Albizuri A., Santamaría R.O. |
Environment & Systems, S.A. |
García J.A., Durana N. |
UPV-EHU, ETSII y de IT de Bilbao |
de Benito A., Häering C. |
ENDESA, C.T. Litoral de Almería |
RESUMEN
Los trabajos que se están realizando en la Central Térmica de Carboneras y cuyos primeros resultados se presentan a continuación, tienen como objetivo la caracterización de situaciones tipo o patrones dispersivos típicos del penacho de la C.T. de Carboneras. El método empleado consiste en combinar el análisis de datos de la red de sensores instalada con la realización de campañas de medida intensivas diseñadas para adquirir el conocimiento de las relaciones causa-efecto. La primera campaña de medidas se llevó a cabo en el mes de junio de 1997 y el eje ha sido la utilización de un laboratorio móvil instrumentado, entre otros equipos, con un sensor remoto para el seguimiento del penacho de dióxido de azufre (SO2) y la realización de sondeos meteorológicos. Como resultado se han establecido los principales patrones dispersivos como hipótesis de trabajo y se ha documentado el comportamiento del penacho en algunas situaciones.
INTRODUCCION
La Central Térmica de Carboneras hasta 1997 tenía una potencia instalada de 550 Mw en 1 grupo que lleva funcionando desde 1984 y utiliza como materia prima hulla importada. La chimenea desde donde se emiten los gases de combustión tiene 200 m de altura y un diámetro de 9,35 m.
Es difícil realizar un diagnóstico preciso del comportamiento del penacho de una chimenea alta en ciertas condiciones, con sólo la información de una red de vigilancia provista de estaciones en superficie. Es por ello que la metodología empleada consiste en combinar el análisis de datos de la red de sensores instalada con la realización de campañas de medida intensivas, utilizando para ello equipos que nos permitan realizar un seguimiento de la trayectoria del penacho en todo momento y su impacto en superficie, así como conocer la estructura vertical del viento y la estabilidad en el estrato donde viajan las emisiones. El análisis previo de los datos históricos permite elaborar las hipótesis de partida y diseñar las campañas para optimizar los recursos y el tiempo empleados en función de los resultados que se van obteniendo.
La campaña intensiva de medidas se llevó a cabo entre los días 16 y 20 de junio de 1997 (ambos incluidos) y el eje de la misma ha sido la utilización de un laboratorio móvil instrumentado con un equipo de medida remota para SO2 Cospec -espectrómetro de correlación-, un monitor de respuesta rápida para la medida de SO2 y un sistema elemental de navegación para asignar de forma continua los niveles adquiridos con un registrador a los puntos de las carreteras utilizadas por el vehículo (Figura 1).
Figura 1. Esquema del vehículo móvil instrumentado para el seguimiento de SO2.
El Cospec es un sensor pasivo que, en el modo de operación adoptado, usa la radiación natural dispersada procedente del cenit como fuente de radiación para la medida de gases empleando la espectroscopía de correlación dispersiva como técnica de medida. La detección se efectúa analizando la absorción de dichos gases en una banda de longitudes de onda con estructuras de bandas de absorción características (300-316 nm para el SO2).
Los recorridos del laboratorio móvil se planifican atendiendo a la red de carreteras disponible y procurando efectuar trayectos transversales al desplazamiento de las emisiones alejándose del foco y acercándose al mismo varias veces (Figura 2).
Figura 2. Esquema de toma de datos efectuando cortes transversales a la dispersión del penacho.
Para documentar la estructura vertical atmosférica se llevaran a cabo 3 sondeos meteorológicos diarios con un radioteodolito provisto de antena direccional de posicionamiento automático para el seguimiento de globos libres equipados con sondas de Presión-Temperatura-Humedad (P-T-H).
DESCRIPCION DE LA ZONA
Como se aprecia en el mapa topográfico (Figura 3) la Central se sitúa en el litoral de Carboneras, que presenta una orientación SO-NE-NNE. En el interior se aprecia una sucesión de sierras montañosas: Sª de Alhamilla (con más de 1300 m de altura) y Sª Cabrera (con más de 900 m) como más cercanas y orientadas en dirección OSO-ENE-NNE conforme convergen con el litoral al N de Carboneras. En el 3er cuadrante, el sector limitado por el litoral (pegada al mismo la Sª del Cabo de Gata, de más de 400 m de altura) y la Sª de Alhamilla está ocupada por el cabo de Gata.
