| | Características Generales del Modelo
Entre los modelos que permiten simular la dispersión de contaminantes en la atmósfera, el ISC3 es uno de los más utilizados. Existen dos modalidades, una de ellas es la denominada Short Term, y la otra, Long Term. Para este proyecto, se optó por la versión Short Term, puesto que ésta permite hacer análisis de concentraciones horarias, diarias y anuales, mientras que el Long Term no permite realizar análisis a corto plazo.
El modelo ISCST3 provee opciones de modelación para un amplio rango de fuentes contaminantes de un complejo industrial típico. Estas corresponden a 4 tipos básicos:
- Fuentes puntuales
- Fuentes volumétricas
- Fuentes de área
- Fuentes abiertas (open pit).
El modelo se basa en la ecuación Gaussiana en estado estacionario aplicada al penacho, y permite modelar: la chimenea como una fuente puntual; emisiones que experimenten los efectos aerodinámicos viento abajo debido a construcciones cercanas; fuentes aisladas; fuentes múltiples; pilas de acopio; cintas transportadoras; etc.
El modelo ISCST3 acepta registros de datos meteorológicos horarios para la definición de condiciones en cuanto a:
- Elevación del penacho
- Transporte de contaminantes
- Difusión de contaminantes
- Deposición de contaminantes.
Este modelo estima el valor de la concentración o deposición ambiental del contaminante, según las fuentes y los receptores definidos, para cada hora de datos meteorológicos ingresados, calculando promedios seleccionados por el usuario.
En cuanto a la deposición, el modelo permite estimar, ya sea el flujo de deposición seca, húmeda o el flujo de deposición total. Este último corresponde a la suma de los flujos de deposición seca y húmeda para la ubicación de un receptor en particular.
Ecuación Gaussiana para Fuentes Puntuales
El modelo ISCST3 utiliza la ecuación Gaussiana en estado estacionario para fuentes elevadas continuas. Para cada fuente y hora, el origen del sistema de coordenadas se ubica en la base de la fuente puntual (i.e. chimenea). El eje X es mayor que cero en la dirección viento abajo, el eje Y es perpendicular al X en el plano del terreno, y el eje Z es vertical a este plano a lo largo de la chimenea.
En estado estacionario, la ecuación gaussiana que determina la concentración horaria viento abajo a una distancia x (m), y a una distancia y (m) perpendicular a ella, está dada por:
donde:
Q = Tasa de emisión del contaminante (g/s).
K = Coeficiente de escalamiento (constante de conversión) que convierte las concentraciones calculadas a las unidades deseadas. Por defecto, si K= 1x106 para Q en g/s, la concentración estará dada en m g/m3.
V = Término vertical correspondiente a la distribución vertical del penacho Gaussiano. Incluye los efectos de la elevación de la fuente, elevación del receptor, altura del penacho, límite de mezcla en la vertical, depositación gravitacional y deposición seca de partículas. Además, las correspondientes alturas del penacho, receptor y mezcla.
D = Denota el decaimiento o remoción que va sufriendo el contaminante por procesos físicos o químicos. Este término depende de un coeficiente de decaimiento y de la distancia viento abajo. Por defecto, si el coeficiente de decaimiento es cero, entonces D = 1.
s y, s z = Desviación estándar lateral y vertical de la distribución de la concentración de contaminantes. Estos valores se obtienen de tablas generadas a partir de la función de Briggs.
us = Velocidad del viento (m/s) a la salida de la chimenea. Depende de dos medidas de referencia, una altura y una velocidad, y de las clases de estabilidad atmosférica.
Para fuentes de área, el modelo se basa en una integración numérica de la ecuación gaussiana para fuentes puntuales. Dicha integración se realiza sobre el área total de emisión en las direcciones transversal y contraria al viento. Las fuentes de área individuales pueden ser representadas como rectángulos, con razones de largo/ancho no superiores a 10/1.
Manejo de Archivos
El programa que ejecuta el modelo corresponde al archivo "iscst3em.exe" o "iscst3.exe". Sin embargo, para efectuar la modelación, se requiere preparar previamente un archivo de inicio y un archivo con los datos meteorológicos. También se debe definir el nombre que tendrá el archivo de salida.
