anexo 3

PROYECTO EM2012/200-22
ANEXO 3
“MODELACIÓN DEL IMPACTO EN LA CALIDAD DEL
AIRE DE LAS EMISIONES DE PRECURSORES DE
OZONO DE LA CENTRAL COMBINADA ERA”
Informe Final
Preparado Para:
SGA S.A.
Preparado Por:
EnviroModeling Ltda.
Abril, 2013.
EnviroModeling Ltda.,
Loreley 1045, La Reina, Santiago - Chile. Fono: 56- 2- 891 7487.
email: [email protected], http://www.enviromodeling.cl
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ÍNDICE
CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN ..................................................................5
CAPÍTULO II: DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO ...........................8
2.1
2.2
2.3
Localización de la Zona de Estudio ....................................................................8
Clima y Meteorología.......................................................................................8
Geomorfología.............................................................................................. 10
CAPÍTULO III: DOMINIO DE MODELACIÓN ...........................................15
CAPÍTULO IV: CARACTERIZACIÓN DE LA METEOROLOGÍA DE
SUPERFICIE EN LA ZONA DE ESTUDIO...................................................19
4.1.1
4.1.2
4.1.3
Rosas de Viento............................................................................................ 22
Ciclos Horarios Promedios Mensuales .............................................................. 31
Series de Tiempo .......................................................................................... 37
CAPÍTULO V: IMPLEMENTACIÓN Y APLICACIÓN DEL SISTEMA DE
MODELACIÓN WRF/CAMx. .....................................................................42
5.1
5.2
5.2.1
5.2.2
5.3
5.3.1
5.3.2
5.3.3
Introducción................................................................................................. 42
Implementación Modelo WRF ......................................................................... 45
Dominio o Área de Modelación Considerada ..................................................... 45
Meteorología Considerada en la Implementación del Modelo WRF ...................... 46
Implementación Modelo Fotoquímico CAMx ..................................................... 49
Emisiones Consideradas en la Modelación con CAMx. Escenario Base.................. 50
Emisiones Consideradas en la Modelación con CAMx. Escenario Futuro. .............. 59
Mecanismo Fotoquímico y Especiación de las Emisiones .................................... 60
CAPÍTULO VI: RESULTADOS MODELACIÓN DEL IMPACTO DE LAS
EMISIONES DE LA CENTRAL ERA, EN LOS NIVELES DE OZONO
TROPOSFÉRICO DE LA ZONA DE CONCÓN ..............................................63
6.1
Análisis de Incertidumbre de la Meteorología Generada por el Modelo WRF en la
Zona del Proyecto ......................................................................................... 74
CAPÍTULO VII: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................79
1
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”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
ERA”.
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ÍNDICE TABLAS
Tabla 4-1:
Tabla 5-1:
Tabla 5-2:
Tabla 5-3:
Tabla 5-4:
Tabla 5-5:
Tabla 5-6:
Tabla 5-7:
Tabla 5-8:
Tabla 5-9:
Tabla
Tabla
Tabla
Tabla
5-10:
5-11:
5-12:
6-1:
Tabla 6-2:
Tabla 6-3:
Tabla 6-4:
Características de las estaciones meteorológicas utilizadas en el proyecto. 21
Características del dominio de modelación utilizado en el sistema WRF en la
zona del proyecto.+ .............................................................................. 46
Características del dominio de modelación utilizado en el sistema CAMx en
la zona del proyecto.+........................................................................... 49
Resumen de emisiones provenientes de las zonas urbanas del Gran
Valparaíso, Concón y Quillota. Emisiones CO, año 2011 (ton/año). ........... 52
Resumen de emisiones provenientes de las zonas urbanas del Gran
Valparaíso, Concón y Quillota. Emisiones NOx, año 2011 (ton/año). ......... 53
Resumen de emisiones provenientes de las zonas urbanas del Gran
Valparaíso, Concón y Quillota. Emisiones COVs, año 2011 (ton/año)......... 54
Resumen de emisiones provenientes de las zonas urbanas del Gran
Valparaíso, Concón y Quillota. Emisiones SO2, año 2011 (ton/año). .......... 55
Resumen de emisiones provenientes de las zonas urbanas del Gran
Valparaíso, Concón y Quillota. Emisiones NH3, año 2011 (ton/año). .......... 56
Resumen de emisiones de ENAP Refinería Aconcagua Año 2011, en sus
localidades Concón y Quintero. Fuente tipo área, ton/año........................ 56
Identificación, características y emisiones de las fuentes utilizadas en el
sistema de modelación CAMx (g/s). ....................................................... 58
Emisiones Anuales Estimadas con Gas Natural para 333 (días/año). ......... 59
Emisiones Anuales Estimadas con Petróleo Diesel para 7 (días/año). ........ 60
Categorías del mecanismo químico Carbón Bond 4. CB4 (USEPA, 2003ª) .. 62
Concentraciones máximas de Ozono promedio móvil 8 horas (Percentil 99)
en las Estaciones Colmo y Concón. Mes de Enero de 2011. ...................... 64
Concentraciones máximas de Ozono promedio móvil 8 horas (Percentil 99)
en las Estaciones Colmo y Concón. Mes de Abril de 2011. ........................ 64
Concentraciones máximas de Ozono promedio móvil 8 horas (Percentil 99)
en las Estaciones Colmo y Concón. Mes de Julio de 2011. ........................ 65
Concentraciones máximas de Ozono promedio móvil 8 horas (Percentil 99)
en las Estaciones Colmo y Concón. Mes de Octubre de 2011. ................... 65
2
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”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
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ÍNDICE FIGURAS
Figura 3-1:
Figura 3-2:
Ilustración de parte del área de estudio. ................................................ 16
Ilustración de la topografía del área de estudio e identificación de las
estaciones monitoras de Ozono y de la localización de la Central ERA. ...... 17
Figura 3-3:
Ilustración del uso de suelos en la zona en donde se emplaza el proyecto.
Las categorías consideradas son: Urbano (urban), Agricultura Irrigado y no
irrigado (Agricultural), Praderas o pastizales (Rangeland), Forestal (Forest)
y Agua (Water). ................................................................................... 18
Figura 4-1:
Rosas de Viento promedio observadas en las Estaciones Colmo, Concón, Las
Gaviotas y Junta de Vecinos, durante el Mes Enero del 2011.................... 27
Figura 4-2:
Rosas de Viento promedio observadas en las Estaciones Colmo, Concón, Las
Gaviotas y Junta de Vecinos, durante el Mes Abril del 2011. .................... 28
Figura 4-3:
Rosas de Viento promedio observadas en las Estaciones Colmo, Concón, Las
Gaviotas y Junta de Vecinos, durante el Mes Julio del 2011. .................... 29
Figura 4-4:
Rosas de Viento promedio observadas en las Estaciones Colmo, Concón, Las
Gaviotas y Junta de Vecinos, durante el Mes Octubre del 2011. ............... 30
Figura 4-5:
Ciclos Diarios de Velocidad de Viento observadas en las Estaciones Colmo,
Concón, Las Gaviotas y Junta de Vecinos, durante el Mes de Enero del
2011. .................................................................................................. 33
Figura 4-6:
Ciclos Diarios de Velocidad de Viento observadas en las Estaciones Colmo,
Concón, Las Gaviotas y Junta de Vecinos, durante el Mes de Abril del 2011.
.......................................................................................................... 34
Figura 4-7:
Ciclos Diarios de Velocidad de Viento observadas en las Estaciones Colmo,
Concón, Las Gaviotas y Junta de Vecinos, durante el Mes de Julio del 2011.
.......................................................................................................... 35
Figura 4-8:
Ciclos Diarios de Velocidad de Viento observadas en las Estaciones Colmo,
Concón, Las Gaviotas y Junta de Vecinos, durante el Mes de Octubre del
2011. .................................................................................................. 36
Figura 4-9:
Serie de tiempo de Velocidad de Viento observadas en las Estaciones Colmo
y Concón, durante el Mes de Enero del 2011. ......................................... 38
Figura 4-10: Serie de tiempo de Velocidad de Viento observadas en las Estaciones Colmo
y Concón, durante el Mes de Abril del 2011. ........................................... 39
Figura 4-11: Serie de tiempo de Velocidad de Viento observadas en las Estaciones Colmo
y Concón, durante el Mes de Julio del 2011. ........................................... 40
Figura 4-12: Serie de tiempo de Velocidad de Viento observadas en las Estaciones Colmo
y Concón, durante el Mes de Octubre del 2011. ...................................... 41
Figura 5-1:
Diagrama de operación del sistema de modelación WRF-CAMx-CAMxDesk
2.0...................................................................................................... 44
Figura 5-2:
Ejemplo de Campos de Vientos generados por el Modelo WRF en el Dominio
de Implementación del Modelo CAMx. Periodo 03-01-2011 15 hrs. ........... 47
Figura 5-3:
Ejemplo de Campos de Vientos generados por el Modelo WRF en el Dominio
de Implementación del Modelo CAMx. Periodo 04-01-2011 03 hrs. ........... 48
3
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”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
ERA”.
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Figura 5-4:
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
Perfil relativo de emisiones vehiculares zona de Concón y Quillota, Quinta
Región. ............................................................................................... 57
6-1:
Isolíneas de Concentraciones Máximas Promedio Móvil 8 horas (Percentil
99) de O3 en la zona de Concón para el escenario base, sin la Central
Combinada ERA. Mes de Enero de 2011. ................................................ 68
6-2:
Isolíneas de Concentraciones Máximas Promedio Móvil 8 horas (Percentil
99) de O3 en la zona de Concón para el escenario futuro, con la Central
Combinada ERA. Mes de Enero de 2011. ................................................ 69
6-3:
Diferencias entre las Concentraciones Máximas Promedio Móvil 8 horas
(Percentil 99) de O3 en Escenario Base con iguales concentraciones en el
escenario futuro, con la Central Combinada ERA. Mes de Enero de 2011. . 70
6-4:
Isolíneas de Concentraciones Máximas Promedio Móvil 8 horas (Percentil
99) de O3 en la zona de Concón para el escenario base, sin la Central
Combinada ERA. Mes de Julio de 2011. .................................................. 71
6-5:
Isolíneas de Concentraciones Máximas Promedio Móvil 8 horas (Percentil
99) de O3 en la zona de Concón para el escenario futuro, con la Central
Combinada ERA. Mes de Julio de 2011. .................................................. 72
6-6:
Diferencias entre las Concentraciones Máximas Promedio Móvil 8 horas
(Percentil 99) de O3 en Escenario Base con iguales concentraciones en el
escenario futuro, con la Central Combinada ERA. Mes de Julio de 2011. ... 73
6-7:
Rosas de Viento promedio observadas en las Estaciones Colmo y Concón,
durante el mes de Enero de 2011. ......................................................... 75
6-8:
Campos de Viento generados por el modelo WRF en la zona del proyecto, el
día 3 de Enero de 2011 a las 15 hrs....................................................... 76
6-9:
Campos de Viento generados por el modelo WRF en la zona del proyecto, el
día 2 de Enero de 2011 a las 17 hrs....................................................... 77
6-10: Campos de Viento generados por el modelo WRF en la zona del proyecto, el
día 4 de Enero de 2011 a las 14 hrs....................................................... 78
4
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”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
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CAPÍTULO I:
INTRODUCCIÓN
En este documento se presenta el informe correspondiente al proyecto:
“Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de
Ozono de la Central Combinada ERA (ENAP Refinería Aconcagua)”.
