EPA-454/B-95-004
Guia del Usuario del Modelo SCREENS
U.S. Environmental Protection Agency
Office of Air Quality Planning and Standards
Emissions, Monitoring, and Analysis Division
Research Triangle Park, North Carolina 27711
Septiembre de 2000
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ADVERTENCIA
Este reports ha sido patrocinado por la U.S. Environmental
Protection Agency (EPA) bajo el contrato 68D00124 con Pacific
Environmental Services, Inc. (PES). Dennis G. Atkinson se
desempefio como Administrador de asignacion de trabajos de la EPA.
Cualquier mencion de marcas o productos comerciales no constituye
un respaldo o recomendacion para su uso.
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PREFACIO
La Guia del Usuario del Modelo SCREENS es una actualizacion
del Apendice A del documento "Screening Procedures for Estimating
the Air Quality Impact of Stationary Sources" (EPA, 1988), el
cual se corrigio y publico como un documento aparte (EPA 1995a).
El modelo SCREENS incluye varias modificaciones y mejoras al
modelo SCREEN original, incluyendo actualizaciones al codigo para
asegurar consistencia con los algoritmos en el modelo ISC3
(Industrial Source Complex) (EPA, 1995b).
Aunque se han hecho intentos para verificar a fondo los
programas con una gran variedad de datos de entrada,
ocasionalmente se encuentran errores. Si hay sospecha de errores
o preguntas tecnicas sobre el uso de SCREENS, llame al telefono
(919) 541-0518. Pueden obtenerse copias del modelo SCREENS en el
Servicio Nacional de Informacion Tecnica (NTIS), Springfield, VA
22161, telefono (703) 487-4650, o pueden obtenerse del BBS del
Centro de Apoyo para Modelos Regulatorios del Aire (SCRAM). El
BBS de SCRAM puede accesarse en el telefono (919) 541-5742.
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AGRADECIMIENTOS
Mr. Roger W. Erode, Pacific Environmental Services, Inc.
(PES), es el contribuyente principal a la Guia de Usuario del
Modelo SCREENS. Asi mismo, este documento fue revisado y
comentado por el Sr. Dennis G. Atkinson (EPA, OAQPS), el Sr.
James L. Dicke (EPA, OAQPS) y el Sr. John S. Irwin (EPA, OAQPS).
Las correcciones al original de la Guia del Usuario del modelo
SCREENS fueron revisadas y comentadas por el Sr. Dennis G.
Atkinson (EPA, OAQPS), Administrador de asignacion de trabajo,
EPA.
IV
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CONTENIDO
PREFACIO iii
AGRADECIMIENTOS iv
ILUSTRACIONES vi
TABLAS vii
1 . INTRODUCTION 1
1.1 Descripcion general de la Guia del Usuario 1
1.2 Proposito de SCREEN 1
1.3 dQue se necesita para usar SCREEN? 1
1.4 dQue puede hacer SCREEN? 2
1.5 dQue no puede hacer SCREEN? 2
1.6 iComo se comparan los resultados de SCREEN con los
calculos manuales del documento? 3
1.7 iQue cambios se han incorporado en SCREEN? 4
1.8 dQue constituye las reguladoras predefinidas en SCREEN74
2 . TUTELA 5
2.1 iQue se necesita? 5
2.2 Instalacion en la computadora personal (PC) 5
2.3 Ejecucion del modelo 5
2.4 Ejemplo de fuente de punto 7
2.5 Ejemplo de liberacion por incinerado 13
2.6 Ejemplo de fuente de area 14
2.7 Ejemplo de fuente volumetrica 15
2.8 Opciones No Reguladoras 16
3. DESCRIPCION TECNICA 26
3.1 Conceptos basicos en la modelacion de dispersion . . 26
3.2 Peor caso en condiciones meteorologicas 26
4 . NOTA A LOS PROGRAMADORES 29
5. REFERENCIAS 31
v
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ILUSTRACIONES
Ilustracion Pagina
1. Opciones de fuente de punto en SCREEN 17
2. Ejemplo de fuente de punto en terreno complejo 18
3. Ejemplo de fuente de punto con caida de flujo por edificio. 19
4. Ejemplo de liberacion por incineracion 21
5. Ejemplo de fuente de area 23
6. Ejemplo de fuente volumetrica 25
VI
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TABLAS
Tabla Pagina
1. Resumen de procedimientos sugeridos para estimar las
dimensiones iniciales laterales (ayo) y las dimensiones
iniciales verticales (azo) para fuentes volumetricas . . 16
2. Combinaciones de velocidad del viento y clase de
estabilidad que usa el modelo SCREEN 27
VII
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1. INTRODUCTION
1.1 Descripcion general de la Guia del Usuario
Sera mas facil entender esta Guia del Usuario y el modelo
SCREEN si usted ya se encuentra familiarizado con la publicacion
"Screening Procedures for Estimating the Air Quality Impact of
Stationary Sources" (EPA, 1995a) .
Esta introduccion debera responder a la mayoria de sus
preguntas generales sobre lo que el modelo SCREEN puede o no
hacer y explicar su relacion con el documento de procedimientos
de filtracion (SPD) antes mencionado.
La Seccion 2 proporciona varios ejemplos sobre como ejecutar
el modelo SCREEN y le ayudara al principiante a comenzar a
utilizar el programa. El ejemplo de fuente de punto proporciona
la descripcion mas detallada y debe leerse antes de leer los
otros ejemplos. Si usted ya se encuentra familiarizado con las
computadoras personales y con los procedimientos de filtracion,
probablemente no tendra ningun problema si ejecuta SCREEN y
experimenta con el. SCREEN funciona interactivamente, y las
sefiales de entrada (prompts) deberan ser auto-explicables.
La Seccion 3 proporciona la informacion sobre antecedentes
tecnicos como una referenda para aquellos que desean saber como
SCREEN realiza ciertos calculos. La discusion de la Seccion 3
intenta ser tan breve como sea posible, pero hace referenda a
otros documentos con informacion mas detallada.
1.2 Proposito de SCREEN
El modelo SCREEN fue desarrollado para proporcionar un
metodo facil de usar para obtener estimaciones de concentracion
de contaminantes basadas en el documento de procedimientos de
filtracion. Aprovechando la gran disponibilidad de las
computadoras personales (PCs), el modelo SCREEN hace los calculos
de filtracion accesibles a una gran variedad de usuarios.
1.3 ;.Que se necesita para usar SCREEN?
SCREEN se ejecuta en una computadora personal (PC)
compatible con IBM que tenga por lo menos 256KB de RAM. Tambien
se necesita por lo menos una unidad de disco (drive) para disco
magnetico de 5 1/4 pulgadas y de doble densidad (360KB) o uno de
5 1/4 pulgadas y de alta densidad (1.2MB). El programa se ejecuta
con o sin un co-procesador matematico. El tiempo de ejecucion se
beneficiara grandemente si un co-procesador matematico esta
presente (a un factor de 5 en tiempo de ejecucion
aproximadamente), y ademas se beneficiara del uso de la unidad
del disco duro. SCREEN escribira la fecha y la hora en el archive
de informacion de salida, siempre y cuando un reloj de tiempo
real este disponible.
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1.4 ;.Que puede hacer SCREEN?
SCREEN se ejecuta interactivamente en una computadora
personal, lo que significa que el programa le hace al usuario una
serie de preguntas con el fin de obtener los datos de entrada
necesarios y para determinar que opciones utilizar. SCREEN puede
realizar todos los calculos de corto plazo para una sola fuente
en del documento de procedimientos de filtrado, incluyendo la
estimacion de concentraciones del maximo nivel de piso y la
distancia a este (Paso 4 de la Seccion 4.2, SPD), incorporando
los efectos del flujo de caida por edificios en las
concentraciones maximas para las regiones cercanas y lejanas de
la estela (Seccion 4.5.1), estimando las concentraciones en la
zona de recirculacion de cavidad (Seccion 4.5.1), estimando las
concentraciones debido al rompimiento de inversion y fumigacion
de literal (Seccion 4.5.3), y determinando el ascenso de la pluma
para liberaciones por incinerado (Paso 1, Seccion 4.2). El modelo
puede incorporar los efectos de terreno elevado sencillo en
concentraciones maximas (Seccion 4.2), y puede calcular las
concentraciones promedio de 24 horas ocasionadas por la
impactacion de la pluma en terreno complejo usando el
procedimiento de filtrado de 24 horas del modelo VALLEY (Seccion
4.5.2). Las fuentes de area simples pueden modelarse con SCREEN
usando un metodo de integracion numerica. El modelo SCREEN
tambien puede usarse para modelar los efectos de fuentes
volumetricas sencillas usando un procedimiento de fuente de punto
virtual. Los algoritmos de fuente volumetrica y de area se
describen en el Volumen II de la Guia del Usuario del modelo ISC
(EPA, 1995b). El modelo SCREEN tambien puede calcular la
concentracion maxima a cualquier numero de distancias
especificadas por el usuario en un terreno simple elevado o piano
(Seccion 4.3), incluyendo distancias de hasta 100 km para
transporte de largo alcance (Seccion 4.5.6).