El programa se debe ejecutar en modo DOS, y los tres archivos antes mencionados deben estar en el mismo directorio. Se debe ejecutar el siguiente comando para correr el modelo:
iscst3em.exe "archivo inicio" "archivo salida" [ENTER]
En el caso del ejemplo presentado, el archivo de inicio recibió el nombre de "mina2.txt" y el archivo de salida fue denominado "mina2.out". De esta forma, el comando ejecutado fue (suponiendo que los archivos se ubicaron en el directorio "modelo" del disco C):
C:\modelo>iscst3em.exe mina2.txt mina2.out [ENTER]
EL archivo meteorológico es activado internamente desde el archivo de inicio, tal como se mencionará más adelante.
Las características de cada uno de estos archivos se describe a continuación.
- Archivo de Inicio
Para una mayor comprensión, en el Anexo II se presenta, íntegramente, el archivo (mina2.txt) con los datos de entrada al modelo. A continuación se explica detalladamente los comandos y parámetros ingresados en el archivo de inicio.
Los modelos ISC incluyen un amplio rango de opciones para la modelación de los impactos que provocan las diferentes fuentes emisoras sobre la calidad del aire. Como se mencionó anteriormente, la información está organizada según palabras claves, agrupadas dentro de siglas principales, que presentan un orden lógico basado en sus funciones dentro del modelo. Las opciones disponibles se refieren al control del modelo, fuentes, receptores, meteorología y datos de salida y sus siglas principales asociadas son CO, SO, RE, ME y OU, respectivamente. Dentro de dichas siglas, la información debe ser entregada según palabras claves principales, representadas por ocho letras cada una, y por palabras claves secundarias o datos específicos, según corresponda.
Opciones de Control
Estas opciones se manejan bajo la abreviatura CO e incluyen las opciones de dispersión, los tiempos promedio requeridos, el tipo de terreno del área, etc. El inicio de esta sección queda definida con el comando CO STARTING, y finaliza con CO FINISHED. Existen dos palabras claves que permiten al usuario especificar el título de la información: TITLEONE y TITLETWO. En este caso se utilizaron los nombres "Modelación de Contaminantes Atmosféricos" y "Mina; PM10", respectivamente.
CO STARTING
TITLEONE Modelacion de Contaminantes Atmosfericos
TITLETWO Mina; PM10
MODELOPT DFAULT RURAL CONC
AVERTIME 24 PERIOD
POLLUTID PM10
TERRHGTS ELEV
RUNORNOT RUN
ERRORFIL error.txt
CO FINISHED
La palabra clave MODELOPT permite especificar las opciones de dispersión a utilizar. Si se desea utilizar los parámetros y supuestos tradicionales del modelo, se debe incluir la palabra clave secundaria DFAULT. Esta opción incluye el uso de las siguientes variables o alternativas: boca de la chimenea viento abajo; dispersión debida al efecto empuje; no incluye un aumento gradual de la pluma (excepto para los efectos de edificios en la dispersión); rutina para procesar promedios cuando ocurre una calma en el viento; asume valores por defecto para el exponente del perfil de vientos y para los gradientes verticales del potencial de temperatura; y margen superior estimado para construcciones a baja altura (casas por ejemplo) que se ven influenciadas por la dispersión lateral del penacho.
El usuario puede, sin embargo, hacer uso de las opciones no - regulatorias, seleccionando las palabras claves secundarias correspondientes a los parámetros que desea especificar y no incluyendo la palabra DFAULT en el archivo de entrada. En el caso de este trabajo se utilizaron las opciones regulatorias por defecto, por lo tanto no se explicará con mayor detalle esta segunda opción.
Siguiendo en la misma palabra clave MODELOPT, el usuario debe seleccionar la categoría urbana o rural, dependiendo de las características del lugar donde está ubicada la fuente, y debe ingresar el tipo de salidas a ser generado por la corrida: valores de concentración ambiental (CONC), flujo de deposición total (DEPOS), flujo de deposición seca (DDEP) y/o flujo de deposición húmeda (WDEP). En este caso, se seleccionó la opción rural y solamente el cálculo de las concentraciones ambientales del contaminante.
El modelo Short Term también incorpora el algoritmo del modelo de dispersión ComplexI para el caso de receptores en terreno complejo, por ejemplo, donde la altura del receptor es mayor que la de la fuente. El usuario tiene la opción de especificar cálculos para terreno simple (es decir, ISCST3), terreno complejo (es decir, ComplexI) o usar simultáneamente ambos algoritmos. En este último caso, el modelo seleccionará los cálculos más altos para ambos tipos de terrenos hora por hora, fuente por fuente y receptor por receptor, para el caso de receptores en terreno intermedio, es decir, terreno entre la altura de la chimenea y la altura del penacho. Este último caso fue el utilizado para la actual modelación.