Figura 3. Mapa topográfico de la zona y ubicación de estaciones (con triángulos en las que existen sensores automáticos).
Los vientos en la zona alcanzan velocidades elevadas, sin embargo en situaciones sinópticas de poco gradiente de presión y sobre todo en verano, es factible el desarrollo de circulaciones locales de origen térmico como brisas de mar y ladera con un ciclo diario marcado. Las direcciones de viento predominantes medidas en la torre meteorológica situada las inmediaciones de la Central se encuentran en torno al O, OSO por un lado y en torno al NNE, NE por otro (Figura 4). Se observa también un pequeño desplazamiento dentro de cada grupo entre el rumbo más frecuente de noche y de día: si el rumbo más frecuente es del NNE de noche, de día es el NE aumentando la frecuencia de los rumbos con una componente E (tierra adentro); si los rumbos más frecuentes de noche son el OSO y O, de día son el OSO y SO, incluso SSO alguno de los meses estudiados, atribuyéndolo en parte a la influencia de circulaciones locales de las brisas en la costa.
La red de sensores de contaminación de la Central está formada por 9 estaciones con equipos manuales (medias diarias) de SO2 y partículas en todas ellas, equipos automáticos (almacenando medias semihorarias) de SO2, óxidos de nitrógeno (NO-NO2) y partículas en tres de ellas (Figura 3), y ozono (O3) en dos.
Figura 4. Histograma de frecuencias anual en los 16 rumbos de la dirección de viento estratificado por período nocturno: [23h-10h] y período diurno: [11h-22h].
PATRONES DISPERSIVOS
Tras el análisis minucioso de las series de datos históricos de los sensores meteorológicos de la torre y los mapas de meteorología sinóptica, se ha llegado a la clasificación y definición previa de tres patrones dispersivos o comportamientos típicos:
n Viento del NE-E persistente
Asociado a unas condiciones a nivel sinóptico en que las altas presiones dominan una amplia franja desde al Atlántico hasta Europa y bajas presiones relativas en la zona del golfo de Cádiz o, en el norte de Africa asociadas a la baja térmica semipermanente en esa zona, que en ocasiones penetra por el SO peninsular hasta unirse con la baja térmica ibérica. Los vientos son bastante fuertes del NNE por lo general, sin embargo, en ocasiones se detecta un giro en la dirección de viento a lo largo del día desde el NE hasta el E-SE. Este tipo de situaciones es más frecuente en primavera y principios de verano aunque puede darse en otras épocas.
n Viento del O-SO persistente
Las condiciones sinópticas son contrarias a las asociadas a la situación anterior: altas presiones en el Atlántico, al SO de la península, y norte de Africa y una circulación de vientos del O-SO que barre la península asociada a borrascas situadas en latitudes superiores. Se dan unas condiciones de viento del O bastante fuerte y persistente y en algunos días se produce un ciclo que puede desde el ONO nocturno al SSO diurno.
n Ciclos de verano
Más frecuentes en agosto, y asociados a unas condiciones de poco gradiente de presión y formación de bajas térmicas en la península. Localmente el ciclo diario se caracteriza por viento del O de madrugada y condiciones estables, con la salida del sol se produce una situación de calma, para pasar a una situación de vientos flojos del E-SE e inestabilidad convectiva acusada y acabar a la tarde con viento más fuerte del SSO girando a O (Figura 5).
Figura 5. Ciclos típicos de meteorología documentados con los sensores meteorológicos de la torre de la Central.
CAMPAÑA EXPERIMENTAL
La campaña experimental de 5 días estuvo enmarcada en unas condiciones sinópticas y locales, así como en unas condiciones de marcha de la Central, muy variables, que hicieron que cada día fuera un poco singular y los patrones dispersivos diarios no fueran repetitivos.