El proyecto se llevó a cabo con el uso del sistema de modelación WRF/CAMx,
recomendado por EPA (USA). Este sistema considera en primer lugar el modelo
meteorológico de meso escala Weather Research Forecasting Model (WRF)
desarrollado por NCAR, USA y aprobado por SEA. En segundo lugar, el sistema
considera el modelo fotoquímico CAMx, el cual es el modelo recomendado por
EPA-USA (United States Environmental Protection Agency) y por el SEA (Servicio
de Evaluación Ambiental1), para modelación fotoquímica. En este trabajo se
considera la versión 4.51 del modelo, el cual se aplicó considerando los siguientes
escenarios meteorológico, topográfico y de emisiones:
•
Escenario Meteorológico
El escenario meteorológico corresponde a los meses Enero, Abril, Julio y
Octubre del 2011, representativos de las cuatro estaciones del año, de
acuerdo a las recomendaciones del Servicio de Evaluación Ambiental en la
“Guía para el Uso de Modelos de Calidad de Aire en el SEIA” 1.
1
Guía para el Uso de Modelos de Calidad del Aire en el SEIA, Servicio de Evaluación Ambiental
(2012).
5
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ERA”.
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•
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Escenario Topográfico
El escenario topográfico de la zona de estudio considera un área de 100 x
100 kilómetros, cubriendo la zona de la Bahía de Concón, hasta Quintero
por el Norte y Valparaíso por el Sur.
•
Escenario de Emisiones
Escenario Base: Este escenario corresponde a las emisiones, año base
2011, de SO2, NOx, COV’s y CO de las siguientes fuentes:
-
Transporte vehicular del Gran Valparaíso, Provincia de Quillota y
comuna de Quintero (SO2, NOx, COVs y CO).
-
Centrales que operan en el valle del Aconcagua (Nehuenco y San
Isidro) y Centrales que operan en Quintero-Puchuncaví (AES Gener
y Endesa).
-
Cemento Melón (MP10, SO2, NOx, COVs).
-
ENAP Refinería Aconcagua (Fuentes de Concón y Quintero).
Escenario 2011 (COVs, NOx y SO2).
-
Emisiones biogénicas, Escenario 2011.
Escenario Futuro: Corresponde a las emisiones del escenario Base más las
emisiones debido a la entrada en operación del Proyecto Central
Combinada ERA, perteneciente a ENAP Refinería S.A.
En el Capítulo II de este documento se presenta la descripción de la zona de
estudio. El dominio de modelación y el escenario topográfico usados en el
proyecto se presentan en el Capítulo III. La caracterización de la meteorología de
superficie en la zona de estudio se presenta en el Capítulo IV. La implementación
6
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del sistema de modelación WRF/CAMx se presenta en el Capítulo V, donde se
detalla la configuración de las fuentes emisoras además de la Central
termoeléctrica y sus emisiones. Los resultados de la modelación se presentan en
el Capítulo VI para el escenario de emisiones considerado. Finalmente, las
conclusiones y recomendaciones del proyecto se presentan en el Capítulo VII.
7
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CAPÍTULO II:
DESCRIPCIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO
2.1 Localización de la Zona de Estudio
La comuna de Concón se encuentra ubicada en los entre los 32° 54' 50" y
los 32° 56' 30" de latitud Sur y los 71° 32' 45" y 71°24' 30" de longitud
Oeste, a una altitud aproximada de 230 m.s.n.m (Google Earth) y tiene
una superficie de 83.30 km2. Limita al Norte con la comuna de Quintero,
por el Sur con la comuna de Viña del Mar, por el Este limita con la comuna
de Limache y por el Oeste el Océano Pacífico.
A continuación en las Secciones 2.2 y 2.3 se presenta una breve
descripción del clima y la meteorología, así como también de las
características geomorfológicas de la zona de estudio.
2.2 Clima y Meteorología2
Las características climáticas de la zona de Concón están determinadas
principalmente por un clima mediterráneo costero con influencia de la
corriente fría de Humboldt. En esta zona el mar actúa como un biombo
climático moderando las temperaturas. Las condiciones climáticas en la
zona presentan una marcada estacionalidad durante el año (con meses
secos en Primavera y Verano e Inviernos fríos y lluviosos).
2
Fuente: Actualización y Desarrollo Plan Regulador Comunal de Concón. Capítulo 5 Medio Natural
8
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Según la clasificación de Köeppen3 el área de Concón se inserta en un
clima perteneciente a la categoría de templado cálido con lluvias
invernales, estación seca prolongada y gran nubosidad, que es el que se
presenta en toda la costa de la región, extendiéndose incluso hacia el
interior, a través de los valles. Este clima se caracteriza por débiles
oscilaciones térmicas diarias y anuales, además de altos valores de
humedad relativa y precipitaciones4.
El período seco en esta región se mantiene durante 7 u 8 meses,
comprendiendo las estaciones de primavera, verano y parte del otoño,
debido a que en dicha época esta zona queda dentro de la influencia del
Anticiclón del Pacífico Sur. La temperatura media de la Comuna de Concón
es de 14° C, con una precipitación de 380 mm anuales y una humedad
relativa de un 80%. La cantidad de días nublados es cercana a los 200.
Respecto a las condiciones de ventilación local, según lo observado en las
rosas de viento generadas con datos registrados en las estaciones
meteorológicas Colmo y Concón, el área de interés presenta una marcada
influencia estacional con vientos mayoritariamente provenientes del Este –
Sureste y Sureste en los periodos climáticos Otoño – Invierno, mientras
que en Primavera - Verano predominan las corrientes de las direcciones
Oeste, Oeste-Noroeste y Noroeste como se apreciará más adelante en la
Sección 3.3.1. La intensidad de los vientos en superficie se manifiesta en el
perfil diario con vientos débiles a moderados en el periodo nocturno y con
3
4
La clasificación climática de Köppen, también llamada de Köppen-Geiger consiste en una clasificación climática que
identifica cada tipo de clima con una serie de letras que indican el comportamiento de las temperaturas,
humedad y precipitaciones que caracterizan dicho tipo de clima.
Actualización
y
Desarrollo
Plan
Regulador
Comunal
de
Concón.
Capítulo
5
Medio
Natural.
Rioseco, Reinaldo y Tesser, Claudio: Cartografía Interactiva de los climas de Chile [en línea]. Instituto de Geografía.
Pontificia Universidad Católica de Chile. www.uc.cl/sw_educ/geografia/cartografiainteractiva.
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peaks que varían entre los 6 y 8 m/s durante la tarde, sobre la base de
promedios horarios.
2.3 Geomorfología
La Comuna de Concón se emplaza sobre un relieve de topografía irregular,
donde se pueden identificar tres grandes unidades geomorfológicas
correspondientes a planicies marinas y fluvio-marinas en el sector litoral,
Cordillera de la Costa hacia el sector Este y los valles de sedimentación del
Río Aconcagua localizados al Norte.
•
Cordillera de la Costa5
Constituye un sector formado por lomajes con pendientes fuertes,
destacando la línea de cumbres entre los cerros Torquemada y
Cóndores. Las laderas de los cerros presentan remanentes de
vegetación nativa con algunas formaciones boscosas en el fondo de las
quebradas. En relación al poblamiento en esta unidad actualmente se
identifican las instalaciones de la Armada de Chile y Refinerías
Aconcagua, además de la población rural de la comuna la cual es
escasa y se localiza en forma dispersa.
•
Valle de Sedimentación del Río Aconcagua4
La desembocadura del río Aconcagua se emplaza entre los cordones
divisorios formados por el cerro Mauco por el Norte y Torquemada por
el Sur, antecedidos por un sistema de terrazas litorales; forma un
amplio delta o estuario de influencia fluvio-marina, en cuyo curso
5
PLADECO. Plan de Desarrollo Comunal de Concón. 2010 – 2014.
10
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inferior se reconocen varios niveles de terrazas fluviales. Hacia el
interior, el río recibe como tributario costero al estero Limache. El
aporte sedimentario de este cauce ha permitido el desarrollo de suelos
agrícolas, principalmente con una capacidad de uso III6 y IV7, en torno
a los cuales existen pequeños propietarios que se dedican a la
agricultura de cultivos anuales. También en esta área se emplaza el
área industrial de la comuna.
•
Planicie Marina y Fluvio-marina4
Esta área puede detallarse en una variedad de sub-unidades que
comprenden playas, acantilados y dunas, incorporadas a dos niveles de
terrazas marinas de aproximadamente 80 y 180 m.s.n.m.
•
Sector Costero4
Comprende el borde costero, con playas, acantilados y dunas
incorporadas a dos niveles de terrazas marinas de aproximadamente 80
y 180 m.s.n.m.; debido al retroceso del mar, solo quedan algunos
acantilados vivos. Otro elemento importante son las dunas que
actualmente se encuentran sobre el nivel del mar, compuestas por
sedimentos finos relativamente recientes que derivaron de rocas
graníticas del batolito costero; se identifican dunas semi-estabilizadas,
estabilizadas y activas. Las playas litorales constituyen el principal
elemento del paisaje litoral, aunque experimentan cambios importantes
a través del año, ya que se erosionan durante el invierno y en verano
vuelven a rellenarse debido al mayor aporte de sedimentos fluviales.
6
7
Son suelos que presentan ligeras limitaciones en su uso productivo restringiéndose a la elección de ciertos cultivos.
Presentan un grado de erosión moderado.
Son suelos con limitaciones importantes en su uso productivo considerados sólo para cultivos ocasionales. Presenta un
grado de erosión alto.
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Sobre estas unidades se emplaza el sector urbano (98% del total
comunal).
-
Acantilado Costero: Conformado por acantilados inactivos, que
presentan estabilización de sus taludes por la vegetación o la
construcción urbana. Tienen pendientes medianas a fuertes (20° 90º), y se encuentran separados de la línea de costa, en algunos
casos, por la zona de sedimentación marina correspondiente a las
playas. Sobre el acantilado se identifican líneas de manantiales,
asociados a la infiltración de las aguas lluvias en los sectores altos
de las terrazas marinas; a pesar de ser permanentes, estos cursos
no alcanzan a ser bien definidos ya que escurren por sobre la roca
para caer inmediatamente, y a los pocos metros, en el mar: sectores
de Caleta San Pedro, Playa Amarilla, Playa Negra, Playa Bahamas,
Caleta Higuerillas, Costa Brava y Casa de Piedra.
-
Planicies Litorales: Ocupan grandes extensiones y se conforman
de mantos de rodados grandes combinados desordenadamente con
gravas y arenas gruesas de origen marino y fluvial y vastos campos
de dunas relictas. En el borde costero de Concón los acantilados de
borde de mar se intercalan con playas de poca extensión, las cuales
están formadas por arenas de diferentes características, y en
algunos casos sobre playas de rodados.
-
Playa Negra y La Boca: Arenas negras con sedimentos del río
Aconcagua, Playa Amarilla, Los Lilenes y Caleta Higuerillas; arenas
blancas sedimentos de rocas cristalinas del Batolito Costero. Estas
playas presentan marcadas variaciones estacionales de su perfil,
debido a la alternancia de marejadas invernales que las erosionan,
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con períodos de sedimentación en primavera/verano. En ciclos
prolongados de mayor intensidad del oleaje, pierden sedimentos
que son arrastrados hacia la playa submarina. Sobre estos terrenos
se encuentran las caletas de pescadores de Higuerillas y San Pedro.
