5.1. Características Generales de las Torres de Refrigeración

Transcripción

1 Figura 4.4: Distribución de las frecuencias de velocidades de viento y clases de estabilidad en la estación virtual generada por WRF en la planta de ArcelorMittal durante el año 2013 (Izq) y 2014 (dcha). En la figura anterior se muestra que la mayoría de las velocidades de viento se encuentran acotadas entre los 0.5 y los 8.8 m/s, siendo las más frecuentes las velocidades de entre 0.5 y 2.1 m/s, con un 32 % del conjunto en 2013 y un 36% en Las situaciones de calma (velocidades menores de 0,5 m/s) se sitúan alrededor del 3,5 % del total de horas. Por otro lado, las categorías de estabilidad son indicadores de turbulencia atmosféricos. La turbulencia de la atmósfera se caracteriza en base a un parámetro que se denomina "clase de estabilidad", que es función de la turbulencia térmica y de la turbulencia mecánica. Con respecto a las situaciones de estabilidad, y siguiendo las categorías de Pasquill-Gifford (1962), la clase más frecuente, con más de un 40% en los años 2013 y 2014, es la clase D, correspondiente a situaciones neutras (ni estables ni inestables). Las implicaciones de estas clases a efectos de la dispersión son las siguientes: en términos generales, en una atmósfera inestable (clases A, B, C) la flotabilidad del penacho aumenta a medida que se eleva, lo cual hace que se incremente la altura final del mismo. En una atmósfera estable (clases E, F), la flotabilidad del penacho disminuye a medida que se eleva y en una atmósfera neutral (clase D), permanece constante. 5. Estimación de las emisiones 5.1. Características Generales de las Torres de Refrigeración En el proyecto se prevé la instalación de 3 torres adyacentes a las 4 existentes. Como se comentó en la introducción, estas torres de refrigeración son de tipo húmeda y de tiro inducido y éstas se encuentran dispuestas en línea. Anexo 2. Estudio de dispersión de la pluma de las Torres de Refrigeración P /01 Página 18 de 33

2 5.2. Datos de entrada para CTEMISS El procesador CTEMISS se utiliza para calcular las emisiones por hora de vapor de agua y el exceso de contenido de calor del agua para cada torre por cada hora de la base de datos meteorológicos de 2 años que se ha descrito anteriormente. El vapor de agua por hora (g/s) y el exceso de contenido de calor (expresado en kw ó Btu/hr) a la salida de la torre de refrigeración están relacionadas con un número de parámetros que incluyen las tasas de rechazo de calor y flujo de aire para las secciones húmeda y seca de cada célula (en estee caso solo húmeda), así como la humedad relativa y temperatura ambiente. Por lo tanto, se asume que la formación de penacho visible y la posterior formación de nieblas y el potencial de formación de hielo son sensibles a los parámetros de diseño de torres de enfriamiento. Inicialmente, en este estudio se contempla la ampliación de cuatro a siete torres de refrigeración, reflejando tan solo la situación futura. A continuaciónn se incluyen todos los parámetros de entrada, proporcionados por el cliente, y utilizados por CTEMISS para modelizar. Nº Torres: 7 Carga térmica a disipar en la TE: ,75 kw ( ,3 BTU/h) Coordenadas TE: ,00 m N ,00 m E (UTM 30, WGS-84). Altura torre: m. Diámetro torre: El diámetro de salida del vapor de agua por cada torre (ventiladores) es de 4,9 m. Velocidad, temperatura de salida y ratio de emisión del vapor: Airflow 212,2 m 3 /h; 34,3 ºC ; 3,12% x unidad (7). 6. Resultados Como se ha descrito en capítulos anteriores, CALPUFF usa el fichero de salida de CTEMISS junto con los datos meteorológicos procesados por PCRAMMET, y con ello calcula las alturas y longitudes horarias del penacho. Para ello CALPUFF es ejecutado en modo pluma, generando un archivo binario que es evaluado posteriormente por el post-procesador POSTPM2 y el post- todo ello en base procesador SUMPOST, para estimar la altura y longitud de la pluma visible, horaria. Por otro lado, para calcular la ocurrencia de fenómenos de ICING/FOGGING, CALPUFF ha de ser ejecutado en modo receptor. Estas diferencias en las ejecuciones tienenn la siguiente lógica: Hay que pensar que la variación horaria del penacho visible no siempre es indicativa de la causa de un evento de fogging o icing. Por ello, para calcular esos eventos, CALPUFF se ejecuta también en modo receptor. En este modo, se ubican receptores discretos en puntos de interés (por ejemplo, carreteras, puentes, residencias cercanas) y dichos puntos discretos son evaluados para conocer los eventos de fogging o icing. Para ello, se utiliza el post-procesador POSTRM2. En el presente estudio se han utilizado un conjunto de receptores muy amplio (2.500 en total) separados entre sí 200 m, todo ello con el objetivo de obtener un mapa completo de cuáles pueden ser las zonas potencialmente afectadas por fogging y/o icing. Anexo 2. Estudio de dispersión de la pluma de las Torres de Refrigeración P /01 Página 19 de 33

