Browsing by Author "Jorquera, Héctor"

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    A kinetic theory of suspensions. II. The steady flow of a hard-sphere suspension
    (1994) Jorquera, Héctor; Dahler, John S.
    Calculations are reported of the steady-state shear and bulk viscosity coefficients of a suspension of freely rotating, hard spheres dispersed in a continuous Newtonian solvent. These calculations are based on a theory recently reported in this journal. Our theoretical predictions are compared with those of other theories, with the results of computer simulations, and with experimental data.
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    A kinetic theory of suspensions. III. Hard spheres and lubrication dynamics
    (1995) Jorquera, Héctor; Dahler, John S.
    Numerical estimates are presented for the shear viscosity coefficient of a hard-sphere suspension. Our calculations are based on a previously reported theory which uses a Fokker-Planck equation to describe the evolution of the solute many-body distribution function. The hydrodynamic interactions of the solute particles are modeled by two-body forces which include the short-ranged, singular contributions due to lubrication. This produces estimates of the viscosity that agree significantly better with experiment than did our earlier calculations which neglected the effects of lubrication. Our predictions are compared with those of other theories, with results of computer simulations, and with experimental data.
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    A methodology for estimating indoor sources contributing to PM2.5
    (Royal Society of Chemistry, 2024) Nourani Jirandeh, Shiva; Villalobos, Ana María; Jorquera, Héctor
    Quantifying source contributions to indoor PM2.5 levels by indoor PM2.5 sources has been limited by the costs associated with chemical speciation analyses of indoor PM2.5 samples. Here, we propose a new methodology to estimate this contribution. We applied FUzzy SpatioTemporal Apportionment (FUSTA) to a database of indoor and outdoor PM2.5 concentrations in school classrooms plus surface meteorological data to determine the main spatiotemporal patterns (STPs) of PM2.5. We found four dominant STPs in outdoor PM2.5, and we denoted them as regional, overnight mix, traffic, and secondary PM2.5. For indoor PM2.5, we found the same four outdoor STPs plus another STP with a distinctive temporal evolution characteristic of indoor-generated PM2.5. Concentration peaks were evident for this indoor STP due to children's activities and classroom housekeeping, and there were minimum contributions on sundays when schools were closed. The average indoor-generated estimated contribution to PM2.5 was 5.7 mu g m-3, which contributed to 17% of the total PM2.5, and if we consider only school hours, the respective figures are 8.1 mu g m-3 and 22%. A cluster-wise indoor-outdoor PM2.5 regression was applied to estimate STP-specific infiltration factors (Finf) per school. The median and interquartile range (IQR) values for Finf are 0.83 [0.7-0.89], 0.76 [0.68-0.84], 0.72 [0.64-0.81], and 0.7 [0.62-0.9], for overnight mix, secondary, traffic, and regional sources, respectively. This cost-effective methodology can identify the indoor-generated contributions to indoor PM2.5, including their temporal variability.
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    A new methodology for source apportionment of gaseous industrial emissions
    (2023) Jorquera, Héctor; Villalobos, Ana María; CEDEUS (Chile)
    Air quality modeling (AQM) is often used to investigate gaseous pollution around industrial zones. However, this methodology requires accurate emission inventories, unbiased AQM algorithms and realistic boundary conditions. We introduce a new methodology for source apportionment of industrial gaseous emissions, which is based on a fuzzy clustering of ambient concentrations, along with a standard AQM approach. First, by applying fuzzy clustering, ambient concentration is expressed as a sum of non-negative contributions — each corresponding to a specific spatiotemporal pattern (STP); we denote this method as FUSTA (FUzzy SpatioTemporal Apportionment). Second, AQM of the major industrial emissions in the study zone generates another set of STP. By comparing both STP sets, all major source contributions resolved by FUSTA are identified, so a source apportionment is achieved. The uncertainty in FUSTA results may be estimated by comparing results for different numbers of clusters. We have applied FUSTA in an industrial zone in central Chile, obtaining the contributions from major sources of ambient SO2: a thermal power plant complex and a copper smelter, and other contributions from local and regional sources (outside the AQM domain). The methodology also identifies SO2 episodes associated to emissions from the copper smelter.