-
Terrazas Fluvio-Marinas: En la desembocadura del río Aconcagua
las geoformas planas y de baja pendiente forman un delta de
ensenada amplia, con una serie de meandros por los cuales el mar
penetra en la costa, conformando un ecosistema de ambientes
mixtos, donde se dan condiciones de ambientes estuariales,
ambientes de humedales costeros asociados a sistemas de agua
dulce y ambientes terrestres de costa templada.
-
Dunas:
Corresponden
a
formaciones
dunarias
antiguas,
relacionadas con grandes depósitos eólicos de sedimentos finos que
provienen de la descomposición de las rocas cristalinas, las que en
el pasado fueron transportadas por el viento desde la playa al sector
inmediatamente continuo a ésta. Se identifican dos tipos de dunas:
Dunas activas que cambian constantemente de lugar bajo la acción
eólica, cubriendo dunas de mayor antigüedad.
Dunas estabilizadas o semi-estabilizadas por la vegetación y las
urbanizaciones, en el sector Costa Brava. Son dunas antiguas o
“relictas” que se encuentran sobre una terraza marina de entre 25 a
80 m.s.n.m de altura, con un modelado de tipo colinar. En la
actualidad no están siendo alimentadas por sedimentos desde la
playa, ya que se hayan separadas del mar por un acantilado rocoso
y un camino. Sus formas y sedimentos han sido heredados de
condiciones de evolución pasadas, por lo que su tendencia evolutiva
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natural, sin intervención humana, sería hacia una estabilización por
parte de la vegetación y procesos de erosión eólica, hasta
equilibrarse ambos.
14
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CAPÍTULO III:
DOMINIO DE MODELACIÓN
El dominio de modelación de este estudio, corresponde al área que se muestra en
Figura 3-1 y tiene su centro en las coordenadas UTM-E: 264.143 km, UTM-N:
6.349.655 km. Este dominio considera, para efectos de la modelación
meteorológica con el modelo WRF, 122 kilómetros en la dirección Este y 122
kilómetros en la dirección Norte, cubriendo así un área de aproximadamente
14884 kilómetros cuadrados.
Por otra parte, el modelo fotoquímico CAMx_v4.51 considera un subdominio del
indicado en el párrafo anterior, el que posee el mismo origen con 100 kilómetros
en la dirección Este-Oeste y 100 kilómetros en la dirección Norte–Sur. Como se
observa en Figura 3-1, este dominio incluye la bahía de Concón y Valle del Río
Aconcagua, las que representan las áreas de influencia potencial de la Central
Termoeléctrica. Este dominio alcanza por el Sur la zona de Valparaíso y por el
Este la zona de Llay-Llay, con el fin de incorporar en la modelación las emisiones
de los vehículos que circulan por los centros urbanos y las emisiones propias de la
actividad biogénica.
La topografía que se presenta en Figura 3-2, se definió considerando celdas o
grillas de 2000 x 2000 metros cada una. Esto, para efectos de la implementación
del sistema de modelación WRF/CAMx. Las características de implementación de
estos modelos se presentan en el Capítulo V.
En lo que respecta al uso de suelos en el dominio de modelación, este se
presenta en Figura 3-3. Como se observa en esta figura, este uso es complejo y
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corresponde a suelos tipo urbano, agrícola irrigado, bosques, cuerpos de agua y
praderas, entre otros.
Figura 3-1:
Ilustración de parte del área de estudio.
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Figura 3-2:
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Ilustración de la topografía del área de estudio e identificación de
las estaciones monitoras de Ozono y de la localización de la Central
ERA.
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Figura 3-3:
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Ilustración del uso de suelos en la zona en donde se emplaza el
proyecto. Las categorías consideradas son: Urbano (urban),
Agricultura Irrigado y no irrigado (Agricultural), Praderas o
pastizales (Rangeland), Forestal (Forest) y Agua (Water).
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CAPÍTULO IV:
CARACTERIZACIÓN DE LA METEOROLOGÍA DE SUPERFICIE
EN LA ZONA DE ESTUDIO
La meteorología de superficie considerada en el estudio corresponde a la
registrada durante los meses de Enero, Abril, Julio y Octubre del año 2011 por las
estaciones monitoras Colmo, Concón, Las Gaviotas y Junta de Vecinos,
pertenecientes a la red de monitoreo de ERA (ENAP Refinerías S.A) en la zona de
Concón y administradas por SGS Chile Ltda. Los meses indicados se eligieron para
representar las estaciones climáticas Verano (Enero), Otoño (Abril), Invierno
(Julio) y Primavera (Octubre), de acuerdo a los requerimientos del Servicio de
Evaluación Ambiental (SEA), en su Guía para Uso de Modelos de Calidad del Aire.
Algunas características de las estaciones meteorológicas de superficie tales como:
variables medidas y ubicación geográfica se presentan a continuación en Tabla
4-1.
El análisis de la información meteorológica registrada por las diferentes estaciones
monitoras se realizó considerando por una parte, rosas de viento, y por otra los
ciclos diarios promedios de velocidad de vientos de los meses Enero, Abril, Julio y
Octubre del año 2011.
A continuación en Sección 4.1.1 se presentan las rosas de viento observadas
durante los cuatro meses considerados en este estudio. Los ciclos diarios
promedios de velocidad de viento de cada estación monitora mencionada se
presentan es Sección 4.1.2. Además, en Sección 4.1.3 se incluyen series de
tiempo de las variables velocidad y dirección de viento, las cuales permiten
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realizar un análisis cualitativo de los datos disponibles en términos de completitud
de la serie y periodos faltantes, valores fuera de rango o fallas técnicas de los
equipos (datos constantes, tendencias, entre otros).
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Tabla 4-1:
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Características de las estaciones meteorológicas utilizadas en el proyecto.
Estaciones
Colmo
Concón
Junta de Vecinos
Las Gaviotas
Coordenadas*
Variables
UTM-E
UTM-N
VV
DV
271.796
6.353.859
6.354.247
6.353.098
6.355.336
X
X
X
X
X
X
X
X
264.784
263.944
267.940
Tº
HR
RS
PB
PP
*: DATUM WGS-84 Huso 19.
Donde:
VV: Velocidad de viento, m/s
HR: Humedad Relativa %
DV: Dirección de viento, grados
RS: Radiación Solar, W/m2
Tº: Temperatura, ºC
PB: Presión Barométrica, milibares
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4.1.1 Rosas de Viento
El análisis del comportamiento de los vientos observados en las estaciones
Colmo, Concón, Las Gaviotas y Junta de Vecinos, se presenta a
continuación mediante rosas para los meses de Enero, Abril, Julio y
Octubre del año 2011 en Figuras 4-1 a 4-4 respectivamente. Este análisis
se realizó con el fin de comprender la distribución de velocidades y la
frecuencia de ocurrencia de las diferentes direcciones de viento.
Del análisis de Figuras 4-1 a 4-4, para cada unos de los meses analizado es
posible concluir:
• Enero: En Figura 4-1 es posible observar que las rosas de viento de
las estaciones Colmo, Concón, Las Gaviotas presentan vientos con
altas frecuencias de ocurrencia e intensidades que fluctúan entre los
6 y los 9 m/s y provienen preferentemente del rango situado entre
las direcciones Oeste (W) y Norte – Noroeste (NNW). Estas
estaciones presentan además, vientos con menores velocidades y
frecuencias de ocurrencia provenientes del primer y segundo
cuadrante. Por otra parte, en Figura 4-1 es posible observar
además, que Estación Junta de Vecinos presenta más de una
dirección predominante en los vientos, ya que por una parte, se
observan vientos moderados, que soplan entre las componentes
Oeste (W) y Sur - Sureste (SSW), alcanzando velocidades de hasta 4
m/s y frecuencias de ocurrencia de hasta 13% del total del tiempo
en la dirección Sur - Sureste (SSW). Por otra parte, se observan
velocidades mayores y frecuencias de ocurrencia más bajas que
provienen de Suroeste (SW), y Oeste - Suroeste (WSW), las cuales
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en conjunto permanecen aproximadamente un 19% del total del
tiempo en estas direcciones.
• Abril: Como es posible observar en Figura 4-2, durante el mes de
Abril en Estación Colmo las mayores frecuencias de ocurrencia la
presentan los vientos moderados provenientes de las direcciones
Este – Noreste (NE) y Este (E) las cuales en conjunto permanecen
aproximadamente un 36% del total del tiempo. En Estación Colmo
se observan además, vientos con mayores velocidades (hasta 9 m/s)
pero con menor frecuencia de ocurrencia los cuales provienen del
rango situado entre las direcciones Oeste (W) y Noroeste (NW).
En Figura 4-2, también se observa que durante el mes de Abril la
Estación Concón registra vientos procedentes de los cuatro
cuadrantes, destacando aquellos que provienen de las direcciones
Este – Sureste (ESE), Sureste (SE) y Oeste – Noroeste (WNW) por
presentar las mayores frecuencias de ocurrencia, sin embargo no las
mayores velocidades.
Por otra parte en Estación Las Gaviotas, como se aprecia en Figura
4-2, prevalecen los vientos que soplan desde las direcciones
situadas entre los rangos: Este – Noreste (ENE) al Este (E) y entre
el Oeste (W) y el Norte (N). Dentro de estos rangos la mayor
frecuencia de ocurrencia se presenta en la dirección Este – Noreste
(ENE) donde los vientos permanecen un 18% del total del tiempo y
las velocidades máximas llegan hasta los 4 m/s.
Finalmente, la Estación Junta de Vecinos al igual que el resto de las
estaciones monitoras presenta más de una dirección predominante
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en los vientos durante Abril, ya que por una parte, se observan
vientos moderados, que soplan entre las componentes Oeste –
Suroeste (WSW) y Noroeste (NW) y entre el Norte – Noreste (NNE)
y el Sur – Sureste (SSE) , alcanzando velocidades máximas de 2 m/s
y frecuencias de ocurrencia de hasta 14% del total del tiempo en la
dirección Sur – Sureste (SSE). Por otra parte, se observan
velocidades mayores que provienen preferentemente del Sur (S),
Suroeste (SW), Sur – Suroeste (SSW), Norte – Noroeste (NNW) y
Norte (N).
• Julio: Como es posible observar en Figura 4-3, durante el mes de
Julio las Estaciones Colmo y Las Gaviotas presentan vientos que
provienen preferentemente de las componentes Este – Noreste
(ENE) y Este (E) con velocidades que fluctúan entre los 0.5 y 6 m/s
en ambos casos. En estas estaciones se observan también vientos
con mayores velocidades pero con menores frecuencias de
ocurrencia, los cuales se registran en las direcciones situadas entre
el primer y cuarto cuadrante.
Por otra parte, en Estación Concón prevalecen los vientos que
soplan desde el Este – Sureste (ESE) y del Sureste (SE),
permaneciendo en conjunto en estas direcciones un 41% del total
del tiempo de ocurrencia y alcanzando velocidades de hasta 6 m/s.
En Estación Concón se observan también vientos con mayores
velocidades, pero con menores frecuencias de ocurrencia los cuales
se registran en las direcciones situadas entre el primer y cuarto
cuadrante.
