II UNIDAD DE METEOROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA (1)

METEOROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍAPRÁCTICA DE DISPERSIÓN ATMOSFÉRICA DE METEOROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA 1. Se emite dióxido de azufre a una tasa de 0.9 kg/s desde una chimenea con una altura efectiva de 220 m. La velocidad promedio del viento a la altura de la chimenea es de 4.8 m/s y la categoría de la estabilidad es “A”. Considerando los datos de Brookhaven National Laboratory determinar. a) Las concentraciones de SO2 en la dirección del viento y en línea central. Trácese la concentración C contra la distancia x. Para este caso la condición de dispersión es extremadamente inestable, y según los datos de estabilidad de Brookhaven tenemos: a1=0.40; a2=0.41 y b1=0.91;b2=0.91 para el cálculo de los parámetros de dispersión en la dirección transversal 𝛔y y vertical 𝛔z; variando la distancia en x. Según la fórmula se calcula la concentración, de SO2, según el problema, en la dirección del viento, es decir en x, además indica que debe ser en la línea central, haciendo y=0 y z=0. 𝐶 𝑋 −1 𝑦 𝑞 ∗{ = ∗ 𝑒 2 σy 𝜋 ∗ 𝑢 ∗ σy ∗ σz 2+ 𝐻2 } σz Gráfica 1: Concentración de SO2 vs la distancia en X. 1000 900 Concentracion (ug/m3) 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 Concentración de SO2 para cada distancia X 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Distancia (m) Los valores de X otorgados variaron de 150 en 150 metros en un intervalo de 15030000 metros. pág. 1 METEOROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA b) La distancia en la línea central y sobre la dirección del viento. En una noche nublada la velocidad del viento es 7 m/s. y estímese cual será dicha concentración en ug/m3. La distancia en la línea central y sobre la dirección del viento para la que ocurre la mayor concentración de SO2 a nivel del suelo es de 750 m. Gráfica 2: Isopletas en un diagrama X-Y para las concentraciones de SO2. en este caso el intervalo de los valores fue de 100 a 600 metros. = 𝑝𝑝𝑚 ∗ ∗ 103 𝑚3 𝑉  V: volumen ocupado por un mol de sustancia (l). estimar en términos de coordenadas X-Y la región en la que una persona normal puede detectar el ácido sulfhídrico mediante el olfato. desde una chimenea que tiene una altura efectiva de 50 m.7155𝑢𝑔/𝑚3 22.00047 ppm. Convertimos la concentración del umbral de olor para H2S a ug/m3 de la siguiente manera: Donde: 𝑢𝑔 𝑃𝑀  PM: peso molecular (g/mol). Se descarga ácido sulfhídrico a una tasa de emisión de 0. para la que la concentración máxima ocurrirá a nivel del suelo. 0.00047𝑝𝑝𝑚 ∗ 34. c) Asimismo sobre un diagrama X-Y trazar las isopletas (líneas de igual concentración) para concentraciones de SO2. 2 . Si el umbral de olor para H2S es de 0. Para obtener las isopletas consideramos los mismos valores para “X” que en el ejercicio (a) y otorgamos valores a “Y”.4 pág. y dicha concentración es de 917 ug/m3.1 ∗ 103 = 0. Isopletas de Concentración de SO2 600 500 400 300 200 100 -100 -200 -300 -400 -500 -600 Distancia y ( m) 600-800 400-600 200-400 0-200 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Distancia X (Km) 2.06 gr/s. según la datos de la gráfica 3. Concentracion de H2S 1.2 0.8 0. es decir mayor que 0. concentracion(ug/m3) 10 H2S Isopletas de Concentración de 50 Distnaci en X (m) 100 300 1000 3000 5000 -100 -50 -30 -10 20 40 Distancia en Y (m) 0-0.6 80 0. Con la fórmula: −1 𝑦 𝑞 ∗{ = ∗ 𝑒 2 σy 𝜋 ∗ 𝑢 ∗ σy ∗ σz 2+ 𝐶 𝑋 𝐻 2 } σz Gráfica 3: Concentración de H2S vs la distancia en X.6-0. en la gráfica 4 se observa que estas concentraciones se encuentran en la región de color violeta.6 0.4-0.7155 / 3 .8  La región en la que una persona normal puede detectar el ácido sulfhídrico mediante el olfato es aquella donde la concentración de H2S sea mayor que la concentración del umbral.METEOROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA Otorgamos diversos valores a la distancia X y calculamos la concentración para dichas distancias haciendo y=0. 