Una segunda palabra clave, dentro de las opciones de control, corresponde al término AVERTIME, el cual permite especificar las concentraciones promedio que se necesitan, ya sea horaria, diaria, mensual o anual. Se ingresan bajo las palabras claves secundarias MONTH, ANNUAL, PERIOD o bajo las horas que se desean: 1, 2, 3, 4, 6, 8, 12 ó 24.
La palabra clave POLLUTID identifica el contaminante modelado para una corrida en particular. El nombre del contaminante debe ser ingresado como SO2, NOX, CO, PM10, TPS u OTHER, cuando no se refiere a ninguno de los anteriores. En este caso se utilizó PM10.
Finalmente, existe la opción para modelar terrenos elevados. La palabra clave es TERRHGTS y se debe ingresar FLAT o ELEV si se desea modelar bajo terreno plano o elevado, respectivamente. Si se escoge esta última opción, se debe ingresar la elevación del terreno dentro de las opciones para los receptores.
El comando ERRORFIL identifica el nombre del archivo de errores a ser generado. Este archivo contendrá cualquier mensaje de errores ocurridos durante la modelación.
Opciones para Fuentes
Se manejan bajo la abreviatura SO y deben incluir la ubicación de la fuente, los parámetros de emisión y la forma de agrupación requerida.
SO STARTING
LOCATION Pique AREA 287200 6355700 80
** g/s m2 m x y
SRCPARAM Pique 0.00000154 1 600 1500
La ubicación de la fuente se ingresa precedida por la palabra clave LOCATION, el nombre de la fuente y su categoría (POINT, VOLUME, AREA u OPENPIT). El modelo es capaz de manejar múltiples fuentes, incluyendo fuentes que pertenezcan a distintas categorías. Ciertos tipos de fuentes lineales, tales como caminos o cintas transportadoras descubiertas, pueden ser modeladas como múltiples fuentes de volumen o como fuentes de área elongadas (i.e. rectángulos extendidos).
Por su parte, los parámetros de emisión se incluyen bajo la palabra clave SRCPARAM y el nombre de la fuente. Estos parámetros son diferentes según la categoría a la cual pertenezca dicha fuente. En este estudio se realizó la modelación, básicamente, para fuentes de área. Los parámetros de emisión requeridos para este tipo de fuentes son: tasa de emisión en g/s-m2, altura de liberación, largo del lado x del área (orientación este-oeste), largo del lado y (orientación norte-sur) y ángulo de orientación del rectángulo medido desde el norte (el modelo asume valor cero por defecto).
Al incluir el símbolo "**" al comienzo de una línea, se le indica al modelo que esa línea debe ser ignorada. De esta forma el usuario puede incorporar información de referencia para un mejor entendimiento del archivo, como por ejemplo las unidades correspondientes a cada parámetro ingresado en la línea siguiente (tal como se realizó en el actual ejemplo).
En cuanto a la forma de agrupación de las fuentes, la información es comandada por la palabra clave SRCGROUP, en la cual se pueden establecer subgrupos de fuentes cuyo efecto se desea conocer o especificar el resultado que tienen todas las fuentes en conjunto. Diversos grupos de fuentes pueden ser especificadas en una iteración simple como contribuciones combinadas. Esto es particularmente usado en aplicaciones de Prevención de Deterioros Significantes (PSD), donde se analizan los impactos combinados de un subconjunto dentro de la totalidad de las fuentes modeladas, para así analizar el incremento que provocan.
Por otra parte, las tasas de emisión de las fuentes pueden ser consideradas constantes a través de todo el período de modelación, o bien, variar por mes, estación, hora del día o cualquier variación opcional del período. Estos factores con tasa de emisión variable pueden ser especificados para una fuente simple o grupo de fuentes. Para el modelo Short Term, el usuario puede también especificar un archivo separado para las tasas de emisión horaria para una o todas las fuentes incluidas en una iteración particular del modelo. En el presente estudio se incluyó esta opción, dentro del mismo archivo, bajo la palabra clave EMISFACT. Se incorporaron variaciones mensuales y horarias para algunas fuentes de emisión. Como se aprecia a continuación, para el caso de la fuente Bot1 se asignaron variaciones mensuales (incorporando la opción MONTH), donde la fuente sólo emite durante los meses de abril a octubre (cada factor multiplica la emisión de la fuente). En el caso de las fuentes Cam1 a Cam9 (es
posible seleccionar varias fuentes que tengan un nombre similar diferenciado por un número) se asignaron variaciones horarias, considerando una fuente que sólo emite 16 horas al día (entre las 5 y las 20 hrs.).
** ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dic
EMISFACT Bot1 MONTH 0.0 0.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.0 0.0
** 1-4 5-20 21-24
EMISFACT Cam1-Cam9 HROFDY 4*0.0 16*1.0 4*0.0
Finalmente, el modelo cuenta con algoritmos para modelar efectos aerodinámicos viento abajo producto de construcciones cercanas al punto de emisión y modelar efectos de asentamiento y remoción (por medio de deposición seca) de partículas grandes. El modelo Short Term también cuenta con un algoritmo para la modelación de los efectos de limpieza que produce la precipitación en los gases y partículas (deposición húmeda). Dado el alcance de este trabajo, las opciones referidas en este párrafo no fueron incluidas en la modelación.
Opciones para el Receptor
Los modelos ISC tienen una considerable flexibilidad en la especificación de la ubicación del receptor. El usuario tiene la capacidad de especificar múltiples receptores para una iteración, pudiendo también mezclar un conjunto de receptores distribuidos en coordenadas cartesianas con otro conjunto en coordenadas polares. Es también flexible en cuanto a la especificación del lugar donde se ubique el origen para receptores polares.
El usuario puede ingresar la altura del receptor para modelar los efectos en terrenos de mayor o menor altura que la salida de la chimenea. Para cálculos en terreno simple, cualquier altura de terreno que sea mayor que la altura de la chimenea será cortada a la altura de ésta para efectos de cálculo. Como ha sido mencionado anteriormente, el modelo Short Term incluye los algoritmos para modelación en terreno complejo del modelo ComplexI. Su uso permitirá que el modelo calcule impactos para terrenos de altura mayor que la altura efectiva del penacho.
La información requerida es ingresada bajo la abreviatura RE. En este caso, por tratarse de una grilla con coordenadas cartesianas, se utilizó la palabra clave GRIDCART. Luego, se indica el nombre del conjunto de receptores (CARTOG1 en el ejemplo) y se ingresa la coordenada desde la cual comenzarán los incrementos, bajo la palabra clave secundaria XYINC. Aquí se debe incluir primero la coordenada x inicial (en este caso 269000), el número de receptores deseados en esta dirección (31 en el ejemplo) y la distancia de separación entre ellos (1000 metros en este caso); lo mismo se debe realizar a continuación para la coordenada y (6338000, 31 y 1000 en este caso).
RE STARTING
GRIDCART CARTOG1 STA
XYINC 269000 31 1000 6338000 31 1000
Finalmente, si se seleccionó terreno complejo en las opciones de control, se debe incluir la altura de cada receptor bajo la palabra clave secundaria ELEV y la fila de coordenadas Y que se está ingresando (cada altura). A continuación se aprecia la información correspondiente a las dos primeras filas.
ELEV 1 175 55 75 125 180 166 148 175 200 215 200 235 300 300 310
ELEV 1 375 245 550 715 515 750 475 400 475 198 300 450 600 925 725 1100
ELEV 2 100 125 170 150 173 158 178 170 162 172 172 205 265 218 218
ELEV 2 265 235 350 510 415 450 250 230 230 168 250 375 595 575 600 900
Opciones para Meteorología
La información requerida es ingresada bajo la abreviatura RE. Los datos meteorológicos se deben ingresar en un archivo separado al protocolo de entrada. El nombre del archivo se ingresa bajo la palabra clave INPUTFIL y de esta forma el modelo ISC lee la información directamente del archivo referenciado (en este ejemplo el archivo es NEWMET.TXT). Adicionalmente, se deben ingresar bajo las palabras claves ANEMHGHT, SURFDATA y UAIRDATA, la altura del anemómetro (i.e. la altura a la cual se recolectaron los datos de velocidad del viento), la información sobre la estación meteorológica superficial y la información de la estación atmosférica superior utilizada en la determinación de alturas de mezcla, respectivamente.