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Finalmente, como se observa en Figura 4-3, Estación Junta de
vecinos presenta más de una dirección predominante en los vientos
durante Julio, ya que por una parte, se observan vientos
moderados, que soplan entre las componentes Norte – Noreste
(NNE) y Norte - Noroeste (NNW) alcanzando velocidades de hasta 2
m/s y permaneciendo en conjunto aproximadamente un 96% del
total del tiempo de ocurrencia. Por otra parte, se observan
velocidades mayores que provienen exclusivamente del Norte (N) y
alcanzan hasta 9 m/s, permaneciendo solamente un 8% del total del
tiempo de ocurrencia.
• Octubre: En Figura 4-4 es posible observar que la rosas de viento
de la estación Colmo presentan por una parte, vientos moderados
que provienen de las direcciones Este – Noreste (ENE) y Este (E)
con velocidades que fluctúan entre los 0.5 y los 4 m/s y frecuencias
que en suma hacen que los vientos permanezcan aproximadamente
un 33% del tiempo en estas componentes. Por otra parte, se
observan vientos un poco más intensos con altas frecuencias de
ocurrencia y velocidades que llegan hasta los 9 ms y provienen de
las direcciones Oeste (W) y Oeste – Noroeste (WNW) y Noroeste
(NW).
En Figura 4-4, también se observa que durante el mes de Octubre la
Estación Concón registra vientos procedentes de los cuatro
cuadrantes, destacando aquellos que provienen de las direcciones
Oeste – Noroeste (WNW), Este – Sureste (ESE) y Sureste (SE) por
presentar las mayores frecuencias de ocurrencia y aquellos que
soplan desde el Suroeste (SW), Oeste – Suroeste (WSW) y Oeste
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(W) por presentar las mayores velocidades, las cuales alcanzan
hasta 9 m/s.
Por otra parte, en Figura 4-4 se aprecia que en Estación Las
Gaviotas se registran vientos que soplan entre las componentes
Oeste (W) y Norte – Noroeste (NNW) y entre el Este – Noreste
(NNE) y el Este (E), con velocidades que fluctúan entre los 0.5 y los
6 m/s y frecuencias de ocurrencia de hasta 20% del total del tiempo
en la dirección Oeste (W).
Finalmente, en Figura 4-4 es posible observar que la Estación Junta
de Vecinos presenta más de una dirección predominante en los
vientos, ya que por una parte, se observan vientos moderados, que
soplan entre las componentes Oeste (W) y Suroeste (SSW),
alcanzando velocidades de hasta 4 m/s y frecuencias de ocurrencia
de hasta 18% del total del tiempo en la dirección Sur – Sureste
(SSE). Por otra parte, se observan velocidades mayores y
frecuencias de ocurrencia más bajas que provienen de Sur –
Suroeste (SSW) y
Suroeste (SW),
las
cuales
en
conjunto
permanecen aproximadamente un 19% del total del tiempo en estas
direcciones.
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Figura 4-1:
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Rosas de Viento promedio observadas en las Estaciones Colmo, Concón, Las Gaviotas y Junta de Vecinos,
durante el Mes Enero del 2011.
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Figura 4-2:
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Rosas de Viento promedio observadas en las Estaciones Colmo, Concón, Las Gaviotas y Junta de Vecinos,
durante el Mes Abril del 2011.
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Figura 4-3:
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Rosas de Viento promedio observadas en las Estaciones Colmo, Concón, Las Gaviotas y Junta de Vecinos,
durante el Mes Julio del 2011.
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Figura 4-4:
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Rosas de Viento promedio observadas en las Estaciones Colmo, Concón, Las Gaviotas y Junta de Vecinos,
durante el Mes Octubre del 2011.
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4.1.2 Ciclos Horarios Promedios Mensuales
Los ciclos horarios promedio de Velocidad de Viento observados durante
los meses de Enero, Abril, Julio y Octubre del año 2011 en las estaciones
Colmo, Concón, Las Gaviotas, Junta de Vecinos, se presentan en las
Figuras 4-5 a 4-8.
Del análisis de los diferentes ciclos en Figuras 4-5 a 4-8 es posible concluir
que:
• Los ciclos horarios observados en las Estaciones Colmo, Concón, Las
Gaviotas y Junta de Vecinos durante todos los meses analizados, a
excepción de Julio, presentan un comportamiento con velocidades
máximas observadas alrededor de las 15:00.
• Durante todos los meses analizados, a excepción de Julio, los ciclos
de velocidad de viento observados en las Estaciones Colmo, Concón,
Las Gaviotas y Junta de Vecinos presentan un comportamiento con
velocidades mínimas observadas durante la madrugada.
• Se observa un patrón estacional en el comportamiento de los
vientos, ya que durante los meses más cálidos los cuales
representan los periodos climáticos de Verano - Primavera (Enero y
Octubre) se registran las mayores velocidades de viento observadas
en toda la red de estaciones instaladas en la zona de Concón.
Mientras que en los meses de Abril y Julio, los cuales representan
las estaciones climáticas de Otoño e Invierno, se observan las
velocidades de viento mínimas.
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• En todas las estaciones monitoras analizadas, el mes de Julio
presenta un comportamiento muy diferente al resto de los meses
analizados.
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21:00
21:00
22:00
22:00
23:00
23:00
23:00
23:00
23:00
3
2
1
Hora
22:00
22:00
20:00
20:00
19:00
19:00
18:00
18:00
17:00
17:00
16:00
16:00
15:00
15:00
14:00
14:00
13:00
13:00
12:00
12:00
11:00
11:00
10:00
10:00
9:00
9:00
8:00
8:00
7:00
7:00
6:00
6:00
5:00
5:00
4:00
4:00
0
3:00
3:00
23:00
22:00
21:00
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
9:00
8:00
7:00
6:00
5:00
4:00
3:00
0
4
2:00
2:00
1
5
1:00
1:00
2
6
0:00
0:00
3
21:00
21:00
19:00
19:00
20:00
20:00
17:00
17:00
18:00
18:00
15:00
15:00
16:00
16:00
13:00
13:00
14:00
14:00
12:00
12:00
Ciclo Promedio Horario de Velocidad de Viento
Estación Junta de Vecinos,
Enero 2011
4
Figura 4-5:
10:00
10:00
11:00
11:00
Ciclo Promedio Horario de Velocidad de Viento
Estación Las Gaviotas,
Enero 2011
Velocidad
Velocidad de Viento (m/s)
Hora
Hora
5
2:00
00
Hora
6
1:00
11
23:0 0
22:0 0
21:0 0
20:0 0
19:0 0
18:0 0
17:0 0
16:0 0
15:0 0
14:0 0
13:0 0
12:0 0
11:0 0
9:00
10:0 0
8:00
7:00
6:00
5:00
4:00
3:00
2:00
1:00
0
22
8:00
8:00
9:00
9:00
1
33
6:00
6:00
7:00
7:00
2
44
4:00
4:00
5:00
5:00
3
55
2:00
2:00
3:00
3:00
4
66
0:00
0:00
0:00
1:00
1:00
Velocidad de
de Viento
(m/s)
Velocidad
Viento (m/s)
5
0:00
Velocidad de Viento (m/s)
Ciclo
Ciclo Promedio
Promedio Horario
Horario de
de Velocidad
Velocidad de
de Viento
Viento
Estación
JuntaConcón,
de Vecinos,
Estación
Enero
Enero 2011
2011
6
0:00
Velocidad de Viento (m/s)
Ciclo Promedio Horario de Velocidad de Viento
Estación Colmo,
Enero 2011
Hora
Hora
Ciclos Diarios de Velocidad de Viento observadas en las Estaciones Colmo, Concón, Las Gaviotas y Junta de
Vecinos, durante el Mes de Enero del 2011.
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”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada ERA”
Informe Final
Velocidad de
de Viento
Viento (m/s)
(m/s)
Velocidad
Velocidad de Viento (m/s)
Figura 4-6:
Hora
Hora
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada ERA”
Informe Final
Hora
Ciclo
Ciclo Promedio
Promedio Horario
Horario de
de Velocidad
Velocidad de
de Viento
Viento
Estación
Estación Junta
Junta de
de Vecinos,
Vecinos,
Abril
Abril 2011
2011
Ciclo Promedio Horario de Velocidad de Viento
Estación Las Gaviotas,
Abril 2011
19:00
19:00
18:00
18:00
17:00
17:00
16:00
16:00
15:00
15:00
14:00
14:00
13:00
13:00
12:00
12:00
11:00
11:00
10:00
10:00
9:00
9:00
8:00
8:00
7:00
7:00
6:00
6:00
5:00
5:00
4:00
4:00
3:00
3:00
23:00
23:00
0
22:00
22:00
1
23:00
2
21:00
21:00
3
22:00
4
20:00
20:00
5
21:00
6
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
11
9:00
2
22
8:00
3
33
7:00
4
44
6:00
5
55
5:00
6
4:00
0
2:00
2:00
Ciclo Promedio Horario de Velocidad de Viento
Estación Colmo,
Abril 2011
3:00
1
1:00
1:00
2
2:00
3
0:00
0:00
4
Velocidad de Viento (m/s)
5
1:00
23:00
22:00
21:00
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
9:00
8:00
7:00
6:00
5:00
4:00
3:00
2:00
1:00
0:00
6
0:00
23:00
23:00
23:00
22:00
22:00
22:00
21:00
21:00
21:00
20:00
20:00
20:00
19:00
19:00
19:00
18:00
18:00
18:00
17:00
17:00
17:00
16:00
16:00
16:00
15:00
15:00
15:00
14:00
14:00
14:00
13:00
13:00
13:00
11:00
11:00
11:00
12:00
12:00
12:00
9:00
9:00
9:00
10:00
10:00
10:00
7:00
7:00
7:00
8:00
8:00
8:00
5:00
5:00
5:00
6:00
6:00
6:00
Hora
Velocidad de Viento
Viento (m/s)
(m/s)
00
3:00
3:00
3:00
4:00
4:00
4:00
6
6
0:00
0:00
0:00
1:00
1:00
1:00
2:00
2:00
2:00
Velocidad de Viento (m/s)
EnviroModeling
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
Ciclo Promedio Horario de Velocidad
Velocidad de
de Viento
Viento
Estación
JuntaConcón,
de Vecinos,
Estación
Abril 2011
6
5
4
3
2
1
0
Hora
Ciclos Diarios de Velocidad de Viento observadas en las Estaciones Colmo, Concón, Las Gaviotas y Junta de
Vecinos, durante el Mes de Abril del 2011.