3 .4 0.4 0. esto ocurrirá para distancias en X entre 110 a 180 metros. pág.4 1. en un intervalo de 10-10000 Gráfica 4: Isopletas en un diagrama X-Y para las concentraciones de H2S.2-0.2 0 0 200 400 600 800 1000 Distancia(m) Para obtener esta gráfica los valores de “X” otorgados varían de 10 en 10 metros.2 1 0. y la tasa de emisión es de 50gr/s. ha de quedar limitada a 80 ug/m3.00  0.00  100. débilmente estable. para la cual se tendrá una concentración máxima de SO2 igual a 80 ug/m3es aproximadamente 120 metros.00  80. otorgando valores a X y haciendo Y=0. en un intervalo de 100-50 000 se tiene la siguiente gráfica.00  120. con una distancia en X igual a 1300 metros. en la dirección del viento desde una chimenea.METEOROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA 3.00 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000   Distancia en X(m)  Debido a que el cielo se encuentra despejado se considera una estabilidad del tipo E. si consideramos una altura menor. esto nos indica que no hay una gran turbulencia. por lo que tampoco existirá gran dispersión. Gráfica 5: Altura efectiva para la cual se obtiene una concentración de 80 ug/m3 a una cierta distancia en X.    140. Según los datos que originan a la gráfica 5. 4 . se tiene que la altura efectiva mínima de la chimenea. si consideramos un mayor valor en la altura efectiva se obtendrá una mayor dispersión.00  40. debido a que el perfil vertical del viento aumenta con la altura.00 Altura efectiva (m) Altura efectiva vs distancia en X pág. ¿Cuál será la altura efectiva mínima requerida para la chimenea en metros? De la fórmula de concentración despejamos la altura efectiva para calcularla reemplazando los datos dados. por lo que la concentración disminuirá.00  60. habrá una mayor estabilidad por lo que se encontrará mayor concentraciones de SO2. La velocidad del viento es 5 m/s en un día despejado. La concentración de SO2 a nivel suelo. = ∗ −1 ∗{ 2 y 2+ 2 ∗ ∗ y∗ z z } = z∗( 2 ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ y∗ z 1 2 ) Aplicando esta fórmula para valores de X que varían de 100 en 100.00  20. 160. 75 por ciento. en el punto de observación en ug/m3? La velocidad del viento se mide a la altura estándar de 10m. Para una condición de estabilidad clase “A” ¿Cuál será la concentración de SO2 a nivel del suelo.METEOROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA 4. El viento sopla del norte a 3. Supóngase que las chimeneas de ambas plantas tiene una altura efectiva de 40 m.3 m/s. Una de ellas está situada a 0. pág. La segunda planta está situada a 0. Un punto de observación está situado en la dirección del viento de dos plantas de energía que consumen combustóleo.6 km NNW del mismo punto y quema 1600 kg por hora de combustible con un contenido de azufre del 0. 5 .3 km en la dirección NNE del punto de observación y quema 1400 kg por hora de un combustible con un 0.5 por ciento de azufre. 91 0. debido a la turbulencia y el viento. es decir no excederá a ninguna altura los 500 ug/m3. pág. ¿ Cuál es la altitud mínima a la que pueden volar en estas circunstancias y no quedar expuestos a concentraciones de SO2 mayores a 500 ug/m3 Datos: Clase de a1 b1 a1 b1  Tasa de emisión (q): 5000 g/s. en un intervalo de 10-2000 metros. La chimenea de la fundidora tiene 300 m de alto y una altura de columna de humo de 100 m. La trayectoria de vuelo para el aeropuerto es perpendicular a la columna de humo y el final de la pista se encuentra a 5 km en la dirección del viento desde la fundidora. además otorgamos diferentes valores para “Z” y hacemos Y=0. estabilidad  Distancia en X: 5 km. Se encuentra emitiendo 5000 g/s de SO2. = 2 ∗ ∗ y∗ z ∗ −1 [ 2 2 y + + 2 ] z Los valores en este caso.40 0. 6 . También se decidió que no es seguro volar debajo de la columna. para las distancia en Z. el avión podrá volar a cualquier altura ya que la concentración máxima obtenida es de 299 ug/m3. varían de 10 en 10 metros. A 0. ya que a partir de aquí las concentraciones empiezan a disminuir.METEOROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA 5.  Altura efectiva (H): 400 m. pero se recomienda viajar a una altura efectiva mayor a los 500 m. Gráfica 6: Concentraciones en ug/m3 para diferentes distancia en Z.  Estabilidad: A Las concentraciones se obtienen reemplazando en la siguiente fórmula los datos.91  Velocidad del viento (u): 3 m/s. Una fundidora se encuentra ubicada cerca de un aeropuerto.41 0. de modo que los aviones siempre deben volar por encima de ella. Supóngase que la clase de estabilidad es siempre la “A” y la velocidad del viento siempre es de 3 m/s. 350 Concentración(ug/m3) 300 250 200 150 100 50 0 0 Altura efectiva vs concentración 500 1000 Altura efectiva(m) 1500 2000 2500 Como se puede observar en la gráfica. La oficina de seguridad del aeropuerto ha determinado que no es seguro para los aviones pasar a través de cualquier parte del a columna de humo que tenga una concentración de SO2 superior a 500 ug/m3. en estas condiciones de dispersión y adviento.