ME STARTING
INPUTFIL NEWMET.TXT
ANEMHGHT 10
SURFDATA 1 1996 SISIDRO
UAIRDATA 1 1996 SISIDRO
ME FINISHED
Opciones para los Datos de Salida
OU STARTING
RECTABLE 24 FIRST
MAXTABLE 24 20
PLOTFILE 24 ALL FIRST gpm_24.OUT
PLOTFILE PERIOD ALL gpm_per.OUT
OU FINISHED
Los tipos básicos de presentación de datos de salida para el Short Term son:
- Resumen de los valores máximos (valor más alto, segundo valor más alto, etc.) por cada receptor y considerando la combinación de grupos de fuentes indicada en la opción SO SRCGROUP. Se controla con la palabra clave RECTABLE y se debe especificar el promedio de tiempo a considerar (1, 3, 8, 24 o MONTH) y el máximo requerido (FIRST, SECOND, etc.).
- Resumen de los valores máximos, considerando todos los receptores, para cada período y combinación de grupos de fuentes. Se controla con la palabra clave MAXTABLE y se debe especificar el promedio de tiempo a considerar (1, 3, 8, 24 o MONTH) y el número de máximos globales requeridos (20, 50, etc.).
- Tablas resumen para los valores por receptor, para cada período y combinación de grupos de fuentes, por cada día modelado. Se maneja con la palabra clave DAYTABLE y se debe incluir los promedios requeridos (1, 3, 8, 24 o MONTH).
Otra opción disponible, es generar archivos de salida que permitan lograr propósitos posteriores especiales. Existen tres tipos, principalmente: (1) archivo de todas las ocasiones de violación de un umbral especificado por el usuario (palabra clave: MAXIFILE), en que se incluye la fecha en que se excedió el límite, la ubicación del receptor y el valor determinado; (2) archivo de resultados en bruto para cada receptor, adecuado para un post-procesamiento (palabra clave: POSTFILE); (3) archivo con valores que puedan ser importados dentro de programas con manejo gráfico, en orden a obtener isolíneas de concentraciones en un área determinada (palabra clave: PLOTFILE). Para el presente estudio se utilizó esta última opción, con el objeto de importar los datos de salida a un formato Excel, el cual permite un manejo gráfico y matemático de los resultados. Específicamente se generaron los archivos gpm_24.OUT y gpm_per.OUT correspondientes a los máximos valores alcanzados en cada receptor por las
concentraciones promedio diarias y del período de modelación respectivamente.
- Archivo Meteorológico
Existen varios tipos de formatos para el ingreso de los datos meteorológicos en un archivo compatible al modelo. El usado en este caso, y que se describe continuación, es el ASCII, cuya principal característica es la flexibilidad que presenta su uso.
Los archivos en formato ASCII (en este ejemplo el archivo es NEWMET.TXT) contienen registros horarios secuenciales de variables meteorológicas como se especifica en la Tabla A.2.
- Archivo de Salida
El Archivo de datos de salida (Anexo II) repite en una primera parte, los datos de entrada al modelo. Luego describe todas las opciones utilizadas por el modelo para efectuar las estimaciones de concentración de contaminantes. La sección siguiente, encabezada por AREA SOURCE DATA, contiene los datos de emisión por fuente en los diferentes puntos de la grilla cartesiana. Posteriormente, se resume la topografía en las coordenadas del terreno para cada punto x, y. Esta topografía se entrega en forma tabulada en la cual las filas representan la elevación en metros para diferentes pares x, y (coordenadas). En seguida se despliega información meteorológica, tal como perfiles de viento, gradientes de temperatura y clases de estabilidad atmosférica.
La última sección encabezada por CONC OF PM 10 entrega, como su nombre lo indica, las concentraciones de PM-10 para cada una de las coordenadas x, y definidas anteriormente. Esta sección del archivo de datos es extensa e incluye, entre otras, concentraciones máximas, ubicación de los puntos de máxima concentración y fecha en que ocurre la concentración máxima. Este archivo de datos puede ser graficado, obteniéndose curvas de isoconcentración. Dos de ellas se entregan a continuación; en ambas figuras se muestran las ubicaciones de las fuentes emisoras (círculos rojos en el área blanca de los gráficos) y las isolíneas de concentración para diferentes rangos de valores de PM-10. Las figuras representan dos cortes diferentes, uno de ellos desde el oeste y el otro desde el sur.
