7. dispersion de plumas.pdf

8/20/2019 7. Dispersion de plumas.pdf

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CONTAMINACIÓNATMOSFÉRICA Y

CALIDAD DEL AIRE

MODELADO DE LA CALIDADDE AIRE

LUIS CARLOS ORTEGA CHAMORRO

INGENIERÍA AMBIENTAL

UNIVERSIDAD DE NARIÑO


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ELEVACION DE LA PLUMA

La mezcla de los gases de escape con el aire ambiental sedenomina arrastre

Los gases emitidos son mas calientes y se vuelven mas cálidosque el aire exterior por lo que flotan

La combinación del momentum (masa del objeto y la velocidad

en que se mueve) y la flotabilidad hacen que los gases seeleven, este fenómeno se conoce como Elevación de la Pluma.

Altura efectiva de la Chimenea (H)


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La velocidad de salida de los gases de escape emitidos por lachimenea contribuyen a la elevación de la pluma, hasta unpunto en las condiciones de la atmosfera afectan la pluma.

La velocidad de salida disminuye rápidamente por el

momentum horizontal y hace que la pluma se incline.

A mayor velocidad del viento mas horizontal es el momentumhasta que la pluma parezca horizontal al suelo.

En una atmosfera estable, la flotabilidad de la pluma disminuyea medida que se eleva

En una atmosfera neutra, permanece constante


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La mezcla arrastra el aire atmosférico hacia su interior, lo que lequita flotabilidad muy rápidamente.

En los días con mucho viento, la pluma no se eleva mucho sobrela chimenea


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El flujo descendente de la chimenea (volcamiento) Se produce cuando la diferencia entre la velocidad de la salida

de la chimenea y la del viento es pequeña. La mezcla arrastra elaire atmosférico hacia su interior, lo que le quita flotabilidad muyrápidamente.

La dispersión de los contaminantes disminuyen produciendoconcentraciones elevadas de contaminante a sotavento de lafuente.


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MODELO DE DISPERSIÓN

GAUSSIANOPremisas Útil para gases y aerosoles

(diámetro menor a 20 μm)

Aplica para fuentes

puntuales No existe turbulencia en la

zona de modelación

Los contaminantes no sedegradan son

conservativos

No hay sedimentación decontaminantes


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Calculo del flujo de flotabilidad de la PlumaFormula de Gary A. Briggs, requiere que la temperatura de salidasea mayor a la temperatura del aire

Ts, Ta en grados Kelvin

Vs = Velocidad de salidaD = Diámetro de la chimenea


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Calculo de la alturas Para atmosferas neutras o inestables

Para atmosferas estables

Altura Efectivas de chimenea

ℎ = 21,4

si F < 55 v =velocidad del aire

ℎ = 38,7

si F ≥ 55

ℎ = 2,6

∗

= ℎ ℎ

=

( 1 )

= Gradiente de temperatura en la atmosfera

= Gradiente adiabotico seco 0,65K/100m

=


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Modelo de dispersión

Clasificación de estabilidad de Pasquill-GiffordPara estimar la dispersión y los propósitos del modelo, estos nivelesde estabilidad se clasifican en seis clases basadas en cincocategorías de velocidad del viento superficial, tres tipos deinsolación diurna y dos tipos de nubosidad nocturna.

Clases de estabilidad de Pasquill-Gifford

A = Extremadamente inestable

B = Moderadamente inestable

C = Ligeramente inestableD = Neutral

E = Ligeramente estable

F = Fuertemente estable


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Insolación: Cantidad de energía en forma de radiación solar que llegaa un lugar de la Tierra. Se utiliza el piranómetro.

Cobertura de nubes: Bóveda celeste cubierta de nubes (octas)


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coeficientes de dispersión σy (horizontal) y σz (vertical).En los modelos gausianos, la dispersión de la pluma lejos de la líneacentral está representada por los coeficientes de dispersión, σy(horizontal) y σz (vertical).

La siguiente figura muestra los valores que los modelos gausianos

emplean para la dispersión horizontal según la clasificación de laestabilidad y la distancia a sotavento de la chimenea.


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Coeficientes de dispersión σy y σz entre 100m - 10.000 m

Los coeficientes de dispersión horizontal aumentan a medida quelas condiciones atmosféricas se hacen menos estables (de F a A).

ESTABILIDAD COEFICIENTE

a b c d

A 0,527 0,865 0,28 0,90B 0,371 0,866 0,23 0,85

C 0,209 0,897 0,22 0,80

D 0,128 0,905 0,20 0,76

E 0,098 0,902 0,15 0,73

F 0,065 0,902 0,12 0,67

σ = ()

σ = ()


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Ecuación de distribución GausianaEsta ecuación determina las concentraciones de contaminantes enel nivel del suelo sobre la base de las variables atmosféricas detiempo promedio (por ejemplo, la temperatura y la velocidad delviento). Por lo tanto, no es posible obtener un “cuadro” instantáneode las concentraciones de la pluma.