3 Durante el análisis de estos datos, los periodos cuando la humedad relativa ambiental es mayor del 98 % se toman como períodos de fogging ambiental o natural (no causados por el penacho visible de la torre de enfriamiento, es decir, nieblas de origen natural) ), y por tanto deben de estar diferenciados de los eventos de fogging atribuible a la torre, ya que bajo estas condiciones de alta humedad relativaa la niebla es probable que ocurra de forma natural. Del mismo modo, los períodos de calma (velocidad de viento < 0,5 m/s) también son eliminados del análisis de datos, puesto que se asume que el modelo, dada su naturaleza gaussiana, puede converger y no realizar adecuadamente la dispersión. En este capítulo se realiza un resumen de estos resultados y se exponen los mapas obtenidos, representados sobre un Sistema de Información Geográfica (SIG) utilizando como base la cartografía digital de la zona Visibilidad del penacho: altura y longitud El modelo CALPUFF en modo pluma se utilizó para predecir las alturas y longitudes del penacho visible. Para ello, se emplearon 2 años de datos meteorológicos, 2013 y 2014 como entrada a CALPUFF y CTEMISS. En las tablas siguientes se presentan los datos obtenidos a partir del modelo, en las que se pueden observar las horas anuales en las que el penacho es visible y las frecuencias en rangos de altitud o longitud del penacho, esto es, el porcentaje correspondiente a cada rango de alturas o longitudes y el porcentaje acumulado. NOTA: Se han descontado los valores de altura y longitud que se corresponden con horas en las que existe niebla ambiental (RH>98%) y calmas (vientos menores 0,5 m/s). Alturas Alcanzadas por el Penacho Nº de Horas durante el año 2013 Altura (m) Horas anuales % Anual % Acumulado No Visible < % % % % % % % % 1 0.0% 51.6% 65.3% 75.9% 94.4% 98.8% 99.7% 99.9% Anexo 2. Estudio de dispersión de la pluma de las Torres de Refrigeración P /01 Página 20 de 33

4 > 500 Tabla 2. Nº de horas anuales en las que se alcanza una altura determinada. Año 2013 Longitudes Alcanzadas por el Penacho Nº de Horas durante el año 2013 Longitud (m) Horas Anuales % Anual % Acumulado No visible % % % % % % % % % 3 0.0% 51.5% 67.9% 82.7% 87.8% 93.4% 96.7% 98.4% 99.6% Tabla 3. Nº de horas anuales en las que se alcanza una longitud determinada. Año 2013 Alturas Alcanzadas por el Penacho Nº de Horas durante el año 2014 Altura (m) Horas anuales % Anual % Acumulado No Visible < % % % % % % % 55.5% 66.2% 75.5% 93.9% 98.5% 99.5% 99.9% Anexo 2. Estudio de dispersión de la pluma de las Torres de Refrigeración P /01 Página 21 de 33

5 > % 3 0.0% Tabla 4. Nº de horas anuales en las que se alcanza una altura determinada. Año 2014 Longitudes Alcanzadas por el Penacho Nº de Horas durante el año 2014 Longitud (m) Horas Anuales % Anual % Acumulado No visible % % % % % % % % % 55.4% 69.9% 83.3% 88.4% 93.5% 96.6% 98.5% 99.7% Tabla 5. Nº de horas anuales en las que se alcanza una longitud determinada. Año 2014 Se observa en ambos años un comportamiento muy similar, con unas frecuencias similares en los mismos rangos de longitud y de altura. En el caso de las alturas alcanzadas por el penacho, aproximadamente entre el 50 y 55% de las horas se corresponden con situaciones en las que el penacho no es visible, tanto para el año 2013 como el Cuando los penachos son visibles, el rango más habitual de altitudes alcanzadas por el penacho no superarían los 150. Por tanto, en el 98% de las horas del año, el penacho de la torre sería no visible o su altitud no superaría los 150 m. Con respecto a la longitud del penacho, esto es, su extensión horizontal, se observa que las longitudes más frecuentes que alcanza el penacho son menores de 200 m, no superando en el 99,7% de los casos los 1,5 km desde la zona de emisión. Anexo 2. Estudio de dispersión de la pluma de las Torres de Refrigeración P /01 Página 22 de 33