34
EnviroModeling
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
23:00
23:00
23:00
33
22
11
Hora
22:00
22:00
23:00
23:00
20:00
20:00
21:00
21:00
19:00
19:00
18:00
18:00
17:00
17:00
16:00
16:00
15:00
15:00
14:00
14:00
13:00
13:00
12:00
12:00
11:00
11:00
10:00
10:00
9:00
9:00
8:00
8:00
7:00
7:00
6:00
6:00
5:00
5:00
4:00
4:00
00
3:00
3:00
23:00
22:00
21:00
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
9:00
8:00
7:00
6:00
5:00
4:00
3:00
0
44
2:00
2:00
1
55
1:00
1:00
2
66
0:00
0:00
3
21:00
21:00
21:00
22:00
22:00
22:00
19:00
19:00
19:00
20:00
20:00
20:00
18:00
18:00
18:00
17:00
17:00
17:00
16:00
16:00
16:00
15:00
15:00
15:00
14:00
14:00
14:00
13:00
13:00
13:00
12:00
12:00
12:00
11:00
11:00
11:00
9:00
9:00
9:00
10:00
10:00
10:00
8:00
8:00
8:00
Ciclo
Promedio Horario
Ciclo Promedio
Horario de
de Velocidad
Velocidad de
de Viento
Viento
Estación
Estación
Junta
Las
de
Vecinos,
Estación
Las Gaviotas,
Gaviotas,
Julio
Julio 2011
2011
de Viento (m/s)
Velocidad
(m/s)
Velocidad de
Ciclo Promedio Horario de Velocidad de Viento
Estación Las Gaviotas,
Julio 2011
4
Figura 4-7:
7:00
7:00
7:00
6:00
6:00
6:00
5:00
5:00
5:00
00
Hora
Hora
5
2:00
11
Hora
6
1:00
22
23:00
22:00
21:00
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
9:00
10:00
8:00
7:00
6:00
5:00
4:00
3:00
2:00
1:00
0
33
4:00
4:00
4:00
1
44
3:00
3:00
3:00
2
55
2:00
2:00
2:00
3
6
66
1:00
1:00
1:00
4
Ciclo Promedio
Promedio
Horario de
de
Velocidad
de
Viento
Ciclo
Promedio Horario
de Velocidad
Velocidad de
de Viento
Viento
Estación
Concón,
Estación
Estación
Junta
Concón,
de Vecinos,
Julio
Julio 2011
2011
0:00
0:00
0:00
5
0:00
Velocidad de Viento (m/s)
Velocidad de
de Viento
Viento
Viento (m/s)
(m/s)
Velocidad
6
0:00
Velocidad de Viento (m/s)
Ciclo Promedio Horario de Velocidad de Viento
Estación Colmo,
Julio 2011
Hora
Hora
Ciclos Diarios de Velocidad de Viento observadas en las Estaciones Colmo, Concón, Las Gaviotas y Junta de
Vecinos, durante el Mes de Julio del 2011.
35
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada ERA”
Informe Final
EnviroModeling
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
11
20:00
20:00
21:00
21:00
22:00
22:00
23:00
23:00
22:00
22:00
23:00
23:00
22
11
Hora
19:00
19:00
18:00
18:00
17:00
17:00
16:00
16:00
15:00
15:00
14:00
14:00
13:00
13:00
12:00
12:00
11:00
11:00
10:00
10:00
9:00
9:00
8:00
8:00
7:00
7:00
6:00
6:00
5:00
5:00
00
4:00
4:00
23:00
22:00
21:00
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
9:00
8:00
7:00
6:00
5:00
4:00
3:00
0
33
3:00
3:00
1
44
2:00
2:00
2
55
1:00
1:00
3
66
0:00
0:00
4
21:00
21:00
19:00
19:00
Ciclo Promedio Horario de Velocidad de Viento
Estación Junta de Vecinos,
Octubre 2011
20:00
20:00
18:00
18:00
17:00
17:00
16:00
16:00
15:00
15:00
14:00
14:00
13:00
13:00
12:00
12:00
11:00
11:00
9:00
9:00
10:00
10:00
8:00
8:00
Ciclo Promedio Horario de Velocidad de Viento
Estación Las Gaviotas,
Octubre 2011
Velocidad de
de Viento
Viento (m/s)
(m/s)
Velocidad
Hora
Hora
5
Figura 4-8:
7:00
7:00
6:00
6:00
5:00
5:00
00
Hora
6
2:00
22
23:00
22:00
21:00
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
9:00
10:00
8:00
7:00
6:00
5:00
4:00
3:00
2:00
1:00
0:00
0
33
4:00
4:00
1
4
44
3:00
3:00
2
5
55
2:00
2:00
3
6
66
1:00
1:00
4
Ciclo
Ciclo Promedio
Promedio Horario
Horario de
de Velocidad
Velocidad de
de Viento
Viento
Estación
Estación
Estación
JuntaConcón,
Concón,
de Vecinos,
Octubre
Octubre 2011
2011
0:00
0:00
5
0:00
Velocidad de Viento (m/s)
Velocidad de
de Viento
Viento (m/s)
(m/s)
Velocidad
de
6
1:00
Velocidad de Viento (m/s)
Ciclo Promedio Horario de Velocidad de Viento
Estación Colmo,
Octubre 2011
Hora
Ciclos Diarios de Velocidad de Viento observadas en las Estaciones Colmo, Concón, Las Gaviotas y Junta de
Vecinos, durante el Mes de Octubre del 2011.
36
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada ERA”
Informe Final
EnviroModeling
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
4.1.3 Series de Tiempo
En esta sección se presentan series de tiempo de Velocidad de Viento
observados durante los meses de Enero, Abril, Julio y Octubre del año 2011
en las estaciones Colmo y Concón. Estos gráficos permiten realizar un
análisis cualitativo de los datos en términos de completitud de la serie y
periodos faltantes, valores fuera de rango o fallas técnicas de los equipos.
Las series de tiempo de Velocidad de Viento observados durante los meses
de Enero, Abril, Julio y Octubre del año 2011 en las estaciones Colmo y
Concón se presentan en las Figuras 4-9 a 4-12. Como se aprecia en estas
figuras, la trayectoria de la serie de velocidad de viento observada durante
los 4 meses analizados no presenta ausencia de registros para los periodos
seleccionados para análisis. En estas figuras es posible observar también,
que en ambas estaciones monitoras se presenta un comportamiento
estacional, con velocidades de viento mayores durante los meses más
cálidos, además de la ocurrencia de eventos meteorológicos aislados como
el observado en Figura 4-11 durante el mes de Julio, el cual representa al
periodo de Invierno.
37
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
ERA, de ENAP”
Informe Final
EnviroModeling
Figura 4-9:
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
Serie de tiempo de Velocidad de Viento observadas en las Estaciones Colmo y Concón, durante el Mes de
Enero del 2011.
38
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada ERA, de ENAP”
Informe Final
EnviroModeling
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
Figura 4-10: Serie de tiempo de Velocidad de Viento observadas en las Estaciones Colmo y Concón, durante el Mes de
Abril del 2011.
39
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada ERA”
Informe Final
EnviroModeling
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
Figura 4-11: Serie de tiempo de Velocidad de Viento observadas en las Estaciones Colmo y Concón, durante el Mes de
Julio del 2011.
40
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada ERA”
Informe Final
EnviroModeling
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
Figura 4-12: Serie de tiempo de Velocidad de Viento observadas en las Estaciones Colmo y Concón, durante el Mes de
Octubre del 2011.
41
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada ERA”
Informe Final
EnviroModeling
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
CAPÍTULO V:
IMPLEMENTACIÓN Y APLICACIÓN DEL SISTEMA DE
MODELACIÓN WRF/CAMx.
5.1 Introducción
En este Capítulo se presenta la aplicación del sistema de modelación
WRF/CAMx, para modelar el impacto en los niveles de Ozono Troposférico
de las emisiones de precursores de Ozono del Proyecto Central Combinada
ERA, perteneciente ENAP Refinerías S.A. La utilización de este instrumento
técnico se justifica en que este modelo fotoquímico es recomendado por el
Servicio de Evaluación Ambiental y cumple con los requerimientos
establecidos en el documento “Guía para el uso de Modelos de Calidad del
Aire en el SEIA” para modelación de contaminantes secundarios.
El modelo fotoquímico CAMx en su versión 4.51, considera el estado del arte
de la química atmosférica, para evaluar el incremento en los niveles de
Ozono (O3) debido a emisiones de precursores de este contaminante, en un
dominio o área de interés. El modelo se alimenta de la micrometeorología
generada por el modelo WRF además de las emisiones de Óxidos de
Nitrógeno
(NOx),
Compuestos
orgánicos
volátiles
(COV),
Anhídrido
Sulfuroso (SO2), Monóxido de Carbono (CO), etc., de las diferentes fuentes
en el área de modelación. Así, es posible considerar simultáneamente las
emisiones de industrias petroleras en el sector de Concón, Centrales
Térmicas existentes en la zona cercana al proyecto, Plantas de Cemento en
la Calera, etc.
42
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
ERA”
Informe Final
EnviroModeling
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
Para el análisis de resultados de los modelos se utiliza la interfase gráfica
CAMx-Desk
v2.0,
la
cual
permite
generar
isoconcentraciones
de
contaminantes en un mapa de la zona con uso de suelos, ubicación de
ciudades, calles, etc. Este software fue desarrollado por EnviroModeling
Ltda., Chile, versión 2.0. En Figura 5-1 se presenta el diagrama de
operación del sistema WRF/CAMx/CAMxDesk.
Las características de la implementación del modelo CAMx para este estudio
se presentan en las secciones siguientes.
43
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
ERA”
Informe Final
EnviroModeling
Figura 5-1:
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
Diagrama de operación del sistema de modelación WRF-CAMx-CAMxDesk 2.0.
44
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada ERA”
Informe Final
EnviroModeling
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
5.2 Implementación Modelo WRF
El modelo WRF se implementó en la Bahía de Concón, entre Valparaíso y
Quintero considerando el dominio o área de modelación indicado en el
Capítulo III, con el uso de suelos clasificado de acuerdo a las categorías que
se indican en ese mismo capítulo. La resolución considerada en este
dominio fue de celdas de 2000 x 2000 metros con las dimensiones que se
indican en Sección 5.2.1 siguiente. La meteorología considerada en la
implementación y aplicación del modelo WRF corresponde a la presentada
en Sección 5.2.2.
5.2.1 Dominio o Área de Modelación Considerada
El dominio de modelación consideró una resolución con tamaño de grilla de
2000 x 2000 metros para definir la topografía y uso de suelos. Tiene
dimensiones de 122 kilómetros en la dirección Este-Oeste y 122 kilómetros
en la dirección Norte-Sur, a partir de su centro ubicado en las coordenadas
UTM E-W: 264.143 km, UTM N-S: 6.349.655 km. Las características
generales de este dominio se presentan en Tabla 5-1.
45
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
ERA”
Informe Final
EnviroModeling
Tabla 5-1:
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
Características del dominio de modelación utilizado en el sistema
WRF en la zona del proyecto.+
Características
Resolución
+
2000 x 2000 m
Nº de celdas en dirección X
61
Nº de celdas en dirección Y
61
Coordenadas del centro del
dominio
UTM E-W: 264.143 km
UTM N-S: 6349.655 km
Total área del dominio
61 x 61 x 2 km x 2 km
Corresponde a la cuarta grilla anidada en la modelación del modelo WRF.
La topografía del dominio de modelación fue obtenida a partir de las bases
de datos del USGS (United State Geological Survey) con resolución de 1 km
aproximadamente.
5.2.2 Meteorología Considerada en la Implementación del Modelo WRF
La meteorología considerada por el modelo WRF corresponde a los datos
históricos proporcionados por Sistema Global Forecast System (GFS), de la
NOA (National Oceanic and Atmospheric Administration), de USA.
En el proyecto se utilizaron cuatro meses de datos meteorológicos históricos
globales generados por el modelo de la NASA Global Forecast System (GFS),
con una resolución temporal de 3 horas y resolución espacial de 0.5 grados.
