Módul: Cntaminación Atmsférica APLICACIÓN PRÁCTICA DEL MODELO DE DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS ISCST3 Autr: Agustín Trres Jerez
Índice 1. MODELOS DE DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS... 3 1.1 TIPOS DE MODELOS... 3 1.2 COMPONENTES DE UN MODELO DE CALIDAD DEL AIRE:... 8 1.3 APLICACIÓN DE MODELOS... 9 1.4 REFERENCIAS... 11 2. APLICACIÓN PRÁCTICA DEL MODELO ISCT3... 13 2.1 DEFINICIÓN DE LOS OBJETIVOS... 14 2.2 ESTRUCTURA DEL PROCESO DE MODELADO... 16 2.3 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN... 17 2.3.1 Infrmación de las emisines y dats de la instalación... 18 2.3.2 Infrmación meterlógica... 18 2.3.3 Infrmación del terren... 19 2.3.4 Infrmación de ls receptres sensibles... 19 2.4 PRE-PROCESADO DE INFORMACIÓN... 20 2.4.1 Prcesad de ls dats meterlógics... 20 2.4.2 Prcesad de ls dats de emisión de las instalacines... 25 2.4.3 Prcesad de ls dats del terren y receptres... 26 2.5 DEFINICIÓN DE CRITERIOS DE MODELIZACIÓN... 26 2.6 EJECUCIÓN DEL MODELO... 31 2.7 ANÁLISIS DE RESULTADOS OBTENIDOS... 34 Página 2 de 35
1. MODELOS DE DISPERSIÓN DE CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS La dispersión de cntaminantes atmsférics es un prces cmplej para cuya evaluación es necesaria la aplicación de mdels. Ls fenómens que se desarrllan en la atmósfera n sn cntrlables, ni reprducibles cmpletamente en labratri. Pr este mtiv ls mdels de dispersión de cntaminantes sn herramienta imprescindible en el estudi de la cntaminación atmsférica Las últimas directivas eurpeas relativas a la calidad del aire plantean un enfque nuev en la evaluación de la cntaminación atmsférica, dand un imprtante us a las técnicas de mdelización. En la Directiva 62/1996 sbre la evaluación y gestión de la calidad del aire ambiente, se refiere a estás técnicas de estimación para su emple de frma cmplementaria a las medidas que se realizan. 1.1 TIPOS DE MODELOS Ls mdels que describen la dispersión y transprte de cntaminantes atmsférics pueden ser diferenciads pr distints camps 1.- Tip básic de mdels existentes físics: cm representacines a pequeña escala, cm puede ser una replica de una determinada área y el emple de un túnel de vient; matemátics: basads en sistemas cnceptuales y principis físic-químics. A su vez dentr de ests mdels se pueden distinguir ds grups, ls mdels determinístics basads en ecuacines matemáticas (principalmente la ecuación de advección-difusión que representa ls prcess atmsférics) y ls mdels empírics, basads en relacines estadísticas y empíricas entre ls dats relativs a la cntaminación (tant ls dats de emisión de la fuente cm ls de calidad del aire) y tras variables que puedan tener influencia sbre ellas. 2.- Escala espacial de aplicación street canyn : estiman las cncentracines a nivel de calle, teniend en cuenta las influencias derivadas de ls edificis. Se trabaja en dminis espaciales de cálcul inferires a 1 km (micrescala) escala lcal, el dmini habitual es de uns pcs kilómetrs hasta distancias de uns 20 km de las fuentes emisras. lcal a reginal, de aplicación a prblemas de calidad del aire referids al zn, dnde las reaccines ftquímicas entre cmpuests rgánics vlátiles y óxids de nitrógen tiene gran imprtancia. El dmini espacial de estudi puede estar definid entre 20 y 500 km. reginal a cntinental (escala sinóptica), en esta escala sn de imprtancia ls Página 3 de 35