- Resumen de Comandos
En la siguiente Tabla se resumen los comandos (o palabras clave) más utilizadas, indicando en que sección del archivo de inicio se deben incorporar.
| Sección | Sigla Sección | Comando | Función | Comando Secundario | Función
|
|---|
| Control | Co
| Co starting | Inicio sección | | |
| Co finished | Fin sección | | |
| Titleone | Título 1 | | |
| Titletwo | Título 2 | | |
| M odelopt | especificar opciones de dispersión a utilizar.
| Dfault | Para utilizar parámetros tradicionales.
| | Urban o rural | Características del lugar donde está ubicada la fuente.
| | Conc, depos, ddep, y/o wdep | Valores de concentración ambiental, flujo de deposición total, flujo de deposición seca y/o flujo de deposición húmeda.
| | Avertime | Especificar tipo de concentraciones promedio que se necesitan. | Month, annual, period o 1, 2, 3, 4, 6, 8, 12 ó 24. | Mensual, anual, diaria, u horaria.
| | Pollutid | Identifica el contaminante modelado. | So2, nox, co, pm10, tps u other | -
| | Terrhgts | Opción para modelar terrenos elevados. | Flat o elev | Para modelar bajo terreno plano o elevado.
| | Errorfil | Identifica archivo de errores a ser generado. | | |
| Fuentes (*) | So
| So starting | Inicio sección | | |
| So finished | Fin sección | | |
| Location | Ubicación de la fuente. | Point, volume, area u openpit | Tipo de fuente
| | Srcparam | Parámetros de emisión. | | |
| Srcgroup | Agrupación de las fuentes | | |
| Emisfact | Tasas de emisión variables en el tiempo. | Season, month, hrofdy star, seashr. | Variar por estación (4 datos), mes (12 datos), hora del día (24 datos), velocidad por estabilidad (36 datos), estación por hora (144 datos).
| | Receptores | Re
| Re starting | Inicio sección | | |
| Re finished | Fin sección | | |
| gridcart
| grilla con coordenadas cartesianas | xyinc | Coordenada desde la cual comenzarán los incrementos.
| | Elev | Para incluir la altura de cada receptor por filas. | | |
| Meteorología | Me
| Me starting | Inicio sección | | |
| Me finished | Fin sección | | |
| Inputfil | Indica nombre del archivo meteorológico. | | |
| Anemhght | Altura del anemómetro. | | |
| Surfdata | Información sobre la estación meteorológica superficial. | | |
| Uairdata | Información de la estación atmosférica superior. | | |
| Datos de salida | Ou
| Ou starting | Inicio sección | | |
| Ou finished | Fin sección | | |
| Rectable | Valor más alto, segundo valor más alto, etc., por cada receptor | 1, 3, 8, 24 o month | Promedio de tiempo a considerar.
| | First, second, etc | El valor máximo requerido. | | |
| Maxtable | Valores máximos, considerando todos los receptores, para cada período. | 1, 3, 8, 24 o month | Promedio de tiempo a considerar
| | 20, 50, etc. | Número de máximos globales requeridos | | |
| Daytable | Tabla resumen para los valores por receptor, para cada período, por cada día modelado. | 1, 3, 8, 24 o month | Promedios requeridos
| | Maxifile | Archivo de todas las ocasiones de violación de un umbral especificado. | | |
| Postfile | Archivo de resultados en bruto para cada receptor, para un posterior procesamiento. | | |
| Plotfile | Archivo con valores que puedan ser importados dentro de programas con manejo gráfico. | | |
(*) Mayor detalle sobre esta sección se presentará en el siguiente punto
Fuentes de Emisión
Por su importancia dentro del modelo, se ha dejado este tema para el final y así ser tratado en mayor detalle.
