MODELACIÓN N DE CALIDAD DEL AIRE EN CERREJÓN

Transcripción

1 MODELACIÓN N DE CALIDAD DEL AIRE EN CERREJÓN I Congreso Colombiano de Calidad del Aire y Salud Pública Manizales, Marzo 16 de 2007

2 CONTENIDO Generalidades de Cerrejón. Historia de la Modelación de Calidad del Aire en Cerrejón. Los Modelos Regulatorios US-EPA: ISC y AERMOD. Metodología de Modelación de Calidad del Aire en Cerrejón. Control de Emisiones. Deposición seca y agotamiento de la pluma. Calibración del Modelo. Resultados.

3 LOCALIZACIÓN N DE OPERACIONES

4 OPERACIÓN N INTEGRADA

5 OPERACIÓN N MINERA PALA / CAMIÓN

6 GESTIÓN N AMBIENTAL CONTROL DE EMISIONES RESTAURACIÓN DE TIERRAS TRATAMIENTO DE AGUAS PRIMAVERA GUAJIRA

7 MONITOREO CALIDAD DE AIRE Cerrejón opera una red de monitoreo de calidad de aire con 20 estaciones, midiendo las concentraciones de polvo (TSP y PM 10 ) en las comunidades alrededor de la mina y el puerto.

8 MONITOREO DE CALIDAD DEL AIRE

9 MONITOREO DE CALIDAD DEL AIRE

10 ESQUEMA CONCEPTUAL DE MANEJO DEL POLVO (GUIAS AMBIENTALES MINAMBIENTE)

11 GESTIÓN N DE CALIDAD DEL AIRE EN CERREJÓN PLANEAR Planes de minería Modelo de dispersión Planes de riego Medidas de control ANALIZAR Análisis de resultados Retroalimentación Toma de decisiones HACER Riego de vías Medidas de control VERIFICAR Monitoreo calidad del aire Auditoría a la operación Visitas de seguimiento

12 HISTORIA DE LA MODELACIÓN N DE CALIDAD DEL AIRE EN CERREJÓN Cerrejón usó diferentes versiones del modelo ISC desde 1992, utilizando recursos propios o contratados, para la gestión y predicción de la calidad de aire en la mina y el puerto. En 2003 se realizó el primer estudio de modelación de todo el valle del Cerrejón. Se usó el modelo ISCST3, que presentó tendencia a sobrestimar los resultados de calidad de aire en las corridas de calibración. A partir de 2004, Cerrejón tomó la decisión de implementar el uso de AERMOD, para alcanzar mayor confiabilidad de los resultados de la modelación a partir de calibraciones más ajustadas a la realidad. El software de modelación utilizado actualmente es el US-EPA AERMOD-PRIME versión 04079, a través del software BREEZE AERMOD GIS Pro v4.1.4 de Trinity Consultants.

13 CONTROL DE EMISIONES PARA LA EXPANSIÓN N MINERA Los primeros estudios para el proyecto de expansión a 32 Mtpa (UPB 2003), mostraron que a esos niveles de producción se podrían sobrepasar los límites legales de TSP en algunas poblaciones. El proyecto Air Dispersion Model se inició en 2004, para estudiar el manejo de las emisiones de polvo para la expansión a 32 y +32 Mtpa de la mina y el puerto, con las siguientes actividades principales: Desarrollo de un Modelo de Dispersión Atmosférica, basado en las metodologías de la US-EPA y su modelo AERMOD. El modelo fue calibrado para 2 años históricos (2003 y 2004), y es usado actualmente para planeación minera y análisis de sensibilidad. Estudio de los estándares de construcción de las vías de acarreo de Cerrejón, con profesores de la Universidad de Pretoria (Sudáfrica). Desarrollo de un programa de muestreo en las vías de acarreo de Cerrejón, para recoger información usada como entrada para el modelo. Prueba del producto supresor de polvo RT9 de Reynolds Soil Technologies en la Vía del Carbón (Nov Feb 2005) y en el tajo Patilla (Abr_ Hoy)

14 EL ISC (INDUSTRIAL SOURCE COMPLEX) Modelo Gaussiano de estado estacionario desarrollado por la US- EPA en los 80 s. Usado para predecir concentraciones de contaminantes con múltiples fuentes continuas puntuales, de área y de volumen. Versión más reciente: ISC3. Modelo regulatorio preferido y recomendado por la EPA hasta Muy usado en Colombia. ISCLT ISCST ISC Largo Plazo, usado para simulaciones de períodos largos (anuales). ISC Corto Plazo, usado para simulaciones de períodos cortos o largos (anuales). Uso muy extendido. ISC-PRIME ISC complementado con algoritmos para modelar la fumigación mecánica por edificios (building downwash).