fenómens meterlógics de gran escala glbal, simulan el transprte de cntaminantes en tda la atmósfera terrestre. Se suele aplicar a estudis relativs de efect invernader, destrucción de la capa de zn,.. 3.- Escala tempral mdels episódics (shrt term), cubren períds temprales desde una hra a varis días. Su bjetiv es predecir situacines de cntaminación atmsférica debidas a situacines meterlógicas adversas. mdels climatlógics (lng term), períds de un varis añs cn bjet de estudiar la cntaminación prmedi en una zna. Ests están asciads al tip de mdel meterlógic: Mdels meterlógics de prnóstic, prprcinan una predicción de la evlución de la atmósfera a partir de unas cndicines iniciales y de cntrn y sn pr tant mdels de mayr cmplejidad. Mdels meterlógics de diagnóstic, prprcinan un diagnóstic de las cndicines presentes en cada instante a partir de dats registrads en estacines meterlógicas. Ls resultads de ests mdels sn camps de diferentes parámetrs meterlógics btenids a partir de interplacines y/ extraplacines de las medidas meterlógicas dispnibles 4.- Según el tratamient de las ecuacines de transprte mdels gaussians, es el más cmún de ls mdels de cntaminación atmsférica. Este mdel asume que la distribución de la cncentración de cntaminantes dentr de la pluma tiene una distribución gaussiana mdels eulerians mdels lagrangians mdels de receptres: en cntraste cn ls mdels de dispersión, ls mdels receptr cmienzan cn la bservación de las cncentracines que llegan al receptr para psterirmente definir las fuentes que las prvcan. 5.- Según el tratamient de distints prcess mdels químics ftquímics: incluyen móduls para el cálcul de las transfrmacines químicas. Ests móduls incluyen desde las reaccines químicas Página 4 de 35
más sencillas hasta la descripción de las reaccines ftquímicas más cmplejas. mdels de depsición húmeda seca 6.- Según el fin para que se empleen: prpósit de regulación (1): de us para estudis de evaluación de impact ambiental y estudis de cntaminación atmsférica industrial. apy a decisines plíticas (2): aplicable a regulación urbanística e industrial infrmación pública (3): prcess ftquímics y generación de zn,...definición de redes de calidad del aire y cmplementad de la infrmación investigación científica (4): aplicables a estudis de cambi climátic, lluvia ácida,... En la siguiente tabla se recge un resumen de las distintas áreas de aplicación de ls distints tips de mdels dependiend de la escala y el fenómen de la dispersión. (según EEA) Escala del Prces Atmsféric Micrescala Mesescala Macrescala Escala del fenómen de dispersión Lcal Lcal a reginal Reginal a cntinental Glbal Gaussian 1,2,4 1,2 Semi-empiric 1,2,3,4 1,2,4 Eulerian 1,2,4 2,3,4 2,4 2,4 Lagrangian 4 4 2,4 Químic (1,2,)4 2,3,4 2,4 2,4 Receptr 2,4 Dad el ampli us de ls mdels de dispersión de cntaminantes atmsférics empleads y las discrepancias entre ells, la Unión Eurpea, a través de la Agencia de Medi Ambiente (EEA - Eurpean Envirnment Agency), a puest en marcha una iniciativa para armnizar el emple de ests mdels cn uss regulatris. Tras uns prcess exhaustivs de evaluación la EEA desarrll una base de dats a través del Eurpean Tepic Centre n Air and Climate Change. Esta base de dats cncida cm Sistema de Dcumentación de Mdels (MDS Mdel Dcumentatin System), recge ests mdels ficiales de us recmendable para distintas aplicacines, y puede ser cnsultada a través de internet, incluyend descripcines breves y extensas de ls distints mdels incluids. En la siguiente tabla se incluye la clasificación de ls mdels de cntaminación atmsférica Página 5 de 35
recgids en el MDS de la Agencia Eurpea de Medi Ambiente. Nmbre del mdel Escala de dispersión del fenómen Categría del mdel Módul químic 2-D OSLO glbal 2D-Eulerian sí 3-D OSLO glbal 3D-Eulerian sí AUSTAL 86 lcal Gaussian n CALGRID lcal a reginal 3D-Eulerian sí Cambridge mdel glbal 2D-Eulerian sí CAR lcal Semi-empirical n CAR-FMI lcal Gaussian sí CIT lcal a reginal 3D-Eulerian sí CONTILINK lcal Gaussian n CTDMPLUS lcal Gaussian n CTMK glbal 3D-Eulerian sí DISPERSION lcal a reginal Semi-empirical n DMU reginal a cntinental 2D-Eulerian sí DRAIS lcal a reginal 3D-Eulerian sí ECHAM glbal 3D-Eulerian sí EKMA/OZIPM4 lcal a reginal Chemical sí EMEP/MSC-E glbal 2D-Eulerian sí EMEP/MSC-E/ acid depsitin reginal a cntinental 2 layer Eulerian sí EMEP/MSC-W glbal 3D-Eulerian sí EMEP/MSC-W/ phtchemistry reginal a cntinental 2D-Lagrangian sí EMEP/MSC-W/ acid rain reginal a cntinental 2D-Lagrangian sí EMEP/MSC-W/ sulphur reginal a cntinental 3D-Eulerian sí EPISODE lcal a reginal 3 layer Eulerian sí EURAD reginal a cntinental 3D-Eulerian sí Página 6 de 35
