Informe dispersión Pluma

Figura 4.4: Distribución de las frecuencias de velocidades de viento y clases de
estabilidad en la estación virtual generada por WRF en la planta de ArcelorMittal
durante el año 2013 (Izq) y 2014 (dcha).
En la figura
a anterior se muestra que la mayoría de las velocidades de viento se encuentran
acotadas entre los 0.5 y los 8.8 m/s, siendo las más frecuentes las velocidades de entre 0.5 y 2.1
m/s, con un 32 % del conjunto en 2013 y un 36% en 2014. Las situaciones de calma
ca
(velocidades menores de 0,5 m/s) se sitúan alrededor del 3,5 % del total de horas.
Por otro lado, las categorías de estabilidad son indicadores de turbulencia atmosféricos. La
turbulencia de la atmósfera se caracteriza en base a un parámetro que se denomina
den
"clase de
estabilidad", que es función de la turbulencia térmica y de la turbulencia mecánica. Con respecto
a las situaciones de estabilidad, y siguiendo las categorías de PasquillPasquill-Gifford (1962), la clase
más frecuente, con más de un 40% en los años 2013 y 2014, es la clase D, correspondiente a
situaciones neutras (ni estables ni inestables). Las implicaciones de estas clases a efectos de la
dispersión son las siguientes: en términos generales, en una atmósfera inestable (clases A, B, C)
la flotabilidad
dad del penacho aumenta a medida que se eleva, lo cual hace que se incremente la
altura final del mismo. En una atmósfera estable (clases E, F), la flotabilidad del penacho
disminuye a medida que se eleva y en una atmósfera neutral (clase D), permanece constante.
con
5.
Estimación de las emisiones
5.1. Características Generales de las
la Torres de Refrigeración
En el proyecto se prevé la instalación de 3 torres adyacentes a las 4 existentes. Como se
comentó en la introducción, estas
esta torres de refrigeración son de tipo húmeda y de tiro inducido y
éstas se encuentran dispuestas en línea.
Anexo 2. Estudio de dispersión de la pluma de las
la Torres de Refrigeración
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5.2. Datos de entrada para CTEMISS
El procesador CTEMISS se utiliza para calcular las emisiones por hora de vapor de agua y el
exceso de contenido de calor del agua para cada torre por cada hora de la base de datos
meteorológicos de 2 años que se ha descrito anteriormente. El vapor de agua por hora (g/s) y el
exceso de contenido de calor (expresado en kW ó Btu/hr) a la salida de la torre de refrigeración
están relacionadas con un número de parámetros
parámetros que incluyen las tasas de rechazo de calor y
flujo de aire para las secciones húmeda y seca de cada célula (en este caso solo húmeda), así
como la humedad relativa y temperatura ambiente. Por lo tanto, se asume que la formación de
penacho visible y la posterior formación de nieblas y el potencial de formación de hielo son
sensibles a los parámetros de diseño de torres de enfriamiento.
Inicialmente, en este estudio se contempla la ampliación de cuatro a siete torres
torre de
refrigeración, reflejando tan
ta solo la situación futura. A continuación se incluyen todos los
parámetros de entrada,, proporcionados por el cliente, y utilizadoss por CTEMISS para modelizar.
modelizar
6.
Nº Torres: 7
Carga térmica a disipar en la TE: 111.938,75 kW (381950910,3 BTU/h)
Coordenadas TE: 4822949,00 m N – 279665,00
00 m E (UTM 30, WGS-84).
WGS
Altura torre: 15.57 m.
Diámetro torre:: El diámetro de salida del vapor de agua por cada torre
(ventiladores) es de 4,9 m.
Velocidad, temperatura de salida y ratio de emisión del vapor: Airflow 212,2 m3/h;
34,3 ºC ; 3,12% x unidad (7).
(7)
Resultados
Como se ha descrito en capítulos anteriores, CALPUFF usa el fichero de salida de CTEMISS junto
con los datos meteorológicos procesados por PCRAMMET, y con ello calcula las alturas
a
y
longitudes horarias del penacho. Para ello CALPUFF es ejecutado en modo pluma,
pluma generando un
archivo binario que es evaluado posteriormente por el post-procesador
procesador POSTPM2 y el postprocesador SUMPOST, para estimar la altura y longitud de la pluma visible, todo ello en base
horaria.
Por otro lado, para calcular la ocurrencia de fenómenos de ICING/FOGGING,
ICING/FOGGING CALPUFF ha de ser
ejecutado en modo receptor. Estas diferencias en las ejecuciones tienen la siguiente lógica: Hay
que pensar que la variación horaria del penacho visible
le no siempre es indicativa de la causa de
un evento de fogging o icing. Por ello, para
ara calcular esos eventos, CALPUFF se ejecuta también
en modo receptor. En este
es e modo, se ubican receptores discretos en puntos de interés (por
ejemplo, carreteras, puentes, residencias cercanas) y dichos puntos discretos son evaluados para
conocer los eventos de fogging o icing. Para ello, se utiliza el post-procesador
post procesador POSTRM2.