6 Por otro lado, el modelo CALPUFF también ofrece estos mismos datos segregados en las distintas estaciones del año. Una primera representación de estos datos deja claro que tanto la altura como la longitud del penacho mantienen un comportamiento regular en todas las épocas del año, como se puede observar en las siguientes figuras: Figura 6.1: Nº de horas en las que el penacho alcanza cierta altura en cada estación del año 2013 Figura 6.2: Nº de horas en las que el penacho alcanza cierta altura en cada estación del año 2014 Anexo 2. Estudio de dispersión de la pluma de las Torres de Refrigeración P /01 Página 23 de 33

7 Figura 6.3: Nº de horas en las que el penacho alcanza cierta longitud en cada estación del año 2013 Figura 6.4: Nº de horas en las que el penacho alcanza cierta longitud en cada estación del año 2014 Observando los gráficos 7, 8, 9 y 10, se puede observar que las estaciones del año con menor ocurrencia de penachos visibles son el verano y la primavera. El invierno es la estación donde se producen más situaciones de visibilidad de penachos. Anexo 2. Estudio de dispersión de la pluma de las Torres de Refrigeración P /01 Página 24 de 33

8 Otro conjunto nto de datos ofrecido por el modelo nos permite representar la variación a lo largo del día en la altura y longitud del penacho. Las siguientes figuras muestran esta distribución diaria de alturas y longitudes para todas las horas anuales. Figura 6.5: Distribución Diaria de Alturas del Penacho durante el Año 2013 Figura 6.6: Distribución Diaria de Alturas del Penacho durante el Año 2014 En términos generales, la variación de la altura del penacho visible para 2013 y 2014 tiene un comportamiento semejante. Se observa que durante el período diurno aumenta el número de penachos no visibles, predominando las alturas inferiores a los 50 metros. En período nocturno Anexo 2. Estudio de dispersión de la pluma de las Torres de Refrigeración P /01 Página 25 de 33

9 sin embargo, se observa un aumento en la frecuencia de penachos visibles con un predominio de las alturas de penacho entre los m. El resto de valores son escasamente representativos y probablemente se deben en su mayoría a estados de transición entre las dos alturas predominantes. Esta misma distribución se representa para la longitud del penacho en las siguientes figuras: Figura 6.7: Distribución Diaria de Longitudes del Penacho durante el Año 2013 Figura 6.8: Distribución Diaria de Longitudes del Penacho durante el Año 2014 Anexo 2. Estudio de dispersión de la pluma de las Torres de Refrigeración P /01 Página 26 de 33

10 El comportamiento de la longitud del penacho es similar al de la altura. El intervalo predominante es el de metros de longitud, con mayor número de horas durante el día, que disminuye en las horas nocturnas. En este caso el intervalo secundario predominante durante la noche sería el de m Formación de nieblas y heladas a causa del penacho Para predecir el impacto mpacto por heladas (icing) o nieblas (fogging), causadas por los penachos visibles en ciertos puntos del dominio de simulación, se ha utilizado CALPUFF en modo receptor.. Así, se ha dispuesto de un amplio conjunto de receptores (un total de 2.500) separados entre sí 200 m, los cuales se ilustran en la siguiente figura: Figura 6.9: Descripción y representación del dominio utilizado para la simulación de la calidad del aire con el modelo CALPUFF. Anexo 2. Estudio de dispersión de la pluma de las la Torres de Refrigeración P /01 Página 27 de 33

11 El conjunto de receptores, que ocupan una extensión de 100 km 2, abarca las instalaciones de la planta de ArcelorMittal en Gijón y sus inmediaciones, el paso de la autovía del atlántico con el viaducto de Somonte y la vía del tren, así como parte del núcleo urbano de gijón y las localidades de Veriña, Sotiello, San Andrés, Monteana y Tremañes, entre otras. Los datos de elevación de terreno para construir el sistema de receptores discretos han sido obtenidos a partir del Shuttle Radar TopographyMission (SRTM), con una alta resolución (90 m) Formación de Heladas (Icing) El modelo no predice ningún fenómeno de heladas (icing) producidas por el penacho visible, para ninguno de los dos años de referencia, y en el conjunto de receptores descrito Formación de nieblas (Fogging) En el conjunto de receptores definidos (2.500 para todo el dominio), el modelo predice un total de 353 horas de fogging ambiental (es decir, la formación de nieblas naturales) para el año 2013, lo que supone un 4% del conjunto de las horas del año, mientras que para el año 2014 predice 607 horas, suponiendo alrededor de un 7%. Con respecto al foggingg inducido por el penacho, esto es, las nieblas formadas al descender a superficie el penacho visible, el modelo atribuye 43 horas (0,49% de las horas del año) en el año 2013 y 61 horas (0,7% de las horas del año) en el 2014, todo ello para el conjunto de los receptores incluidos en la simulación. Esta situación traducida a nivel de cada receptor, supone que para un mismo punto discreto, el número de horas de nieblas inducidas por el penacho en un año sea como máximo de 4 horas al año, tal y como se observa en los siguientes planos (planos 1 y 2). Por tanto, la incidencia del penacho en la formación de nieblas para un punto discreto se estima, como máximo, en un 0.05% de las horas del año. Estos puntos donde el modelo estima el mayor impacto se ubican principalmente en las inmediaciones de la fábrica de ARCELORMITTAL, tal y como se expone en la siguiente figura: Anexo 2. Estudio de dispersión de la pluma de las Torres de Refrigeración P /01 Página 28 de 33

