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Modelización numérica de emisores puntuales de contaminación atmosférica. Aplicación a La Oroya (Perú)
Ferri, Francesco
Universitat Politècnica de Catalunya. Departament de Matemàtica Aplicada III; Pérez Foguet, Agustí
Este trabajo se centra en el análisis comparado de diferentes métodos numéricos para la resolución de problemas de calidad del aire cerca de grandes emisores puntuales. Es un tema de elevado interés científico, por su complejidad y relación con la calidad ambiental. La simulación numérica es una herramienta potente para estimar si las concentraciones de contaminantes respeta o no los límites de inmisión previstos en las normativas. Los fenómenos que intervienen en el proceso de emisión de contaminantes en la atmosfera son convección, difusión, reacción entre las especies y el carácter transitorio del problema. Estos procesos dan lugar a unas ecuaciones diferenciales parabólicas que pueden ser modelizadas mediante el método de los elementos finitos. Se ha realizado un estudio detallado, en principio, de un modelo simplificado en dos dimensiones con dominios pequeños (de 400 a 2000 elementos) para estudiar, a continuación, el caso tridimensional de La Oroya (Perú) con un dominio de 17 x 23 Km2 y alrededor de 1500000 elementos. De este caso de referencia se disponen de datos meteorológicos y de inmisión en superficie. Para los ejemplos 2D ha sido utilizado un código MATLAB, mientras en el 3D un código FORTRAN. La modelización del problema incluye la interpolación del campo de viento, la sobreelevación del penacho, discretización del dominio y la resolución de las ecuaciones diferenciales. Se ha analizado la influencia de los valores de difusión vertical y horizontal, con distintas mallas de elementos finitos, realizadas por Albert Oliver Serra en el marco del proyecto “Modelos numéricos predictores para gestión medio-ambiental", Ministerio de Ciencia e Innovación, CGL2008-06003-C03-02. Finalmente se ha modificado el código FORTRAN en formulación estabilizada LS (Least-squares) por SUPG (Streamline-upwind Petrov-Galerkin stabilization) simetrizado. De los resultados numéricos presentados se concluye que los modelos pueden describir adecuadamente el problema de calidad del aire cerca de grandes emisores puntuales, en condiciones de baja difusión vertical. Las formulaciones estabilizadas de elementos finitos con discretizaciones espaciales de precisión adecuada, pueden simular la formación de capas de aire limpio bajo capas de aire contaminado en condiciones de alta estabilidad atmosférica.
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria civil
Air Pollution
Air quality
Finite element method
contaminación
convección
difusión
transporte
transitorio
streamline-upwind Petrov-Galerkin
least-squares
Crank-Nicolson
La Oroya
Aire -- Contaminació
Aire -- Qualitat
Elements finits, Mètode dels
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Universitat Politècnica de Catalunya
         

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