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MODELACIMODELACIÓÓN DE CALIDAD DEL AIRE N DE CALIDAD DEL AIRE EN CERREJEN CERREJÓÓNN
I Congreso Colombiano de Calidad del Aire y Salud Pública
Manizales, Marzo 16 de 2007Manizales, Marzo 16 de 2007
Generalidades de Cerrejón.
Historia de la Modelación de Calidad del Aire en Cerrejón.
Los Modelos Regulatorios US-EPA: ISC y AERMOD.
Metodología de Modelación de Calidad del Aire en Cerrejón.
Control de Emisiones.
Deposición seca y agotamiento de la pluma.
Calibración del Modelo.
Resultados.
CONTENIDOCONTENIDO
LOCALIZACILOCALIZACIÓÓN DE OPERACIONESN DE OPERACIONES
OPERACIOPERACIÓÓN INTEGRADAN INTEGRADA
OPERACIOPERACIÓÓN MINERA PALA / CAMIN MINERA PALA / CAMIÓÓNN
PRIMAVERA GUAJIRATRATAMIENTO DE AGUAS
RESTAURACIÓN DE TIERRAS
CONTROL DE EMISIONES
GESTIGESTIÓÓN AMBIENTALN AMBIENTAL
MONITOREO CALIDAD DE AIREMONITOREO CALIDAD DE AIRE
Cerrejón opera una red de monitoreo de calidad de aire con 20 estaciones, midiendo las concentraciones de polvo (TSP y PM10) en las comunidades alrededor de la mina y el puerto.
MONITOREO DE CALIDAD DEL AIREMONITOREO DE CALIDAD DEL AIRE
MONITOREO DE CALIDAD DEL AIREMONITOREO DE CALIDAD DEL AIRE
ESQUEMA CONCEPTUAL DE MANEJO DEL POLVOESQUEMA CONCEPTUAL DE MANEJO DEL POLVO(GUIAS AMBIENTALES MINAMBIENTE)(GUIAS AMBIENTALES MINAMBIENTE)
GESTIGESTIÓÓN DE CALIDAD DEL AIRE EN N DE CALIDAD DEL AIRE EN CERREJCERREJÓÓNN
PLANEARPlanes de minería
Modelo de dispersiónPlanes de riego
Medidas de control
HACERRiego de vías
Medidas de control
VERIFICARMonitoreo calidad del aireAuditoría a la operaciónVisitas de seguimiento
ANALIZARAnálisis de resultados
RetroalimentaciónToma de decisiones
Cerrejón usó diferentes versiones del modelo ISC desde 1992, utilizando recursos propios o contratados, para la gestión y predicción de la calidad de aire en la mina y el puerto.
En 2003 se realizó el primer estudio de modelación de todo el valle del Cerrejón. Se usó el modelo ISCST3, que presentó tendencia a sobrestimar los resultados de calidad de aire en las corridas decalibración.
A partir de 2004, Cerrejón tomó la decisión de implementar el uso de AERMOD, para alcanzar mayor confiabilidad de los resultados de la modelación a partir de calibraciones más ajustadas a la realidad.
El software de modelación utilizado actualmente es el US-EPA AERMOD-PRIME versión 04079, a través del software BREEZE AERMOD GIS Pro v4.1.4 de Trinity Consultants.
HISTORIA DE LA MODELACIHISTORIA DE LA MODELACIÓÓN DE N DE CALIDAD DEL AIRE EN CERREJCALIDAD DEL AIRE EN CERREJÓÓNN
CONTROL DE EMISIONES PARA LA CONTROL DE EMISIONES PARA LA EXPANSIEXPANSIÓÓN MINERAN MINERA
Los primeros estudios para el proyecto de expansión a 32 Mtpa (UPB 2003), mostraron que a esos niveles de producción se podrían sobrepasar los límites legales de TSP en algunas poblaciones.
El proyecto “Air Dispersion Model” se inició en 2004, para estudiar el manejo de las emisiones de polvo para la expansión a 32 y +32 Mtpa de la mina y el puerto, con las siguientes actividades principales:
Desarrollo de un Modelo de Dispersión Atmosférica, basado en las metodologías de la US-EPA y su modelo AERMOD. El modelo fue calibrado para 2 años históricos (2003 y 2004), y es usado actualmente para planeación minera y análisis de sensibilidad.
Estudio de los estándares de construcción de las vías de acarreo de Cerrejón, con profesores de la Universidad de Pretoria (Sudáfrica).
Desarrollo de un programa de muestreo en las vías de acarreo de Cerrejón, para recoger información usada como entrada para el modelo.
Prueba del producto supresor de polvo RT9 de Reynolds Soil Technologies en la Vía del Carbón (Nov 2004 - Feb 2005) y en el tajo Patilla (Abr_2005 - Hoy)
Modelo Gaussiano de estado estacionario desarrollado por la US-EPA en los 80’s.
Usado para predecir concentraciones de contaminantes con múltiples fuentes continuas puntuales, de área y de volumen.
