Para el sector industrial, son muchas las ocasiones en que las fuentes conducidas son la principal vía de emisión de contaminantes a la atmosfera. En este sentido, las recomendaciones técnicas para la minimización del impacto de las emisiones industriales en el entorno, indican la canalización y emisión en altura de las mismas como primer paso para el establecimiento de posibles medidas correctoras.
La emisión de estos contaminantes a mayor altura o con una mayor velocidad de salida de gases en el foco, minimiza el impacto en el entorno. Basándose en este principio, se han diseñado los sistemas de propulsión adicional para fuentes conducidas. Esta propulsión se consigue mediante la instalación de una turbina en la parte externa superior de la chimenea. En el estudio que se presenta, se utilizó el modelo de dispersión atmosférica Calpuff para la evaluación de la mejora en la calidad ambiental obtenida en el entorno de una instalación del sector químico a partir de la instalación de tres sistemas de propulsión Eolage (Delamet), en tres chimeneas.
Antonio Amo Peña *, Juan Manuel Juárez Galán, Rubén Cerdá Ortiz
* Labaqua S.A. Pol. Industrial Atalayas 16, 03110 Alicante, antonio.amo@labaqua.com
Conflictos de interés: El autor declara que no existe conflicto de intereses.
Editor académico: Carlos N Díaz.
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Cita: Antonio Amo Peña, Juan Manuel Juárez Galán, Rubén Cerdá Ortiz, 2017, Utilización de sistemas de propulsión para la mejora de la dispersión atmosférica en fuentes de emisión conducidas en una industria química., IV Conferencia Internacional sobre Gestión de Olores y COVs en el Medio Ambiente, Valladoolid, España, www.olores.org
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ISBN: 978-84-697-7359-8
Palabras clave: Olores, modelización, Eolage, sulfuro, hidrógeno
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Resumen
Para el sector industrial, son muchas las ocasiones en que las fuentes conducidas son la principal vía de emisión de contaminantes a la atmosfera. En este sentido, las recomendaciones técnicas para la minimización del impacto de las emisiones industriales en el entorno, indican la canalización y emisión en altura de las mismas como primer paso para el establecimiento de posibles medidas correctoras.
La emisión de estos contaminantes a mayor altura o con una mayor velocidad de salida de gases en el foco, minimiza el impacto en el entorno. Basándose en este principio, se han diseñado los sistemas de propulsión adicional para fuentes conducidas. Esta propulsión se consigue mediante la instalación de una turbina en la parte externa superior de la chimenea. En el estudio que se presenta, se utilizó el modelo de dispersión atmosférica Calpuff para la evaluación de la mejora en la calidad ambiental obtenida en el entorno de una instalación del sector químico a partir de la instalación de tres sistemas de propulsión Eolage (Delamet), en tres chimeneas.
Los gases emitidos por estas chimeneas se caracterizaban por una elevado impacto odorífero debido la alta concentración de sulfuro de hidrógeno. Los sistemas Eolage instalados propulsan los gases expulsados por la chimenea a una velocidad de 30 m/s con un caudal de 120.000 m3/h. Mediante el modelo de dispersión atmosférica se pudo constatar que la instalación de estos sistemas permitiría la reducción del impacto del sulfuro de hidrógeno, reduciendo de este modo la contaminación odorífera presente en el entorno.
Introducción
Las fuentes de emisión conducidas suponen dentro del sector industrial, una de las tipologías más importantes, por encima en muchos casos de fuentes superficiales o fuentes difusas. En este sentido, las recomendaciones técnicas para el control de la contaminación atmosférica indican minimizar la existencia de las fuentes superficiales y difusas mediante el cerramiento, y vehiculización de las emisiones gaseosas, para la posterior emisión a través de fuentes canalizadas (Brinkmann, 2016).En el caso de que estas fuentes de emisión supongan un problema medioambiental, y fuese necesario la adopción de medidas correctoras, se podría distinguir dos estrategias.