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    A new methodology to assess the performance and uncertainty of source apportionment models II : The results of two European intercomparison exercises
    (2015) Belis, C. A.; Karagulian, F.; Amato, F.; Almeida, M.; Artaxo, P.; Jorquera, Héctor
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    Air quality at Santiago, Chile: A box modeling approach - I. Carbon monoxide, nitrogen oxides and sulfur dioxide
    (2002) Jorquera, Héctor
    Ambient monitored data at Santiago, Chile, are analyzed using box models with the goal of assessing contributions of different economic activities to air pollution levels. The period analyzed is 1990-2000, characterized by the introduction of air pollution emissions standards, shift to unleaded gasoline and compressed natural gas, and steady growth of the private and public fleet and the associated fuel consumption growth. The box models explicitly include the seasonal behavior of meteorological variables; the results show that dispersion conditions in fall and winter seasons are 20-30% of the summertime values. This result explains the poor air quality in those seasons and shows that significant emissions reductions are required in order to improve air quality in wintertime. Emissions of CO, NOx and SO2 are estimated from data on fuel consumption in the city; the estimated parameters are thus fleet-average or industry-average emission factors. In terms of contributions to ambient concentrations, older cars and diesel vehicles are the major contributors to CO and NOx impacts, with more than 60% and 50%, respectively. Ambient concentrations of SO2 are largely dominated by stationary sources, although long range contributions are not negligible. By contrast, CO and NOx pollution is dominated by local sources within the city boundaries. The box models can be used for forecasting purposes, and they can predict annual average concentrations within 20% of the observed values. The methodology requires data on ambient air quality measurements and fuel consumption statistics, and produces quantitative results, which can be combined with economic models to analyze environmental regulation and public policies.
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    Air quality management in Chile : effectiveness of PM2.5 regulations
    (2021) Jorquera, Héctor; CEDEUS (Chile)
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    Ambient PM10 impacts brought by the extreme flooding event of March 24-26, 2015, in Copiapo, Chile
    (2018) Jorquera, Héctor; Maria Villalobos, Ana; Barraza Saavedra, Francisco Javier; CEDEUS (Chile)
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    Application of MM5/CALMET/CAMx in Santiago, Chile
    (2003) Jorquera, Héctor; Castro, Julio; Escobar, Jaime; Jakobs, Hermann
    The Comprehensive Air Quality Model with Extensions (CAMx) has been applied to two summer photochemical episodes in the greater metro area of Santiago, Chile. It is shown that the CAMx model predicts reasonably well the spatial gradients of gaseous pollutants and the weekly cycle of variation for CO and NOx. The emission estimates for CO seem to be quite on agreement with actual emissions in 2000. NOx emissions are more appropriate for the 1998 scenario, whereas for 2000 they seem to overestimate actual emissions, so the mobile sources emission factors need to be verified. The SO2 simulations indicate that there relevant sources not accounted for in the inventory. There are problems with the VOC emissions for the area sources, because the model predictions for ozone are quite below what is being observed, for all network stations in 1998, a scenario with reliable NOx simulated levels. For the 2000 scenario, this problem is worsened because of excessive ozone scavenging. When we use the results of a comprehensive VOC campaign to produce a synthetic VOC profile of emissions for the whole city, simulated ozone gets closer to ambient measurements for the 1998 scenario. For the 2000 scenario, the overestimation in the simulated NOx levels is large enough to prevent any significant ozone sensitivity with respect to VOC increases. All things considered, CAMx has passed the "proof of the concept" for studying photochemical episodes at Santiago, Chile. The major sources of uncertainty are the emission inventory estimates for NOx and VOC. As a second source of uncertainty, meteorology was not properly represented on the second half of the January 1998 episode, and there are some problems with the stations closer to the Andes foothills overnight, particularly regarding ozone nocturnal profiles, that deserve further research.
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    Association of Kawasaki disease with tropospheric winds in Central Chile : Is wind-borne desert dust a risk factor?
