practica 2 medioambiente y sostenibilidad

MEDIOAMBIENTE Y

SOSTENIBILIDAD

MÓDULO 2. MODELIZACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL SOBRE EL AGUA, EL AIRE Y LA TIERRA

PRÁCTICA 2. MODELIZACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL DE LAS EMISIONES ATMOSFÉRICAS. MODELO DE DISPERSIÓN GAUSSIANA

Curso de acceso al Grado en Ingeniería Mecánica

MEDIOAMBIENTE Y SOSTENIBILIDAD

ÍNDICE

Índice 2

Práctica 2: Modelización del impacto ambiental de las emisiones atmosféricas. Modelo de dispersión gaussiana 3

Introducción......................................................................................................................3

Parte 1. Coeficientes de dispersión horizontal y vertical..................................................4

Parte 2. Concentración de contaminantes atmosféricos..................................................9

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Práctica 2. Modelización del impacto ambiental de las emisiones atmosféricas2


PRÁCTICA 2: MODELIZACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL DE LAS EMISIONES ATMOSFÉRICAS. MODELO DE DISPERSIÓN GAUSSIANA

INTRODUCCIÓN

En España, la Ley 38/1972 de Protección del ambiente atmosférico, establece que “se entiende por contaminación atmosférica, la presencia en el aire de materias o formas de energía que impliquen riesgo, daño o molestia grave, para las personas y bienes de cualquier naturaleza”.

Los métodos de análisis de la contaminación atmosférica, como por ejemplo, los modelos de difusión atmosférica, son una herramienta de simulación que permite analizar, con antelación a la implantación de la industria contaminadora, los efectos de sus emisiones sobre la atmósfera.

El objetivo de esta práctica es profundizar en el estudio del modelo gaussiano de difusión atmosférica. El modelo gaussiano es un modelo matemático para estimar la calidad del aire, que trata de predecir las concentraciones de contaminantes en un punto y alejadas del foco.

El alumno/a deberá sistematizar, mediante la elaboración de una hoja de cálculo Excel, la ecuación de la difusión gaussiana, que relaciona los niveles de inmisión en un punto con la cantidad de contaminantes vertidos a la atmósfera desde el foco emisor, teniendo en cuenta las condiciones de emisión de los gases y las características climáticas y topográficas del medio receptor.

Para ello, la práctica se divide en 3 partes:

Parte 1. Elaboración de las gráficas de los coeficientes de dispersión horizontal (y) y de dispersión vertical (z), en función de la distancia a sotavento (x).

Parte 2. Elaboración de las gráficas de concentración de un contaminante en un penacho en un punto del espacio, C (x, y, z), para distintos tipos de estabilidad atmosférica.



PARTE 1. COEFICIENTES DE DISPERSIÓN HORIZONTAL Y VERTICAL

Representar gráficamente en Excel los coeficientes de dispersión horizontal (σy) y de dispersión vertical (σz) en función de la distancia x (km) en la dirección del viento.

1. Abra un nuevo libro de Excel y escriba en una hoja del mismo la siguiente tabla de valores:

Valores de a, c, d y f

Clases de estabilidad

x < 1 Km x ≥ 1 Km

a c d f c d fA 213 440,8 1,941 9,27 459,7 2,094 -9,6

B 156 100,6 1,149 3,3 108,2 1,098 2

C 104 61 0,911 0 61 0,911 0

D 68 33,2 0,725 -1,7 44,5 0,516 -13

E 50,5 22,8 0,678 1,3 55,4 0,305 -34

F 34 14,35 0,74 -0,35 62,6 0,18 -48,6

2. Elabore en esa misma hoja de Excel una tabla de 7 columnas y 42 filas para obtener los valores del coeficiente de dispersión horizontal, σy, en función de la distancia, x, en la dirección del viento. Recuerde que la ecuación para el cálculo del coeficiente de dispersión horizontal es: y = a·x0,894, donde y se expresa en metros para una distancia x en kilómetros.

Rellene los valores obtenidos con Excel en la Tabla 1 de la página siguiente.

