En el resumen se deben colocar los aspectos más relevantes del trabajo presentado

Universidad Tecnológica de Panamá

Centro Regional de Coclé

Facultad de Ingeniería Eléctrica

Asignación No. XX

Título de la Asignación

Nombre Apellido

correo.electrónico@tucuenta.com

Nombre Apellido

correo.electrónico@tucuenta.com

Resumen. En el resumen se deben colocar los aspectos más relevantes del trabajo presentado

Descriptores: en orden alfabético, colocar los cinco conceptos más relevantes del trabajo presentado

1. Inducción temática preliminar

El modelado de flujo de dispersión de contaminantes atmosféricos puede entenderse como una simulación matemática de la posible propagación dispersiva de elementos agentes de polución sobre una región específica de la atmósfera, en un punto geográfico particular. El grado de éxito del modelo sometido a simulación, se relaciona con el nivel de acercamiento a las condiciones físicas reales del entorno particular sobre el cual se construye. El proceso de simulación, se realiza a través de herramientas de software que resultan en sí mismos, los modelos de dispersión completos. Los modelos de dispersión, logran establecer a través de algoritmos precisos, la resolución del grupo de ecuaciones matemáticas que intentan emular la propagación dispersa de agentes contaminantes.

Es así, que son utilizados para estimar o predecir la concentración de contaminantes atmosféricos en la dirección del viento los cuales son enviados por fuentes emisoras como es el caso de plantas industriales, instalaciones de generación de energía, tráfico vehicular en múltiples sectores, entre otros. Su significativa importancia, reside en el hecho de que entre mayor sea su adaptación sobre la porción atmosférica de diseño, los resultados obtenidos mediante la aplicación de éstos, pueden ser indicadores fiables de su calidad atmosférica.

Al mismo tiempo, pueden establecer, con propiedad, si instalaciones de procesamiento industrial o de producción energética, e, inclusive, proyectos planteados a futuro relacionados a este tipo de explotación económica, habrán de cumplir con las normativas regionales e internacionales en temática ambiental.

Por otra parte, un modelado correcto de la propagación de agentes contaminantes puede ser una fuente coadyuvante en el diseño y posterior ejecución de estrategias de control que favorezcan la reducción de peligrosos contaminantes atmosféricos.

Los modelos de dispersión requieren de un grupo de datos de entrada para ser diseñados. No obstante, cada grupo puede utilizar diferentes grupos de variables o rangos donde éstas existan, de acuerdo a sus propios criterios. En términos generales, los elementos de entrada pueden ser los siguientes:

• Variables meteorológicas, como son dirección y velocidad de viento, turbulencia atmosférica (caracterizada por el concepto clase de estabilidad), temperatura del aire, entre otros.
• Parámetros de emisión, como son localización y altura de la fuente, flujo másico de contaminante, temperatura de salida de contaminante, entre otros.
• Parámetros orográficos, como son elevaciones y depresiones en los terrenos de la fuente emisora y las locaciones receptoras.
• Otros, en dependencia con la complejidad del modelado pueden incluirse otros elementos a tomar en cuenta que el diseñador considere de utilidad para afinar los resultados que proyecta la ejecución del modelo.

Una gran mayoría de los avanzados programas contemporáneos de evaluación de flujo de contaminantes sobre la atmósfera incluyen un módulo de pre–procesamiento para entrada de datos meteorológicos y otros, y muchos también incluyen un módulo de post–procesamiento para exposición gráfica de resultados.

El propósito fundamental de este reporte, es el establecimiento de un análisis comparativo entre dos modelos de dispersión de contaminantes atmosféricos, que tengan como base la estructura matemática teórica de las ecuaciones gaussianas de concentración de un agente particular en referencia a coordenadas espaciales.

En forma particular, se han seleccionado dos opciones de modelos de dispersión. La primera, es el programa SCREEN ®, de descarga gratuita y que fue desarrollado a través de las investigaciones desarrolladas por expertos en la temática.

El segundo acercamiento de análisis, es el desarrollo de un código de software por parte del grupo que expone este proyecto. El código de programa, se escribió por medio de Matlab®, manifestadas sus ventajas como lenguaje de programación en cuanto a procesamiento matemático de ecuaciones.

Al finalizar, se fija una comparación analítica entre los resultados obtenidos por ambos códigos, con el objeto de contrastar sus características, beneficios, debilidades y ventajas adaptativas.