En el presente estudio se han utilizado un conjunto de receptores muy amplio (2.500 en total)
separados
arados entre sí 200 m, todo ello con el objetivo de obtener un mapa completo de cuáles
pueden ser las zonas potencialmente afectadas por fogging y/o icing.
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la Torres de Refrigeración
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Durante el análisis de estos datos, los periodos cuando la humedad relativa ambiental es mayor
del 98
8 % se toman como períodos de fogging ambiental o natural (no causados por el penacho
visible de la torre de enfriamiento,
enfriamiento es decir, nieblas de origen natural),
), y por tanto deben de
estar diferenciados de los eventos de fogging atribuible a la torre, ya que
e bajo estas condiciones
de alta humedad relativa la niebla es probable que ocurra de forma natural. Del mismo modo, los
períodos de calma (velocidad de viento < 0,5 m/s) también son eliminados del análisis de datos,
puesto que se asume que el modelo, dada su naturaleza gaussiana, puede converger y no
realizar
zar adecuadamente la dispersión.
dispersión
En este capítulo se realiza un resumen de estos resultados y se exponen los mapas obtenidos,
representados sobre un Sistema de Información Geográfica (SIG) utilizando como base la
cartografía digital de la zona.
zona
6.1. Visibilidad del penacho: altura y longitud
El modelo CALPUFF en modo pluma se utilizó para predecir las alturas
lturas y longitudes del penacho
visible. Para ello, se emplearon 2 años de datos meteorológicos,
ógicos, 2013 y 2014 como entrada a
CALPUFF y CTEMISS. En las tablas siguientes se presentan los datos obtenidos a partir del
modelo, en las que se pueden observar las horas anuales en las que el penacho es visible y las
frecuencias en rangos de altitud o longitud del penacho,
penacho, esto es, el porcentaje correspondiente a
cada rango de alturas o longitudes y el porcentaje acumulado.
NOTA: Se han descontado los
l
valores de altura y longitud que se corresponden con
horas en las que existe niebla ambiental (RH>98%) y calmas
calma (vientos menores 0,5
m/s).
Alturas Alcanzadas por el Penacho – Nº de Horas durante el año
a
2013
Altura (m)
Horas anuales
% Anual
% Acumulado
No Visible
4510
51.6%
51.6%
< 50
1197
13.7%
65.3%
50 - 75
919
10.5%
75.9%
75 - 100
1615
18.5%
94.4%
100 - 150
391
4.5%
98.8%
150 - 200
76
0.9%
99.7%
200 - 250
15
0.2%
99.9%
250 - 300
10
0.1%
100.0%
300 - 350
1
0.0%
100.0%
350 - 400
0
0.0%
100.0%
Anexo 2. Estudio de dispersión de la pluma de las
la Torres de Refrigeración
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400 - 500
0
0.0%
100.0%
> 500
0
0.0%
100.0%
Tabla 2. Nº de horas anuales en las que se alcanza una altura determinada. Año 2013
Longitudes Alcanzadas por el Penacho – Nº de Horas durante el año
a
2013
Longitud (m)
Horas Anuales
% Anual
% Acumulado
No visible
4496
51.5%
51.5%
50 - 100
1434
16.4%
67.9%
100 - 200
1291
14.8%
82.7%
200 - 300
446
5.1%
87.8%
300 - 500
492
5.6%
93.4%
500 - 750
285
3.3%
96.7%
750 - 1000
152
1.7%
98.4%
1000 - 1500
101
1.2%
99.6%
1500 - 2000
34
0.4%
100.0%
2000 - 3000
3
0.0%
100.0%
3000 - 5000
0
0.0%
100.0%
Tabla 3. Nº de horas anuales en las que se alcanza una longitud determinada. Año
2013
Alturas Alcanzadas por el Penacho – Nº de Horas durante el año
a
2014
Altura (m)
Horas anuales
% Anual
% Acumulado
No Visible
4850
55.5%
55.5%
< 50
929
10.6%
66.2%
50 - 75
816
9.3%
75.5%
75 - 100
1609
18.4%
93.9%
100 - 150
401
4.6%
98.5%
150 - 200
88
1.0%
99.5%
200 - 250
28
0.3%
99.9%
Anexo 2. Estudio de dispersión de la pluma de las
la Torres de Refrigeración
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250 - 300
10
0.1%
100.0%
300 - 350
3
0.0%
100.0%
350 - 400
0
0.0%
100.0%
400 - 500
0
0.0%
100.0%
> 500
0
0.0%
100.0%
Tabla 4. Nº de horas anuales en las que se alcanza una altura determinada. Año 2014
Longitudes Alcanzadas por el Penacho – Nº de Horas durante el año
a
2014
Longitud (m)
Horas Anuales
% Anual
% Acumulado
No visible
4838
55.4%
55.4%
50 - 100
1270
14.5%
69.9%
100 - 200
1168
13.4%
83.3%
200 - 300
446
5.1%
88.4%
300 - 500
448
5.1%
93.5%
500 - 750
271
3.1%
96.6%
750 - 1000
162
1.9%
98.5%
1000 - 1500
101
1.2%
99.7%
1500 - 2000
30
0.3%
100.0%
2000 - 3000
0
0.0%
100.0%
3000 - 5000
0
0.0%
100.0%
Tabla 5. Nº de horas anuales en las que se alcanza una longitud determinada. Año
2014
Se observa en ambos años un comportamiento muy similar, con unas frecuencias similares en los
mismos rangos de longitud y de altura.