3. Haga la representación gráfica en escala logarítmica de y para cada tipo de estabilidad atmosférica (A, B, C, D, E, F). Para ello elija en Excel como tipo de gráfico “dispersión” y seleccione tanto en el eje X, como en el eje Y, escala logarítmica. Debe representar en un único gráfico las curvas y para cada tipo de estabilidad (A, B, C, D, E y F) e identificarlas en la leyenda del gráfico. Incluya dicho gráfico en el espacio dispuesto a tal efecto en este documento.

4. Elabore en esa misma hoja de Excel una tabla de 7 columnas y 42 filas para obtener los valores del coeficiente de dispersión horizontal, σz, en función de la distancia, x, en la dirección del viento. Recuerde que la ecuación para el cálculo del coeficiente de dispersión horizontal es: z =(c·xd)+f, donde z se expresa en metros para una distancia x en kilómetros.

Rellene los valores obtenidos con Excel en la Tabla 2 de la página siguiente.

5. Haga la representación gráfica en escala logarítmica de z para cada tipo de estabilidad atmosférica (A, B, C, D, E, F). Para ello elija en Excel como tipo de gráfico “dispersión” y seleccione tanto en el eje X, como en el eje Y, escala logarítmica. Debe representar en un único gráfico las curvas z para cada tipo de estabilidad (A, B, C, D, E y F) e identificarlas en la leyenda del gráfico. Incluya dicho gráfico en el espacio dispuesto a tal efecto en este documento.



TABLA 1 σy = a·x0,894

x (Km) ESTAB. A ESTAB. B ESTAB. C ESTAB. D ESTAB. E ESTAB. F

0,1 0,15 0,2

0,25 0,3

0,35 0,4

0,45 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

1,5 2

2,5 3

3,5 4

4,5 5 6 7 8 9

10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90

100



Incluya aquí el gráfico de y en función de x, para los distintos tipos de estabilidad.

Práctica 2. Modelización del impacto ambiental de las emisiones atmosféricas 6


TABLA 2 σz = (c·xd) + f

x (Km) ESTAB. A ESTAB. B ESTAB. C ESTAB. D ESTAB. E ESTAB. F

0,1 0,15 0,2

0,25 0,3

0,35 0,4

0,45 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

1,5 2

2,5 3

3,5 4

4,5 5 6 7 8 9

10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90

100



Incluya aquí el gráfico de z en función de x, para los distintos tipos de estabilidad.



PARTE 2. CONCENTRACIÓN DE CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS

El modelo de dispersión gaussiana calcula los niveles de inmisión en un punto de coordenadas (x, y, z), donde el origen del sistema de coordenadas se fija en la base de la chimenea o del foco emisor, tal y como se indica en la figura adjunta.

Donde:

HS = Altura del foco emisor (en metros).

ΔH = Sobre elevación del penacho. Es decir la altura que se eleva el penacho por encima de la del foco emisor debido a los efectos de la cantidad de movimiento del flujo de gases y su flotabilidad.

HE = Altura efectiva del foco emisor. Es la suma de las dos alturas anteriores.

Según el modelo de dispersión gaussiana, la concentración de contaminantes a nivel del terreno (z=0), en la línea central del penacho (y=0), viene dada por la siguiente ecuación:

Si se multiplican ambos miembros de esta ecuación por u/Q, la función del segundo miembro sólo depende de H (altura efectiva) y de los dos coeficientes de dispersión (y, z). Así, se puede representar el primer miembro de la ecuación anterior, como función de la distancia en la dirección del viento desde la fuente (x) y la altura efectiva de la chimenea (H), en metros, para cada tipo de estabilidad (A, B, C, D, E, F). Se obtiene:


X

DIRECCIÓN PRINCIPAL DEL VIENTO

z

y

O

BASE DEL FOCO EMISOR

PENACHO DE CONTAMINANTES: PRODUCTOS DE COMBUSTIÓN, EMISIONES OLOROSAS, ETC.

FOCO EMISOR: CHIMENEA, FRENTE DE VERTIDO, ETC.