    (2015) Jorquera, Héctor; Borzutzky Schachter, Arturo; Hoyos Bachiloglu, Rodrigo Andrés; García A.; CEDEUS (Chile)
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    Camino a ciudades sustentables: aportes desde la investigación a las políticas públicas urbanas en Chile
    (Centro de Desarrollo Urbano Sustentable, 2018) Vives, Alejandra; Román Castillo, Álvaro Javier; Daher Hechem, Antonio; Bonilla, Carlos; Rojas, Carolina; Matus Madrid, Christian Paulo; Henríquez, Cristián; Escobar Collao, Favio Ignacio Orlando; Link Lazo, Felipe Alejandro; Suárez, Francisco; Jorquera, Héctor; Silva, Hugo; Varas, Ignacio; Rehner, Johannes; Gironás León, Jorge Alfredo; Herrera, Josefina; Carrasco, Juan Antonio; Herrera, Juan Carlos; Muñoz, Juan Carlos; Ortúzar, Juan de Dios; CEDEUS (Chile)
    La desigualdad urbana es parte habitual del paisaje de nuestras ciudades. Producto del funcionamiento del mercado neoliberal, de los procesos de individuación y de la precarización de la vida social, la ciudad se ha visto desafiada en su capacidad de integrar a los grupos más desfavorecidos. La sola acción del mercado es insuficiente para asignar espacios para la integración. Por ello, se hace necesario generar procesos y normativas que aseguren la capacidad de participación e integración a la sociedad de los más desfavorecidos.
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    Caracterización y reparto de fuentes de carbono negro y MP2.5 en la zona B de la Región Metropolitana de Santiago de Chile
    (2025) Rodríguez Rangel, Jessika Carolina; Jorquera, Héctor; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    En la Región Metropolitana de Santiago de Chile (RM) se conoce poco acerca de la calidad del aire en aquellas comunas que no están sujetas a las medidas del Plan de Descontaminación Atmosférica de la RM (PPDA-RM); esas comunas corresponden a la Zona B de la RM — pequeñas zonas urbanas en comunas rurales — y, pese a que los antecedentes del PPDA-RM indican que en ellas se emite el 75% del material particulado respirable fino (MP2.5) proveniente de combustión residencial de leña en la RM, ellas no están incluidas en la red de monitoreo del Ministerio del Medio Ambiente (a excepción de la comuna de Talagante). Para estas comunas de la zona B, cuya población es cercana al millón de habitantes, tampoco se conoce el reparto de fuentes del material particulado respirable fino (MP2.5). Esta es una brecha de conocimiento de la calidad del aire en la RM. El uso de etalómetros que miden absorción de luz del material particulado a distintas longitudes de onda proporciona un reparto de las concentraciones del carbono negro (BC) proveniente de combustibles fósiles y de quema de leña. En la literatura existente, esta distribución se reporta agregada, es decir, todas las fuentes de BC (locales y regionales) se agrupan en el resultado del análisis del etalómetro. Sin embargo, para fines regulatorios, es deseable contar con estimaciones cuantitativas de ambas contribuciones. Este trabajo propone un análisis espaciotemporal de los resultados del etalómetro de BC, que se basa en combinar el reparto del BC — combustible fósil (eBCff) más quema de leña (eBCwb) — junto con información meteorológica superficial, empleando una metodología de reconocimiento de patrones espaciotemporales (PET). Además, debido a que el BC es uno de los contribuyentes del calentamiento global más significativo después del CO2, es crítico conocer las emisiones de los aerosoles carbonosos en busca de generar medidas de control de dichas emisiones, por lo que también se propone estimar las emisiones de carbono negro equivalente (eBC) y MP2.5 de uso de combustible fósil y leña en tres suburbios de la Región Metropolitana de Santiago: Colina, Melipilla y San José de Maipo (SJM), durante las épocas de invierno (campañas año 2021) y verano (campañas entre noviembre de 2020 y abril del 2022). Esta nueva metodología llamada FUSTA (FUzzy SpatioTemporal Apportionment), encuentra los PET de las concentraciones de eBC que llegan al sitio de monitoreo, los que corresponden a los diferentes conglomerados difusos obtenidos aplicando un algoritmo de agrupamiento difuso. Estos PET son luego identificados empleando gráficos de variaciones temporales y gráficos polares bivariados, los que permiten ubicar la variabilidad espaciotemporal de cada uno de ellos. Cada PET corresponde a una fuente (o grupo de fuentes) de emisión que aportan con concentraciones en el sitio receptor. Aplicamos esta metodología a las mediciones de BC en los tres sitios suburbanos alrededor de Santiago, mostrando los resultados de FUSTA que las fuentes locales contribuyen ~80% a eBCff y eBCwb en todos los sitios, tanto en invierno como en verano. Mediante