Nmbre del mdel Escala de dispersión del fenómen Categría del mdel Módul químic HARM reginal a cntinental 2-D Lagrangian sí HARWELL glbal 2D-Eulerian sí HPDM lcal Gaussian n HYPACT lcal a reginal 3D-Eulerian n IFDM lcal Gaussian n IMAGES glbal 3D-Eulerian sí INPUFF lcal Gaussian n ISCST 2 lcal Gaussian n IVL reginal a cntinental 2 layer Lagrangian sí Liège mdel glbal 2D-Eulerian sí LOTOS reginal a cntinental 3D-Eulerian sí Mainz mdel glbal 2D-Eulerian sí MARS lcal a reginal 3D-Eulerian sí MATCH lcal a reginal 3D-Eulerian sí MEMO lcal a reginal 3D-Eulerian n MERCURE lcal a reginal 3D-Eulerian n MOGUNTIA glbal 3D-Eulerian sí OML lcal Gaussian n OSPM lcal n PLUIMPLUS lcal Gaussian n RAMS lcal a reginal 3D-Eulerian n REM3 reginal a cntinental 3D-Eulerian sí ROADAIR lcal Gaussian sí SCALTURB lcal Gaussian n STOCHEM glbal 3D-Lagrangian sí TREND reginal a cntinental Statistical sí Página 7 de 35
Nmbre del mdel Escala de dispersión del fenómen Categría del mdel Módul químic TVM lcal a reginal 3D-Eulerian n UAM lcal a reginal 3D-Eulerian sí UDM-FMI lcal a reginal 3D-Eulerian n UiB reginal a cntinental 2D-Eulerian sí UiB mdel glbal 2D-Eulerian sí UK phtchemical mdel reginal a cntinental 2 layer Lagrangian sí UK-ADMS lcal Gaussian n 1.2 COMPONENTES DE UN MODELO DE CALIDAD DEL AIRE: Mdel de emisines. En la mayría de las casines la infrmación de la intensidad cn la que se está emitiend el cntaminante se btiene de medidas directas, per en tras casines hay que prceder al emple de estimación de dats mediante la aplicación de factres de emisión mdels de emisión. Mdel meterlógic. Sn ls mdels que estiman ls camps de vients y tras variables meterlógicas que aprtan la infrmación sbre el transprte de ls cntaminantes y el estad turbulent de la atmósfera y cm estas variables afectan a la dispersión de cntaminantes. Se basan en las ecuacines fundamentales de la dinámica, gases ideales, cnservación de masa, mment lineal y energía. Mdel ftquímic. Ests mdels incrpran las ecuacines de transfrmación químicas implicadas en la aparición de ls cntaminantes secundaris cm el zn trpsféric, en función de diverss parámetrs cm la cncentración de trs cmpuests catalizadres de la reacción variables meterlógicas específicas. Sn también de aplicación a la cntaminación ácida Mdel de depsición. Mediante ecuacines y parametrizacines específicas aprtan la infrmación de cuand, cuant y dnde ls cntaminantes emitids sn eliminads de la atmósfera. Página 8 de 35
1.3 APLICACIÓN DE MODELOS N sól sn de aplicación en el ámbit de estudi científic sin que también sn de gran utilidad en el apy a la gestión de la calidad del aire. La nrmativa actual recge la aplicación de mdels para evaluar el estad de la calidad del aire, tal y cm se recge en ls próxims apartads. Ls mdels de difusión atmsférica sn herramientas imprescindibles para abrdar diferentes prblemas relacinads cn ls prcess de evaluación ambiental incluyéndse cm instruments en ls siguientes tips de estudis: 1. En ls Estudis de Impact Ambiental de instalacines industriales dnde la cntaminación atmsférica es riginada pr un varis fcs de carácter puntual, lineal superficial existentes prevists, de tal manera que se evalúe el impact existente y se definan distintas alternativas para identificar la de menr impact. 2. Optimización de alturas de chimeneas para grandes y medianas instalacines industriales. En la actualidad la definición de la altura de chimenea se establece legalmente en la Orden de 18 de ctubre de 1976. Ls mdels de cntaminación atmsférica sirven en este cas de herramientas de cntraste y crrección de las alturas teóricas determinadas mediante las ecuacines recgidas en esta nrmativa. 