Con esta información se corrió el modelo WRF 3.4 para generar la
meteorología requerida por el modelo CAMx.
La elección de los cuatro meses se realizó siguiendo las recomendaciones en
la “Guía para el Uso del Modelo de Calidad del Aire en el SEIA, año 2012“,
46
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
ERA”
Informe Final
EnviroModeling
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
elaborada por el Servicio de Evaluación Ambiental SEA. Los meses
considerados corresponden a Enero, Abril, Julio y Octubre del 2011.
Ejemplos de los campos de vientos generados por WRF se presentan en
Figura 5-2 y 5-3, para el mes de Enero del 2011.
Figura 5-2:
Ejemplo de Campos de Vientos generados por el Modelo WRF en el
Dominio de Implementación del Modelo CAMx. Periodo 03-01-2011
15 hrs.
47
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
ERA”
Informe Final
EnviroModeling
Figura 5-3:
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
Ejemplo de Campos de Vientos generados por el Modelo WRF en el
Dominio de Implementación del Modelo CAMx. Periodo 04-01-2011
03 hrs.
48
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
ERA”
Informe Final
EnviroModeling
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
5.3 Implementación Modelo Fotoquímico CAMx
El modelo fotoquímico CAMx se implementó en la zona de la bahía de
Concón considerando un subdominio del considerado para WRF. En este
caso, el dominio de CAMx considera 100 km en la dirección Este-Oeste y
100 km en la dirección Norte-Sur, manteniendo el mismo centro que el
utilizado con modelo WRF. Las características de este dominio se resumen
en Tabla 5-2.
Tabla 5-2:
Características del dominio de modelación utilizado en el sistema
CAMx en la zona del proyecto.+
Características
Resolución
+
2000 x 2000 m
Nº de celdas en dirección X
50
Nº de celdas en dirección Y
Coordenadas del centro del
domínio.
50
UTM E-W: 264.143 km
UTM N-S: 6349.655 km
Total área del dominio
50 x 50 x 2 km x 2 km
Corresponde a una parte de la cuarta grilla en la modelación del modelo WRF.
CAMx se implementó utilizando el mecanismo fotoquímico Carbon Bond 5
(CB5), con un nivel de operación como el indicado en Tabla 5-12.
Para
la
aplicación
del
modelo
CAMx
se
consideró
los
periodos
meteorológicos Enero, Abril, Julio y Octubre del 2011. Para cada uno de
estos periodos meteorológicos se consideró las emisiones de cada una de
las siguientes tipos de fuentes.
49
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
ERA”
Informe Final
EnviroModeling
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
a) Fuentes tipo áreas
• Zonas Urbanas: Emisiones de CO, NOx, COVs, SO2 y NH3 de
las ciudades de Valparaíso, Concón, Quilpué, Quintero, Viña
del Mar, Quillota, La Calera, Hijuelas, Limache, Nogales,
Olmué y Llay Llay.
• ENAP Refinerías Aconcagua: Emisiones de CO, NOx, SO2 y
COVs de la Refinería en Concón y Operaciones en Quintero.
b) Fuentes Puntuales: Emisiones de CO, NOx, SO2 y COVs de:
• Centrales Termoeléctricas de la zona.
• Cemento Melón.
• Central Combinada ERA.
5.3.1 Emisiones Consideradas en la Modelación con CAMx. Escenario
Base
El modelo CAMx se corre para dos escenarios de emisiones: el Escenario
Base correspondiente a emisiones del año 2011 y el Escenario Futuro con la
operación de la Central Combinada ERA. En ambos casos se consideran las
emisiones biogénicas, las que se calculan para el dominio de modelación.
La identificación de las fuentes emisoras para cada escenario es la
siguiente:
50
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
ERA”
Informe Final
EnviroModeling
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
• Fuentes Urbanas:
La modelación con CAMx consideró las emisiones de contaminantes
provenientes de las zonas urbanas del Gran Valparaíso, la Provincia de
Quillota y parte de la Comuna de Quintero.
Las emisiones de las diferentes fuentes de áreas fueron obtenidas de la
siguiente información, para el año 2011:
-
Inventario
de
Emisiones
Preparado
por
Ambiosis:
“Estudio
Diagnóstico Plan de Gestión Atmosférica – Región de Valparaíso,
Construcción de un Inventario de Emisiones Regional”. Publicado en
Diciembre del año 2011.
-
Declaración Emisiones Atmosféricas ERA, año 2011 (ENAP Refinería
Aconcagua), Preparado por ++Better, publicado el año 2012.
Las emisiones obtenidas se presentan para los contaminantes CO, NOx,
COVs, SO2 y NH3 en Tablas 5-3 a 5-7, para las diferentes ciudades o
centros urbanos.
En el caso de ERA Enap Refinería Aconcagua las emisiones totales de CO,
NOx, COVs y SO2 se resumen en Tabla 5-8.
Considerando que las fuentes móviles presentan emisiones variables
durante el día, se incorporó en la modelación un perfil diario de
circulación de vehículos (CONAMA, 2000), el que se adaptó para distribuir
51
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
ERA”
Informe Final
EnviroModeling
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
las emisiones en cada hora del día. Este perfil relativo de emisiones se
presenta en Figura 5-4.
Tabla 5-3:
Resumen de emisiones provenientes de las zonas urbanas del Gran
Valparaíso, Concón y Quillota. Emisiones CO, año 2011 (ton/año).
CONTAMINANTE CO (ton/año)
Leña
Otras
Total
Estacionarias
Vehículos
Livianos
Vehículos
Pesados
Total
Móviles
1,493.54
587.98
2,081.52
7,391.41
146.77
7,538.18
Concón
199.54
606.51
806.05
3,141.39
34.04
3,175.43
Quilpué
1,685.37
195.66
1,881.03
5,287.80
98.80
5,386.60
Comuna
Valparaíso
Quintero
162.30
415.52
577.82
724.55
44.31
768.86
3,303.64
64.22
3,367.86
10,303.92
246.17
10,550.09
Quillota
593.06
479.47
1,072.53
2,452.81
125.16
2,577.97
La Calera
997.60
383.59
1,381.19
913.43
27.81
941.24
Hijuelas
138.81
41.48
180.29
543.42
28.75
572.17
Limache
314.95
35.35
350.30
848.83
25.61
874.44
Nogales
606.02
50.70
656.72
283.44
44.02
327.46
19.54
380.95
626.46
50.86
677.32
80.21
556.94
545.10
11.28
556.38
Viña del Mar
Olmué
Llay Llay
361.41
476.73
52
Proyecto EM2012/200-22 SGA S.A.
”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
ERA”
Informe Final
EnviroModeling
Tabla 5-4:
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
Resumen de emisiones provenientes de las zonas urbanas del Gran
Valparaíso, Concón y Quillota. Emisiones NOx, año 2011 (ton/año).
CONTAMINANTE NOx (ton/año)
Leña
Otras
Total
Estacionarias
Vehículos
Livianos
Vehículos
Pesados
Total
Móviles
Valparaíso
13.86
2,467.22
2,481.08
1,200.30
701.62
1,901.92
Concón
1.47
2,692.52
2,693.99
569.39
181.46
750.85
Quilpué
12.43
207.37
219.80
498.59
308.08
806.67
Quintero
1.20
1,833.87
1,835.07
87.72
197.28
285.00
Viña del Mar
24.37
167.92
192.29
1,605.00
649.15
2,254.15
Quillota
4.37
5,642.28
5,646.65
154.76
498.70
653.46
La Calera
7.36
689.32
696.68
48.15
81.62
129.77
Hijuelas
1.02
121.77
122.79
129.82
90.49
220.31
Limache
2.32
98.77
101.09
52.02
95.52
147.54
Nogales
2.78
109.18
111.96
23.66
151.33
174.99
Olmué
2.67
57.89
60.56
161.28
217.88
379.16
Llay Llay
3.52
752.42
755.94
109.58
38.49
148.07
Comuna
53
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ERA”
Informe Final
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Tabla 5-5:
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
Resumen de emisiones provenientes de las zonas urbanas del Gran
Valparaíso, Concón y Quillota. Emisiones COVs, año 2011 (ton/año).
CONTAMINANTE COVs (ton/año)
Leña
Otras
Total
Estacionarias
Vehículos
Livianos
Vehículos
Pesados
Total
Móviles
1,344.84
3,067.61
4,.412.45
905.79
53.18
958.97
Concón
180.89
2,491.41
2,672.30
327.81
11.32
339.13
Quilpué
1,527.85
3,433.27
4,961.12
661.36
38.39
699.75
Quintero
147.14
904.86
1,052.00
78.62
11.81
90.43
2,994.87
3,155.18
6,150.05
1,393.41
59.54
1,452.95
Quillota
537.63
1,407.62
1,945.25
344.08
51.23
395.31
La Calera
904.36
591.63
1,495.99
141.01
16.25
157.26
Hijuelas
125.83
689.07
814.90
61.20
11.24
72.44
Limache
285.51
948.15
1,233.66
131.32
12.48
143.80
Nogales
549.36
1,011.15
1,560.51
70.16
20.13
90.29
Olmué
327.63
510.09
837.72
73.77
12.61
86.38
Llay Llay
432.17
823.86
1,256.03
67.26
4.99
72.25
Comuna
Valparaíso
Viña del Mar
54
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ERA”
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Tabla 5-6:
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
Resumen de emisiones provenientes de las zonas urbanas del Gran
Valparaíso, Concón y Quillota. Emisiones SO2, año 2011 (ton/año).
CONTAMINANTE SO2 (ton/año)
Leña
Otras
Total
Estacionarias
Vehículos
Livianos
Vehículos
Pesados
Total
Móviles
Valparaíso
2.31
3,351.88
3,354.19
10.29
15.66
25.95
Concón
0.23
1,245.71
1,245.94
4.11
3.68
7.79
Quilpué
1.91
5.07
6.98
7.15
8.87
16.02
Quintero
0.18
1,472.46
1,472.64
1.00
4.46
5.46
Viña del Mar
3.75
67.43
71.18
13.31
12.94
26.25
Quillota
0.67
3,530.65
3,531.32
3.47
10.61
14.08
La Calera
1.13
261.66
262.79
1.64
1.79
3.43
Hijuelas
0.16
12.95
13.11
0.82
1.86
2.68
Limache
0.36
1.82
2.18
1.29
2.36
3.65
Nogales
0.43
2.63
3.06
0.38
3.15
3.53
Olmué
0.41
0.16
0.57
0.95
3.29
4.24
Llay Llay
0.54
756.90
757.44
0.30
0.76
1.06
Comuna
55
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”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
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Tabla 5-7:
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
Resumen de emisiones provenientes de las zonas urbanas del Gran
Valparaíso, Concón y Quillota. Emisiones NH3, año 2011 (ton/año).