el uso de diagramas de dispersión de MP2.5 – eBCff y MP2.5 – eBCwb para cada PET, las líneas de borde mínimas asociadas muestran pendientes distintivas de MP2.5/𝑒𝐵𝐶𝑓𝑓 y MP2.5/𝑒𝐵𝐶𝑤𝑏. Estas pendientes son mayores para las fuentes no locales (que incluyen aerosoles procesados atmosféricamente en su ruta al sitio de medición) que para las contribuciones locales (emisiones frescas). Estas razones se usaron para repartir el total de MP2.5 en cada sitio de monitoreo, donde predominaron los aportes de las fuentes de combustibles fósiles, representando estos en invierno el 26 % (15.9 µg m-3 ± 0.3 µg m-3) en Colina, 22 % (9.9 µg m-3 ± 0.4 µg m-3) en Melipilla y el 24% en SJM (7.8 µg m-3 ± 0.3 µg m-3). Durante el verano, se obtuvo una distribución similar, con aportes de combustión de combustibles fósiles en Colina del 34% (15.9 µg m-3 ± 0.3 µg m-3), del 29 % (8.8 µg m-3 ± 0.4 µg m-3) en Melipilla, y del 25% (4.5 µg m-3 ± 0.2 µg m-3) en SJM; representando los aportes de quema de leña alrededor del 20% en ambas campañas. El MP2.5 remanente corresponde a ~ 50% del total y se identifica con aerosoles secundarios, en concordancia con estudios previos que han cuantificado la cantidad de MP2.5 secundario en Santiago. Estos resultados corroboran la gran influencia de las fuentes de transporte junto con las emisiones de combustión residencial a leña, Querosén o gas licuado, las que se incrementan en la época de invierno. En cuanto a la estimación de las emisiones mejoradas, para esto se utilizó el sistema de modelado WRF/CALPUFF, junto con inventarios de emisiones del sector residencial y de transporte disponibles y las estimaciones previas de los aportes locales y no locales a las concentraciones de eBCwb, eBCff, MP2.5-wb, y MP2.5-ff. Estas concentraciones permiten estimar tasas de emisión mejoradas, a partir de las tasas de emisión a priori arriba descritas. En la campaña de invierno, para el BCwb se estimaron tasas de emisión de 74.79 ton año-1 para Colina, 93.28 ton año-1 para Melipilla y 24.27 ton año-1 para SJM, lo que corresponden a 0.5, 0.4, y 0.3 veces del inventario de la USACH, respectivamente. En el caso del BCff, las tasas de emisión estimadas fueron de 2.21 ton mes-1 en Colina, 0.21 ton mes-1 en Melipilla y 0.23 ton mes-1 para SJM, las que respecto al inventario INEMA representan 5.2, 0.7 y 2.8 veces los valores respectivos de cada sitio. Obteniéndose tanto para el BCwb como para el BCff que los máximos concuerdan con las horas del día donde hay mayor nivel de actividad de las fuentes residenciales y de tráfico. Para la campaña de verano, las tasas de emisión de BCwb fueron de 0.44 ton mes-1 para Colina, 0.05 ton mes-1 para Melipilla y 0.01 ton año-1 lo que representa una disminución entre el 80 % al 90 % respecto a las emisiones de invierno. En cuanto al BCff en verano, se obtuvieron tasas de emisión de 2.91 ton mes-1 en Colina, de 0.03 ton mes-1 en Melipilla y de 0.07 ton mes-1 en SJM, disminuyendo aproximadamente entre un 60% a 80% respecto a invierno, a excepción de Colina donde las emisiones se mantienen relativamente constantes. La dispersión desde la Zona B (suburbios en estudio) hacia la Zona A (Gran Santiago) para las tasas de emisión obtenidas del BCff, BCwb y MP2.5 mostraron que los mayores aportes llegan en el mes de Julio 2021 en horas de la madrugada; en tanto que en verano los mayores aportes de BCff y MP2.5-ff a la Zona A llegan principalmente durante los meses de marzoabril, alrededor de las 06:00 y posteriormente después de las 12:00. Posteriormente, los resultados de la modelación de dispersión del MP2.5 de uso de leña, así como del BCwb y BCff desde la Zona A hacia la Zona B, junto con el análisis de retro trayectorias de vientos usando el modelo HYSPLIT, sugieren en ambas campañas que el total de los aportes no locales que llegan a las comunas estudiadas, no solo provienen de Santiago sino también de localidades cercanas y distantes. En ambos casos — al agregar las emisiones de una comuna cercana a Colina, como Lampa en el caso de las emisiones de BCwb y las emisiones de las carreteras cercanas a las comunas de estudio para las emisiones de BCff — las simulaciones predicen concentraciones más cercanas a las observadas que si solo se considera el Gran Santiago como fuente emisora. Los resultados de este estudio demuestran que la nueva metodología desarrollada es útil en la obtención de un reparto de fuentes más detallado, así como en la evaluación del impacto del MP2.5 y del contaminante de vida corta BC a escala urbana; permitiendo obtener resultados que son más consistentes con los antecedentes de la composición química del MP2.5 en el Gran Santiago, estimar emisiones locales e identificar zonas que contribuyen con aportes no locales también.