1.5 ;.Que no puede hacer SCREEN?
SCREEN no puede determinar explicitamente impactos maximos
de multiples fuentes, excepto en el proceso para utilizar
multiples chimeneas cercanas por medio de la union de las
emisiones en una sola chimenea representativa (Seccion 2.2). El
usuario puede consultar los modelos MPTER (Pierce, et al, 1980) o
el ISC (EPA, 1995b) que estan en el BBS de SCRAM para modelar
impactos a corto plazo para multiples fuentes. Con la excepcion
de las estimaciones de 24 horas para impactos en terreno
complejo, los resultados de SCREEN se calculan en concentraciones
maximas en 1 hora. Para manejar promedios de periodo mas largos,
el documento de procedimientos de filtrado contiene los factores
de ajuste recomendados para calcular concentraciones hasta de 24
horas a partir del valor maximo en 1 hora (Seccion 4.2, Paso 5).
Para promedios estacionales o anuales, la Seccion 4.4 del
documento de procedimientos de filtrado contiene un procedimiento
que utiliza calculos manuales, pero se recomienda el uso del
ISCLT u otro modelo de largo plazo en el BBS de SCRAM.
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1.6 ;.C6mo se comparan los resultados de SCREEN con los calculos
manuales del documento?
El modelo SCREEN se basa en las mismas suposiciones de
modelaje que se incorporan en los procedimientos de filtrado y
monogramas, y para muchas fuentes los resultados seran muy
similares, con concentraciones maximas estimadas que difieren en
aproximadamente 5 por ciento en un rango de caracteristicas de
fuente. Sin embargo, hay algunas diferencias de las cuales el
usuario debe estar enterado. Para algunas fuentes,
particularmente fuentes altas con una flotacion mas alta, las
diferencias en las concentraciones calculadas seran mas grandes,
con los calculos manuales los resultados exceden al modelo de
SCREEN en hasta un 25 por ciento. Estas diferencias se describen
detalladamente mas adelante.
El modelo de SCREEN puede proporcionar concentraciones
calculadas para distancias de menos de 100 metros (y hasta 1
metro como en otros modelos regulatorios), mientras que los
monogramas que se usan en los calculos manuales se limitan a
distancias mayores o iguales a 100 metros. El modelo SCREEN
tampoco se limita a alturas de pluma de 300 metros, mientras que
los monogramas si lo hacen. En ambos casos, tenga cautela al
interpretar los resultados que se encuentran fuera del rango de
los monogramas.
Ademas, SCREEN examina un amplio rango de condiciones
meteorologicas, incluyendo todas las clases de estabilidad y
velocidades del viento (ver Seccion 3) para encontrar impactos
maximos, mientras que en los calculos manuales, con el fin de
mantenerlos manejables, solo se examina un subconjunto de las
condiciones meteorologicas (clases de estabilidad A, C y E o F).
Son examinadas aquellas condiciones meteorologicas que
contribuyen a la concentracion maxima. Se requiere el uso de un
conjunto completo de condiciones meteorologicas en SCREEN debido
a que las concentraciones maximas tambien se dan como una funcion
de la distancia, y porque la estabilidad A, C y E o F podria no
controlar en fuentes con flujo de caida por edificio (no
incluidas en los calculos manuales). SCREEN calcula
explicitamente los efectos de multiples reflexiones de la pluma
fuera de la inversion elevada y fuera del piso cuando se calculan
concentraciones bajo condiciones de mezclado limitadas. Para
compensar estas reflexiones, los calculos manuales en
procedimiento de filtrado (Procedimiento (a) del Paso 4 en la
Seccion 4.2, SPD), incrementan las concentraciones maximas
calcluladas para una estabilidad A en un factor que va de 1.0 a
2.0. El factor tiene la intencion de ser un calculo conservador
del incremento debido a la mezcla limitada, y puede ser
ligeramente mas alta (5 6 10 porciento) que el incremento
obtenido de SCREEN usando reflexiones multiples, dependiendo de
la fuente. Asi mismo, SCREEN trata el caso de velocidad del
viento cercana a neutral/alta [Procedimiento (b)] examinando un
rango de velocidades del viento para clase de estabilidad C y
seleccionando el maximo. En contraste, los calculos manuales se
basan en la concentracion maxima estimada usando clase de
estabilidad C con una velocidad del viento critica calculada y
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una velocidad de un viento de 10 metres a 10 m/s. Esta diferencia
debe resultar en diferencias en las concentraciones maximas de
menos de 5 por ciento para aquellas fuentes donde esta
controlando la velocidad cercana del viento neutral o alta.
Los resultados del modelo SCREEN tambien incluyen los
efectos de la dispersion por flotacion inducida (BID, por sus
siglas en ingles), los cuales no se hacen en los calculos
manuales (excepto para fumigacion). La inclusion de BID en SCREEN
podria incrementar o decrementar las concentraciones calculadas,
dependiendo de la fuente y la distancia. Para fuentes con altura
de plumas menores al limite de 300 metros de los calculos
manuales, el efecto de BID en las concentraciones maximas
calculadas sera menor a + 10 por ciento. Para fuentes con
flotacion relativamente altas, la inclusion de BID podria
decrementar la concentracion maxima calculada en hasta un 25 por
ciento.
1.7 ;.Que cambios se han incorporado en SCREEN?
El modelo SCREENS (fechado 95250) incluye una correccion
significativa de la version anterior de SCREEN (fechada 92245).
El algoritmo de segmento de linea finita para modelacion de
fuentes de area ha sido reemplazado por un algoritmo de
integracion numerica basado en el modelo ISCST. El nuevo
algoritmo permite al usuario modelar fuentes de area rectangular
con una relacion de longitud/anchura de hasta 10:1. El nuevo
algoritmo tambien proporciona estimaciones de concentracion
dentro de la misma fuente de area.
1.8 ;.Que constituye las reguladoras predefinidas en SCREEN?
Las reguladoras predefinidas consisten en: 1) Introducir las
caracteristicas de las fuentes de entrada apropiadas, 2)
seleccionar las opciones reguladoras apropiadas (ver figura 1), y
3) luego utilizar las SCREEN predefinidas recomendadas. En la
Seccion 2 de este documento y a lo largo de la Seccion 4 del
documento de Procedimientos de Investigacion (ver Referencias)
puede encontrarse un analisis de las entradas SCREEN, opciones
reguladoras, y predefinidas. Las reguladoras predefinidas no
incluyen el uso de ninguna de las tres nuevas opciones no
reguladoras mencionadas en la Seccion 1.8.
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2. TUTELA
2.1 ;.Que se necesita?
• Una computadora personal compatible con IBM con al menos
256KB de RAM y una unidad de disco para disco magnetico de
5% pulgadas de doble o alta.
• Un disco magnetico con el programa SCREEN (o los archives
obtenidos del BBS de SCRAM).
• Una unidad de disco duro o flexible (con al menos 1 MB de
espacio disponible).
• Co-procesador matematico (optativo, pero recomendable).
• Un disco magnetico en bianco para hacer copias de respaldo
del programa.
2.2 Instalacion en la computadora personal (PC)
For medio del comando DISKCOPY del sistema operative DOS u
otra rutina similar, haga una copia de respaldo del programa
SCREEN. Guarde la copia original del programa SCREEN en un lugar
seguro. El comando DISKCOPY tambien formatea el disco en bianco
de ser necesario.
Las siguientes instrucciones para la instalacion suponen que
el usuario tiene un sistema con una unidad de disco duro y el
programa de descompresion "pkunzip" residente en la unidad de
disco duro. El programa "pkunzip" puede obtenerse del BBS de
SCRAM seleccionando la opcion "archivers/dearchivers" bajo
utilerias para el sistema en el menu principal.
Inserte el disco con SCREEN en la unidad de disco A: y
proporcione el siguiente comando en la serial de entrada del
sistema operative DOS desde la unidad de disco C: (ya sea desde
la raiz o un subdirectorio):
PKUNZIP A:SCREENS
Este comando descomprimira los seis archives del disco que
contiene SCREEN y los colocara en el disco duro. El disco duro
ahora contendra el archive ejecutable de SCREEN, llamado
SCREEN3.EXE, asi como los archives con el codigo fuente en
FORTRAN SCREENS.FOR y MAIN.INC, un ejemplo del archive de datos
de entrada EXAMPLE.DAT, su correspondiente archive de informacion
de salida EXAMPLE.OUT, y el documento de la Guia del Usuario de
SCREENS (en formato WordPerfect 5.1), SCREENS.WPF.
2.3 Ejecucion del modelo
El modelo SCREEN se escribio como un programa interactive
para la computadora personal, como se describio anteriormente.