2. Estructura matemática gaussiana para evaluación de concentración de contaminantes dispersos en la atmósfera ambiente

En esta época contemporánea, la literatura relacionada con flujos de dispersión de contaminantes atmosféricos, es bastante extensa. Se pueden encontrar esfuerzos científicos en esta temática que datan de la década de los años 30 del siglo XX, e incluso antes.

Una de las primeras ecuaciones para encontrar la dispersión de contaminantes en una pluma particular fue desarrollada por Bosanquet and Pearson. Ésta, no asumía distribuciones gaussianas para la propagación de los agentes contaminantes, ni tampoco el efecto de reflexión del suelo sobre la pluma.

En 1947, sir Graham Sutton derivó una ecuación para evaluar la concentración de contaminantes dispersos en la atmósfera, bajo la asunción de distribuciones gaussianas para la dispersión vertical y en viento cruzado de la pluma, así como también el efecto de reflexión de los contaminantes sobre el suelo.

A partir de aquel tiempo, hasta época actual, las regulaciones ambientales han aumentado en gran medida sus exigencias y niveles de rigurosidad. Esta condición, ha establecido un crecimiento significativo en el desarrollo de modelos para el cálculo de dispersión de contaminantes atmosféricos.

Sin embargo, un elemento común a la mayor parte de los modelos construidos ha sido la base que los sustenta: una estructura matemática basada en ecuaciones gaussianas de propagación de flujo de agentes sobre una porción atmosférica específica.

Una fuente que emite contaminantes en forma constante, genera una pluma o penacho de éstos agentes, que se propagan y distribuyen de acuerdo con variables específicas.

A nivel de partículas, los agentes de polución siguen trayectorias ligeramente diferentes, pero guardan una separación gradual entre ellas conforme se alejan de la fuente emisora.

Bajo la suposición de que las condiciones atmosféricas de un área particular sean lo suficientemente constantes, al mismo tiempo de que la tasa de emisión del contaminante mantiene su valor de manera regular, se puede llegar a la conclusión de que la concentración de la pluma de contaminante alcanza una característica estacionaria, en la cual la pluma adquirirá una forma constante con respecto al tiempo. Luego, la concentración es máxima en el eje de la pluma y disminuye hacia sus extremos. Este tipo de distribución para un grupo de valores determinados, se conoce como distribución normal o distribución gaussiana, en honor a los trabajos del gran fisicomatemático K. Gauss, que sentaron las bases para su formulación teórica.

El desarrollo de las ecuaciones que definen una estructura gaussiana de modelado, se basan en un sistema coordinado con el origen sobre el suelo, la coordinada x en dirección del viento, y en dirección transversal viento y z, es la coordenada vertical (tal sistema, se ilustra con mayor detalle en la Figura 1). La distribución normal cerca de la fuente, se ve modificada por mayores distancias en la dirección del viento debido a la reflexión turbulenta a nivel del suelo. Por otra parte, si la altura de mezclado en baja, entonces existe reflexión turbulenta en la altura de mezclado. El concepto reflexión turbulenta o reflexión de remolino, hace referencia al movimiento partitivo de remolinos de aire desde la superficie del suelo, puesto que no pueden atravesar ésta.

[pic 1]

FIGURA 1. Sistema coordinado para construcción de un modelo gaussiano de dispersión de contaminantes

Se brinda un listado de variables, fundamentales para la comprensión del modelo gaussiano.

De esta forma,

• C, concentración, g m–3 
• Q, tasa de emisión de contaminante, g s–1
• u, velocidad del viento, m s–1
• σy, desviación estándar de la distribución horizontal de concentración de la pluma, m
• σz, desviación estándar de la distribución vertical de concentración de la pluma, m
• L, altura de mezclado, m
• h, altura real de la fuente, m
• H, altura efectiva de emisión, m
• x, distancia en dirección del viento, m
• y, distancia transversal al viento, m

Tomando en cuenta este grupo de parámetros se puede obtener un grupo de ecuaciones matemáticas de gran importancia, denominadas ecuaciones gaussianas para dispersión de contaminantes atmosféricos.

Estas ecuaciones, pueden ser establecidas para diferentes casos, que van desde un análisis general que toma en cuenta todos los elementos analíticos, a estudios de caso simplificados debido a condiciones especiales en la zona de aplicación del modelo.

...