Hs

ΔH

HE


Se pide:

Representar gráficamente en Excel los valores de C·u/Q al nivel del suelo, justo debajo de la línea central del penacho, en función de la distancia x (km) en la dirección del viento. Utilice para ello la ecuación dada anteriormente. Haga la representación en escala logarítmica para cada tipo de estabilidad atmosférica (A, B, C, D, E, F) y para una gama amplia de alturas efectivas (HE = 10, 30, 50, 100, 150 y 300 m). Para ello.

1. En el mismo libro de Excel que utilizó para la parte 1 de la práctica, seleccione una hoja nueva y elabore una tabla de 7 columnas y 42 filas para obtener los valores C.u/Q en función de la distancia, x, en la dirección del viento.

Rellene los valores obtenidos en la Tabla 3 de las páginas siguientes.

2. Elabore 6 gráficas en escala logarítmica, una para cada tipo de estabilidad atmosférica (A, B, C, D, E, F), que recojan los valores de C·u/Q en función de x, para la gama de alturas efectivas calculadas en el apartado 1. Seleccione como tipo de gráfico “dispersión”. Para cada tipo de estabilidad atmosférica, debe representar en un único gráfico las curvas C·u/Q e identificar en la leyenda del gráfico cuál corresponde a cada altura efectiva. Incluya dicho gráfico en el espacio dispuesto a tal efecto en este documento.



TABLA 3 C·u/Q=[1/σy·σz·π]·exp[(-1/2)·(HE/σz)2] ESTABILIDAD A

x (Km) HE=10 HE=30 HE=50 HE=100 HE=150 HE=300

0,1 0,15 0,2

0,25 0,3

0,35 0,4

0,45 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

1,5 2

2,5 3

3,5 4

4,5 5 6 7 8 9

10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90

100



TABLA 3 C·u/Q=[1/σy·σz·π]·exp[(-1/2)·(HE/σz)2] ESTABILIDAD B


0,1 0,15 0,2

0,25 0,3

0,35 0,4

0,45 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

1,5 2

2,5 3

3,5 4

4,5 5 6 7 8 9

10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90

100



TABLA 3 C·u/Q=[1/σy·σz·π]·exp[(-1/2)·(HE/σz)2] ESTABILIDAD C


0,1 0,15 0,2

0,25 0,3

0,35 0,4

0,45 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

1,5 2

2,5 3

3,5 4

4,5 5 6 7 8 9

10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90

100



TABLA 3 C·u/Q=[1/σy·σz·π]·exp[(-1/2)·(HE/σz)2] ESTABILIDAD D


0,1 0,15 0,2

0,25 0,3

0,35 0,4

0,45 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

1,5 2

2,5 3

3,5 4

4,5 5 6 7 8 9

10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90

100



TABLA 3 C·u/Q=[1/σy·σz·π]·exp[(-1/2)·(HE/σz)2] ESTABILIDAD E


0,1 0,15 0,2

0,25 0,3

0,35 0,4

0,45 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

1,5 2

2,5 3

3,5 4

4,5 5 6 7 8 9

10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90

100



TABLA 3 C·u/Q=[1/σy·σz·π]·exp[(-1/2)·(HE/σz)2] ESTABILIDAD F


0,1 0,15 0,2

0,25 0,3

0,35 0,4

0,45 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

1,5 2

2,5 3

3,5 4

4,5 5 6 7 8 9

10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90

100



Incluya aquí el gráfico de C·u/Q en función de x, para la estabilidad atmosférica A.



Incluya aquí el gráfico de C·u/Q en función de x, para la estabilidad atmosférica B.



Incluya aquí el gráfico de C·u/Q en función de x, para la estabilidad atmosférica C.



Incluya aquí el gráfico de C·u/Q en función de x, para la estabilidad atmosférica D.



Incluya aquí el gráfico de C·u/Q en función de x, para la estabilidad atmosférica E.



Incluya aquí el gráfico de C·u/Q en función de x, para la estabilidad atmosférica F.


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