En un primer término, se podrían agrupar todas aquellas acciones dirigidas a minimizar la emisión de los contaminantes presentes en la corriente de gases, es decir tratamiento fin de línea. En un segundo término, se agruparían todas aquellas medidas que supongan la modificación de las condiciones de emisión del foco y que tengan como consecuencia la mejora de la dispersión atmosférica y la menor afección en el entorno de las emisiones producidas. En este último caso, se incluiría por ejemplo, la emisión a mayor altura, o el empleo de una mayor velocidad de salida de gases (Guideline for determination of good engineering practice stack height, 1985).En el proceso de diseño de nuevas medidas correctoras, se hace imprescindible el uso de herramientas que aporten elementos de juicio que permitan evaluar las distintas posibilidades. En este sentido cabe indicar que la inversión en la implantación de estas medidas correctoras puede ser en algunos casos millonaria, lo cual incrementa la necesidad de evaluar la efectividad de la medida correctora con carácter previo.
Sin duda, el empleo de modelos de dispersión atmosférica se presenta como una importante herramienta en el diseño y evaluación de posibles medidas correctoras. La versatilidad de estos modelos matemáticos permite modelizar el comportamiento de las emisiones una vez introducidas las mejoras diseñadas, ya sea por la instalación de tecnologías fin de línea o por la modificación en las condiciones de emisión de los focos. El proyecto realizado, tuvo como propósito principal la evaluación con carácter previo, de la efectividad de tres sistemas de propulsión adicional en tres chimeneas existentes en una planta del sector auxiliar cárnico utilizando el modelo de dispersión atmosférica Calpuff.
Cabe indicar que la evaluación de los sistemas de propulsión se centra en la comparación de las curvas de isoconcentración de H2S generadas por el modelo en las situaciones de parada y funcionamiento. Se minimiza de esta forma la inexactitud de las estimaciones de la modelización, dado que el sesgo del modelo infiere en ambas situaciones.
Materiales y métodos
Por motivos de confidencialidad, no es posible aportar datos de la instalación objeto de estudio. La instalación industrial pertenece al sector químico, y la planta se ubica en la comunidad de Andalucía. En la instalación se realizan distintos procesos que tienen como resultado la generación de compuestos de azufre reducidos. Las chimeneas que evacúan estos gases tienen una altura en coronación de 15 m, con una velocidad de salida de gases de 9,7 m/s, 15,5 m/s, y 14,1 m/s respectivamente. La instalación cumple la reglamentación existente en materia de calidad atmosférica, no obstante los gases emitidos generan contaminación ambiental por olores en el entorno de la planta. Por este motivo, se consideró oportuno valorar la posible instalación de sistemas de propulsión adicional.
En el presente estudio se utilizó el software Calpuff View v 7.0 (Lakes Environmental Consultants Inc, Ontario, Canada) que incluye la versión del sistema Calpuff 6.42. Calpuff es un sistema de modelización de la calidad del aire que consta de tres componentes principales, Calmet, Calpuff y Calpost (Scire et al., 2000). Este modelo está recomendado por la agencia de protección ambiental norteamericana tanto para la modelización en el transporte de contaminantes a larga distancia, como en situaciones de corta distancia con flujos complejos (Brode, 2012). El sistema Eolage (Delamet, Saint Aigulin, Francia) es una turbina capaz de propulsar los gases de salida de chimeneas, con un caudal de 120.000 – 300.000 m3/h y a una velocidad de 30 m/s (Fig. 1). Se ubica en la parte superior de la chimenea, favoreciendo de esta forma la mezcla en el eje vertical, reduciendo las posibilidades de que el penacho de la emisión afecte en la zona circundante (Fig. 2).
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Fig. 1. Vista superior y lateral del equipo Eolage
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| Figura 2. Vista general del equipo Eolage montado en una chimenea. |
En la fig. 3 se indica la altura de sobre elevación del penacho obtenida para los dos modelos Eolage existentes.
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| Figura 3. Altura de sobre elevación del penacho obtenida para los dos modelos Eolage (Pulseur y Extracto Pulseur) |
Con objeto de valorar la efectividad se modelizaron dos escenarios. El primer escenario correspondía a la emisión de las tres chimeneas en la situación actual. El segundo escenario consideró la instalación de los tres sistemas de propulsión adicional Eolage (mod. Extracto-Pulseur), en las tres chimeneas. Los datos meteorológicos utilizados estuvieron constituidos por la serie horaria correspondiente al año 2014 para la zona objeto de estudio, para ello se utilizó el modelo de simulación numérica Weather Resarch and Forecasting (WRF-ARWv3.3.). Este es un modelo meteorológico no hidrostático de nueva generación desarrollado por el National Center for Atmospheric Research (NCAR) y de estructura modular. El dominio de la malla utilizado ha sido de 50 x 50 km, con una resolución horizontal de 3 km, con 28 niveles verticales, los datos de superficie se han tomado de carácter horario y los de altura cada 12 horas. A partir de simulaciones obtenidas con el modelo WRF, se generan ficheros post-procesados de datos meteorológicos tridimensionales para la alimentación directa al módulo CALMET del modelo CALPUFF. Por la escasa disposición de estaciones meteorológicas oficiales, no fue posible la validación de los resultados obtenidos.