- Identificación de Tipos de Fuentes y Localización
La palabra clave LOCATION es usada para identificar el tipo de fuente y la localización de cada emisor modelado. La sintaxis general se muestra a continuación:
SO LOCATION Nombre Tipo Xs Ys (Zs)
Donde el parámetro Nombre es una identificación alfanumérica de la fuente, definida por el usuario (hasta ocho caracteres), Tipo es el tipo de fuente, el que debe corresponder a una de las cuatro palabras claves secundarias disponibles (POINT, VOLUME, AREA u OPENPIT) y Xs, Ys, y Zs son las coordenadas x, y, y z de la localización de la fuente en metros. Notar que la elevación, Zs, es un parámetro opcional. Si se omite la elevación, recibirá un valor igual a 0. Las coordenadas x (este - oeste) e y (norte - sur) son para el centro de las funtes puntuales (POINT) y de volumen (VOLUME), y son para la esquina suroeste de la fuente en el caso de las fuentes areales (AREA) y de rajo abierto (OPENPIT). Las coordenadas pueden ser ingresadas como coordenadas UTM (Universal Transverse Mercator), o pueden estar referenciadas a un origen definido por el usuario.
- Especificación de Parámetros de Descarga
Los parámetros de descarga de cada fuente se ingresan después de la palabra clave SRCPARAM. A continuación se describen los parámetros requeridos para cada tipo de fuente.
Fuente Puntual (POINT)
Este tipo de fuente se utiliza para modelar descargas desde chimeneas, venteos aislados y otras fuentes. La sintaxis de ingreso de parámetros es la siguiente:
SO SRCPARAM Nombre Emisión AltCh Tempsal Vels Diam
donde Nombre es la identificación de la fuente definida por el usuario, mientras que el resto de los parámetros es:
Emisión - tasa de emisión en g/s,
AltCh - altura de descarga sobre el suelo en metros,
Tempsal - temperatura de salida de los gases en grados K,
Vels - velocidad de salida de los gases en m/s, y
Diam - diámetro interno de la chimenea en metros.
Fuente de Volumen (VOLUME)
Las fuentes de tipo volumen se utilizan para modelar una amplia variedad de descargas industriales, como venteos múltiples, cintas de transporte, etc. La sintaxis de ingreso de parámetros es la siguiente:
SO SRCPARAM Nombre Emisión Altura Largo Alto
donde Nombre es la identificación de la fuente definida por el usuario, mientras que el resto de los parámetros es:
Emisión - tasa de emisión en g/s,
Altura - altura de descarga (centro del volumen) desde el suelo, en metros,
Largo - dimensión lateral inicial del volumen en metros, y
Alto - dimensión vertical inicial del volumen en metros.
En la Tabla A.3 se ilustran los procedimientos sugeridos de cálculo de las dimensiones iniciales para distintos emisores lineales y de volumen.
Fuente de Area (AREA)
El algoritmo de fuente de área se utiliza para modelar descargas de baja altura o a nivel del suelo, y sin elevación de pluma (pilas de almacenamiento, depósitos de escoria, etc.). El modelo acepta áreas rectangulares que pueden además tener un ángulo de rotación especificado en relación a la orientación norte-sur. La sintaxis para la definición de este tipo de fuente se presenta a continuación:
SO SRCPARAM Nombre Emisión Altura Xini (Yini) (Angulo) (Szini)
donde Nombre es la identificación de la fuente definida por el usuario, mientras que el resto de los parámetros es:
Emisión - tasa de emisión superficial en g/(s-m2),
Altura - altura de descarga desde el suelo, en metros,
Xini - largo del lado X del área (en el sentido este-oeste si Angulo es 0 grados) en metros,
Yini - largo del lado Y del área(en el sentido norte-sur si Angulo es 0 grados) en metros (opcional),
Angulo - ángulo de orientación para el área rectangular en grados con respecto al norte, (opcional), y
Szini - dimensión inicial vertical de la pluma de la fuente en metros (opcional).
Se debe notar que la tasa de emisión para la fuente de área es una tasa por unidad de área, lo que se diferencia del caso de fuentes puntuales y de volumen, donde la tasa de emisión es total para la fuente.
Si el parámetro opcional Yini es omitido, entonces el modelo asume que el área es un cuadrado, es decir, Yini = Xini. Si el parámetro opcional Angulo es omitido, entonces el modelo asume que el área está orientada en las direcciones norte-sur y este-oeste, es decir, Angulo = 0.0. El valor de Angulo debe estar entre -180 y 180 grados.
La relación largo/ancho para fuentes de área debe ser menor a 10 a 1. Si esta relación es excedida, el área puede ser subdividida, generando nuevas fuentes de área en las cuales se cumpla esta relación.