Por lo tanto, SCREEN se ejecuta normalmente escribiendo SCREEN
desde una unidad de disco y directorio que contenga el archive
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SCREEN3.EXE, y respondiendo a las senales de entrada
proporcionadas por el programa. Sin embargo, se proporciona un
mecanismo para aceptar el hecho de que para algunas aplicaciones
de SCREEN el usuario podria desear ejecutar el programa para la
misma fuente y solo hacer uno o unos cuantos cambios en los
parametros de entrada. Este mecanismo se beneficia de que el
sistema operative DOS en las computadoras personales permite la
redirection de datos de entrada, que son normalmente
proporcionados a traves del teclado, para que estos datos se
puedan leer desde un archive. Ejemplo, para ejecutar el problema
de ejemplo que se incluye en el disco el usuario escribiria:
SCREENS
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2.4 Ejemplo de fuente de punto
Cuando se ejecuta SCREEN para una fuente de punto o para
liberaciones de incineracion y fuentes de area que se discuten a
continuacion, se le pide al usuario que proporcione un titulo de
una linea (de hasta 79 caracteres) que aparecera en el archive de
informacion de salida. Luego se le pide al usuario que
identifique el tipo de fuente, y debera escribir 'P' o 'p' para
una fuente de punto (el modelo acepta letras mayusculas o
minusculas y repetira la solicitud hasta que se le de una
respuesta valida).
Para una fuente de punto, se le pide al usuario que
proporcione los siguientes datos de entrada:
Datos de entrada para fuente de punto
Tasa (o cantidad) de emision (g/s)
Altura de la chimenea (m)
Diametro interior de la chimenea (m)
Velocidad de salida del gas de la chimenea (m/s)
o tasa de flujo (ACFM o m3/s)
Temperatura del gas de la chimenea (K)
Temperatura ambiente (K) (por predeterminacion 203
K si se desconoce)
Altura del receptor sobre el suelo (puede usarse
para definir receptores de asta) (m)
Opcion urbana/rural (U = urbana, R = rural)
El modelo SCREEN usa formato libre para leer los datos de
entrada numericos con excepcion de la opcion de velocidad de
salida y/o tasa de flujo. La eleccion predeterminada para este
dato de entrada es la velocidad de salida del gas de la chimenea,
la cual SCREEN lee como formato libre. Sin embargo, si el usuario
antecede el dato de entrada con los caracteres VF= en las
columnas 1-3, entonces SCREEN interpreta el dato de entrada como
una tasa de flujo en pies cubicos por minuto (ACFM, por sus
siglas en ingles). Alternativamente, si el usuario escribe los
caracteres VM= en las columnas 1-3 entonces SCREEN interpreta el
dato de entrada como tasa de flujo en m3/s. El usuario puede
escribir caracteres en mayusculas o minusculas para VF y VM. Los
valores de tasa de flujo se convierten a velocidad de salida en
m/s para usarse en las ecuaciones de ascenso de la pluma, en base
al diametro la chimmea.
SCREEN permite la seleccion de coeficientes de dispersion
urbana o rural. La opcion de dispersion urbana se selecciona
escribiendo 'U' (en minuscula o mayuscula) en la columna 1, asi
mismo, la opcion de dispersion urbana se selecciona escribiendo
'R' (minuscula o mayuscula) en la columna 1. Con el fin de
mantener la compatibilidad con la version anterior del modelo,
SCREEN tambien permite que se escriba '!' para la seleccion
urbana, 6 '2' para la seleccion rural. La determinacion de la
aplicabilidad de la dispersion urbana o rural se basa en el uso
de la tierra o densidad de poblacion. Para la determinacion del
uso de la tierra, (1) circunscriba un circulo de 3 km de radio,
A0, con centro en la fuente usando el esquema meteorologico de
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determinacion de tipo de uso de la tierra y (2) si los tipos de
uso de la tierra II, 12, Cl, R2 y R3, corresponden al 50 por
ciento o mas de A0, seleccione la opcion urbana, de lo contrario
seleccione la opcion rural. Usando el criterio de densidad de
poblacion (1) calcule el promedio de densidad de poblacion, "p",
por kilometro cuadrado con A0 como se define anteriormente y (2)
si "p" es mayor que 750 personas/km2, use la opcion urbana, de lo
contrario seleccione la opcion rural. De los dos metodos, el del
uso de la tierra se considera mas definitive. Esta referenda
proviene de la Seccion 8.2.8 de la "Guia sobre modelos de calidad
del aire" (Corregida) y el Suplemento A (EPA, 1987) .
La Ilustracion 1 presenta el orden de las opciones dentro
del modelo SCREEN para fuentes de punto y se anotan con las
secciones correspondientes del documento de procedimientos de
filtrado. Con el fin de obtener resultados de SCREEN que
correspondan a los procedimientos del Paso 4 de la Seccion 4.2,
el usuario debe seleccionar la opcion de meteorologia completa,
la opcion de arreglo de distancias automatica, y si se aplica a
la fuente, la opcion de terreno elevado simple. La opcion de
terreno elevado simple se usa si el terreno se extiende por
encima de la elevacion de la base de la chimenea pero en menor
que la altura de la chimenea fisica. Estas, asi como las otras
opciones en la Ilustracion 1, se explican con mas detalle mas
adelante. Un receptor de asta se define como cualquier receptor
que esta localizado sobre el nivel local de piso, e.g., para
representar el techo o balcon de un edificio.
2.4.1 Opcion Caida de Flujo de Edificio
Hay dos opciones de caida de flujo disponibles con este
modelo, una opcion reguladora y una opcion no reguladora. Ambas
se analizan a continuacion.
2.4.1.1 Opcion Reguladora Caida de Flujo de Edificio
Despues de proporcionar los datos de entrada basicos de
caracteristicas de la fuente, SCREEN primero preguntara si se
debe considerar la caida de flujo por edificio, y de ser asi,
preguntara por la altura del edificio, dimension horizontal
minima y dimension horizontal maxima en metros. El procedimiento
de filtracion de caida de flujo supone que el edificio puede
aproximarse a una caja rectangular sencilla. Los efectos de
estela se incluyen en cualquier calculo que se haga, usando el
arreglo de distancias automatico o las opciones de distancias
discretas (se describe mas adelante). Los calculos de cavidad se
hacen para dos orientaciones de edificio - primero con la
dimension horizontal minima del edificio en direccion del viento,
y luego con la dimension horizontal maxima en direccion del
viento. Los calculos de cavidad se resumen al final de los
calculos dependientes de la distancia. Dirijase a la Seccion 3.6
para mas detalles sobre cavidad de caida de flujo por edificio y
el procedimiento de filtracion de estela.
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2.4.1.2 Opcion No Reguladora de Caida de Flujo de Edificio
La opcion Schulman-Scire Caida de Flujo de Edificio /Cavidad
puede ser seleccionada junto a otras dos opciones no reguladoras
introduciendo la bandera adecuada, SS, en la linea que contiene
la entrada del tipo de fuente. El programa preguntara luego por
la altura del edificio, dimension minima horizontal, y dimension
maxima horizontal en metros tal como lo hace con la opcion
cavidad reguladora. No obstante, unicamente para esta opcion, el
programa preguntara por la posicion de la fuente en el edificio
con respecto a la orientacion de los dos edificios mencionados en
2.4.1.1. La respuesta debera hacerse en forma de proporcion de la
distancia de chimenea desde la linea central del edificio
dibujada perpendicularmente al viento sobre la dimension
horizontal del lado del edificio paralelo al viento. El programa
mostrara una figura de como calcular la proporcion correcta para
una orientacion determinada.
2.4.2 Opcion de terreno complejo
La opcion de SCREEN de terreno complejo permite al usuario
calcular impactos para casos donde las elevaciones de terreno
exceden la altura de la chimenea. Si el usuario selecciona esta
opcion, SCREEN calcula e imprime una altura final de pluma
estable y la distancia al ascenso final para la tecnica de
filtrado del modelo de 24 horas de VALLEY. Esta tecnica supone
una estabilidad de clase F (E para urbana) y una velocidad del
viento a la altura de la chimenea de 2.5 m/s. Para terreno
complejo, se espera que ocurran impactos maximos de la pluma en
el terreno elevado bajo condiciones estables. Por lo tanto, se le
indica al usuario que escriba las distancias minimas y las
alturas del terreno para los cuales la impactacion es probable,
dada la altura calculada de la pluma, y tomando en cuenta que el
terreno complejo esta mas cercano que la distancia del ascenso
final. Si la pluma esta a una altura igual o menor que la altura
del terreno para la distancia escrita, entonces SCREEN hara
calculos de concentracion de 24 horas usando la tecnica de
filtracion de VALLEY. Si el terreno esta por encima de la altura
de la chimenea pero debajo de la altura de la linea central de la
pluma para la distancia escrita, entonces SCREEN hara un calculo
de 24 horas usado en VALLEY (suponiendo E o F y 2.5 m/s), y
tambien estimara la concentracion maxima a traves de un amplio
rango de condiciones meteorologicas usando procedimientos de
terreno simple con el terreno "truncado" a la altura fisica de la
chimenea. El mas alto de los dos calculos se selecciona como
control para aquella distancia y altura de terreno (se imprimen
ambos calculos para que puedan compararse). El calculo de terreno
simple se ajusta para representar un promedio de 24 horas
multiplicandolo por un factor de 0.4, mientras que el calculo de
VALLEY de 24 horas incorpora el factor 0.25 que se usa en el
modelo de VALLEY. Los calculos continuan para cada combinacion de
altura y distancia del terreno hasta que se proporcione una
altura de cero. El usuario tendra entonces la opcion de continuar
con calculos de terreno simple o salir del programa. Debe
considerarse que SCREEN no considera los efectos de la caida de
flujo por edificio en VALLEY ni en el componente de terreno
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simple del procedimiento de filtracion de terreno complejo, aun
si se selecciona la opcion de caida de flujo por edificio. SCREEN
tambien usa una altura de receptor por encima del suelo de 0.0 m
(i.e. no son receptores de asta) en la opcion de terreno
complejo, aun si se ha escrito un valor diferente de cero. La
altura original del receptor se graba para calculos posteriores.