Asimismo, en la difusión de contaminantes intervienen una serie de parámetros superficiales representativos del tipo de uso del suelo del área de estudio considerada, como la rugosidad superficial, ratio Bowen, o albedo. El entorno de la instalación presentaba una situación de orografía compleja que indicaba el uso de Calpuff. Además, los datos de los usos del suelo se han obtenido a partir del “Global Land Cover Characterization” (LULC), con una resolución de 1 km (http://www.webgis.com/glcc.html). Asimismo, se modelizó una ventana de 10 x 10 Km, con un paso de malla de 0,5 km, y un “sampling grid” de 5 x 5 Km con un factor 5 de anidamiento y con una separación de aproximadamente 100 metros entre cada punto. Se utilizó un fichero digital de terreno de la zona objeto de estudio, correspondiente al modelo digital SRTM (Shuttle Radar Topography Mission – Digital Terrain Elevation Data. http://www.webgis.com/srtm3.html) elaborado por la National Aeronautics and Space Administration (NASA) y el U.S. Geological Survey (USGS). Respecto a las condiciones de los focos emisores, indicar que de las chimeneas Los datos de emisión empleados para el sulfuro de hidrógeno (H2S) fueron facilitados por el cliente.
Discusión de resultados
Los mapas generados a partir del modelo Calpuff View, se expresan en μg/m3, y los resultados son representados mediante curvas de isoconcentración. En la Fig. 4 se muestran los resultados obtenidos para el escenario 1, que se corresponde con la emisión de los tres focos considerados en el estudio sin el funcionamiento de los sistemas de propulsión adicional. En la Fig. 5 se muestran los resultados obtenidos para el escenario 2, que se corresponde con la emisión de los tres focos considerados en el estudio con el funcionamiento de los sistemas de propulsión adicional.
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Fig. 4. Curvas isoconcentración H2S µg/m3. Escenario 1, situación correspondiente al funcionamiento de los focos considerados en el estudio sin el funcionamiento de los sistemas de propulsión adicional.
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| Fig. 5. Curvas isoconcentración H2S µg/m3. Escenario 2, situación correspondiente al funcionamiento de los focos considerados en el estudio con el funcionamiento de los sistemas de propulsión adicional. |
A la vista de los resultados de las modelizaciones de dispersión atmosférica para los dos escenarios considerados, se concluye que la utilización de sistemas de propulsión adicional mejora sensiblemente la calidad ambiental del entorno de las instalaciones, reduciendo desde 50% hasta un 75% aproximadamente la concentración de sulfuro de hidrógeno en el perímetro de la instalación y en el entorno cercano donde se sitúan los núcleos residenciales.
Conclusiones
En el ámbito de la emisión de contaminantes en fuentes conducidas, los variables como la altura de emisión o velocidad de salida de gases, intervienen de forma directa en la afección de estos contaminantes en las áreas residenciales cercanas. Los resultados obtenidos confirman que la utilización de sistemas de propulsión adicional Eolage, incrementan la mejor dispersión de estos contaminantes, reduciendo los niveles de contaminación en las áreas afectadas. No obstante, se considera oportuno la realización de mediciones en inmisión que puedan confirmar el buen resultado de utilización de esta tecnología.
Referencias
Brinkmann, T., Giner, G., Yükseler, H.,Roudier, S., Delgado, L. 2016. Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Common Waste Water and Waste GasTreatment/Management Systems in the Chemical Sector. European IPPC Bureau, Joint Research Centre.
Brode R., 2012. CALPUFF Near-field Validation. 10th Conference on Air Quality Modeling March 13, 2012 Research Triangle Park, NC
Guideline for determination of good engineering practice stack height, 1985. US Environmental Protection Agency. Office of Air Quality Planning and Standards.
Scire J., Strimaitis D., Yamartino R. 2000. A User’s Guide for the Calpuff Dispersion Model (Version 5). Earth Tech Inc.