modelación en mineria

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MODELACI MODELACI Ó Ó N DE CALIDAD DEL AIRE N DE CALIDAD DEL AIRE EN CERREJ EN CERREJ Ó Ó N N I Congreso Colombiano de Calidad del Aire y Salud Pública Manizales, Marzo 16 de 2007 Manizales, Marzo 16 de 2007

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Requerimientos para modelar emisiones atmosféricas en actividades mineras

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MODELACIMODELACIN DE CALIDAD DEL AIRE N DE CALIDAD DEL AIRE EN CERREJEN CERREJNNI Congreso Colombiano de Calidad del Aire y Salud PblicaManizales, Marzo 16 de 2007Manizales, Marzo 16 de 2007Generalidades de Cerrejn.Historia de la Modelacin de Calidad del Aire en Cerrejn.Los Modelos Regulatorios US-EPA: ISC y AERMOD.Metodologa de Modelacin de Calidad del Aire en Cerrejn.Control de Emisiones.Deposicin seca y agotamiento de la pluma.Calibracin del Modelo.Resultados.CONTENIDOCONTENIDOLOCALIZACILOCALIZACIN DE OPERACIONESN DE OPERACIONES OPERACIOPERACIN INTEGRADAN INTEGRADAOPERACIOPERACIN MINERA PALA / CAMIN MINERA PALA / CAMINNPRIMAVERA GUAJIRATRATAMIENTO DE AGUASRESTAURACIN DE TIERRASCONTROL DE EMISIONESGESTIGESTIN AMBIENTALN AMBIENTALMONITOREO CALIDAD DE AIREMONITOREO CALIDAD DE AIRECerrejn opera una red de monitoreo de calidad de airecon 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 AIREMONITOREO DE CALIDAD DEL AIREMONITOREO DE CALIDAD DEL AIREESQUEMA CONCEPTUAL DE MANEJO DEL POLVO ESQUEMA CONCEPTUAL DE MANEJO DEL POLVO(GUIAS AMBIENTALES MINAMBIENTE) (GUIAS AMBIENTALES MINAMBIENTE)GESTIGESTIN DE CALIDAD DEL AIRE EN N DE CALIDAD DEL AIRE EN CERREJCERREJNNPLANEARPlanes de mineraModelo de dispersinPlanes de riegoMedidas de controlHACERRiego de vasMedidas de controlVERIFICARMonitoreo calidad del aireAuditora a la operacinVisitas de seguimientoANALIZARAnlisis de resultadosRetroalimentacinToma de decisionesCerrejnus diferentesversionesdelmodeloISCdesde1992, utilizando recursos propios o contratados, para la gestin y prediccin de la calidad de aire en la mina y el puerto.En 2003 se realiz el primer estudio de modelacin de todo el valle del Cerrejn.Seus elmodeloISCST3,quepresent tendenciaa sobrestimarlosresultadosdecalidaddeaireenlascorridasdecalibracin. A partir de 2004, Cerrejn tom ladecisindeimplementarelusode AERMOD,paraalcanzarmayorconfiabilidaddelosresultadosdela modelacin a partir de calibraciones ms ajustadas a la realidad.ElsoftwaredemodelacinutilizadoactualmenteeselUS-EPA AERMOD-PRIMEversin04079,atravsdelsoftwareBREEZE AERMOD GIS Pro v4.1.4 de Trinity Consultants.HISTORIA DE LA MODELACIHISTORIA DE LA MODELACIN DE N DE CALIDAD DEL AIRE EN CERREJCALIDAD DEL AIRE EN CERREJNNCONTROL DE EMISIONES PARA LA CONTROL DE EMISIONES PARA LA EXPANSIEXPANSIN MINERAN MINERALos primeros estudios para el proyecto de expansin a 32 Mtpa (UPB 2003), mostraronqueaesosnivelesdeproduccinsepodransobrepasarlos lmites legales de TSP en algunas poblaciones.El proyecto Air Dispersion Modelse inici en 2004, para estudiar el manejo de las emisiones de polvo para la expansin a 32 y +32 Mtpa de la mina y el puerto, con las siguientes actividades principales: DesarrollodeunModelodeDispersinAtmosfrica,basadoenlas metodologasdelaUS-EPAysumodeloAERMOD.Elmodelofue calibradopara2aoshistricos(2003y2004),yesusadoactualmente para planeacin minera y anlisis de sensibilidad. Estudiodelosestndaresdeconstruccindelasvasdeacarreo de Cerrejn, con profesores de la Universidad de Pretoria (Sudfrica). Desarrollodeunprogramademuestreoenlasvasdeacarreo de Cerrejn, para recoger informacin usada como entrada para el modelo. PruebadelproductosupresordepolvoRT9 deReynoldsSoil TechnologiesenlaVadelCarbn(Nov2004- Feb2005)yeneltajo Patilla (Abr_2005 - Hoy)ModeloGaussianodeestadoestacionariodesarrolladoporlaUS-EPA en