15 EL SISTEMA DE MODELACIÓN N AERMOD El AERMIC (AMS/EPA Regulatory Model Improvement Committee) se formó para introducir conceptos avanzados de modelación en los modelos de calidad de aire de la EPA. EL AERMIC desarrolló el sistema de modelación AERMOD (AMS/EPA Regulatory MODel). Publicó su primera versión en AERMOD incorpora algoritmos de dispersión basados en la estructura y escalamiento de la turbulencia de la capa límite planetaria. Mejora muchas deficiencias del ISC, asociadas con parametrizaciones físicas obsoletas, conservando su funcionalidad. Reemplazó al ISC como modelo regulatorio de la EPA en Noviembre 9 de 2005.

16 LAS MEJORAS DE AERMOD Comparado con ISC, AERMOD tiene algoritmos nuevos o mejorados para: Dispersión en las capas límites convectiva y estable Cálculo de perfiles verticales de viento, turbulencia y temperatura Tratamiento de receptores en todo tipo de terrenos, de la superficie hasta por sobre la altura de la pluma Elevación y flotación de la pluma Penetración de la pluma en inversiones elevadas Tratamiento de la capa límite urbana Fumigación mecánica en edificios Deposición de partículas y agotamiento de la pluma

17 ESTRUCTURA DEL SISTEMA DE MODELACIÓN N AERMOD

18 ESTRUCTURA DE AERMOD EN CERREJÓN DATOS SUPERFICIE Fuera del control de la operación SONDEOS USOS SUELO AERMET CALIBRACIÓN TOPOGRAFÍA AERMAP FACTORES EMISIÓN AERMOD PRONÓSTICO PARAMETROS EMISIÓN PLANES MINA FOOTPRINTS MINA EMISIONES LOCALIZACIÓN ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD Bajo el control de la operación

19 PROCESAMIENTO DE INFORMACIÓN METEOROLÓGICA La información meteorológica debe ser procesada en AERMET, con el fin de generar los archivos de entrada al modelo AERMOD. Para la caracterización del comportamiento meteorológico se utilizan los datos de la estación meteorológica CDA, ubicada en el área del complejo minero del Cerrejón.

20 PROCESAMIENTO DE INFORMACIÓN METEOROLÓGICA EN AERMET Surface Station Raw Data Formats: NWS, ADMS Source: NOAA-NCDC Station: RIOHACHA AERMET PRO Surface File (File.SFC) On-Site Raw Data Format: ASCII Source: Cerrejon Station: LMN Stage 1 Extraction & QA Extracted & QA Data Stage 2 Merging Data Merged file (File.MRG) Stage 3 Creating Model Input Files AERMOD Upper Air Raw Data Formats: FSL, TD-6201 Source: NOAA-FSL Station: RIOHACHA Profile File (File.PFL) Land Use Parameters Albedo, Bowen Ratio Surface Roughness Length

21 PROCESAMIENTO DE INFORMACIÓN TOPOGRÁFICA AERMAP es un módulo independiente para preprocesar datos de topografía para el análisis de terrenos complejos usando información digital de elevaciones. AERMAP se usa para importar los datos digitales de terreno a ser analizados por AERMOD, definir las elevaciones de fuentes y receptores, y calcular la escala de altura (scale height) para cada receptor. N

22 PROCESAMIENTO DE INFORMACIÓN TOPOGRÁFICA EN AERMAP Mine As-Built and Aerial Photo Info XYZ files DEM files MINEX Xyz2dem AERMAP Receptors & Sources Elevations Receptors Effective Height AERMOD

23 INVENTARIO DE EMISIONES Se calculan las emisiones para todas las actividades mineras, usando los factores de emisión de la US-EPA (AP-42), adaptados de acuerdo a los parámetros específicos de Cerrejón (muestreos de campo). 60% - 80% de las emisiones se generan en las vías mineras de acarreo de materiales.