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    Carbon monoxide concentrations in Santiago City at street levels and their vertical gradient
    (2008) Rubio, María A.; Lissi, Eduardo; Jorquera, Héctor; Salinas, Elizabeth; Castro, Julio; Cádiz, Marcela
    Carbon monoxide concentrations were measured at ground level (1 m) near heavy traffic streets in downtown Santiago de Chile in periods of low (November and December), intermediate (April) and high (May) ambient concentrations. Also, measurements were carried out at several heights (from 1 to 127 m) in Santiago's main street during winter time. Measurements carried out at ground level show maximum values during the morning rush hour, with values considerably higher than those reported by the urban air quality network, particularly in summer time. However, the measured values are below air quality standards. Vertical CO profiles were measured in a tower located in the center of downtown. Below 40 m (average altitude of neighboring buildings), the profiles do not show a consistent vertical gradient, with CO concentrations increasing or decreasing with height, regardless of atmospheric stability. In this low altitude range, the observed vertical profiles are poorly predicted by a street canyon model, and the measured concentrations can not be described by a simple exponential decay. At higher altitudes (40 and 127 m) a negative gradient in CO concentrations is observed, both for stable and unstable atmospheric conditions. The values of CO measured at 127 m are relatively well described by an Eulerian dispersion model running with current CO emission inventories for Santiago, although this model tends to predict stepper CO gradients than the observed ones.
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    Chemical speciation and source apportionment of fine particulate matter in Santiago, Chile, 2013
    (2015) Villalobos, A.; Barraza Saavedra, Francisco Javier; Jorquera, Héctor; Schauer, J.; CEDEUS (Chile)
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    Combining Cluster Analysis of Air Pollution and Meteorological Data with Receptor Model Results for Ambient PM2.5 and PM10
    (2020) Jorquera, Héctor; Villalobos, Ana María; CEDEUS (Chile)
    Air pollution regulation requires knowing major sources on any given zone, setting specific controls, and assessing how health risks evolve in response to those controls. Receptor models (RM) can identify major sources: transport, industry, residential, etc. However, RM results are typically available for short term periods, and there is a paucity of RM results for developing countries. We propose to combine a cluster analysis (CA) of air pollution and meteorological measurements with a short-term RM analysis to estimate a long-term, hourly source apportionment of ambient PM2.5 and PM10. We have developed a proof of the concept for this proposed methodology in three case studies: a large metropolitan zone, a city with dominant residential wood burning (RWB) emissions, and a city in the middle of a desert region. We have found it feasible to identify the major sources in the CA results and obtain hourly time series of their contributions, effectively extending short-term RM results to the whole ambient monitoring period. This methodology adds value to existing ambient data. The hourly time series results would allow researchers to apportion health benefits associated with specific air pollution regulations, estimate source-specific trends, improve emission inventories, and conduct environmental justice studies, among several potential applications.