En el caso de las alturas alcanzadas por el penacho, aproximadamente entre el 50 y 55%
de las horas se corresponden con situaciones en las que el penacho no es visible,
visible
tanto para el año 2013 como el 2014. Cuando los penachos
penachos son visibles, el rango más habitual
de altitudes alcanzadas por el penacho no superarían los 150.. Por tanto, en el 98%
de las horas del año, el penacho de la torre sería no visible o su altitud no superaría
los 150 m.
Con respecto a la longitud del penacho,
penacho, esto es, su extensión horizontal, se observa que las
longitudes más frecuentes que alcanza el penacho son menores de 200 m
m, no
superando en el 99,7% de los casos los 1,5 km desde la zona de emisión.
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Por otro lado, el modelo CALPUFF también ofrece estos
estos mismos datos segregados en las distintas
estaciones del año. Una primera representación de estos datos deja claro que tanto la altura
como la longitud del penacho mantienen un comportamiento regular en todas las épocas del
año, como se puede observar en las siguientes figuras:
Figura 6.1: Nº de horas en las que el penacho alcanza cierta altura en cada estación
del año 2013
Figura 6.2: Nº de horas en las que
que el penacho alcanza cierta altura
altu en cada estación
del año 2014
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Figura 6.3: Nº de horas en las que el penacho alcanza cierta longitud en cada
estación del año 2013
Figura 6.4: Nº de horas en las que el penacho alcanza cierta longitud en cada
estación del año 2014
Observando los gráficos 7, 8, 9 y 10, se puede observar que las estaciones del año con menor
ocurrencia de penachos visibles son el verano y la primavera. El invierno es la estación donde se
producen más situaciones de visibilidad de penachos.
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Otro conjunto
nto de datos ofrecido por el modelo nos permite representar la variación a lo largo del
día en la altura y longitud del penacho. Las siguientes figuras muestran esta distribución diaria
de alturas y longitudes para todas las horas anuales.
Figura 6.5: Distribución Diaria de Alturas del Penacho durante el Año 2013
Figura 6.6: Distribución Diaria de Alturas del Penacho durante el Año 2014
s, la variación de la altura del penacho visible para 2013 y 2014 tiene un
En términos generales,
comportamiento semejante. Se observa que durante el período diurno aumenta el número de
penachos no visibles, predominando las alturas inferiores a los 50 metros. En período nocturno
nocturn
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sin embargo, se observa un aumento en la frecuencia de penachos visibles con un predominio de
las alturas de penacho entre los 75 – 100 m.
El resto de valores son escasamente representativos y probablemente se deben en su mayoría a
estados de transición entre las dos alturas predominantes.
Esta misma distribución se representa para la longitud del penacho en las siguientes figuras:
Figura 6.7: Distribución Diaria de Longitudes del Penacho durante el Año 2013
Figura 6.8: Distribución Diaria de Longitudes del Penacho durante el Año 2014
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El comportamiento de la longitud del penacho es similar al de la altura. El intervalo predominante
es el de 50-100 metros de longitud, con mayor número de horas durante el día, que disminuye
en las horas nocturnas. En este caso el intervalo secundario predominante durante la noche sería
el de 100 – 200 m.
6.2. Formación de nieblas y heladas a causa del penacho
Para predecir el impacto
mpacto por heladas (icing) o nieblas (fogging), causadas por los penachos
visibles en ciertos puntos del dominio de simulación, se ha utilizado CALPUFF en modo
receptor.. Así, se ha dispuesto de un amplio conjunto de receptores (un total de 2.500)
separados entre sí 200 m, los cuales se ilustran en la siguiente figura:
Figura 6.9: Descripción y representación del dominio utilizado para la simulación de
la calidad del aire con el modelo CALPUFF.