CONTAMINANTE NH3 (ton/año)
Leña
Otras
Total
Estacionarias
Vehículos
Livianos
Vehículos
Pesados
Total
Móviles
Valparaíso
14.71
483.42
498.13
48.62
0.22
48.84
Concón
1.25
78.13
79.38
23.94
0.06
24.00
Quilpué
10.51
720.14
730.65
48.33
0.13
48.46
Quintero
1.01
188.52
189.53
4.45
0.09
4.54
Viña del Mar
20.62
246.05
266.67
70.28
0.16
70.44
Quillota
3.70
328.30
332.00
3.78
0.04
3.82
La Calera
6.23
165.02
171.25
0.57
0.00
0.57
Hijuelas
0.87
45.70
46.57
2.33
0.02
2.35
Limache
1.97
116.73
118.70
1.11
0.03
1.14
Nogales
2.35
342.16
344.51
0.68
0.01
0.69
Olmué
2.26
28.65
30.91
63.48
3.01
66.49
Llay Llay
2.98
89.96
92.94
2.50
0.01
2.51
Comuna
Tabla 5-8:
Resumen de emisiones de ENAP Refinería Aconcagua Año 2011, en
sus localidades Concón y Quintero. Fuente tipo área, ton/año.
EMISIONES TOTALES DE REFINERÍA (Ton/año) +
+
LOCACIÓN
Code
NOX
CO
SO2
COVs
QUINTERO
14
1.55
1.23
0.01
84.11
CONCÓN
13
1,440.88
552.91
2,067.97
282.39
Información obtenida de informe “Declaración de Emisiones Atmosféricas ENAP Refinerías
Aconcagua”, año 2011. Preparado por ++better, publicado el año 2012, Tabla Nº 58.
56
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Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
Perfil de Circulación Diaria
0.080
Fracción del Flujo
0.070
0.060
0.050
Perfil
Circulación
Diaria
0.040
0.030
0.020
0.010
00
:0
0
02
:0
0
04
:0
0
06
:0
0
08
:0
0
10
:0
0
12
:0
0
14
:0
0
16
:0
0
18
:0
0
20
:0
0
22
:0
0
0.000
Horas
Figura 5-4:
Perfil relativo de emisiones vehiculares zona de Concón y Quillota,
Quinta Región.
• Fuentes Puntuales:
Las fuentes puntuales consideradas por el modelo CAMx y sus emisiones
se presentan en la Tabla 5-9, y corresponden a la mayoría de las
Centrales y procesos emisores en la zona del Proyecto.
Las emisiones presentadas en Tabla 5-9 no incluyen las fuentes de la
Fundición Ventanas, ya que estas emiten principalmente anhídrido
sulfuroso, y se encuentran ubicadas en la bahía Quintero. En esta zona
los flujos de las masa de aire durante el periodo de formación de ozono
(13:00 a 17:00 hrs) transportan estas emisiones hacia el Noreste, lejos de
la zona de interés en el Proyecto.
57
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Tabla 5-9:
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
Identificación, características y emisiones de las fuentes utilizadas en
el sistema de modelación CAMx (g/s).
Fuente
San
Isidro
Nehuenco
Emisiones (g/s)
SO2
COV
CO
Chimenea 1
56.197
13.573
0.026
0.21
Chimenea 2
52.329
2.126
0.344
13.425
Chimenea 3
156.45
37.786
0.073
0.586
Chimenea 4
0.06
0.002
0
0.015
Chimenea 1
27.978
6.757
0.013
0.105
Chimenea 2
199.343
48.145
0.093
0.746
Chimenea 3
6.694
0.272
0.044
1.717
Chimenea 4
21.822
5.271
0.01
0.082
Chimenea 5
5.318
0.216
0.035
1.364
Chimenea 1
214.935
6.065
0.015
159.735
Chimenea 2
214.935
6.065
0.015
159.735
Chimenea 1
24.37
84.62
0.17
1.69
Chimenea 2
56.01
178.87
0.39
3.89
Cemento
Melón
Central
Gener
Ventanas
NOx
58
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Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
5.3.2 Emisiones Consideradas en la Modelación con CAMx. Escenario
Futuro.
El escenario futuro considera las mismas emisiones del escenario base
descrito anteriormente, en conjunto con las emisiones de la Central
Combinada ERA en operación. Las emisiones de esta central se presentan
en Tablas 5-10 y 5-11.
Tabla 5-10: Emisiones Anuales Estimadas con Gas Natural para 333 (días/año).
Contaminante
Planta Cogeneradora
Planta de Ciclo
Combinado
Total Central
(ton/año)
(g/s)
(ton/año)
(g/s)
(ton/año)
(g/s)
Óxidos de
Nitrógeno
(NOx)
460,0
16,0
481,9
16,8
941,9
32,7
Monóxido de
Carbono (CO)
277,3
9,6
193,5
6,7
470,8
16,4
Compuestos
Orgánicos
Volátiles (COV)
153,0
5,3
86,3
3,0
239,3
8,3
Hidrocarburos
no metánicos
82,0
2,9
27,0
0,9
109,0
3,8
0
0
0
0
0
0
Anhídrido
Sulfuroso (SO2)
59
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Tabla 5-11: Emisiones Anuales Estimadas con Petróleo Diesel para 7 (días/año).
Planta
Cogeneradora
Contaminante
(ton/año)
(g/s)
Planta de Ciclo
Combinado
(ton/año)
(g/s)
Total Central
(ton/año)
(g/s)
78,6
102,5
169,5
6,3
10,5
14,2
23,5
119,0
3,0
5,0
75,0
124,0
1,0
1,7
1,0
1,7
2,0
3,3
7,1
11,7
9,9
16,4
17,0
28,1
Óxidos de
Nitrógeno
(NOx)
55,0
90,9
47,5
Monóxido de
Carbono (CO)
7,9
13,1
Compuestos
Orgánicos
Volátiles (COV)
72,0
Hidrocarburos
no metánicos
Anhídrido
Sulfuroso (SO2)
5.3.3 Mecanismo Fotoquímico y Especiación de las Emisiones
Los modelos que simulan la fotoquímica de la atmósfera requieren que las
emisiones de COV’s y NOx, sean especiadas, según dos enfoques básicos
(USEPA, 2003a):
•
Especiación por compuestos individuales (discrete speciation). Por
ejemplo las emisiones de benceno, hexano, formaldehído, óxido nitroso.
Para ello suele utilizarse los denominados perfiles de especiación, los
cuáles, en función de la fuente emisora, asignan porcentajes para la
estimación de la emisión desglosada de cada compuesto individual.
•
Especiación por grupos de compuestos (lumped-mode speciation); que
integran las emisiones de dos o más compuestos individuales, según su
comportamiento reactivo y de acuerdo al mecanismo fotoquímico elegido
60
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”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
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Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
para los estudios de contaminación por O3. Este enfoque busca
simplificar el cálculo del gran número de reacciones que ocurren en la
baja tropósfera.
Estudios realizados por Jiménez at al. (2003) desarrollaron un análisis
comparativo de siete de los principales mecanismos fotoquímicos existentes
y determinaron que casi todos proporcionan concentraciones similares de
O3; aunque hay discrepancias significativas para otros compuestos como el
HO2 o el HNO3. En este análisis comparativo, el mecanismo químico Carbon
Bond 4 (CB4) presentó resultados representativos del actual estado del arte
incorporando el menor número de reacciones (por tanto requiere menor
proceso de cálculo). Este mecanismo considera diferentes categorías para la
simulación numérica de las reacciones que ocurren en la baja tropósfera,
distribuyendo las emisiones gaseosas en uno o más grupos (categorías CB4,
ver Tabla 5-12), según la importancia y/o la similitud de las reacciones
químicas, de acuerdo con cuatro tipos de especies:
•
Especies inorgánicas.
•
Especies orgánicas cuyas reacciones químicas son específicas e
importantes, por lo que se tratan explícitamente.
•
Especies orgánicas que se representan por medio de una categoría
sustitutiva en relación con el enlace de los átomos de carbono.
•
Especies orgánicas que se representan por medio de una categoría
sustitutiva en relación con su estructura molecular.
61
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Tabla 5-12: Categorías del mecanismo químico Carbón Bond 4. CB4 (USEPA,
2003ª)
62
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”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
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CAPÍTULO VI:
RESULTADOS MODELACIÓN DEL IMPACTO DE LAS EMISIONES
DE LA CENTRAL ERA, EN LOS NIVELES DE OZONO
TROPOSFÉRICO DE LA ZONA DE CONCÓN
En este Capítulo se presentan los resultados de la modelación del impacto de las
emisiones de la Central Combinada ERA en los niveles de Ozono (O3) troposférico
de la zona de Concón, obtenidos en la aplicación del modelo fotoquímico CAMx.
Los resultados que se presentan corresponden al Escenario Base y el Escenario
Futuro con la contribución de la entrada en operación de la Central Combinada
ERA.
Los resultados que se presentan en este informe fueron obtenidos utilizando la
meteorología de los meses de Enero, Abril, Julio y Octubre del 2011. Las emisiones
de los Escenarios Base y Escenario Futuro fueron consideradas constantes en el
mes.
En Tablas 6-1 a 6-4 se presentan las concentraciones máximas promedio móvil 8
horas, percentil 99, modeladas en las estaciones monitoras Colmo y Concón
durante los meses de Enero, Abril, Julio y Octubre, respectivamente. En estas
tablas se presentan en forma conjunta los valores observados y los valores
predichos por el modelo CAMx para los dos escenarios considerados.
63
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”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
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Tabla 6-1:
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
Concentraciones máximas de Ozono promedio móvil 8 horas
(Percentil 99) en las Estaciones Colmo y Concón. Mes de Enero de
2011.
Estaciones
Concentraciones máximas promedio móvil 8
horas (Percentil 99) de Ozono (ppbv)
Enero( * )
Escenario( ** ) Escenario( *** )
(Medidas)
Base
Futuro
Colmo
27.0
28.8
26.5
Concón
26.0
28.0
28.1
(*)
Valor real medido estación monitora.
( ** ) Considerando todas las fuentes existentes en la actualidad.
( *** ) Considerando todas las fuentes existentes más la Central Combinada ERA.
Tabla 6-2:
Concentraciones máximas de Ozono promedio móvil 8 horas
(Percentil 99) en las Estaciones Colmo y Concón. Mes de Abril de
2011.
Estaciones
Concentraciones máximas promedio móvil 8
horas (Percentil 99) de Ozono (ppbv)
Abril( * )
Escenario( ** ) Escenario( *** )
(Medidas)
Base
Futuro
Colmo
33.0
27.0
25.8
Concón
26.0
27.0
27.0
(*)
Valor real medido estación monitora.
( ** ) Considerando todas las fuentes existentes en la actualidad.
( *** ) Considerando todas las fuentes existentes más la Central Combinada ERA.
64
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”Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada
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Informe Final
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Tabla 6-3:
Ingeniería Ambiental para un Desarrollo Sustentable
Concentraciones máximas de Ozono promedio móvil 8 horas
(Percentil 99) en las Estaciones Colmo y Concón. Mes de Julio de
2011.
Estaciones
Concentraciones máximas promedio móvil 8
horas (Percentil 99) de Ozono (ppbv)
Julio( * )
Escenario( ** ) Escenario( *** )
(Medidas)
Base
Futuro
Colmo
28.0
25.1
24.7
Concón
25.0
26.0
25.8
(*)
Valor real medido estación monitora.
( ** ) Considerando todas las fuentes existentes en la actualidad.
( *** ) Considerando todas las fuentes existentes más la Central Combinada ERA.
Tabla 6-4:
Concentraciones máximas de Ozono promedio móvil 8 horas
(Percentil 99) en las Estaciones Colmo y Concón. Mes de Octubre de
2011.