Versión más reciente: ISC3. Modelo regulatorio preferido y recomendado por la EPA hasta 2005. Muy usado en Colombia.
ISCLT ISC Largo Plazo, usado para simulaciones de períodos largos (anuales).
ISCST ISC Corto Plazo, usado para simulaciones de períodos cortos o largos (anuales). Uso muy extendido.
ISC-PRIME ISC complementado con algoritmos para modelar la fumigación mecánica por edificios (building downwash).
EL ISC (INDUSTRIAL SOURCE COMPLEX)EL ISC (INDUSTRIAL SOURCE COMPLEX)
El AERMIC (AMS/EPA Regulatory Model Improvement Committee)se formó para introducir conceptos avanzados de modelación en los modelos de calidad de aire de la EPA.
EL AERMIC desarrolló el sistema de modelación AERMOD (AMS/EPA Regulatory MODel). Publicó su primera versión en 1998.
AERMOD incorpora algoritmos de dispersión basados en la estructura y escalamiento de la turbulencia de la capa límite planetaria. Mejora muchas deficiencias del ISC, asociadas con parametrizaciones físicas obsoletas, conservando su funcionalidad.
Reemplazó al ISC como modelo regulatorio de la EPA en Noviembre 9 de 2005.
EL SISTEMA DE MODELACIEL SISTEMA DE MODELACIÓÓN AERMODN AERMOD
LAS MEJORAS DE AERMODLAS MEJORAS DE AERMOD
Dispersión en las capas límites convectiva y estableCálculo de perfiles verticales de viento, turbulencia y temperaturaTratamiento de receptores en todo tipo de terrenos, de la superficie hasta por sobre la altura de la plumaElevación y flotación de la plumaPenetración de la pluma en inversiones elevadasTratamiento de la capa límite urbanaFumigación mecánica en edificiosDeposición de partículas y agotamiento de la pluma
Comparado con ISC, AERMOD tiene algoritmos nuevos o mejorados para:
ESTRUCTURA DEL SISTEMA DE ESTRUCTURA DEL SISTEMA DE MODELACIMODELACIÓÓN AERMODN AERMOD
AERMOD
AERMET
AERMAP
EMISIONES
LOCALIZACIÓN
DATOSSUPERFICIE
SONDEOS
TOPOGRAFÍA
USOS SUELO
FACTORESEMISIÓN
PARAMETROSEMISIÓN
PLANES MINA
FOOTPRINTSMINA
CALIBRACIÓN
PRONÓSTICO
2003
2004
ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD
ESTRUCTURA DE AERMOD EN CERREJESTRUCTURA DE AERMOD EN CERREJÓÓNN
Fuera del control de la operación
Bajo el control de la operación
PROCESAMIENTO DE INFORMACIPROCESAMIENTO DE INFORMACIÓÓN N METEOROLMETEOROLÓÓGICAGICA
La información meteorológica debe ser procesada en AERMET, con el fin de generar los archivos de entrada al modelo AERMOD.
Para la caracterización del comportamiento meteorológico se utilizan los datos de la estación meteorológica CDA, ubicada en el área del complejo minero del Cerrejón.
PROCESAMIENTO DE INFORMACIPROCESAMIENTO DE INFORMACIÓÓN N METEOROLMETEOROLÓÓGICA EN AERMETGICA EN AERMET
Stage 1Extraction & QA
Stage 2Merging Data
Stage 3Creating Model
Input Files
Surface Station Raw DataFormats: NWS, ADMSSource: NOAA-NCDCStation: RIOHACHA
On-Site Raw DataFormat: ASCIISource: CerrejonStation: LMN
Upper Air Raw DataFormats: FSL, TD-6201Source: NOAA-FSL Station: RIOHACHA
Extracted & QA Data
Merged file(File.MRG)
Surface File(File.SFC)
Profile File(File.PFL)
AERMOD
Land Use ParametersAlbedo, Bowen RatioSurface Roughness Length
AERMET PRO
PROCESAMIENTO DE INFORMACIPROCESAMIENTO DE INFORMACIÓÓN N TOPOGRTOPOGRÁÁFICAFICA
N
AERMAP es un módulo independiente para preprocesar datos de topografía para el análisis de terrenos complejos usando información digital de elevaciones.
AERMAP se usa para importar los datos digitales de terreno a ser analizados por AERMOD, definir las elevaciones de fuentes y receptores, y calcular la escala de altura (scale height) para cada receptor.
PROCESAMIENTO DE INFORMACIPROCESAMIENTO DE INFORMACIÓÓN N TOPOGRTOPOGRÁÁFICA EN AERMAPFICA EN AERMAP
MINEX Xyz2dem AERMAP
Mine As-Built and Aerial Photo Info XYZ files
Receptors& SourcesElevations AERMOD
DEM files
ReceptorsEffective Height
60% - 80% de las emisiones se generan en las vías mineras de acarreo de materiales.
INVENTARIO DE EMISIONESINVENTARIO DE EMISIONES
Se calculan las emisiones para todas las actividades mineras, usando los factores de emisión de la US-EPA (AP-42), adaptados de acuerdo a los parámetros específicos de Cerrejón (muestreos de campo).