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El conjunto de receptores, que ocupan una extensión de 100 km2, abarca las instalaciones de la
planta de ArcelorMittal en Gijón y sus inmediaciones, el paso de la autovía del atlántico con el
viaducto de Somonte y la vía del tren, así como parte del núcleo urbano de gijón y las
localidades de Veriña, Sotiello, San Andrés, Monteana y Tremañes, entre otras.
Los datos de elevación de terreno para construir
constr
el sistema de receptores discretos han sido
obtenidos a partir del “Shuttle Radar TopographyMission” (SRTM),
(SRTM), con una alta resolución (90
m).
6.2.1. Formación de Heladas (Icing)
El modelo no predice ningún fenómeno de heladas (icing) producidas por el penacho
visible,, para ninguno de los dos años de referencia, y en el conjunto de receptores descrito.
6.2.2. Formación de nieblas (Fogging)
En el conjunto de receptores definidos (2.500 para todo el dominio), el modelo predice un total
de 353 horas de fogging ambiental (es decir, la formación de nieblas naturales) para el año
2013, lo que supone un 4% del conjunto de las horas del año, mientras que para el año 2014
predice 607 horas, suponiendo alrededor de un 7%.
Con respecto al fogging inducido por el penacho,
penacho esto es, las nieblas formadas al descender
a superficie el penacho visible, el modelo atribuye 43 horas (0,49% de las horas del año) en el
año 2013 y 61 horas (0,7% de las horas del año) en el 2014, todo ello para el conjunto de los
2.500 receptores incluidos en
en la simulación. Esta situación traducida a nivel de cada receptor,
supone que para un mismo punto discreto, el número de horas de nieblas inducidas por el
penacho en un año sea como máximo de 4 horas al año, tal y como se observa en los siguientes
planos (planos 1 y 2). Por tanto, la incidencia del penacho en la formación de nieblas para un
punto discreto se estima, como máximo, en un 0.05% de las horas del año. Estos puntos donde
el modelo estima el mayor impacto se ubican principalmente en las inmediaciones
inmediaci
de la fábrica
de ARCELORMITTAL, tal y como se expone en la siguiente figura:
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Figura 6.10: Localizaciones donde se suceden los máximos de fogging
Según los resultados del modelo, los mayores impactos se producirían hacia el noroeste y el
nordeste de la zona de emisión, a distancias de la planta que oscilan entre 800 m y 1,5 km.
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7.
Conclusiones
A la luz de los resultados obtenidos en el presente estudio de dispersión del
de penacho de vapor de
agua procedente de la torre de refrigeración,
refrigeración a través del modelo CALPUFF-CTEMISS,
CALPUFF
se
determina que para entre el 50 y el 55%
55
de las horas del año el modelo calcula
situaciones en las que el penacho no será visible.. En el resto de situaciones, de
penacho visible,, cuando los penachos son visibles, el rango
rango más habitual de altitudes
alcanzadas por el penacho no superaría los 150 metros.. Así, en el 98% de las horas
del año, el penacho de la torre sería no visible o su altitud no superaría los 150 m.
m
Con respecto a la longitud del penacho, esto es, su extensión
extensión horizontal, el modelo calcula que
las longitudes más frecuentes que alcanza el penacho serán menores de 200 m,
m no
superando en el 99,7% de los casos los 1,5 km desde la zona de emisión. En el análisis realizado
por estaciones del año y por horas del día, se aprecia que en épocas estivales y
primaverales se producirían menos situaciones de penacho visible.
visible Del mismo modo, el
modelo predice que en período diurno,, especialmente en las horas centrales del día,
disminuyen las situaciones de visibilidad del
de penacho.
Con respecto al impacto de los penachos visibles en la formación de heladas (icing), el
modelo no predice ninguna situación durante los dos años simulados.
Sobre el impacto de las emisiones de la torre de refrigeración en la formación de nieblas
(fogging), el modelo atribuye 43 horas (0,05 % de las horas del año) para el 2013 y 61 horas
(0,7% de las horas del año) para el 2014, en el conjunto de los receptores del dominio de
simulación. Los mayores impactos se producirían entre 800 m y 1,5 km hacia el noroeste, norte y
el nordeste de la planta, con una ocurrencia máxima de fogging inducido por el penacho inferior
a las 5 horas al año. En zonas de especial sensibilidad, como la Autovía del Cantábrico, el
impacto por fogging sería nulo y en carreteras
c
(AS-19)
19) o la vía del tren a su paso por Veriña, la
ocurrencia sería de 2 a 4 horas al año.
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8.
Referencias bibliográficas
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