 |
|
 |
|
|
Modelización gaussiana para la estimación de niveles de inmisión de fuentes puntualesContenidos: Ecuación general de la modelización gaussiana: fórmula de Sutton. Cálculo de las desviaciones estándar. Cálculo de la velocidad del viento a la altura de la chimenea. Cálculo de la altura efectiva de la chimenea. Algunas consideraciones en el diseño de chimeneas.
Introducción La modelización del transporte de contaminantes sirve para la determinación de la variación de la concentración de un determinado contaminante en el espacio y en el tiempo. De esta manera, podremos estimar ciertos parámetros de emisión desde una fuente fija para mantener los límites indicados por la legislación en las zonas circundantes al foco emisor cuando se diseña una chimenea industrial, en la planificación del territorio, etc. Existen varios tipos de modelos y paquetes de software destinados a la estudiar la evolución de los contaminantes en la atmósfera. De todos los modelos desarrollados, uno de los más usados, cuando los contaminantes no son reactivos, es el modelo de dispersión gaussiano. Éste modelo parte de varias suposiciones, lo que hace que no sea totalmente preciso:
Factores de los que depende la dispersión de contaminantes:
La ecuación general del modelo de Gauss para la medida de la contaminación en cualquier punto (fórmula de Sutton):
Donde:
C concentración de contaminante en el punto (x,y,z).
Se puede calcular gráficamente como función de la clase de estabilidad y de la distancia al foco con las curvas de Pasquill-Giford.
O también numéricamente mediante las ecuaciones: σy = axb σz = cxd + f Donde b=0,894 y "x" se expresa en kilómetros. El resultado se obtiene en metros. El resto de constantes dependen de la distancia al foco y del tipo de estabilidad atmosférica:
La estabilidad atmosférica se puede hallar en la siguiente tabla:
Cálculo de "u" velocidad del viento en la boca de la chimenea:
u10 velocidad del viento a 10 metros de altura z altura de la chimenea p coeficiente exponencial
Cálculo de "H". Altura efectiva de la chimenea. Calculada como la suma de la altura geométrica o física de la chimenea (altura de construcción) y la sobre elevación que el penacho de humo sufre en la salida de la chimenea. H = Hg + Δh El cálculo de la sobreelevación puede calcularse mediante la fórmula de Briggs, que considera los efectos de momento, sustentación y estabilidad atmosférica:
F es el término de flotabilidad y viene expresado por la ecuación:
Donde:
g constante de aceleración de la gravedad (9,8 m/s2). C Depende del gradiente de temperatura potencial, que depende del gradiente de temperatura vertical. U es la velocidad del viento a la altura de la boca de la chimenea, ya mencionada anteriormente.
Otra forma de cálculo de la sobreelevación es la fórmula de Holland que nos da un valor muy aproximado, aunque tiende a subestimar la sobreelevación:
Donde:
Vs velocidad de salida de los gases en boca de la chimenea. Concentración máxima de contaminantes: Se puede obtener de la modelización gaussiana la concentración máxima de contaminantes y a la distancia que se producirá a nivel del suelo, este dato será utilizado para estimar la altura necesaria de la chimenea que permita no exceder los máximos estipulados por la legislación. Estos datos los obtenemos de las siguientes ecuaciones, que son el resultado de aplicar la condición de máximo a la ecuación de Sutton.
La distancia del foco de emisión a la que se produce el máximo de concentración lo obtenemos de esta segunda ecuación, ya que el valor de σz esta relacionado por medio de una ecuación con la distancia al foco (σz = cxd+f). Si tenemos un efluente con partículas de un tamaño determinado, aplicamos una modificación a la ecuación de Sutton teniendo en cuenta que las partículas a partir de cierto tamaño tienden a sedimentar. En este caso consideramos la velocidad terminal dada por la ecuación de Stokes, y obtenemos la siguiente ecuación:
Donde Vt es la velocidad terminal de las partículas. A partir de el dato de concentración de partículas de tamaño "i" en un punto determinado podremos calcular la tasa de sedimentación en este punto para estas partículas. Wi = Ci x Vti Donde:
Wi Tasa de sedimentación de las partículas de tamaño "i" Para más de un tamaño de partículas podríamos calcular la tasa de sedimentación total: W = Σ (Wi x Xi) Donde Xi es equivalente a la fracción en peso de cada tamaño de partícula.
Algunas consideraciones en el diseño de chimeneas industriales: La dispersión de los contaminantes de la chimenea está favorecida por la temperatura de salida y por la velocidad de salida de los gases. Estos dos parámetros determinan el tiro de la chimenea necesario para la evacuación de los gases. El tiro tiene dos funciones: - Dotar de la carga cinética adecuada a los gases. la velocidad de salida debe oscilar entre 15 y 25 m/s ya que a menor velocidad se ve impedida la dispersión por las turbulencias que puede generar el viento en la salida de la chimenea y a mayor velocidad el humo arrastra excesivo aire frío provocando gran mezcla entre aire y gas residual, de manera que el gas se enfría muy rápido, y la dispersión no es la adecuada. (la velocidad de salida debe ser de 1,5 a 2 veces la velocidad media del viento en la zona, dentro de estos parámetros) - Compensar pérdidas de presión de los distintos conductos. A mayor altura de la chimenea y mayor diferencia de temperaturas entre el aire ambiental y el el gas, mayor será el tiro natural. Si el tiro natural no compensa las pérdidas de presión de los distintos conductos, incluyendo la chimenea, o no tiene suficiente empuje para dotar a los gases de la velocidad necesaria, entonces se tendrá que instalar tiro forzado o inducido. El tiro natural es el resultado del empuje que sufre una columna de gas caliente rodeada de aire frío debido a la diferencia de densidades y podría expresarse aproximadamente como:
Donde:
ΔP empuje producido por la
diferencia de densidades (mm H2O) Para la determinación del diámetro y la altura, además de las consideraciones referentes a la resistencia mecánica y estabilidad de la chimenea, debemos tener en cuenta que la velocidad de salida de los gases está directamente relacionada con el diámetro interno de la chimenea, por lo que se debe alcanzar un equilibrio entre velocidad de salida y pérdidas de presión. La relación altura-diámetro debe ser de entre 15 y 20.
D diámetro (m) También hay que disminuir las pérdidas de calor del gas de salida, por lo que la chimenea tendrá un revestimiento interior de material refractario (resistente a la corrosión química) y un revestimiento externo de material aislante. La altura mínima de la chimenea va a estar marcada por los límites marcados por la legislación vigente. En la legislación estatal española, independientemente de las restricciones que dispongan las comunidades autónomas, las principales leyes que rigen la emisión de contaminantes son:
-
Decreto 833/1975, del 6 de Febrero, por el que se desarrolla la
Ley 38/1972, del 22 de
Diciembre, de protección del medio ambiente atmosférico. - Real Decreto 717/1987, del 27 de Mayo, por el que se modifica parcialmente el Decreto 833/1975, del 6 de Febrero, y se establecen nuevas normas de calidad del aire en lo referente a contaminación por dióxido de nitrógeno y plomo. - Real Decreto 1321/1992, del 30 de Octubre, por el que se modifica parcialmente el Real Decreto 1613/1985, del 1 de Agosto, y se establecen nuevas normas de calidad del aire en lo referente a la contaminación por dióxido de azufre y partículas.
Fuentes:
- Área de calculo, diseño y contrucción. S.L.
- "Notas técnicas de prevención" del Ministerio de Trabajo y
Asuntos Sociales (NTP 329). | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Quiénes somos
Aviso Legal
Política de
Privacidad
Publicidad
|