3. Estudis de peracines pre-peracinales estudis de cntaminación de fnd. Ests estudis sn de aplicación de frma previa a la instalación de las nuevas industrias, si bien para la aplicación de ls misms hay que dispner de tda la infrmación del entrn existente. Suelen realizarse de frma práctica mediante medicines reales. 4. Mdels urbans de difusión, sn de aplicación para la definición de las cndicines de capacidad de carga de un centr urban en la implantación de nuevs plígns industriales implantación de industrias aisladas, determinand la afección de las mismas a la implantación. También deben de ser de aplicación en el sentid cntrari, para la urbanización de nuevas áreas próximas a instalacines industriales. Este tip de aplicacines de ls mdels está relacinada cn la planificación urbana e industrial (escala reginal, lcal y nacinal). 5. Diseñ de redes de calidad de aire. Una red de vigilancia de la cntaminación atmsférica tiene cm misión analizar en tiemp real la cncentración de cntaminantes en la atmósfera. Para dimensinar y lcalizar las estacines de la red de vigilancia deben tenerse en cuenta muchs aspects entre ls que se encuentran la pblación y la cntaminación a la que ésta está expuesta. Para adecuar su ubicación pueden emplearse mdels de difusión. Asimism, en las redes de calidad del aire que se encuentran ya en funcinamient, se emplean cm cmplement, ya que permiten dar estimacines de calidad del aire en znas n cubiertas pr estacines de medida. 6. Prediccines de Cntaminación Ptencial. Prgramas de Prevención. Este tip de mdelizacines se realizan en cmplejs sistemas infrmátics en tiemp real, de tal manera que se pueda infrmar a la pblación de events de cntaminación episódics. Página 9 de 35
7. Estudis epidemilógics, estudis de relación entre niveles de cntaminantes en la atmósfera y el númer de muertes y hspitalizacines debids a afeccines pulmnares. 8. Apy a la elabración de legislación y reglamentación para mejrar la calidad del aire, incidiend sbre la limitación de las emisines de cntaminantes. 9. Gestión de emergencias pr cntaminación urbana e industrial pr escapes accidentales de material tóxic radiactiv que pueden prvcar episdis de cntaminación aguda. Estas aplicacines se realizan cn mdels específics desarrllad para su aplicación cn gases denss radiactivs. Independientemente del emple de ls mdels para abrdar ls diferentes prblemas planteads anterirmente, de frma general ls tips de estudis pueden estar relacinads cn ls siguientes cntaminantes. Estudis de calidad del aire urban [PM10; CO; NOx; SO 2 ] Estudis de zn trpsféric (mdels ftquímics) [CO; COVs; NOx] Estudis de lluvia ácida [NH 3 ; NOx; SO 2 ] Estudi de cntaminantes relacinads cn cambi climátic [CO 2 ; CH 4 ; N 2 O] Estudis de cntaminantes relacinads cn eutrfización de las aguas (superficiales y subterráneas) [NH 3 ; NOx] En función del tip de estudi a realizar el fenómen de la dispersión se crrespnderá cn una escala distinta. (según EEA) Escala del fenómen de dispersión Tip de estudi Glbal Reginal a cntinental Lcal a reginal Cambi climátic X Deplección de capa de zn X X Ozn trpsféric Acidificación Eutrfización Smg ftquímic X X Cntaminantes tóxics X X X Calidad del aire urban Cntaminantes industriales X X Emergencias nucleares X X X Emergencias químicas X X X X X X X Lcal Página 10 de 35
1.4 REFERENCIAS Algunas de las múltiples referencias que se pueden encntrar en internet se recgen a cntinuación. http://www.epa.gv/scram001/aqmindex.htm http://airclimate.einet.eurpa.eu/databases/mds/in dex_html U.S. EPA Mdels REGULATORY MODELS Eurpean Tpic Centre n Air and Climate Change http://airsite.unc.edu/hme.html MDS - Mdel Dcumentatin System http://www.camx.cm/index.php http://www.weblakes.cm/lakeepa3.html http://directry.ggle.cm/tp/science/ Envirnment/Air_Quality/Air_Dispersin_Mde ling/ http://www.etsim.univi.es/gma/enlace s.htm http://www.mmm.ucar.edu/mm5/mm5- hme.html Página 11 de 35