los 80s.Usadoparapredecirconcentracionesdecontaminantescon mltiples fuentes continuas puntuales, de rea y de volumen.Versinmsreciente:ISC3.Modeloregulatoriopreferidoy recomendado por la EPA hasta 2005. Muy usado en Colombia.ISCLT ISC Largo Plazo, usado para simulaciones de perodos largos (anuales). ISCST ISC Corto Plazo, usado para simulaciones de perodos cortos o largos (anuales). Uso muy extendido.ISC-PRIME ISCcomplementadoconalgoritmosparamodelarla fumigacin mecnica por edificios (building downwash).EL ISC (INDUSTRIAL SOURCE COMPLEX)EL ISC (INDUSTRIAL SOURCE COMPLEX)ElAERMIC(AMS/EPARegulatoryModelImprovementCommittee)se form para introducir conceptos avanzados de modelacin en los modelos de calidad de aire de la EPA.ELAERMICdesarroll elsistemademodelacinAERMOD (AMS/EPA Regulatory MODel). Public su primera versin en 1998. AERMODincorporaalgoritmosdedispersinbasadosenla estructurayescalamientodelaturbulenciadelacapalmite planetaria.MejoramuchasdeficienciasdelISC,asociadascon parametrizaciones fsicas obsoletas, conservando su funcionalidad.Reemplaz al ISC como modelo regulatorio de la EPA en Noviembre 9 de 2005.EL SISTEMA DE MODELACIEL SISTEMA DE MODELACIN AERMODN AERMODLAS MEJORAS DE AERMODLAS MEJORAS DE AERMOD Dispersin en las capas lmites convectiva y estable Clculo de perfiles verticales de viento, turbulencia y temperatura Tratamiento de receptores en todo tipo de terrenos, de la superficie hasta por sobre la altura de la pluma Elevacin y flotacin de la pluma Penetracin de la pluma en inversiones elevadas Tratamiento de la capa lmite urbana Fumigacin mecnica en edificios Deposicin de partculas y agotamiento de la plumaComparadoconISC,AERMODtienealgoritmosnuevoso mejorados para:ESTRUCTURA DEL SISTEMA DE ESTRUCTURA DEL SISTEMA DE MODELACIMODELACIN AERMODN AERMODAERMODAERMETAERMAPEMISIONESLOCALIZACINDATOSSUPERFICIESONDEOSTOPOGRAFAUSOS SUELOFACTORESEMISINPARAMETROSEMISINPLANES MINAFOOTPRINTSMINACALIBRACINPRONSTICO20032004ANLISIS DE SENSIBILIDADESTRUCTURA DE AERMOD EN CERREJESTRUCTURA DE AERMOD EN CERREJNNFuera del control de la operacinBajo el control de la operacinPROCESAMIENTO DE INFORMACI PROCESAMIENTO DE INFORMACI NN METEOROL METEOROL GICA GICALainformacinmeteorolgicadebeserprocesadaenAERMET,conelfinde generar los archivos de entrada al modelo AERMOD. Paralacaracterizacindelcomportamientometeorolgicoseutilizanlosdatos de la estacin meteorolgica CDA, ubicada en el rea del complejo minero del Cerrejn. PROCESAMIENTO DE INFORMACI PROCESAMIENTO DE INFORMACI NN METEOROL METEOROL GICA EN AERMET GICA EN AERMETStage 1Extraction & QAStage 2Merging DataStage 3Creating ModelInput FilesSurface Station Raw DataFormats: NWS, ADMSSource: NOAA-NCDCStation: RIOHACHAOn-Site Raw DataFormat: ASCIISource: CerrejonStation: LMNUpper Air Raw DataFormats: FSL, TD-6201Source: NOAA-FSL Station: RIOHACHAExtracted & QA DataMerged file(File.MRG)Surface File(File.SFC)Profile File(File.PFL)AERMODLand Use ParametersAlbedo, Bowen RatioSurface Roughness LengthAERMET PROPROCESAMIENTO DE INFORMACI PROCESAMIENTO DE INFORMACI NN TOPOGR TOPOGR FICA FICANAERMAPesunmduloindependienteparapreprocesardatosdetopografa para el anlisis de terrenos complejos usando informacin 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 INFORMACI PROCESAMIENTO DE INFORMACI NN TOPOGR TOPOGR FICA EN AERMAP FICA EN AERMAPMINEX Xyz2dem AERMAPMine As-Built and Aerial Photo InfoXYZ filesReceptors& SourcesElevationsAERMODDEM filesReceptorsEffective Height60% - 80% de las emisiones se generan en las vas mineras de acarreo de materiales. INVENTARIO DE EMISIONESINVENTARIO DE EMISIONESSe calculan las emisiones para todas las actividades mineras, usando los factores de emisin de la US-EPA (AP-42), adaptados de acuerdo a los parmetros especficos de Cerrejn (muestreos de campo).CONTROL