Dirijase a la Seccion 3 para mas detalles sobre el procedimiento
de filtracion en terreno complejo.
2.4.3 Opcion de terreno simple elevado o piano
En SCREEN se le da al usuario la opcion de modelar un
terreno elevado simple, donde las alturas del terreno exceden la
base de la chimenea pero se mantienen por debajo de la altura de
esta, o un terreno simple piano, donde se supone que las alturas
del terreno no exceden a la elevacion de la base de la chimenea.
Si el usuario decide no usar la opcion de filtrado en terreno
simple con el terreno por encima de la base de la chimenea,
entonces se asume que el terreno es piano y se le asigna un valor
de altura de cero. Si se usa la opcion de terreno elevado, SCREEN
le pide al usuario que proporcione una altura por encima de la
base de la chimenea. Si se proporcionan alturas de terreno por
encima de la altura fisica de la chimenea, entonces se truncan a
la distancia de la altura fisica de la chimenea.
El procedimiento de filtracion de terreno simple elevado
supone que la elevacion de la pluma sobre el nivel del mar no se
afecta por el terreno elevado. Las estimaciones de la
concentracion se hacen al reducir la altura calculada de la pluma
por la altura del terreno dada por el usuario por encima de la
base de la chimenea. Ni a la altura de la pluma, ni a la altura
del terreno se les permite ir por debajo de cero. El usuario
puede modelar terreno simple elevado usando una o ambas opciones
descritas mas adelante, i.e., el arreglo de distancias automatico
o la opcion de distancia discreta. Cuando se completan los
calculos de terreno simple elevado para cada opcion de distancia,
el usuario tiene la opcion de continuar los calculos de terreno
simple para esa opcion con una nueva altura de terreno. (Para
terreno piano el usuario no tendra la opcion de continuar con una
nueva altura de terreno). Por precaucion y para desanimar al
usuario a que modele alturas de terreno que disminuyen con la
distancia, la nueva altura del terreno para las distancias
automaticas no puede ser menor que la altura previa en esa
ejecucion. Aun asi, al usuario se le da considerable flexibilidad
de modelar los efectos de terreno elevado por debajo de la altura
de la chimenea en una gran variedad de situaciones.
Para terreno elevado relativamente uniforme o como un
calculo conservador de los efectos del terreno, el usuario debe
proporcionar la maxima elevacion del terreno (por sobre la base
de la chimenea) dentro del alcance de 50 km de la fuente, y
ejercer la opcion de arreglo de distancia automatic© hasta 50 km.
Para caracteristicas en un terreno aislado se puede hacer un
calculo aparte usando la opcion de distancia discreta para la
distancia a la caracteristica del terreno con la entrada de
altura del terreno como la altura maxima de la caracteristica
10
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sobre la base de la chimenea. Donde las alturas del terreno
varian con la distancia a la fuente, entonces el modelo SCREEN
puede ejecutar en cada uno de los anillos concentricos usando
datos de las distancias minimas y maximas de la opcion de
distancias automaticas para definir cada anillo y usando la
elevacion maxima del terreno por sobre la base de la chimenea
dentro de cada anillo para datos de entrada de altura del
terreno. Como se menciono antes en SCREEN, a las alturas del
terreno no se les permite que se decrementen con la distancia. Si
el terreno disminuye con la distancia (en todas direcciones)
puede justificarse para una fuente en particular, luego los
anillos de distancia tendrian que ser modelados usando
ejecuciones separadas de SCREEN y los resultados combinados. La
concentracion maxima total seria entonces el valor de control.
Los tamafios optimos de los anillos dependeran de como las alturas
de terreno varian con la distancia, pero como primer intento se
sugiere que los tamafios de los anillos sean de cerca de 5 km
(i.e., 0-5 km, 5-10 km, etc.) . La aplicacion de SCREEN para
evaluar los efectos de terreno elevado debe hacerse en consulta
con la autoridad correspondiente.
2.4.4 Eleccion de meteorologia
Para filtrado de terreno simple elevado o piano, el usuario
tendra la opcion de seleccionar de entre tres clases de
meteorologia: (1) meteorologia completa (todas las clases de
estabilidad y velocidades del viento); (2) especificacion de una
sola clase de estabilidad y (3) especificacion de una sola clase
de estabilidad y velocidad del viento. Por lo general, se debe
seleccionar la opcion de meteorologia completa. Las otras dos
opciones originalmente se incluyeron para propositos de prueba
solamente, pero pueden ser utiles cuando condiciones
meteorologicas en particular sean de importancia. Dirijase a la
Seccion 3 para mas detalles en la determinacion de peores casos
de condiciones meteorologicas.
2.4.5 Opcion de arreglo de distancias automatica
La opcion de arreglo de distancias automatica de SCREEN le
permite al usuario usar un arreglo de 50 distancias
preseleccionadas que van desde 100 m a 50 km. Se usan incrementos
de 100 m hasta 3,000 m, con incrementos de 500 m desde los 3,000
m hasta los 10 km, incrementos de 5 km desde los 10 km hasta los
30 km e incrementos de 10 km hasta los 50 km. Cuando se usa el
arreglo de distancias automatico, SCREEN le pregunta al usuario
las distancias minima y maxima, las cuales deben escribirse en
formato libre, i.e., separados por una coma o espacio. SCREEN
luego calcula las concentraciones maximas en un rango de
condiciones meteorologicas para la distancia minima dada (mayor o
igual a 1 metro), y luego para cada distancia en el arreglo mayor
que el minimo y menor o igual que el maximo. Por tanto, el
usuario puede proporcionar la distancia minima para el lugar
limite como la distancia minima para los calculos y obtener una
estimacion de la concentracion en el lugar limite y mas alia,
mientras que ignora las distancias menores al lugar limite.
11
-------
Si se usa el arreglo de distancias automatico, entonces el
modelo SCREEN utiliza una rutina iterativa para determinar el
valor maximo y su correspondiente distancia al metro mas cercano.
Si las distancias minimas y maximas dadas no son fieles a la
concentracion maxima, entonces el valor maximo calculado por
SCREEN podria no ser el verdadero valor maximo. Por lo tanto, se
recomienda que la distancia maxima se deje inicialmente lo
suficientemente grande para asegurarse de que la concentracion
maxima se encuentre. Estas distancias dependeran de la fuente, y
podria ser necesario algo de "intento y error", no obstante, el
usuario puede proporcionar una distancia de 50,000 m para
examinar todo el arreglo. La rutina iterativa se detiene despues
de 50 iteraciones e imprime un mensaje si el valor maximo no se
encontro. Tambien, debido a que puede haber varios valores
maximos locales en la distribucion de concentracion asociada a
cada velocidad del viento, es posible que SCREEN no identifique
el valor maximo total en sus iteraciones. No es probable que esto
ocurra con frecuencia, pero sera mas probable para clases de
estabilidad C y D debido al mayor numero de velocidades del
viento examinadas.
2.4.6 Opcion de distancia discreta
La opcion de distancia discreta de SCREEN permite al usuario
proporcionar sus distancias especificas. Cualquier numero de
distancias (> 1 metro) puede ser proporcionada por el usuario y
se calculara la concentracion maxima para cada distancia. El
usuario siempre tendra esta opcion aunque la opcion de arreglo de
distancias automatica se este usando. La opcion se termina cuando
se proporciona una distancia de cero. SCREEN acepta distancias de
hasta 100 km para estimaciones de transporte de largo alcance con
la opcion de distancias discretas. Sin embargo, para distancias
mayores a los 50 km, SCREEN deja la velocidad minima del viento
de 10 metros en 2 m/s para evitar tiempos de transporte irreales.
2.4.7 Opcion de fumigacion
Una vez que terminan los calculos dependientes de la
distancia, SCREEN le da al usuario la opcion de calcular
concentraciones maximas y las distancias al valor maximo
asociadas con fumigacion por rompimiento de inversion, y
fumigacion de literal. La opcion para calculos de fumigacion se
aplica solamente en lugares rurales tierra adentro con alturas de
chimenea mayores o iguales a 10 metros (a al menos 3,000 m de la
costa de un gran cuerpo de agua). El algoritmo de fumigacion
tambien ignora cualquier efecto potencial del terreno elevado.