12 Figura 6.10: Localizaciones donde se suceden los máximos de fogging Según los resultados del modelo, los mayores impactos se producirían hacia el noroeste y el nordeste de la zona de emisión, a distancias de la planta que oscilan entre 800 m y 1,5 km. Anexo 2. Estudio de dispersión de la pluma de las Torres de Refrigeración P /01 Página 29 de 33

13 Estudio de dispersión de la pluma de la Torre de Refrigeración P /01 Página 30 de 33

14 Estudio de dispersión de la pluma de la Torre de Refrigeración P /01 Página 31 de 33

15 7. Conclusiones A la luz de los resultadoss obtenidos en el presente estudio de dispersión del penacho de vapor de agua procedente de la torre de refrigeración, a través del modelo CALPUFF-CTEMISS, se determina que para entre el 50 y el 55% de las horas del año el modelo calcula situaciones en las que el penacho no será visible. En el resto de situaciones, de penacho visible, cuando los penachos son visibles, el rango más habitual de altitudes alcanzadas por el penacho no superaría los 150 metros. Así, en el 98% de las horas del año, el penacho de la torre sería no visible o su altitud no superaría los 150 m. Con respecto a la longitud del penacho, esto es, su extensión horizontal, el modelo calcula que las longitudes más frecuentes que alcanza el penacho serán menores de 200 m, no superando en el 99,7% de los casos los 1,5 km desde la zona de emisión. En el análisis realizado por estaciones del año y por horas del día, se aprecia que en épocas estivales y primaverales se producirían menos situaciones de penacho visible. Del mismo modo, el modelo predice que en período diurno, especialmente en las horas centrales del día, disminuyen las situaciones de visibilidad del penacho. Con respecto al impacto de los penachos visibles en la formación de heladas (icing), el modelo no predice ninguna situación durante los dos años simulados. Sobre el impacto de las emisiones de la torre de refrigeración en la formación de nieblas (fogging), el modelo atribuye 43 horas (0,05 % de las horas del año) para el 2013 y 61 horas (0,7% de las horas del año) para el 2014, en el conjunto de los receptores del dominio de simulación. Los mayores impactos se producirían entre 800 m y 1,5 km hacia el noroeste, norte y el nordeste de la planta, con una ocurrencia máxima de fogging inducido por el penacho inferior a las 5 horas al año. En zonas de especial sensibilidad, como la Autovía del Cantábrico, el impacto por fogging sería nulo y en carreteras (AS-19) o la vía del tren a su paso por Veriña, la ocurrencia sería de 2 a 4 horas al año. Estudio de dispersión de la pluma de la Torre de Refrigeración P /01 Página 32 de 33

16 8. Referencias bibliográficas - Carslaw, D.C. y Ropkins, K Openair an R package for air quality data analysis. Environmental Modelling & Software , Chang, J.C. y Hanna, S.R Air quality model performance evaluation. Meteorology and Atmospheric Physics, 87, Kouchi, A., Okabayashi, K., Ohba, R., Nonaka, T Prediction Technique for Visible Plume from Cooling Tower. Mitsubishi Heavy Industries, Ltd, Technical Review Vol. 36 Nº 3. - Scire, J.S., Robe, F.R., Fernau, M.E. y Yamartino, R.J. 2000a. A User s Guide for the CALMET meteorological model. Earth Tech, Inc., Concord, MA Scire, J.S., Strimaitis, D.G., M.E. y Yamartino, R.J. 2000b. A User s Guide for the CALPUFF dispersion model. Earth Tech, Inc., Concord, MA Estudio de dispersión de la pluma de la Torre de Refrigeración P /01 Página 33 de 33