Fuentes de Rajo Abierto (OPENPIT)
Este algoritmo se utiliza para modelar emisiones particuladas desde rajos abiertos, tales como minas de carbón superficiales y canteras. El modelo acepta rajos rectangulares con un ángulo de rotación opcional especificado en relación a la orientación norte-sur. La sintaxis para el ingreso de datos en este caso es la siguiente:
SO SRCPARAM Nombre Emisión Altura Xini Yini Vol (Angulo)
donde Nombre es la identificación de la fuente definida por el usuario, mientras que el resto de los parámetros es:
Emisión - tasa de emisión en g/(s-m2),
Altura -altura promedio de descarga sobre la base del rajo en metros,
Xini - largo del lado X del rajo (en el sentido este-oeste si Angulo es 0 grados) en metros,
Yini - largo del lado Y del rajo (en el sentido norte-sur si Angulo es 0 grados) en metros,
Volumen - volumen del rajo en metros cúbicos, y
Angulo - ángulo de orientación para el rajo rectangular en grados con respecto al norte, (opcional).
El parámetro de Altura no puede exceder la profundidad efectiva del rajo, la que es calculada por el modelo basado en el largo, el ancho y el volumen del rajo.
La relación largo/ancho para fuentes de rajo abierto debe ser menor a 10 a 1. Sin embargo, como este algoritmo genera una área efectiva para modelar las emisiones desde el rajo, y el tamaño, forma y localización del área efectiva es una función de la dirección del viento, un rajo abierto no puede ser subdividido en una serie de fuentes de menor tamaño. Si la relación es excedida, el usuario puede caracterizar áreas irregulares de rajos abiertos por medio de un rectángulo de igual área. No se deben localizar receptores dentro de los límites de un rajo, las concentraciones en tales receptores serán fijadas en cero.
Como el algoritmo OPENPIT es aplicable para emisiones particuladas, las propiedades de las partículas deben ser ingresadas en la sección SO del archivo de entrada (para ello se utilizan las palabras claves PARTDIAM- diámetro, MASSFRAX- fracciones en peso, y PARTDENS- densidad). Además se requiere incorporar información adicional en el archivo meteorológico (velocidad de fricción, longitud de Monin-Obukhov, longitud de la rugosidad superficial).
Ejemplo de Aplicación
El modelo ISC fue utilizado para estimar las concentraciones ambientales de PM-10 producto de las emisiones del proceso minero descrito anteriormente. En el Anexo II se entrega una copia del archivo de entrada de datos al modelo.
Los datos se ingresaron de acuerdo al orden definido anteriormente, así, la primera parte del archivo (definido por CO STARTING) contiene entre otros el título de la modelación, el nombre del contaminante (PM10 en este caso) y otros descriptores. Luego, en una próxima sección (definida por SO STARTING) del archivo se ingresaron los parámetros de emisión y de localización de la fuente. Finalmente la sección definida por RE STARTING incluye la información topográfica requerida por el modelo.
El Archivo de datos de salida (Anexo II) repite en una primera parte, los datos de entrada al modelo. Luego describe todas las opciones utilizadas por el modelo para efectuar las estimaciones de concentración de contaminantes. La sección siguiente, encabezada por AREA SOURCE DATA, contiene los datos de emisión por fuente en los diferentes puntos de la grilla cartesiana. Posteriormente, se resume la topografía en las coordenadas del terreno para cada punto x, y. Esta topografía se entrega en forma tabulada en la cual las filas representan la elevación en metros para diferentes pares x, y (coordenadas). Enseguida se despliega información meteorológica, tal como perfiles de viento, gradientes de temperatura y clases de estabilidad atmosférica.
La última sección encabezada por CONC OF PM 10 entrega, como su nombre lo indica, las concentraciones de PM-10 para cada una de las coordenadas x, y definidas anteriormente. Esta sección del archivo de datos es extensa e incluye, entre otras, concentraciones máximas, ubicación de los puntos de máxima concentración y fecha en que ocurre la concentración máxima. Este archivo de datos puede ser graficado, obteniéndose curvas de isoconcentración. Tres de ellas se entregan a continuación; en las dos primeras se muestran las ubicaciones de las fuentes emisoras (círculos rojos en el área blanca de los gráficos) y las isolíneas de concentración horarias para diferentes rangos de valores de PM-10. Las Figuras 2 y 3 representan dos cortes diferentes, uno de ellos desde el oeste y el otro desde el sur. La Figura 4 presenta las isolíneas de máximas concentraciones medias diarias de todo el período.
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