, , , =

2 ∗

− ∗

− ∗

−

− ∗

+


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Ecuación de distribución Gausiana La distribución gausiana determina el tamaño de la pluma a

sotavento de la fuente. La siguiente grafica muestra unarepresentación esquemática de la pluma gausiana.


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Modelo de dispersiónEcuación de distribución Gausiana


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Modelo de dispersiónEcuación de distribución Gausiana

Los coeficientes de la dispersión horizontal y vertical (σy y σ z)sólo representan la desviación estándar de la normal en la curvade distribución gausiana en las direcciones “y” y “z”.

Los coeficientes de dispersión σy y σ z, son funciones de la

velocidad del viento, de la cubierta de nubes y delcalentamiento de la superficie por el sol.


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Modelo de dispersiónModelación matemática

Calculo de la concentración en x

, , , =

2 ∗

− ∗

− ∗

−

− ∗

+

, 0,0, =

2 ∗ 1 ∗

−

−

, 0,0, =

2 ∗ 2

−

, 0,0, =

∗

−

1


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Calculo de la concentración en x, y

, , , =

2 ∗

− ∗

− ∗

−

− ∗

+

, ,0 , =

2 ∗

− ∗

−

−

, ,0 , =

2 ∗

−

∗∗ 2

−

, ,0 , =

∗

−

∗

∗ −

2


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Despejar “y”: Se divide ecuación 2 sobre ecuación 1

, ,0,

,0,0, =

∗ −

∗

∗ −

∗

−

, ,0,

,0,0, =

−

, ""

, ,0 , ,0,0, =

2σ

= ±σ 2 , ,0,

,0,0,


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Modelo de dispersiónEjercicio 1

Calcular en diferentes puntos la concentración de cloro de unescape de 0,3Kg/s, situado a una altura especifica de (H = 3m).

La altura de la chimenea es de 2m de altura

La velocidad el viento 5m/s, a 10m de altura.

La rugosidad del suelo en los punto es equivalente a urbana.

La estabilidad meteorológica es D

No. X(m)

Y(m)

Z(m)

U-10m(m/s)

1 120 10 0 5

2 120 10 1 5

3 120 10 2 5

4 120 10 5 5

5 120 10 10 5

No. X(m)

Y(m)

Z(m)

U-10m(m/s)

1 5000 750 0 3

2 5000 750 1 3

3 5000 750 2 3

4 5000 750 5 3

5 5000 750 10 3


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Modelo de dispersiónSolución

http://d/LcOrtega/UDENAR/Cursos/4.%20Contaminaci%C3%B3n%20Atmosferica/Clases/Curso%20Contaminacion%20del%20Aire/7.1%20Ejercicio%20de%20modelaci%C3%B3n.xlsxhttp://d/LcOrtega/UDENAR/Cursos/4.%20Contaminaci%C3%B3n%20Atmosferica/Clases/Curso%20Contaminacion%20del%20Aire/7.1%20Ejercicio%20de%20modelaci%C3%B3n.xlsx


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Modelo de dispersiónEjercicio 2

Calcular la concentración de concentración de contaminantes anivel del suelo de acuerdo con la siguiente información:

Q (masa emitida) 250g/sU(velocidad del aire) 5,3m/sLongitud de simulación 10km

Incremento de distancia 0,5kmConcentración limite 120μg/m3Concentración inicial 30μg/m3Incremento Isopletas 30μg/m3Vs (velocidad de salida) 9,3m3/sh (altura de la chimenea 30m

D (Diámetro de la chimenea) 2mTs (Temperatura de salda) 150°C423K

Ta (Temperatura ambiental) 18°C291K

dT/dz = -1,2

Gatas= -0,65Radiación solar 40Cal/cm2-h

Adicionalmente Corra elmodelo haciendo la

siguiente simulación:

1. U = 1,5 m/sAtmosfera tipo A

2. U = 2,5 m/sAtmosfera tipo F (noche)Ta = 13 °CTs = 80 °C

dT/dZ = 1,2

http://d/LcOrtega/UDENAR/Cursos/4.%20Contaminaci%C3%B3n%20Atmosferica/Clases/Curso%20Contaminacion%20del%20Aire/7.2%20Ejercicio%20de%20modelaci%C3%B3n.xlsxhttp://d/LcOrtega/UDENAR/Cursos/4.%20Contaminaci%C3%B3n%20Atmosferica/Clases/Curso%20Contaminacion%20del%20Aire/7.2%20Ejercicio%20de%20modelaci%C3%B3n.xlsx


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GRACIAS

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