Una vez que han terminado todos los calculos, SCREEN
sumariza las concentraciones maximas para cada uno de los
procedimientos considerados. Antes de detener la ejecucion, ya
sea despues de terminar los calculos de terreno complejo o
despues de los calculos de terreno simple, el usuario tiene la
opcion de imprimir una copia de los resultados. Aunque no se haga
una impresion, los resultados de la sesion, incluyendo todos los
datos de entrada y las estimaciones de concentracion se almacenan
en un archive llamado SCREEN.OUT. El modelo abre este archive
12
-------
cada vez que se ejecuta el modelo. Si un archive llamado
SCREEN.OUT ya exists, entonces se sobre escribe en su contenido y
este se pierde. For lo tanto, si el usuario desea grabar los
resultados de una ejecucion en particular, el usuario debe
cambiar el nombre del archive de informacion de salida usando el
comando RENAME del sistema operative DOS, e.g., escriba 'REN
SCREEN.OUT SAMPLE1.OUT', o imprima el archive usando la opcion al
final del programa. Si SCREEN.OUT se imprime despues usando el
comando PRINT del sistema operative DOS, los controles para
nuevas lineas en FORTRAN no tendran efecto. (Se incluyen
instrucciones en la Seccion 4 para hacer modificaciones sencillas
en el codigo de SCREEN que le permitan al usuario especificar el
nombre del archive de informacion de salida para cada ejecucion.)
La Ilustracion 2 muestra un ejemplo de uso de terreno
complejo solamente. La Ilustracion 3 muestra un ejemplo para una
fuente de punto urbana la cual usa la opcion de caida de flujo
por edificio. En la columna DWASH de la informacion de salida,
'NO' indica que no se incluye la caida de flujo, 'HS' significa
que la caida de flujo Huber-Snyder se incluye, 'SS' significa que
se incluye la caida de flujo de Schulman-Scire y 'NA' significa
que la caida de flujo no es aplicable debido a que la distancia
viento abajo es menor a 3Lb. Un espacio en bianco en la columna
DWASH significa que no se hicieron calculos para esa distancia
porque la concentracion era demasiado pequefia.
2.5 Ejemplo de liberacion por incinerado
Si se responde 'F' o 'f' a la pregunta sobre tipo de fuente,
el usuario selecciona la opcion de liberacion por incinerado.
Esta opcion es similar a la fuente de punto descrita
anteriormente a excepcion de los datos de entrada necesarios para
calcular el ascenso de la pluma. Los datos de entrada para
liberacion por incineracion son como sigue:
Datos de entrada para liberacion por incineracion
Tasa de emision (g/s)
Altura de la chimenea de incineracion (m)
Tasa de liberacion total de calor (cal/s)
Altura del receptor sobre el nivel de piso (m)
Opcion urbana/rural (U = urbana, R = rural)
SCREEN calcula el ascenso de la pluma para incineraciones en
base a un parametro de flujo por flotacion inducida. Se asume una
temperatura ambiente de 293 K en este calculo y por lo tanto esta
no se proporciona por el usuario. Se supone que 55 por ciento del
calor total se pierde debido a la radiacion. El ascenso de la
pluma se calcula desde la cresta de la flama, suponiendo que la
flama esta inclinada 45 grades con respecto a la vertical. SCREEN
calcula e imprime la altura efectiva de liberacion para la
incineracion. SCREEN proporciona las mismas opciones para
incineracion como se describen anteriormente para fuentes de
punto, incluyendo la caida de flujo por edificio, terreno
complejo y/o simple, fumigacion y las distancias automatizadas
y/o discretas. El orden de estas opciones y el de las sefiales de
13
-------
entrada para el usuario es el mismo que se describio en el
ejemplo de fuente de punto.
Aunque la caida de flujo por edificio es incluida como una
opcion en la liberacion por incineracion, debe tomarse en cuenta
que SCREEN supone una velocidad efectiva de salida del gas de la
chimenea (vs) de 20 m/s y una temperatura efectiva de salida del
gas de la chimenea (Ts) de 1,273 K y calcula un diametro efectivo
de la chimenea en base a la tasa de liberacion de calor. Estos
parametros efectivos de la chimenea son un tanto arbitrarios,
pero la estimacion resultante de flujo por flotacion se espera
que proporcione una estimacion final razonable de ascenso de la
pluma para incineraciones. Sin embargo, ya que las estimaciones
de caida de flujo por edificio dependen de los calculos del
ascenso de la pluma por momento transicional y por flotacion
inducida, la seleccion de los parametros efectivos de la chimenea
pueden influenciar las estimaciones. Por lo tanto, las
estimaciones de caida de flujo por edificio deben usarse con
mucha precaucion para liberaciones por incineracion. Si se pueden
determinar parametros de chimenea mas realistas, entonces puede
hacerse la estimacion con la opcion de SCREEN de fuente de punto.
Si asi se hace, debe tenerse cuidado en considerar la altura
vertical de la flama al especificar la altura de la liberacion
(ver Seccion 3). La Ilustracion 5 muestra un ejemplo de
liberacion por incineracion.
2.6 Ejemplo de fuente de area
La tercera opcion de fuente en SCREEN es para fuentes de
area, la cual se selecciona escribiendo 'A' o 'a' para el tipo de
fuente. El algoritmo de fuente de area en SCREEN se basa en un
enfoque de integracion numerica, y permite que las fuentes de
area se aproximen a un area rectangular. Los datos de entrada
solicitados para fuentes de area son como sigue:
Datos de entrada para fuente de area
Tasa (o cantidad) de emision [g/(s-m2)]
Altura de la fuente de liberacion (m)
Longitud del lado mas largo del area
rectangular (m)
Longitud del lado mas corto del area
rectangular (m)
Altura del receptor sobre el suelo (m)
Opcion urbana/rural (U = urbana, R = rural)
Opcion de busqueda de direccion del viento
(si no, especificar angulo deseado)
Notese que la tasa de emision para fuentes de area se proporciona
como una tasa de emision por unidad de area en unidades de
g/(s-m2). Estas unidades son consistentes con el modelo ISCST.
Debido a que la concentracion a una distancia particular
viento abajo desde un area rectangular depende de la orientacion
del area relativa a la direccion del viento, el modelo SCREEN le
proporciona al usuario dos opciones para tratar con direcciones
del viento. La primera opcion, la cual debe usarse para la
14
-------
mayoria de las aplicaciones de SCREEN y que son los valores
predeterminados regulatorios, es para que el modelo busque a
traves de un rango de direcciones del viento para encontrar las
concentraciones maximas. El rango de direcciones que se usa en la
busqueda se determina de un grupo de tablas de consulta en base
al coeficiente de aspecto de la fuente de area, la categoria de
estabilidad y la distancia viento abajo. El modelo SCREEN tambien
le da al usuario una opcion para especificar la orientacion de la
direccion del viento relativa al eje mas largo del area
rectangular. La segunda opcion puede usarse para estimar la
concentracion en la ubicacion de un receptor en particular
relativa al area. La tabla de resultados para fuentes de area
incluye la direccion del viento asociada con la maxima
concentracion a cada distancia.
El usuario tiene las mismas opciones para manejar distancias
y las mismas opciones de meteorologia como se describieron
anteriormente para fuentes de punto, pero para fuentes de area no
se hacen calculos de terreno complejo, terreno elevado simple,
caida de flujo por edificio o fumigacion. Las distancias se miden
desde el centro del area rectangular. Debido a que el algoritmo
de integracion numerica puede calcular concentraciones dentro de
la fuente de area, el usuario puede proporcionar cualquier valor
como distancia minima. La Ilustracion 7 muestra un ejemplo de
SCREEN para fuente de area, usando las opciones de distancias
automatizadas o discretas.
2.7 Ejemplo de fuente volumetrica
La cuarta opcion para el tipo de fuente en SCREEN es para
fuentes volumetricas, la cual se selecciona escribiendo 'V o 'v'
para el tipo de fuente. El algoritmo de fuente volumetrica se
basa en un enfoque de fuente de punto virtual y se puede usar
para fuentes no flotantes cuyas emisiones ocupan un volumen
inicial. Los datos de entrada solicitados para fuentes
volumetricas son como sigue:
Datos de entrada para fuente volumetrica
Tasa (o cantidad) de emision (g/s)
Altura de la fuente de liberacion (m)
Dimension lateral inicial del volumen (m)
Dimension vertical inicial del volumen (m)
Altura del receptor sobre el suelo (m)
Opcion urbana/rural (U = urbana, R = rural)
El usuario debe determinar las dimensiones iniciales de la
fuente antes de ejercitar la fuente volumetrica de SCREEN. La
Tabla 1 proporciona una guia para determinar estos datos de
entrada. Debido a que el algoritmo de fuente volumetrica no puede
calcular concentraciones dentro de la fuente volumetrica, el
modelo dara una concentracion de cero para distancias de menos de
2.15ayo. (medidos desde el centro del volumen). La Ilustracion 9
muestra un ejemplo de SCREEN para una fuente volumetrica.
15
-------
TABLA 1.