DE EMISIONES EN LA MINACONTROL DE EMISIONES EN LA MINACerrejnaplicamedidaspreventivasentodassusactividades,de acuerdo al PMA y a las mejores prcticas internacionales.En las vas de acarreo, Cerrejn controla las emisiones de partculas mediante el riego de agua con una flota de 20 Tanqueros (18 y 20kgal) y la aplicacin de aditivos qumicos (RT9). =1001CENMF E Euncontr contrEmisin Total Controlada en Vas Mineras:Emisin Incontrolada (g/s)Emisin Controlada (g/s)Factor Mitigacin Natural (Lluvia)ControlOperacionalC C LCULO DE EMISIONES EN V LCULO DE EMISIONES EN V AS DE ACARREO AS DE ACARREODepende de: Material va (% finos) Trfico (VKT) Peso promedio flotaDepende de: Das de lluviaDepende de: Clima Trfico Longitud de vas RiegoElrequerimientoderiegoparaunaeficienciadecontrol(CE) determinada se estima por el mtodo de Cowherd. Este es un modelo emprico para calcular el desempeo del riego de agua como tcnica de controldeemisionesdepolvoenvasdestapadasindustriales, desarrollado por Cowherd et al (1988) :Control con Agua: CONTROL OPERACIONAL EN VIAS DE ACARREO CONTROL OPERACIONAL EN VIAS DE ACARREO =it d pCE8 . 0100CE = Eficiencia promedio de control de polvo (%)p = Rata de evaporacin horaria diurna, mm/hd = Trfico horario promedio, vehculos/hri = Intensidad de aplicacin de agua, l/m2t = Tiempo promedio entre riego, hrCONTROL INTEGRAL DE EMISIONESCONTROL INTEGRAL DE EMISIONESVIASEstructuraCapa RodaduraDrenajeMantenimientoEQUIPOSConfiabilidadRiegoConfortMecnicaSeguridadOPERACIONEstndaresRT9CiclosSupervisinCONTROL DE EMISIONES DE POLVOEL RESULTADO: CONTROL DE EMISIONESEL RESULTADO: CONTROL DE EMISIONESLOCALIZACILOCALIZACIN DE FUENTESN DE FUENTESLOCALIZACILOCALIZACIN DE FUENTESN DE FUENTESLOCALIZACILOCALIZACIN DE FUENTESN DE FUENTESLasemisionesdematerialparticuladoenlamineraacieloabiertoson generadas principalmente por la erosin mecnica de materialesenforma de fuentes fugitivas. Paraestetipodefuentes,laUS-EPArecomiendaelusodemodeloscon consideracindesedimentacingravitacionalydeposicinseca,debidoa sudistribucingranulomtricagruesa(conpredominanciadepartculas mayores a 10 m), con alta tendencia a sedimentarse.La modelacin de calidad de aire para minera a cielo abierto sin tener en cuentaestefenmenopuedegenerarsobre-estimacindelas concentraciones.AERMOD tiene algoritmos mejorados para la modelacin de la deposicin y elagotamientosecos,conreduccionessignificativasdelostiemposde cmputo requeridos.DEPOSICIDEPOSICIN SECA DEL MATERIAL N SECA DEL MATERIAL PARTICULADOPARTICULADOGRANULOMETRGRANULOMETRA DEL MATERIAL A DEL MATERIAL PARTICULADOPARTICULADOFuente: Air Pollution Control HandbookCerrejnutiliz comoescenariosdecalibracinlosaos2003y 2004, recopilando informacin detallada de la meteorologa y de la operacin minera, y los resultados de monitora de calidad del aire. Se realizaron corridas para el escenario de calibracin, comparando losvaloressimuladosconlosvaloresreales(medidos)delos promedios anuales de concentracin. Como estadsticos de evaluacin se utilizaron el error absoluto y el error relativo entre las concentraciones medidas y las modeladas. Los resultados modelados contra los reales tuvieron una desviacin menor al 10% para la mayora de los receptores considerados.CALIBRACICALIBRACIN DEL MODELON DEL MODELOCALIBRACICALIBRACIN DEL MODELON DEL MODELOCALIBRACICALIBRACIN DEL MODELON DEL MODELOISOPLETAS DE CONCENTRACIISOPLETAS DE CONCENTRACIN DE TSPN DE TSPCerrejn utiliza en forma regular esta metodologa de modelacin para la prediccin,evaluacinyanlisisdelacalidaddelaire desus comunidadesvecinas,permitiendoplanearyestableceroportunamente lasmedidasdecontrol requeridasparaasegurarelcumplimientodela normatividad ambiental y el bienestar de la comunidad.EL MODELO COMO HERRAMIENTA DE EL MODELO COMO HERRAMIENTA DE PLANEACIPLANEACINNGRACIAS POR SU ATENCIN