http://www.arb.ca.gv/html/sft.htm#m deling http://www.nssl.naa.gv/prjects/pacs/ html_files/new_links.html http://artic.lma.fi.upm.es/ http://www.uamv.cm/index.htm Gbiern Califrnia Sitis sbre Meterlgía, dats y salidas de mdels GRUPO DE MODELOS Y SOFTWARE PARA EL MEDIO AMBIENTE FACULTAD DE INFORMATICA, UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID Página 12 de 35
2. APLICACIÓN PRÁCTICA DEL MODELO ISCT3 Se va a realizar una ejecución práctica del mdel de dispersión de cntaminantes atmsférics ISCST3 (Industrial Surce Cmplex Shrt Term en su versión 3), de la Agencia de Prtección Ambiental de ls EE.UU (U.S. EPA). El mdel ISCST3 se integra en un interfaz de usuari, en su versión adaptada de Lakes Envirnmental, dentr del paquete infrmátic ISC-AERMOD View. Es el mdel más emplead para la realización de estudis aplicads a la evaluación ambiental de la calidad del aire de fuentes industriales. Incrpra un mdel para terrens cmplejs, para elevacines superires a la altura de la chimenea, denminad COMPLEX1. En este mism paquete infrmátic se integran trs mdels de dispersión de cntaminantes, también de la USEPA, para tr tip de aplicacines específicas, que aunque se detallan a cntinuación, n sn el bjet de esta práctica. ISC-PRIME (ISC-Pluma Rise Mdel Enhancements): Incrpra nuevs algritms integrads en el mdel ISCST cn mejras para determinar la afección de ls edificis en la pluma de cntaminación (building Dwnwash) AERMOD (AMS/EPA Regulatry Mdel) El Mdel ISC es un mdel cmplej que estima las máximas cncentracines de cntaminantes en cualquier punt en base a dats de emisión de ubicación de las fuentes emisras y a infrmación meterlógica hraria (dirección y velcidad del vient, entre trs). Entre ls mdels que permiten simular la dispersión de cntaminantes en la atmósfera, el ISC3 es un de ls más utilizads. Existen ds mdalidades, una de ellas es la denminada Shrt Term, y la tra, Lng Term. Para esta práctica se va a trabajar cn la versión Shrt Term, puest que ésta permite hacer análisis de cncentracines hrarias, diarias y anuales, mientras que el Lng Term n permite realizar análisis a crt plaz. El mdel ISCST3 prvee pcines de mdelación para un ampli rang de fuentes cntaminantes de un cmplej industrial típic. Estas crrespnden a 5 tips básics: Fuentes puntuales (chimeneas y antrchas) Fuentes vlumétricas; Fuentes de área; Fuentes abiertas (pen pit). Fuentes lineales Página 13 de 35
El mdel se basa en la ecuación Gaussiana en estad estacinari aplicada al penach, y permite mdelar: la chimenea cm una fuente puntual; emisines que experimenten ls efects aerdinámics vient abaj debid a cnstruccines cercanas; fuentes aisladas; fuentes múltiples; pilas de acpi; cintas transprtadras; etc. El mdel ISCST3 acepta registrs de dats meterlógics hraris para la definición de cndicines en cuant a: Elevación del penach; Transprte de cntaminantes; Difusión de cntaminantes, y Depsición de cntaminantes. Este mdel estima el valr de la cncentración depsición ambiental del cntaminante, según las fuentes y ls receptres definids, para cada hra de dats meterlógics ingresads, calculand prmedis seleccinads pr el usuari. En cuant a la depsición, el mdel permite estimar, ya sea el fluj de depsición seca, húmeda el fluj de depsición ttal. Este últim crrespnde a la suma de ls flujs de depsición seca y húmeda para la ubicación de un receptr en particular. Es un mdel cntrastad y validad pr la EPA 2.1 DEFINICIÓN DE LOS OBJETIVOS Previamente a la ejecución del mdel hay que definir de frma clara y cncisa ls bjetivs del trabaj, definiend la finalidad del estudi que se pretende realizar, el tip de parámetrs a mdelizar, las fuentes a cnsiderar, la nrmativa de referencia a tener en cuenta para valrar ls resultads btenids. Al definir l bjetivs del estudi n hay que perder de vista las limitacines del mdel que vams a emplear, pudiend n cnsiderar determinads parámetrs primaris secundaris, si es de aplicación un módul químic, el ámbit del estudi que define la escala espacial de trabaj, el tip de dats meterlógics que requiere cada mdel y su dispnibilidad, etc. Previamente a definir ls bjetivs de este estudi el marc inicial en el que se trabaja es el siguiente: Prces industrial en una instalación de gran tamañ dedicada a la recuperación de metales En la actualidad dispne de distintas líneas de prces cn un númer de fcs de Página 14 de 35