RESUMEN DE PROCEDIMIENTOS SUGERIDOS PARA ESTIMAR LAS DIMENSIONES
INICIALES LATERALES (ayo) Y LAS DIMENSIONES INICIALES VERTICALES
(azo) PARA FUENTES VOLUMETRICAS
Descripcion de la Fuente Dimension Inicial
(a) Dimensiones Iniciales Laterales (ayo)
Fuente Volumetrica Sencilla ayo = longitud del lado
dividido entre 4.3
(b) Dimensiones Iniciales Verticales (azo)
Fuente con Base Superficial azo = dimension vertical de la
(he ~ 0) fuente dividida entre
2.15
Fuente Elevada (he > 0) sobre o azo = altura de edificio
Adyacente a un Edificio dividida entre 2.15
Fuente Elevada (he > 0) no azo = dimension vertical de
sobre ni adyacente a un fuente dividida entre
edificio 4.3
2.8 Opciones No Reguladoras
En la misma linea de entrada de tipo de fuente, el programa
permite la entrada de tres entradas adicionales, N, nn.n, y SS.
Donde 'nn.n' representa una altura numerica anemometrica tal como
7.5 metros. Estas entradas, cuando son introducidas, provocan que
el programa utilice la opcion (N) no reguladora Erode 2 Altura de
Mezclado (1991), una altura anemometrica (nn.n) especificada por
el usuario, y/o una opcion no reguladora caida de flujo de
edificio/cavidad (Schulman y Scire, 1993) (SS, en el impreso
SCREEN). Mientras que entradas adicionales se requieren para la
opcion Schulman-Scire Caida de Flujo de Edificio / Cavidad, tal
como fue analizado en la Seccion 2.4.1.2, no se requiere de datos
adicionales para las otras dos opciones.
16
-------
Orden de las Opciones
en SCREEN
Entradas para Fuente
Caracteristicas
Opcion de Flujo
Descendiente
en Edificio
Opcion de
Terra no
Complejo
Opcion de
Terrano Simple
Elevado o Piano*
Eleccion
de
Meteorologia*
Opcion de
Arreglo de Distancias
Automatico*
Opcion de
Distancia
Discreta*
Opcion de
Fumigacion
(Solamente Rural)
Las Secciones Correspondientes del
Documento de Procedimientos de Filtrado
Seccion 4.5.1
Seccion 4.5.2
Seccion 4.2
Seccion 4.2, Paso 4
Seccion 4.2, Paso 4
Seccion 4.3
Seccion 4.5.6
Seccion 4.5.3
*Estas Opciones Tambien Aplicable
Fuente de Area, Seccion 4.5.4
llustracion 1. Opciones de fuente de punt o deSCREEN
Para Distancias < 50km
Para Distancias > 50km
17
-------
*** SCREENS MODELO ***
*** VERSION FECHADA 95250 ***
EJEMPLO DE FUENTE DE PUNTO EN TERRENO COMPLEJO
TERRENO COMPLEJO ESTRADAS:
TIPO DE FUENTE
TASA DE EMISION (G/S)
ALTURA DE LA CHIMENEA (M)
DIAM INTERIOR DE LA CHIMENEA (M) =
VELOCIDAD DE SALIDA (M/S)
TEMPERATURA DE SALIDA (K)
TEMPERATURA AMBIENTE (K)
ALTURA DEL RECEPTOR (M)
OPCION URBANA/RURAL
BUOY. FLUJO = 133.643 M**4/S**3; MOM. FLUJO = 635.851 M**4/S**2.
243.4 192.9 161.1 32.9 4 15.0 21.2
284.3
91.39
37.36
****************************************
*** RESUMEN DE RESULTADOS DEL MODELO ***
CALCULO DEL
PROCEDIMIENTO
TERRENO COMPLEJO 284.3 2000. 200. (24-HR CONC)
Ilustracion 2. Ejemplo de fuente de punto en terreno complejo
18
-------
*** SCREENS MODELO ***
*** VERSION FECHADA 95250 ***
EJEMPLO DE FUENTE DE PUNTO CON FLUJO DESCENDIENTE EN EDIFICIO
TERRENO SIMPLE ESTRADAS:
TIPO DE FUENTE
TASA DE EMISION (G/S)
ALTURA DE LA CHIMENEA (M)
DIAM INTERIOR DE LA CHIMENEA (M) =
VELOCIDAD DE SALIDA (M/S)
TEMPERATURA DE SALIDA (K)
TEMPERATURA AMBIENTE (K)
ALTURA DEL RECEPTOR (M)
OPCION URBANA/RURAL
ALTURA DE EDIFICIO (M)
MIN HORIZ DIM DE EDIFICIO (M)
MAX HORIZ DIM DE EDIFICIO (M)
*** DISTANCIAS AUTOMATICAS DE SCREEN ***
****************************************
*** ALTURA DE TERRENO DE 0. M SOBRE LA BASE DE LA CHIMENEA
*** PARA LAS SIGUIENTES DISTANCIAS
0.00
0.00
90.71
118.85
50.21
59.27
68.06
76.59
84.89
92.97
113.(
10 CALCULO CCONC = 0.0)
10 FLUJO DE DESCENSO
DWASH=HS SIGNIFICA FLUJO DE HUBER-SNYDER
DWASH=SS SIGNIFICA FLUJO DE SCHULMAN-SCIRE
DWASH=NA SIGNIFICA FLUJO DE DESCENSO NO APLICABLE, X<3*LB
76.59 65.44
SS
Ilustracion 3. Ejemplo de fuente de punto con caida de flujo por
edificio (Pagina 1 de 2)
19
-------
CONCENTRACION (UG/M**3) = 3168.
VEL EOLICA CRIT ilOM (M/S)= 3.32
VEL EOLICA CRIT § HS (M/S)= 5.26
VEL EOLICA DILUCION CM/S) = 2.63
ALTURA DE CAVIDAD (M) = 114.88
LONGITUD DE CAVIDAD (M) = 142.41
DIM DE AMPLITUD EOLICA (M)= 80.00
*** CALCULO DE CAVIDAD - 2 ***
CONCENTRACION (UG/M**3)
VEL EOLICA CRIT ilOM (M/S)=
VEL EOLICA CRIT § HS (M/S)=
VEL EOLICA DILUCION CM/S) =
ALTURA DE CAVIDAD (M)
LONGITUD DE CAVIDAD (M)
*** RESUMEN DE RESULTADOS DEL MODELO ***
CALCULO DEL
PROCEDIMIENTO
TERRENO SIMPLE
715.3
3168.
1691.
*************************************************
** RECUERDE INCLUIR CONCENTRACIONES DE FONDO **
Ilustracion 3. Ejemplo de fuente de punto con caida de flujo por
edificio (Pagina 2 de 2)
20
-------
*** SCREENS MODELO ***
*** VERSION FECHADA 95250 ***
TERRENO SIMPLE ESTRADAS:
TIPO DE FUENTE
TASA DE EMISION (G/S)
ALTURA DE LA TORRE DE INCINERACION CM)
TASA DE LIBERACION TOTAL DE CALOR (CAL/S)
ALTURA DEL RECEPTOR (M)
OPCION URBANA/RURAL
ALTURA EFECTIVA DE LIBERACION (M)
ALTURA DE EDIFICIO (M)
MIN HORIZ DIM DE EDIFICIO (M)
MAX HORIZ DIM DE EDIFICIO (M)
= INCINERACION
1000.00
100.0000
0.100000E+08
0.0000
RURAL
110.1150
0.0000
0.0000
0.0000
BUOY. FLUJO = 165.803 M**4/S**3; MOM. FLUJO = 101.103 M**4/S**2.
*** METEOROLOGIA COMPLETA ***
****************************************
*** DISTANCIAS AUTOMATICAS DE SCREEN ***
*** ALTURA DE TERRENO DE 0. M SOBRE LA BASE DE LA CHIMENEA
*** PARA LAS SIGUIENTES DISTANCIAS
STAB
DWASH= SIGNIFICA NO CALCULO (CONC = 0.0)
DWASH=NO SIGNIFICA NO FLUJO DE DESCENSO
DWASH=HS SIGNIFICA FLUJO DE HUBER-SNYDER
DWASH=SS SIGNIFICA FLUJO DE SCHULMAN-SCIRE
DWASH=NA SIGNIFICA FLUJO DE DESCENSO NO APLICABLE, X<3*LB
250.
300.
400.
500.
600.
700.
800.
900.
1000.
1100.
1200.
1300.
1400.
1500.
1600.
1700.
1800.
1900.
2000.
0.7733E-04 5
0.2501E-03 1
1.283 1
66.54 1
407.0 1
741.2 1
944.9 1
1303. 1
1449. 1
1448. 1
1387. 1
1315. 1
1248. 1
1187. 1
1132. 1
1082. 1
1036. 1
993.9 1
957.5 1
1.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.0
2.3
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
1.8
1.8
1.8
1.8
1.8
1.8
1.8
1.8
1.8
1.8
1.8
1.8
1.2
10000.
960.
960.
960.
960.
960.
579.
579.
579.
579.
579.
579.