CONTROL DE EMISIONES EN LA MINACONTROL DE EMISIONES EN LA MINA
Cerrejón aplica medidas preventivas en todas sus actividades, de acuerdo al PMA y a las mejores prácticas internacionales.
En las vías de acarreo, Cerrejón controla las emisiones de partículas mediante el riego de agua con una flota de 20 Tanqueros (18 y 20kgal) y la aplicación de aditivos químicos (RT9).
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −⋅⋅=
1001 CENMFEE uncontrcontr
Emisión Total Controlada en Vías Mineras:
Emisión Incontrolada (g/s)
Emisión Controlada (g/s)
Factor Mitigación Natural (Lluvia)
ControlOperacional
CCÁÁLCULO DE EMISIONES EN VLCULO DE EMISIONES EN VÍÍAS DE ACARREOAS DE ACARREO
Depende de:
Material vía (% finos)
Tráfico (VKT)
Peso promedio flota
Depende de:
Días de lluvia
Depende de:
Clima
Tráfico
Longitud de vías
Riego
El requerimiento de riego para una eficiencia de control (CE) determinada se estima por el método de Cowherd. Este es un modelo empírico para calcular el desempeño del riego de agua como técnica de control de emisiones de polvo en vías destapadas industriales, desarrollado por Cowherd et al (1988) :
Control con Agua:
CONTROL OPERACIONAL EN VIAS DE ACARREOCONTROL OPERACIONAL EN VIAS DE ACARREO
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ⋅⋅⋅
−=i
tdpCE 8.0100CE = Eficiencia promedio de control de polvo (%)p = Rata de evaporación horaria diurna, mm/hd = Tráfico horario promedio, vehículos/hri = Intensidad de aplicación de agua, l/m2
t = Tiempo promedio entre riego, hr
CONTROL INTEGRAL DE EMISIONESCONTROL INTEGRAL DE EMISIONES
VIAS
EstructuraCapa Rodadura
DrenajeMantenimiento
EQUIPOS
ConfiabilidadRiego
ConfortMecánicaSeguridad
OPERACION
EstándaresRT9
CiclosSupervisión
CONTROL DE EMISIONES DE POLVO
EL RESULTADO: CONTROL DE EMISIONESEL RESULTADO: CONTROL DE EMISIONES
LOCALIZACILOCALIZACIÓÓN DE FUENTESN DE FUENTES
LOCALIZACILOCALIZACIÓÓN DE FUENTESN DE FUENTES
LOCALIZACILOCALIZACIÓÓN DE FUENTESN DE FUENTES
Las emisiones de material particulado en la minería a cielo abierto son generadas principalmente por la erosión mecánica de materiales en forma de fuentes fugitivas.
Para este tipo de fuentes, la US-EPA recomienda el uso de modelos con consideración de sedimentación gravitacional y deposición seca, debido a su distribución granulométrica gruesa (con predominancia de partículas mayores a 10 µm), con alta tendencia a sedimentarse.
La modelación de calidad de aire para minería a cielo abierto sin tener en cuenta este fenómeno puede generar sobre-estimación de las concentraciones.
AERMOD tiene algoritmos mejorados para la modelación de la deposición y el agotamiento secos, con reducciones significativas de los tiempos de cómputo requeridos.
DEPOSICIDEPOSICIÓÓN SECA DEL MATERIAL N SECA DEL MATERIAL PARTICULADOPARTICULADO
GRANULOMETRGRANULOMETRÍÍA DEL MATERIAL A DEL MATERIAL PARTICULADOPARTICULADO
Fuente: Air Pollution Control Handbook
Cerrejón utilizó como escenarios de calibración los años 2003 y 2004, recopilando información detallada de la meteorología y de la operación minera, y los resultados de monitoría de calidad del aire.
Se realizaron corridas para el escenario de calibración, comparando los valores simulados con los valores reales (medidos) de los promedios anuales de concentración.
Como estadísticos de evaluación se utilizaron el error absoluto y el error relativo entre las concentraciones medidas y las modeladas.
Los resultados modelados contra los reales tuvieron una desviación menor al 10% para la mayoría de los receptores considerados.
CALIBRACICALIBRACIÓÓN DEL MODELON DEL MODELO
CALIBRACICALIBRACIÓÓN DEL MODELON DEL MODELOCALIBRACICALIBRACIÓÓN DEL MODELON DEL MODELO
ISOPLETAS DE CONCENTRACIISOPLETAS DE CONCENTRACIÓÓN DE TSPN DE TSP
Cerrejón utiliza en forma regular esta metodología de modelación para la predicción, evaluación y análisis de la calidad del aire de sus comunidades vecinas, permitiendo planear y establecer oportunamente las medidas de control requeridas para asegurar el cumplimiento de la normatividad ambiental y el bienestar de la comunidad.
EL MODELO COMO HERRAMIENTA DE EL MODELO COMO HERRAMIENTA DE PLANEACIPLANEACIÓÓNN
GRACIAS POR SU ATENCIÓN