emisión imprtante. Est supne uns cstes amplis en mantenimient, depuración y cntrl de la emisión de cntaminantes. Se encuentra ubicada en un plígn industrial alejada de núcles urbans imprtantes, per cn znas de prtección especial de ecsistemas cercans y algún núcle de pblación menr cercan. Tiene un funcinamient cntinuad de 24 hras al día durante td el añ. Fcs actuales de emisión (25) La altura teórica de la chimenea es de 22,7 metrs Ls cntaminantes principales que emite la empresa en mayr menr cncentración en ls distints fcs de ls prcess industriales sn SOx, CO, NOx y partículas en suspensión En este cas hiptétic ls bjetivs del estudi sn ls siguientes: La dirección de la empresa a decidid estudiar la viabilidad técnica, ecnómica y mediambiental de unificar la emisión de tds ls fcs cntaminantes en un únic fc de emisión de ls gases. Cn este bjetiv se pretende ptimizar ls cstes que en la actualidad se dedican al cntrl de las emisines atmsféricas tal y cm establece la nrmativa legal españla actual, que se suman a las medidas de depuración de ls cntaminantes de ls gases emitids y el mantenimient de las instalacines actuales. Pr l tant, la mdelización tiene cm bjetivs verificar ls niveles de calidad del aire para ls cntaminantes SOx, CO, NOx y partículas en suspensión, cn las características previstas del nuev fc de emisión que canalizará ls gases emitids pr cada un de ls fcs existentes en la actualidad. Para determinar la altura de este únic fc, que englbará las emisines de ls fcs de tds ls prcess industriales de la instalación, se realizó el cálcul teóric de la altura de la chimenea cn ls requisits establecids en el Anex II de la Orden de 18 de ctubre de 1976. La altura final de diseñ vendrá determinada además pr ls requerimients de ingeniería y ls resultads de calidad del aire mdelads. La ingeniería que realiza el estudi de unificación de ls fcs prpne una altura de 65 metrs, que cumpliría a priri cn ls requisits exclusivamente técnics de diseñ de la instalación. Adicinalmente, en el cas de que se estimen incumplimients de ls bjetivs de calidad del aire para ls parámetrs mdelizads, según las cndicines de diseñ de la altura de la chimenea, se determinará el valr óptim en el cual n se de ninguna superación de ls límites de referencia. La futura ubicación del nuev fc de emisión, se encuentra aislada de ls edificis cercans, n viéndse afectada la pluma de gases que emita afectada pr su presencia, pr l tant en el estudi n se tendrá en cuenta el efect de dwnwash. Página 15 de 35
Dada el análisis lcal que se pretende realizar del estudi, n se van a tener en cuenta ceficientes de decaimient ni de vida media de ls cntaminantes, ni el efect de la depsición húmeda seca. A md de ejempl, en el siguiente esquema, se dispne la variabilidad espacial y tempral de ls cnstituyentes atmsférics (Brasseur et al., 2003). 2.2 ESTRUCTURA DEL PROCESO DE MODELADO La aplicación de un mdel de difusión tiene cm bjet la integración entre aquells elements que inciden en la calidad del aire, cm sn ls cndicinantes atmsférics, lcalización de ls fcs e intensidad de ls misms, situación de ls receptres, influencia de la tpgrafía, rgrafía, etc. La estructura cnceptual del mdel ISCST3 que vams a aplicar dentr de las hipótesis de trabaj definida, se recge en el siguiente esquema. Hay que destacar que en este cas, el prces de mdelad será iterativ, incrprand además en el esquema las fases psibilidades de actuación sbre las fuentes de dats que el industrial puede mdificar. Estas mdificacines pueden ir referidas a la aplicación de p.e. las mejres técnicas dispnibles (MTD s) para la depuración de ls gases cntaminantes, l que cnllevaría una reducción de ls ratis de emisión de ls cntaminantes, una nueva definición del fc emisr, p.e. cn el increment de la altura cn la mejra del impuls termcnvectiv resultante, n incluyend algún fc de gases a temperatura ambiente, l que incrementaría la temperatura de ls gases y pr l tant su difusión. Página 16 de 35