579.
579.
579.
579.
579.
579.
813.
0
0
0
0
0
0
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
5
6
233
344
344
344
344
344
578
578
578
578
578
578
578
578
578
578
578
578
812
.54
.28
.28
.28
.28
.28
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.45
.62
38.05
78.46
100.36
121.51
142.09
162.21
210.37
231.47
247.92
263.50
279.21
295.03
310.90
326.80
342.72
358.64
374.55
390.43
432.95
36,
57,
80,
113,
161,
220,
308,
386,
473,
571,
680,
802,
934,
1078,
1234,
1401,
1580,
1770,
1978,
.05
.07
.87
.75
.96
.50
.17
.36
.16
.19
.86
.07
.77
.93
.58
.74
.46
.78
.42
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
Ilustracion 4.
de 2)
Ejemplo de liberacion por incineracion (Pagina 1
21
-------
****************************************
*** RESUMEN DE RESULTADOS DEL MODELO ***
TERRENO SIMPLE 1461. 1046.
Ilustracion 4. Ejemplo de liberacion por incineracion (Pagina 2
de 2)
22
-------
*** SCREENS MODELO ***
*** VERSION FECHADA 95250 ***
EJEMPLO DE FUENTE DE AREA
TERRENO SIMPLE ESTRADAS:
TIPO DE FUENTE
TASA DE EMISION (G/(S-M**2))
ALTURA DE LA LIBERACION (M)
LONGITUD DEL LADO MAS LARGO
LONGITUD DEL LADO MAS CORTO
ALTURA DEL RECEPTOR (M)
OPCION URBANA/RURAL
*** DISTANCIAS AUTOMATICAS DE SCREEN ***
****************************************
*** ALTURA DE TERRENO DE 0. M SOBRE LA BASE DE LA CHIMENEA
*** PARA LAS SIGUIENTES DISTANCIAS
STAB
0.4067E+05
0.3784E+05
0.2430E+05
0.1755E+05
0.1356E+05
1091E+05
9028.
7629.
6559.
5718.
0
,00
,00
,00
,00
,00
,00
,00
,00
,00
CONCENTRACION MAXIMA DE 1 HORA A 0 MAS DE 150.
168. 0.4178E+05 5 1.0 1.0 10000.0
5.00
43.
45.
45.
45.
45.
45.
45.
45.
44.
45.
45.
Ilustracion 5. Ejemplo de fuente de area (Pagina 1 de 2)
23
-------
** DISTANCIAS DISCRETAS DE SCREEN
*** ALTURA DE TERRENO DE 0. M SOBRE LA BASE DE LA CHIMENEA
*** PARA LAS SIGUIENTES DISTANCIAS
STAB
718.1
321.3
150.4
71.25
38.
1.
31.
11.
****************************************
*** RESUMEN DE RESULTADOS DEL MODELO ***
TERRENO SIMPLE 0.4178E+05
168.
** RECUERDE INCLUIR CONCENTRACIONES DE FONDO **
Ilustracion 5. Ejemplo de fuente de area (Pagina 2 de 2)
24
-------
*** SCREENS MODELO ***
*** VERSION FECHADA 95250 ***
EJEMPLO DE FUENTE VOLUMETRICA
TERRENO SIMPLE ESTRADAS:
TIPO DE FUENTE
TASA DE EMISION (G/(S-M**2))
ALTURA DE LA LIBERACION (M)
DIMENSION LATERAL INICIAL (M)
DIMENSION VERTICAL INICIAL (M)
ALTURA DEL RECEPTOR (M)
OPCION URBANA/RURAL
BUOY. FLUJO = 0.000 M**4/S**3; MOM. FLUJO = 0.000 M**4/S**2.
*** METEOROLOGIA COMPLETA ***
****************************************
*** DISTANCIAS AUTOMATICAS DE SCREEN ***
*** ALTURA DE TERRENO DE 0. M SOBRE LA BASE DE LA CHIMENEA
*** PARA LAS SIGUIENTES DISTANCIAS
U10M
STAB CM/S)
DWASH= SIGNIFICA NO CALCULO (CONC = 0.0)
DWASH=NO SIGNIFICA NO FLUJO DE DESCENSO
DWASH=HS SIGNIFICA FLUJO DE HUBER-SNYDER
DWASH=SS SIGNIFICA FLUJO DE SCHULMAN-SCIRE
DWASH=NA SIGNIFICA FLUJO DE DESCENSO NO APLICABLE, X<3*LB
RESUMEN DE RESULTADOS DEL MODELO ***
TERRENO SIMPLE 257.5 109.
** RECUERDE INCLUIR CONCENTRACIONES DE FONDO **
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Ilustracion 6. Ejemplo de fuente volumetrica
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3. DESCRIPCION TECNICA
La mayoria de las tecnicas que se usan en el modelo SCREEN se
basan en suposiciones y metodos comunes en otros modelos de
dispersion de EPA. Para hacerlo breve, las largas descripciones
tecnicas no se repiten aqui. Esta discusion se centra en como
estos metodos son incorporados en SCREEN y describe aquellas
tecnicas que son especificas de SCREEN.
3.1 Conceptos basicos en la modelacion de dispersion
SCREEN usa un modelo de pluma Gaussiana que incorpora
factores relacionados a la fuente y factores meteorologicos para
calcular la concentracion de contaminantes de fuentes continuas.
Se asume que el contaminante no experimenta ninguna reaccion
quimica, y que ningun otro proceso de remocion (como deposicion
humeda o seca) actua sobre la pluma durante su transporte desde
la fuente. Las ecuaciones del modelo Gaussiano y las
interacciones de los factores meteorologicos o relacionados a la
fuente se describen en el Volumen II de la Guia del Usuario de
ISC, (EPA, 1995b) y en el Cuaderno de trabajo de estimacion de la
dispersion atmosferica (Turner, 1970).
El modelo Gaussiano de pluma de fuente de punto se usa en
SCREEN para modelar impactos de pluma desde fuentes de punto,
liberaciones por incineracion y liberaciones volumetricas. La
opcion en SCREEN de fuente volumetrica usa un metodo de fuente de
punto virtual, como se describe en el Volumen II (Seccion 1.2.2)
de la Guia del Usuario de ISC (EPA, 1995b). El usuario alimenta
las dimensiones iniciales laterales y verticales de la fuente
volumetrica, como se describe en la Seccion 2.7.
El modelo SCREEN usa un algoritmo de integracion numerica
para modelar impactos de fuentes de area, como se describe en el
Volumen II (Seccion 1.2.3) de la Guia del Usuario del modelo ISC
(EPA, 1995b). Se supone que la fuente de area tiene forma
rectangular y el modelo puede usarse para estimar concentraciones
dentro del area.
3.2 Peor caso en condiciones meteorologicas
SCREEN examina un rango de clases de estabilidad y
velocidades del viento para identificar el "peor caso" de
condiciones meteorologicas, i.e., la combinacion de velocidad del
viento y estabilidad que resulta en maximas concentraciones a
nivel de piso. Las combinaciones de velocidad del viento y clases
de estabilidad que usa SCREEN se dan en la Tabla 2. Las
velocidades del viento a 10 metros dadas en la Tabla 2 se ajustan
a la altura de la chimenea usando los exponentes para la ley de
potencia para el perfil del viento dados en la Tabla 3-1 del
documento de procedimientos de filtrado. Para alturas de
liberacion menores a los 10 metros, las velocidades del viento
listadas en la Tabla 2 se usan sin ajustar. Para distancias
mayores a los 50 km (disponible con la opcion de distancias
discretas), SCREEN toma 2 m/s como limite inferior para la
velocidad del viento a 10 metros para evitar tiempos de
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transports irreales. La Tabla 2 incluye algunos casos que podrian
no considerarse combinaciones standar de la clase de estabilidad
y/o velocidad del viento, especificamente E con velocidades del
viento menores a 2 m/s y F con velocidades del viento mayores a 3
m/s. Las combinaciones de E y vientos de 1 - 1.5 m/s con
frecuencia se excluyen porque el algoritmo desarrollado por
Turner (1964) para determinar las clases de estabilidad en base a
observaciones de rutina del Servicio Nacional Meteorologico de
los Estados Unidos (NWS) excluye los casos estabilidad E para
velocidades del viento menores a 4 nudos (2 m/s). Estas
combinaciones se incluyen en SCREEN porque son combinaciones
validas que podrian aparecer en un grupo de datos usando datos
meteorologicos tornados en su lugar con otra clase de estabilidad.
Una velocidad del viento de 6 nudos (la velocidad mas alta para
estabilidad F en el esquema de Turer) medida a una altura tipica
de anemometro de NWS de 6.1 metros corresponde a una velocidad
del viento de 10 metros a 4 m/s bajo estabilidad F. Por lo tanto,
la combinacion de F y 4 m/s ha sido incluida.