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    Comparison of indoor and outdoor air quality in latino communities in Peru, Chile, and USA
    (International Society of Indoor Air Quality and Climate, 2015) Champion, Wyatt M.; Barraza Saavedra, Francisco Javier; Jorquera, Héctor; Montoya, Lupita D.
    The air quality inside and outside the homes of three Latino communities (rural Peru, urban Chile and suburban USA) was compared in this study. Filter samples were collected and analysed for fine mass (PM2.5) and elemental and organic carbon (ECOC). An optical particle sensor was used in lieu of filter samples for PM2.5 mass in Peru. Results indicated that rural Peruvian homes burning dung for heating and cooking had the highest average level of PM2.5 indoors (140 μg/m3) and relatively clean outdoor air. Urban Chilean homes had a lower average indoor PM2.5 concentration (22 μg/m3), while suburban USA homes showed elevated concentrations of PM2.5 indoors (7.0 μg/m3) compared to outdoors, but lower indoor levels than the other two communities studied.
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    Diseño de viviendas y calidad del aire intramuros
    (2014) Jorquera, Héctor; CEDEUS (Chile)
    Se presenta la problemática de la contaminación atmosférica y como ella altera la calidad del aire al interior de las viviendas o lugares de trabajo. Se enfatiza los aspectos de diseño críticos tales como la renovación del aire en una vivienda, la presencia de fuentes de emisión de partículas al interior de ellas así como un listado de recomendaciones para mejorar la calidad del aire que respiramos en ambientes interiores; muchas de estas recomendaciones corresponden a decisiones que podrían tomar los diseñadores en alguna etapa de un proyecto de arquitectura o de construcción.
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    Dispersión del MP10 en Temuco : construcción del escenario base y análisis del cumplimiento de la normativa ambiental
    (2010) Stocker Tolosa, Daniela Soledad; Jorquera, Héctor; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Ingeniería
    En la zona urbana de las comunas de Temuco y Padre las Casas, actualmente se exceden las normas primarias diaria y anual para el material particulado respirable MP10, principalmente por el uso de leña para calefacción, por lo que la zona ha sido declarada saturada por la autoridad. El objetivo de la presente Tesis consistió en: a) modelar la dispersión de las emisiones atmosféricas en Temuco para el año 2006, usando un inventario estimado para el año 2005; b) evaluar cuantitativamente el desempeño del modelo de dispersión CALPUFF (EPA-EEUU) para el año 2006 y diagnosticar las deficiencias de dicho inventario; c) calibrar el inventario de emisiones para el año 2006, por medio de la metodología de modelación inversa, específicamente del filtro de Kalman; d) construir un escenario de emisiones modificado para el año 2006, y con él estimar cuales serían las reducciones de emisiones necesarias para cumplir con las normas, considerando diversos escenarios y verificando su factibilidad tecnológica.
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    Effects of biodiversity in green roofs and walls on the capture of fine particulate matter
    (2021) Vera Araya, Sergio Eduardo; Viecco Márquez, Margareth Indira; Jorquera, Héctor; CEDEUS (Chile)
    Exposure to ambient PM2.5 poses serious threats to human health. In such cases, the presence of green roofs (GRs) and green walls (GWs) has several environmental benefits, including the capture of pollutants. Choosing appropriate designs of GWs and GRs to improve urban air quality is challenging because their performances depend on their constituent species and environmental characteristics of the particular locality. Capture of PM2.5 by different plant species of GRs and GWs has been measured only on monocultures. The impact of planting different species together (polycultures) on capturing PM2.5 remains unexplored. This paper aims to evaluate the impact of biodiverse GRs and GWs on PM2.5 capture. Seven species were analyzed as polycultures: Sedum album, Lampranthus spectabillis, Sedum spurium P, Lavandula angustifolia, Erigeron karvinskianus, Aptenia cordifolia, and Sedum palmeri. PM2.5 capture was measured by two methods: gravimetric determination and decay curve. Gravimetric results suggest that higher the biodiversity of plants in GRs and GWs, higher the PM2.5 capture, particularly for species with relatively low capture when used as monocultures. The ability to capture PM2.5 is dependent on the plant species, relative position of plants within the polyculture, and horizontal (GRs) or vertical (GWs) layout. Decay method results suggest that polycultures could be more effective in long-term reduction of high PM2.5 concentrations.