Independientemente de esta estructura cnceptual del mdel, el esquema de trabaj debe ser sistemátic y rdenad debiend abrdar las tareas de frma secuencial. El esquema de trabaj para la aplicación del mdel pdría determinarse cm sigue: 2.3 RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN La fiabilidad de un mdel está directamente relacinada cn el rigen y fiabilidad de ls Página 17 de 35
dats que se psea, siend fundamental que la infrmación meterlógica esté sustentada pr el cncimient de series suficientemente extensas y detalladas, de ls diferentes parámetrs climátics. 2.3.1 Infrmación de las emisines y dats de la instalación. Tda la infrmación debe ser requerida al prmtr de la instalación, de tal frma que se trabaje cn ls dats técnics más ajustads, bien deducids para cas de instalacines nuevas pr las capacidades del diseñ, bien prcedentes de medicines reales. Ls dats mínims necesaris para la ejecución del mdel pr cada un de ls fcs que se quieran mdelizar sn ls siguientes: Altura de la chimenea (metrs) Diámetr interir de la chimenea (en metrs) Caudal de salida de ls gases (Nm 3 /h) velcidad de salida de ls gases (m/s) Temperatura de salida de ls gases (ºK) Ubicación de la chimenea (crdenadas UTMX y UTMY) Altura de la base de la chimenea (m.s.n.m.) Rati de emisión de ls cntaminantes que se quieren mdelizar (g/s) 2.3.2 Infrmación meterlógica Para la utilización de ests mdels es necesari dispner de infrmación meterlógica hraria, adecuadamente cnsistida, durante un períd suficientemente representativ. En este cas práctic, la mdelización se realiza a partir de ls dats hraris del añ 2005 de radiación, temperatura, dirección y velcidad del vient. Tda esta infrmación se slicita al Institut Nacinal de Meterlgía (INM), especificand ls dats meterlógics que se requieren, el frmat (electrónic), su presentación (dats hraris) y especificand la estación meterlógica de la que se requieren ls dats y el perid. Para la aplicación del mdel en esta práctica ls dats requerids fuern ls siguientes: Temperatura hraria (décimas de ºC) Velcidad del vient (Km/h) Dirección del vient (decenas de grad) Radiación glbal hraria (10kJ/m2) Página 18 de 35
En casines tda la infrmación n está dispnible en la estación meterlógica más cercana, incluida en dmini de estudi, pr l que hay dispner de ls dats de tras estacines l más próximas psibles. Esta infrmación debe quedar reflejada en ls infrmes de resultads que se emitan. 2.3.3 Infrmación del terren Para la btención de la infrmación referente al terren de este cas práctic, se ha partid de un mdel digital del terren cn una extensión de 50x50 Km y una reslución de 100 metrs, ubicand la instalación en el centr del cuadrad. La precisión altitudinal es de ± 16 metrs al 90% de prbabilidad (± 19 metrs al 95% supniend nrmalidad) y la planimétrica de ± 60 metrs al 90% de prbabilidad (± 68 metrs supniend binrmalidad), l que supne que ests mapas sn adecuads para escalas 1:350.000 baj las recmendacines cartgráficas del IGN españl (a escala 1/350.000, precisión planimétrica al 95% de 70 metrs y altitudinal en las curvas de nivel, de ± 33 metrs al 95%). La infrmación del terren puede ser btenida de distintas fuentes, bien pr digitalización de cartgrafía del área de estudi, bien pr slicitud de dats de archivs xyz al Institut Gegráfic Nacinal, mediante cartgrafía vectrial existente y que pueda dispnerse para el trabaj. Dependiend del rigen de la infrmación y la reslución que defina este rigen, ls resultads del mdel serán más mens detallads y ajustads, si bien, una mayr reslución de dats ralentizará el prces de ejecución del mdel. 2.3.4 Infrmación de ls receptres sensibles Se debe realizar una recpilación de tds ls receptres sensibles a la cntaminación atmsférica, cn ls que psterirmente en base a ls criteris legales establecids en la nrmativa se puedan aprtar criteris de incumplimient de ls valres límites. En ests receptres sensibles habrá que tener en cuenta de inici tds aquells para ls que en la nrmativa vigente se establezcan criteris de prtección. En la actualidad ls criteris de prtección en la nrmativa se establecen para: 1. la salud humana, pr l que se tendrán en cuenta tds ls núcles de pblación que Página 19 de 35