24 CONTROL DE EMISIONES EN LA MINA Cerrejón aplica medidas preventivas en todas sus actividades, de acuerdo al PMA y a las mejores prácticas internacionales. En las vías de acarreo, Cerrejón controla las emisiones de partículas mediante el riego de agua con una flota de 20 Tanqueros (18 y 20 kgal) y la aplicación de aditivos químicos (RT9).

25 CÁLCULO DE EMISIONES EN VÍAS V DE ACARREO Emisión Total Controlada en Vías Mineras: E contr = E NMF 1 CE uncontr 100 Emisión Controlada (g/s) Emisión Incontrolada (g/s) Factor Mitigación Natural (Lluvia) Control Operacional Depende de: Depende de: Depende de: Material vía (% finos) Días de lluvia Clima Tráfico (VKT) Tráfico Peso promedio flota Longitud de vías Riego

26 CONTROL OPERACIONAL EN VIAS DE ACARREO Control con Agua: El requerimiento de riego para una eficiencia de control (CE) determinada se estima por el método de Cowherd. Este es un modelo empírico para calcular el desempeño del riego de agua como técnica de control de emisiones de polvo en vías destapadas industriales, desarrollado por Cowherd et al (1988) : CE = p d i t CE = Eficiencia promedio de control de polvo (%) p = Rata de evaporación horaria diurna, mm/h d = Tráfico horario promedio, vehículos/hr i = Intensidad de aplicación de agua, l/m 2 t = Tiempo promedio entre riego, hr

27 CONTROL INTEGRAL DE EMISIONES CONTROL DE EMISIONES DE POLVO VIAS Estructura Capa Rodadura Drenaje Mantenimiento EQUIPOS Confiabilidad Riego Confort Mecánica Seguridad OPERACION Estándares RT9 Ciclos Supervisión

28 EL RESULTADO: CONTROL DE EMISIONES

29 LOCALIZACIÓN N DE FUENTES

30 LOCALIZACIÓN N DE FUENTES

31 LOCALIZACIÓN N DE FUENTES

32 DEPOSICIÓN N SECA DEL MATERIAL PARTICULADO Las emisiones de material particulado en la minería a cielo abierto son generadas principalmente por la erosión mecánica de materiales en forma de fuentes fugitivas. Para este tipo de fuentes, la US-EPA recomienda el uso de modelos con consideración de sedimentación gravitacional y deposición seca, debido a su distribución granulométrica gruesa (con predominancia de partículas mayores a 10 µm), con alta tendencia a sedimentarse. La modelación de calidad de aire para minería a cielo abierto sin tener en cuenta este fenómeno puede generar sobre-estimación de las concentraciones. AERMOD tiene algoritmos mejorados para la modelación de la deposición y el agotamiento secos, con reducciones significativas de los tiempos de cómputo requeridos.

33 GRANULOMETRÍA A DEL MATERIAL PARTICULADO Fuente: Air Pollution Control Handbook

34 CALIBRACIÓN N DEL MODELO Cerrejón utilizó como escenarios de calibración los años 2003 y 2004, recopilando información detallada de la meteorología y de la operación minera, y los resultados de monitoría de calidad del aire. Se realizaron corridas para el escenario de calibración, comparando los valores simulados con los valores reales (medidos) de los promedios anuales de concentración. Como estadísticos de evaluación se utilizaron el error absoluto y el error relativo entre las concentraciones medidas y las modeladas. Los resultados modelados contra los reales tuvieron una desviación menor al 10% para la mayoría de los receptores considerados.

35 CALIBRACIÓN N DEL MODELO

36 ISOPLETAS DE CONCENTRACIÓN N DE TSP

37 EL MODELO COMO HERRAMIENTA DE PLANEACIÓN Cerrejón utiliza en forma regular esta metodología de modelación para la predicción, evaluación y análisis de la calidad del aire de sus comunidades vecinas, permitiendo planear y establecer oportunamente las medidas de control requeridas para asegurar el cumplimiento de la normatividad ambiental y el bienestar de la comunidad.

38 GRACIAS POR SU ATENCIÓN