Unidad 3. Actividad 2. Elementos de impacto ambiental en simuladores. ANTECEDENTE. En esta segunda actividad vamos a implementar el modelo matemático de Streeter-Phelps en una hoja de cálculo de Excel para desarrollar un simulador simple. El modelo de Streeter-Phelps es un sistema de dos ecuaciones diferenciales utilizado para calcular el cambio de la concentración de materia orgánica y el déficit de oxígeno a partir del valor del oxígeno de saturación a la temperatura del agua del río. Una vez que se resuelve el sistema de ecuaciones diferenciales se obtienen unas ecuaciones con las que se puede calcular oxígeno disuelto (DO) en función del tiempo, con los valores obtenidos de esa función se puede construir una curva, llamada “sag curve” en inglés, que tiene una “comba” o valor mínimo que representa el punto “crítico” para los seres vivos de un río ya que en ese punto se tiene la menor me nor disponibilidad de oxígeno en el agua del río.
Conociendo la sección transversal promedio del río y su caudal se puede calcular la distancia, a partir de la descarga, en que ocurre ese mínimo de oxígeno disuelto (DO). Esa curva se puede ver en muchos trabajos de investigación y de tesis. La intención de este sencillo simulador es comprender de manera práctica la relación entre las variables de temperatura, demanda bioquímica de oxígeno y oxígeno disuelto de una descarga de aguas residuales y su efecto en un río o arroyo, mediante pruebas del tipo “Si… entonces…” aprender características de las hojas de Excel, esto te proporcionará un aprendizaje del tipo “ aprender haciendo” ya que podrás simular todos los escenarios que se te ocurran y observar y tratar de
interpretar los resultados.
Los datos que debes proporcionar se e ncuentran en las celdas de color amarillo la información que obtendrás será la concentración de oxígeno en cualquier punto corriente abajo de una descarga de residuos. El simulador te proporcionará información sobre el oxígeno disuelto en función del tiempo y la distancia desde el punto de la descarga, también te generará la curva con el mínimo de OD, lo que llaman curva SAG. Para proteger a los peces, los ingenieros ambientales a menudo quieren saber la concentración mínima de oxígeno que se puede esperar como resultado de una descarga de residuos. Esto se llama el punto crítico (crítico desde el punto de vista del pez). El tiempo de recorrido hasta el punto más bajo de OD es el tiempo crítico (tc) y la distancia desde la descarga hasta ese punto se llama distancia crítica (dc). Enseguida utilizando el tiempo crítico podemos calcular fácilmente el
déficit crítico de oxígeno (D) y la concentración mínima de DO como podrás verlo con los datos que tiene cargados el simulador. Recuerda que el modelo de Streeter-Phelps tiene varias limitaciones, algunas de las principales son:
Se supone estado estacionario, mientras que un río el flujo, las velocidades, las temperaturas y otras variables cambian de un punto a ot ro.
Se supone flujo pistón lo que es imposible en un río dado el cambio de geometría a lo largo de su cauce, se ensancha, reduce, hay grandes piedras y más.
El modelo no considera la existencia de organismos como las algas que son una fuente de oxígeno y además dependen de la hora del día por la luz solar.
No considera los organismos bentónicos que también demandan oxígeno, si el río contiene muchos organismos en el fondo pueden inferir en el DO.
Estos puntos causan que el modelo de Streeter-Phelps no arroje resultados del todo confiables (aunque existe una técnica llamada consistente en tomar “rebanadas” del río, que lo hace muy útil), de ahí que se han desarrollado otros modelos, tomando a Streeter-Phelps como punto de partida, mejorando algunos de los inconvenientes señalados y arrojando mejores re sultados.
SIMULADOR.
Autor: Rafael Silva García. Correo:
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