se encuentren en la zna de estudi. 2. La vegetación, pr l que se revisarán tdas las znas de especial prtección relacinadas cn la flra existentes en el área de estudi (LIC) 3. Y ls ecsistemas, incluyend también tras áreas naturales prtegidas (LIC, ZEPAS y tras znas naturales prtegidas) 2.4 PRE-PROCESADO DE INFORMACIÓN Una vez recabads ls dats necesaris de tds ls medis implicads, se debe realizar una adecuación y prcesad de la infrmación para su adaptación al mdel, teniend en cuenta ls frmats de entrada de dats a la aplicación y las unidades de expresión. 2.4.1 Prcesad de ls dats meterlógics El prcesad de la infrmación meterlógica recpilada debe finalizar cn la btención del archiv meterlógic de entrada al mdel.met. Este archiv en frmat ASCI debe dispner de una estructura específica, y debe cntener tda la infrmación mínima (remarcada en rj) que el mdel ISCST3 requiere para su crrecta ejecución. El rest de infrmación del archiv debe cmpletarse para mdelizar además las pcines Página 20 de 35
de depsición seca y húmeda de ls cntaminantes, que n serán bjet de esta práctica Para btener la estructura de este archiv es precis tratar ls dats básics de variables meterlógicas recpilads del INM, cnvirtiend las unidades a las requeridas pr el mdel, bteniend trs parámetrs cm las categrías de estabilidad atmsférica de Pasquill Giffrd y la altura de la capa de mezcla, y tratand ls cass específics de dats. De inici hay que bservar las unidades en las que se registran ls dats en la estación meterlógica y las unidades que requiere el mdel y realizar la cnversión. En la siguiente tabla se recgen algunas de las cnversines a realizar. Parámetr DATOS INM ARCHIVO MET u Otrs CONVERSIÓN Temperatura ºC ºK ºC+273 Velcidad vient Km/h m/s Dirección del vient Decenas de Grads (cm grad vectr de fluj) Radiación glbal 10kJ/m 2 2 1 KJh/m2 = 0,27777778 W/m hraria W/m2 Hay que cambiar la el númer que define las 12 a.m., es 24 hras n 0 hras. El mdel ISCST-3 n permite intrducir valres de velcidad del vient superires a 30 m/s. Pr este mtiv hay que evaluar en cuants dats hraris se registra esta incidencia a l larg del períd, y tmar una decisión sbre su tratamient, pudiend sustituirse pr la velcidad registrada pr el máxim admitid pr el mdel. Pr tr lad, se pueden dar registrs en ls que la variabilidad de la dirección del vient n ha permitid establecer un rumb fij (remarcads cn 99 en la tabla de dats del INM). Para ests cass, también se debe evaluar el númer de casines en las que se sucede y realizar una valración, adptand un criteri para su slución, cm pr ejempl asignar un valr medi de ls vients del día de esa hra en el rest de ls días del mes. Finalmente se deben btener trs parámetrs de turbulencia de la atmósfera que se caracteriza en base a un parámetr que se denmina clase de estabilidad, que es función de la turbulencia térmica y de la turbulencia mecánica. Para la determinación de la clase de estabilidad existen diverss métds: el métd de Turner (Turner,1964), Radiación slar/delta-t (USEPA,1994) basad en la radiación slar, σe (USEPA, 2000), basad en la desviación del ángul de elevación de la dirección del vient, y σa (USEPA, 2000) que se basa en el análisis de desviación de la dirección hrizntal del vient. A la vista de ls dats dispnibles se ha utilizad el métd cncid cm Turner. El métd emplead para la estimación de las clases de estabilidad para este cas práctic, Página 21 de 35