias tecnológicas asociadas a cada uno, tales como el tipo de combustible utilizado, la existencia de dispositivos de control de emisiones, la capacidad del motor, etc. El factor de emisión indica la masa de contaminante emitido por unidad de distancia recorrida, expresándose generalmente en gramos/kilómetro.
La hipótesis principal es que los factores de emisión dependen de la velocidad media de desplazamiento del vehículo, para lo cual existen curvas en función de la velocidad, generalmente de tipo cúbico, cuadrático o exponencial. Los estudios desarrollados para SECTRA intentan establecer una relación con la aceleración del vehículo además de la ya existente con la velocidad, en particular para estimar mejor las emisiones de óxidos de nitrógeno en vehículos livianos. Lo anterior da origen a 111 curvas de emisión en función de la velocidad solamente para determinar 7 compuestos para cada categoría vehicular considerada. A esto se agregan los 55 compuestos específicos de hidrocarburos y estimaciones de CO2 y SO2, que dependen del consumo de combustible (las curvas de consumo también son funciones dependientes de la velocidad media de desplazamiento).
Soamente el 10% de estas curvas ha sido generada con campañas experimentales desarrolladas en el Departamento de Ingeniería Mecánica, representativas de condiciones locales tales como tipo de combustible, estado de los vehículos y patrones de conducción.
La figura 2 muestra gráficamente el tipo de resultados obtenidos en el análisis de dependencia de los factores de emisión con velocidad y/o aceleración. En este caso se muestra la dependencia de óxido nítrico (NO) para vehículos livianos gasolineros equipados con convertidor catalítico.
La visualización gráfica de los resultados obtenidos mediante MODEM es posible realizarla directamente con software comercial (e.g. TransCad), o bien a través de un sistema específicamente generado para MODEM, que se incluirá en la versión 2.0.
Análisis de Resultados Obtenidos con MODEM
Mediante la aplicación de la metodología contenida en MODEM es posible generar grandes volumenes de información, los cuales pueden ser analizados en términos globales (emisiones anuales para el Gran Santiago), o bien de pequeña escala (variación horaria de emisiones por arco de la red vial). Ejemplos de análisis globales se presentan en la figuras siguientes.
La figura 3 muestra la responsabilidad de distintos tipos de vehículo en la emisión de contaminantes, comparando estos resultados con parámetros de actividad tales como el consumo de combustible, la densidad de flujo y la capacidad de transporte de pasajeros. Los vehículos se agrupan en: gasolineros (spark ignition), vehículos diesel distintos de buses licitados (buses pullman, camiones, comerciales medianos y livianos) y buses licitados (urban buses). Se observa que los vehículos diesel aportan ua importante fracción de material particulado (PM), óxidos de azufre (SO2) y óxido de nitrógeno (NOx); mientras que los vehículos gasolineros son responsables de la mayor cantidad de amisiones de gases, especialmente monóxido de carbono (CO).
También es posible realizar análisis a nivel comunal, dividiendo el Gran Santiago en nueve sectores que agrupan comunas de características similares. Figura 4.
Es importante destacar que los resultados obtenidos por este tipo de modelaciones dependen fuertemente de la información vial que reciban. La aplicación de modelos estratégicos como entrada a un modelo de emisión está sujeta a ciertas restricciones propias de una modelación de estas características. Si el objetivo es evaluar medidas o instrumentos de naturaleza táctica, es necesario cambiar el tipo de modelación de transporte y algunos criterios de trabajo en el modelo de emisión. La utilización del modelo ESTRAUS ha sido satisfactoria para la estimación de emisiones, sin embargo es necesario corregir algunos parámetros relacionados con los distintos tipos de flujo fijo, en especial los flujos y velocidades asignados a los buses licitados.
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