Practica 1. Modelo de dispersion Gaussiano aplicado a una fuente puntual de dioxido de azufre emitido de una termoelectrica

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL[pic 1][pic 2]

ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

INGENIERÍA EN SISTEMAS AMBIENTALES

Practica 1. Modelo de dispersion Gaussiano aplicado a una fuente puntual de dioxido de azufre emitido de una termoelectrica.

INTRODUCCION.

La contaminación atmosférica representa un problema que ha venido incrementándose en las últimas décadas, cada vez con una mayor preocupación debido a los riesgos, daños o molestias graves para las personas, el medio ambiente y bienes de cualquier naturaleza.

Las industrias para poder cumplir la normativa ambiental que se establecen en cualquier país, se ven en la necesidad de utilizar sistemas de monitoreo con la finalidad de caracterizar sus emisiones, siendo los simuladores de dispersión de contaminantes atmosféricos una herramienta imprescindible para desarrollar diferentes tareas, que tienen como objetivo garantizar la buena calidad del aire.

Los modelos de calidad del aire usan técnicas matemáticas y numéricas para simular los procesos físicos y químicos que afectan a los contaminantes en su dispersión y transformación en la atmósfera. Basados en datos meteorológicos e información de las fuentes de emisión, tales como tasas de emisión y parámetros de chimenea, estos modelos caracterizan la dispersión de los contaminantes primarios que son emitidos directamente en la atmósfera y en algunos casos también las reacciones químicas que ocurren en esta para formar contaminantes secundarios.

El modelo de dispersion Gaussiano se utiliza para estimar la concentracion de contaminante producida por una fuente puntual, por ejemplo, la chimenea de una fabrica, o el escape de un deposito.[pic 3]

En los modelos gaussianos se trabaja con sistema de coordenadas en el que el eje x es siempre la dirección del viento, y es la dirección perpendicular y z representa la altura.

El contaminante se emite a una altura z = H, donde H es la altura efectiva de emisión, resultado de sumar la altura física de la chimenea, h, al llamado ascenso vertical ∆h.[pic 4]

Fundamento: el modelo considera que el transporte del contaminante se produce por causas en principio independientes por el viento y la turbulencia atmosferica.

OBJETIVO GENERAL.

• Elaboración de Modelo de dispersión Gaussiano para una fuente de dióxido de azufre emitido por termoeléctrica, analizando el efecto de la variación de parámetros: estabilidad y altura en la dispersión del contaminante.

METODOLOGIA.

Para esta práctica se ocupó como base el siguiente problema:

Una termoeléctrica con capacidad efectiva de generación de 106 kW que trabaja con 40% de eficiencia utiliza combustóleo, tiene una chimenea con una altura efectiva de 300 m emitiendo 0.6 libras masa de S02 por millón de BTU de energía generada dentro de la planta. Un anemómetro reporta una velocidad del viento de 2.5 m/s.

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RESULTADOS.

CALCULOS.

Ejemplo para primer ejercicio con distancia de 0.5km y altura efectiva de 300m constante.

• Debido a que se conoce la capacidad efectiva de generacion Potencia solida (Ps) que es 1x106 kW, ademas se conoce la eficiencia de la planta, por ello la emision de SO2 se debe calcular en terminos de la generacion bruta de energia electrica Pe (potencia de entrada).

• De la ecuacion d eficiencia se despeja Pe:

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• Para calcular emisiones de SO2 se calcula flujo de calor y se utiliza factor de conversion (1kW=3412BTU/h).

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• A partir del flujo de calor se estiman las emisiones de SO2.

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• Se convierten las unidades a µg/s.

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• Como no hay valor para coeficiente  de dispersion a 0.5km se usa la tabla para obtener valor de las constantes (a, c, d y f), para este ejemplo, estabilidad A y se calculan los coeficientes de dispersion σy y σz

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• Con la velocidad en la chimenea calculamos la velocidad del viento a la altura efectiva de chimenea, despejando velocidad del viento a la elevacion z  de ecuacion, el valor de p se obtiene de tabla:[pic 21]

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• Finalmente obtenemos la concentración de SO2.

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• Se convierten los  a ppm.[pic 30]

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EJERCICIO 1.

Después de realizar los cálculos de concentración de SO2 (observar archivo de Excel), en la siguiente grafica se muestran las curvas Gaussianas obtenidas para la clase de estabilidad atmosférica (A, B, C).[pic 43][pic 44]

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EJERCICIO 2

Después de realizar los cálculos necesarios, a continuación, se muestra la gráfica obtenida, se tomó como constante la estabilidad C y las alturas efectivas H=100, 150, 200, 250, 300, 350 y 400.[pic 47][pic 48]

Para poder comparar con la NORMA Oficial Mexicana NOM-022-SSA1-2010. Se realizaron las conversiones de  a ppm.[pic 49]

• EJERCICIO 1.  Tabla 1. Altura efectiva constante H=300m, a diferentes estabilidades (A-F).

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