Estaciones
Concentraciones máximas promedio móvil 8
horas (Percentil 99) de Ozono (ppbv)
Octubre( * )
Escenario( ** ) Escenario( *** )
(Medidas)
Base
Futuro
Colmo
30.0
27.0
27.0
Concón
22.0
29.0
28.4
(*)
Valor real medido estación monitora.
( ** ) Considerando todas las fuentes existentes en la actualidad.
( *** ) Considerando todas las fuentes existentes más la Central Combinada ERA.
Se observa en primer lugar en Tablas 6-1 a 6-4 que los niveles o concentraciones
de Ozono, promedio móvil 8 horas, percentil 99, observadas en las estaciones
indicadas son muy similares a las modeladas por CAMx para el escenario base.
Esto indica que la modelación tiene errores en el rango de 10 a 30% de los valores
observados de Ozono. Estas desviaciones son bajas en la zona de estaciones
monitoras debido a la cercanía de estas fuentes y al océano, donde la actividad
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fotoquímica es baja y dominada por la interacción entre óxido de nitrógeno con el
Ozono Troposférico.
Las desviaciones de los modelos fotoquímicos respecto de las mediciones pueden
ser mucho mayores en zonas lejanas a la fuente (a unos 80 a 100 kilómetros),
donde se manifiesta fuertemente la actividad fotoquímica. En estas áreas se
observan más claramente los errores de un modelo fotoquímico, los cuales se
deben principalmente a errores en las emisiones, topografía, usos de suelos,
meteorología, etc.
En segundo lugar se observa en Tablas 6-1 a 6-4 que en el Escenario Futuro (con
la Central Combinada ERA) existe una tendencia a la disminución de los niveles de
Ozono, promedio máximo 8 horas (percentil 99), en el entorno a la zona de
Concón. Esto se debe a que las emisiones de Óxido de Nitrógeno tienden a
disminuir los niveles de O3 presentes en la zona. Este es un proceso normal y
característico de zonas en el entorno a una fuente emisora de NOx.
Se observa también en Tablas 6-1 a 6-4 que los niveles de reducción de Ozono
varían según las condiciones climáticas siendo los meses fríos aquellos en los
cuales el fenómeno se manifiesta con menos intensidad.
Los resultados de la modelación obtenida con CAMx se presentan también en
Figuras 6-1 y 6-2 como isolíneas de concentraciones máximas promedio móvil 8
horas percentil 99 para el Escenario Base y Escenario Futuro, para el mes de
Enero. Como se ve en estas figuras las concentraciones máximas de ozono para
ambos escenarios se observan en la zona Sureste del dominio, con niveles de
hasta 37 ppb. En el entorno de Concón, los niveles de ozono son cercanos a los
observados en las estaciones monitoras Concón y Colmo.
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Como se observa en Figuras 6-1 y 6-2 en ellas no es posible observar las
diferencias reales en las concentraciones máximas de Ozono (percentil 99), debido
a la presencia de la Central Combinada ERA. Sin embargo, esto último es posible
apreciarlo en Figura 6-3, donde se presentan las diferencias en las concentraciones
máximas 8 horas entre los dos escenarios de emisiones, para el escenario
meteorológico Enero de 2011. Esta figura representa los niveles de reducción de
Ozono debido a la Central Combinada ERA en la zona de Concón. Estos niveles de
reducción varían hasta 1 ppb hacia el Sur del dominio de modelación.
Si analizamos el caso del mes de Julio de 2011, el cual corresponde a un mes con
baja actividad fotoquímica en la atmósfera, se observa en primer lugar en Tabla 66 que en las estaciones de monitoreo prácticamente no existen diferencias en los
niveles de Ozono en ambos escenarios de emisiones. Además, se observa en
Figura 6-4 y 6-5 que la distribución espacial de los impactos de O3 en Julio es
relativamente similar en ambos escenarios (base y futuro), con reducciones en los
niveles de Ozono en el entorno a Concón, en menor grado que en el caso de
Enero. Esto último se aprecia en Figura 6-6.
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Figura 6-1:
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Isolíneas de Concentraciones Máximas Promedio Móvil 8 horas (Percentil 99) de O3 en la zona de Concón
para el escenario base, sin la Central Combinada ERA. Mes de Enero de 2011.
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Figura 6-2:
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Isolíneas de Concentraciones Máximas Promedio Móvil 8 horas (Percentil 99) de O3 en la zona de Concón
para el escenario futuro, con la Central Combinada ERA. Mes de Enero de 2011.
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Figura 6-3:
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Diferencias entre las Concentraciones Máximas Promedio Móvil 8 horas (Percentil 99) de O3 en Escenario
Base con iguales concentraciones en el escenario futuro, con la Central Combinada ERA. Mes de Enero de
2011.
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Figura 6-4:
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Isolíneas de Concentraciones Máximas Promedio Móvil 8 horas (Percentil 99) de O3 en la zona de Concón
para el escenario base, sin la Central Combinada ERA. Mes de Julio de 2011.
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Figura 6-5:
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Isolíneas de Concentraciones Máximas Promedio Móvil 8 horas (Percentil 99) de O3 en la zona de Concón
para el escenario futuro, con la Central Combinada ERA. Mes de Julio de 2011.
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Figura 6-6:
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Diferencias entre las Concentraciones Máximas Promedio Móvil 8 horas (Percentil 99) de O3 en Escenario
Base con iguales concentraciones en el escenario futuro, con la Central Combinada ERA. Mes de Julio de
2011.
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6.1 Análisis de Incertidumbre de la Meteorología Generada
por el Modelo WRF en la Zona del Proyecto
La incertidumbre en la meteorología generada por el modelo WRF para el
proyecto se evalúa comparando los vientos generados por el modelo con las
observaciones locales. Para efectos de esta comparación es necesario
aclarar que el modelo genera una meteorología promedio para celdas de 2 x
2 km de resolución horizontal. Estas celdas poseen una dimensión variable
en el eje vertical que va desde los 50 a 100 metros hasta los 500 metros o
más. Por lo tanto, no es posible esperar que los vientos generados por WRF
sean iguales a los vientos observados en los puntos de interés de una celda
(Concón y Colmo).
Si es posible operar velocidades y direcciones de viento similares en
intervalos de hora de interés para la actividad fotoquímica en la atmosfera,
como lo es el intervalo 14 a 18 horas. Es este intervalo se observa en
general la mayor radiación solar durante un día normal.
Para el intervalo de horas 14:00 – 18:00 hrs. durante el mes de Enero del
2011, se aprecia en Figura 6-7 que en las estaciones Concón y Colmo
predominan los vientos desde el Oeste y Oeste-Noroeste, con vientos
moderados entre 4 a 9 m/s. Este comportamiento de los vientos es similar
al que se observa en los campos que genera el modelo WRF para el
intervalo de horas indicado.
Ejemplos de este comportamiento en los vientos se presentan en Figuras
6-8 a 6-10 en las cuales se muestran campos de vientos en el intervalo de
horas 14:00 – 18:00 hrs. De acuerdo a estas figuras, en la zona de Concón
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y Colmo se observan direcciones de viento desde el Oeste y OesteNoroeste, con velocidades de viento en el rango de 3 a 8 m/s. Más
específicamente, en Figura 6-8 se observa que los campos de vientos para
el día 3 de Enero a las 15 hrs presentan vientos desde Oeste y OesteNoroeste en la zona de ubicación de las estaciones. Un comportamiento
similar de los vientos se observa en los días 2 y 4 de Enero para las 14 y 17
hrs respectivamente. Esto implicaría que el modelo WRF predice una
meteorología en la zona del proyecto consistente con la observada por las
estaciones monitoras en la zona del proyecto.
Figura 6-7:
Rosas de Viento promedio observadas en las Estaciones Colmo y
Concón, durante el mes de Enero de 2011.
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Figura 6-8:
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Campos de Viento generados por el modelo WRF en la zona del
proyecto, el día 3 de Enero de 2011 a las 15 hrs.
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Figura 6-9:
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Campos de Viento generados por el modelo WRF en la zona del
proyecto, el día 2 de Enero de 2011 a las 17 hrs.
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Figura 6-10: Campos de Viento generados por el modelo WRF en la zona del
proyecto, el día 4 de Enero de 2011 a las 14 hrs.
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CAPÍTULO VII:
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En el presente documento EnviroModeling Ltda. presenta a SGA S.A. el informe
correspondiente al Proyecto: “Modelación del Impacto en la Calidad del Aire de las
Emisiones de Precursores de Ozono de la Central Combinada ERA”.
Para la modelación con CAMx se consideró como escenario meteorológico los
meses de Enero, Abril, Julio y Octubre del año 2011. Se consideraron dos
escenarios de emisiones: el escenario base correspondiente a la situación actual y
el escenario futuro con la operación de la Central Combinada ERA. Los resultados
obtenidos permiten obtener lo siguiente:
•
Los niveles de Ozono, Percentil 99, medidos en la zona de Concón son
aproximadamente un 50% de la norma de calidad de aire establecida en el
D.S. 112/02.
•
El modelo CAMx versión 4.51 predice satisfactoriamente las concentraciones
promedio móvil de 8 horas Percentil 99 observadas en las estaciones
monitoras Concón y Colmo durante los diferentes meses considerados. Las
diferencias entre las concentraciones de Ozono observadas y modeladas con
CAMx fluctúan entre un 10 a un 30%, lo que es aceptable en este tipo de
modelación.
•
El impacto de la entrada en operación de la Central ERA consiste en una
reducción de los niveles de Ozono en el entorno de la zona de Concón y
hacia el Sur de esta área. Los niveles de reducción de Ozono son mayores
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en meses cálidos como Enero, donde ocurre una mayor radiación solar. En
meses fríos, como Julio, los niveles de reducción de Ozono son menores, y
ocurren prácticamente en el entorno a la zona de Concón. La razón por la
cual disminuyen los niveles de Ozono al entrar en operación la Central ERA,
es el proceso de consumo del Ozono por el Óxido de Nitrógeno (NO)
mediante la reacción química:
O3 + NO NO2 + O2
(1)
El NO que participa en esta reacción es el emitido por la Central (el cual
constituye un 90% del NOx emitido) produciendo una alteración en el
equilibrio pre-existente en la zona, representado por las reacciones:
NO2 NO + O
(2)
O + O2 O3
(3)
NO + O3 NO2 + O2
(4)
NO + HC Otros productos secundarios
(5)
El NO emitido por la central produce un desequilibrio en la reacción (4),
consumiendo más Ozono que el que es posible producir por las reacciones
(2) y (3).
•
Las mayores concentraciones promedio móvil de 8 horas Percentil 99
observadas en las estaciones monitoras Concón y Colmo durante los
diferentes meses considerados alcanzan valores de 33 ppbv en Colmo y 26
ppbv en Concón. Estos valores corresponden a un 54% y 43% de la norma
primaria de calidad del aire para ozono de 61 ppbv, respectivamente, con lo
cual se concluye que la zona de Concón no presenta niveles de latencia ni
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saturación respecto a Ozono, tanto en la situación base, medida en
estaciones de monitoreo, como en el escenario futuro considerando el
Proyecto Central Combinada ERA.
Finalmente, en lo que respecta a la incertidumbre del sistema de modelación WRF
se aprecia que el modelo meteorológico representa apropiadamente los flujos de
vientos que ocurren en la zona del proyecto, en particular durante los intervalos
más críticos para la formación de Ozono, es decir durante las 14 y 18 horas del
día, cuando existe la más alta radiación solar.
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