Clase de
estabilidad
A
B
C
D
E
F
Tabla 2. Combinaciones de velocidad del viento y clase de estabilidad
que usa el modelo SCREEN
Velocidad del viento a 10 m
(m/s)
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 58 10 15 20
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********** *
********** * * *
*********
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El usuario tiene tres opciones para examinar datos
meteorologicos. La primera opcion, que se debe usar en la mayoria
de las aplicaciones, es usar "Meteorologia completa" la cual
examina las seis clases de estabilidad (cinco para fuentes
urbanas) y sus correspondientes velocidades del viento. Si se usa
meteorologia completa con el arreglo de distancias automatico
(descrito en la Seccion 2), SCREEN imprime las concentraciones
maximas para cada distancia, y el maximo total y su
correspondiente distancia. La concentracion total maxima de
SCREEN representa el valor de control de 1 hora correspondiente
al resultado de los Procedimientos (a) - (c) en el Paso 4 de la
Seccion 4.2. La meteorologia completa se usa en lugar del
subconjunto A, C y E o F usados en los calculos manuales porque
SCREEN proporciona las concentraciones maximas como una funcion
de la distancia, y las clases de estabilidad A, C y E o F podrian
no controlar todas las distancias. El uso de A, C y E o F podria
no dar las concentraciones maximas cuando se considera la caida
de flujo por edificio. La segunda opcion es alimentar una sola
clase de estabilidad (1 = A, 2 = B, ... , 6 = F). SCREEN examina
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un rango de velocidades del viento para esa clase de estabilidad
solamente. Al usar esta opcion, el usuario puede determinar las
concentraciones maximas asociadas con cada uno de los
procedimientos individuales, (a) - (c), en el Paso 4, Seccion
4.2. La tercera opcion es especificar una sola clase de
estabilidad y velocidad del viento. Las ultimas dos opciones
fueron originalmente puestas en SCREEN para facilitar las pruebas
solamente, pero podrian ser utiles si ciertas condiciones
meteorologicas son importantes. Sin embargo, no se recomiendan
para usos rutinarios de SCREEN.
La altura de mezclado que usa SCREEN para condiciones
neutrales e inestables (clases A-D) se basa en una estimacion de
la altura de mezclado manejada mecanicamente. La altura de
mezclado mecanico, zm (m) , se calcula (Randerson, 1984) como
zm = 0.3 u*/f (2)
donde: u* = velocidad de friccion (m/s)
f = Parametro de Coriolis (9.374 x 10"5 s"1 a 40°
de latitud)
Si se usa un perfil de la velocidad del viento "log-linear" y
suponiendo una longitud de aspereza de la superficie de cerca de
0.3 m, u* se calcula de la velocidad del viento a 10 metros, u10,
como
u* = 0.1 u10 (3)
Sustituyendo u* en la Ecuacion 2 tenemos
zm = 320 u10. (4)
La altura de mezclado mecanico se toma como la minima altura de
mezclado diurna. Con el fin de ser conservador para calculos
limitados de mezclado, si el valor de zm de la Ecuacion 3 es
menor a la altura de la pluma, he, entonces la altura de mezclado
que se usa en los calculos de la concentracion se dejan igual a
he + 1. Para condiciones estables, la altura de mezclado se deja
igual a 10,000 m para representar mezclado ilimitado.
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4. NOTA A LOS PROGRAMADORES
Los programas ejecutables del modelo de SCREEN obtenidos de SCRAM
se compilaron con el compilador Microsoft FORTRAN, Version 5.1.
Se compile con la biblioteca del simulador, es decir que el
archive ejecutable (SCREEN3.EXE) se podra ejecutar con o sin un
coprocesador matematico. Se requiere un minimo de 256 KB de RAM
para ejecutar el modelo. SCRAM proporciona en un archive
comprimido el archive ejecutable SCREEN3.EXE; los archives del
codigo fuente en FORTRAN SCREEN3A.FOR, SCREEN3B.FOR, MAIN.INC y
DEPVAR.INC; una muestra del archive de dates de entrada
EXAMPLE.DAT; su correspondiente archive de informacion de salida
EXAMPLE.OUT; y el documento Guia del Usuario del Modelo SCREENS
(en formate WordPerfect 5.1), SCREEN3R.WPF. Tambien se incluye un
archive READ.ME con instrucciones para extraer SCREEN.
Este modelo SCREEN se compile con el siguiente comando del
compilador FORTRAN de Microsoft:
FL /FPi /Gt /FeSCREEN3.EXE SCREEN3A.FOR SCREEN3B.FOR
donde la opcion de compilacion /FPi especifica la biblioteca de
simulacion, y causa que las operaciones de punto flotante se
procesen usando instrucciones internas en vez de llamadas a
bibliotecas (para una ejecucion mas rapida), la opcion /Gt
especifica el umbral de datos para almacenamiento de datos en un
nuevo segmento y la opcion /FeSCREEN3.EXE especifica el nombre
del archive ejecutable. SCREENS usa el numero de unidad 5 (cinco)
dado por predeterminacion en FORTRAN para leer datos de entrada
desde el teclado y 6 (seis) para mostrar en la pantalla. El
numero de unidad para el disco de archive de informacion de
salida, SCREEN.OUT se deja internamente en 9, y el numero de
unidad para escribir datos de entrada en el archive de datos,
SCREEN.DAT, se deja en 7. Estos numeros de unidades estan
asignados a las variables IRD, IPRT, IOUT e IDAT, respectivamente
y se inicializan en BLOCK DATA al final del archive SCREENS.FOR.
La version de Microsoft de SCREEN tambien usa las rutinas del
sistema GETDAT y GETTIM para obtener la fecha y la hora. Estas
rutinas requieren que las variables sean INTEGER*2 y pueden ser
diferentes en otros compiladores.
El siguiente cambio sencillo puede hacerse al codigo de
SCREEN, SCREEN3A.FOR, para crear una version que acepte un nombre
de archive de informacion de salida especificado por el usuario,
en lugar de escribir automaticamente al archive SCREEN.OUT. Puede
usarse un editor de textos ASCII o un procesador de palabras que
tenga un modo de operacion ASCII o de no documento para editar el
archive de codigo fuente. Borre la letra C de la columna 1 en las
lineas 262 a la 265. Deben quedar como sigue:
WRITE(IPRT,*) ' '
94 WRITE(IPRT,*) 'ESCRIBA NOMBRE DE Archive de
informacion de salida'
READ(IRD,95) OUTFIL
95 FORMAT(Al2)
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Con este cambio, si el nombre del archive especificado por el
usuario ya existe, se sobreescribira. Si se desea, la declaracion
OPEN en la linea 267 puede cambiarse para quedar como sigue:
OPEN(IOUT,FILE=OUTFIL,STATUS=TNEW,ERR=94)
Con este cambio adicional, el programa continuara solicitando el
nombre del archive de datos de entrada hasta que un nombre de
archive que no exista anteriormente se proporcione por el
usuario. Antes de recompilar, haga cualquier otro cambio que sea
necesario para el compilador que se este usando. Debe notarse que
sin optimizacion, el archive fuente puede ser demasiado grande
como para poderse compilar como una sola unidad. En este caso,
los archives SCREEN3A.FOR y SCREEN3B.FOR podrian necesitar
separarse en modules que puedan compilarse separadamente y luego
encadenarlos.
El codigo del modelo SCREEN tambien se ha compilado con
exito con el compilador Fortran Lahey F77/EM-32, con los
siguientes comandos de compilacion:
F77L3 SCREEN3A.FOR /NO /NW /D1LAHEY
F77L3 SCREEN3B.FOR /NO /NW
donde la opcion /NO suprime la impresion de opciones de
compilado, /NW suprime ciertos mensajes de advertencia, y D1LAHEY
indica la implementacion de bloques de compilacion condicional de
declaraciones especificas de Lahey para obtener del sistema la
fecha y hora para el archive de informacion de salida. Siga las
instrucciones del compilador Lahey para el encadenamiento del
modelo para crear un archive ejecutable.
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5. REFERENCIAS
U.S. Environmental Protection Agency, 1987. Guideline On Air
Quality Models (Revised) and Supplements A, B and C. EPA-
450/2-78-027R. U.S. Environmental Protection Agency,
Research Triangle Park, NC.
U.S. Environmental Protection Agency, 1988. Screening Procedures
for Estimating the Air Quality Impact of Stationary Sources
- Draft for Public Comment. EPA-450/4-88-010. U.S.
Environmental Protection Agency, Research Triangle Park, NC.
U.S. Environmental Protection Agency, 1995a: Screening
Procedures for Estimating the Air Quality Impact of
Stationary Sources, Revised. EPA-450/R-92-019. U.S.
Environmental Protection Agency, Research Triangle Park, NC.
U.S. Environmental Protection Agency, 1995b. Industrial Source
Complex (ISC3) Dispersion Model User's Guide. EPA-454/B-95-
003b. U.S. Environmental Protection Agency, Research
Triangle Park, NC.
Turner, D.B., 1964. A Diffusion Model for an Urban Area.
Journal of Applied Meteorology, 3., 83-91.
Turner, D.B., 1970. Workbook of Atmospheric Dispersion
Estimates. Revised, Sixth printing, Jan. 1973. Office of
Air Programs Publication No. AP-26.
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