Destacaremos algunos comportamientos típicos documentados:
- calmas a primeras horas de la mañana que en los niveles más bajos se manifiestan como un derrame muy lento hacia el mar. El penacho de la Central alcanza su máxima sobreelevación prácticamente en la vertical de la chimenea; algunas veces a pesar de indicar la torre un viento del O, las emisiones se dispersan con un viento muy flojo del E indicando que el derrame es muy poco profundo.
- viento de componente E que en los días de campaña no ha sido muy fuerte y se ha producido el desacoplamiento de la capa más superficial de madrugada y primeras horas de la mañana (con un derrame hacia el mar poco profundo) y el acoplamiento posterior a viento del E a media mañana. Se han registrado impactos del penacho asociados a condiciones de inestabilidad de tipo convectivo.
- brisas locales tierra adentro que en los días de campaña no han resultado ser muy intensas ni profundas y que han quedado limitadas a cortos períodos de tiempo, cuyo inicio se produce a media mañana, y espesores pequeños que han afectado a parte del penacho. Estas brisas de mar tienen una dirección de viento del E puesta de manifiesto en la torre de la Central. La combinación de estos flujos locales con circulaciones a mayor escala pueden propiciar, cuando éstas son en sentido opuesto, fuertes cizalladuras de viento.
- viento del SSO por la tarde, de intensidad apreciable girando a O que parece tener como causa una circulación a escala mayor, mesoescala o sinóptica, originada por la formación de una zona de bajas presiones en el área del Levante peninsular. El penacho apenas roza la línea de la costa sin registrar impactos.
La evolución a lo largo del día depende de la combinación de unas condiciones determinadas a nivel sinóptico y las condiciones locales y regionales.
Los mayores impactos registrados en la campaña experimental se han producido cuando las emisiones se dispersaban con viento del E-SE y a distancias entre 5 y 10 Km de la chimenea (Figura 6). El impacto comienza por la mañana, alrededor de las 10 h, y puede prolongarse hasta últimas horas de la tarde, dependiendo de las condiciones de estabilidad atmosférica.
Figura 6. Isolineas de concentración calculadas por interpolación de los promedios calculados con las medidas realizadas.
Se ha observado también en varios días que el perfil térmico presenta una inversión en altura a unos 200 m aproximadamente (Figura 7). Esta inversión parece estar asociada a una subsidencia del aire de las capas altas hasta cotas bastante bajas, que la actividad convectiva no es capaz de frenar. Este fenómeno puede inhibir el impacto de las emisiones de la Central al dispersarse el penacho en una capa muy estable ó por encima de ella.
Figura 7. Evolución a lo largo del día del perfil de temperatura, donde se aprecia la subsidencia del aire y la inversión a unos 200 m por la tarde.
CONCLUSIONES
Teniendo en cuenta los resultados obtenidos, se ha recomendado la ampliación de la red automática instalando una estación de medida con sensores automáticos cubriendo el sector donde se han registrado los mayores impactos.
Los datos meteorológicos de la torre situada en la Central están condicionados por la cercanía a la línea de costa; los fenómenos de brisas están activados por factores locales y tienen un desarrollo espacio-temporal característico y desigual que precisa de mayores puntos de muestreo para su caracterización que otras situaciones. Por ello se ha recomendado también, completar alguna estación automática de medida de contaminación situada tierra adentro con sensores meteorológicos y poder así conocer con mayor detalle las condiciones de dispersión en cada momento.
En cuanto al conocimiento adquirido de las condiciones de dispersión típicas, a pesar de haber sido importante y haber sentado las bases o hipótesis de trabajo falta todavía mucho para establecer conclusiones definitivas. Ello requiere continuar con la caracterización experimental. Para optimizar los resultados a obtener en función de los recursos a emplear, las campañas de medida deben ser selectivas en función del conocimiento actual y de la información que de una manera continua facilita la red de vigilancia y control de la calidad del aire instalada.
En cuanto a las condiciones de funcionamiento de la Central, sería conveniente realizar las siguientes campañas con la misma funcionando a plena carga, contando también con el segundo grupo ya instalado. Esto puede tener influencia en la localización (distancia) y tamaño de los impactos que sería deseable documentar.