TRANSPORTE REACTIVO Ecuación de Transporte Flujo advectivo

Presentación del tema: "TRANSPORTE REACTIVO Ecuación de Transporte Flujo advectivo"— Transcripción de la presentación:

1 TRANSPORTE REACTIVO Ecuación de Transporte Flujo advectivo
Flujo difusivo Flujo dispersivo moles/d·m2 Ecuación de Transporte desarrollada

2 Nomenclatura Operador i: versor dirección X j: versor dirección Y
k: versor dirección Z z vector Divergencia x Gradiente escalar y

3 TRANSPORTE REACTIVO b τ: Tortuosidad q: velocidad de Darcy
θ: Contenido de humedad D0: Coef. Difusión Dh: Coef. Dispersión b r: Recarga R: Término reactivo Transporte a través de una sección

4 TRANSPORTE REACTIVO R no nulo Condiciones de contorno Condición mixta
Condición fija Γ Condición Neuman Salida Entrada

5 TRANSPORTE REACTIVO La relación advección/difusión: Número de Peclet
Si I·τ·θ·D0 << α·θ·v; Advección >>> Difusión La relación de espacio: Número de Courant

6 TRANSPORTE REACTIVO Resolución de la ecuación
Soluciones analíticas para casos definidos y sencillos Técnicas numéricas: Diferencias finitas Elementos finitos Aplicación de los elementos finitos en la resolución de la ecuación de transporte METODO DE GALERKIN

7 TRANSPORTE REACTIVO METODO DE GALERKIN Funciones de forma
CN = Solución numérica Elemento

8 TRANSPORTE REACTIVO METODO DE GALERKIN Funciones de forma

9 TRANSPORTE REACTIVO METODO DE GALERKIN Funciones de forma
Término difusivo/dispersivo

10 TRANSPORTE REACTIVO METODO DE GALERKIN Funciones de forma
Término difusivo/dispersivo Término Advectivo

11 TRANSPORTE REACTIVO METODO DE GALERKIN Funciones de forma
Término difusivo/dispersivo Término Advectivo Término fuente/sumidero

12 TRANSPORTE REACTIVO METODO DE GALERKIN Funciones de forma
Término difusivo/dispersivo Término Advectivo Término fuente/sumidero Término químico

13 TRANSPORTE REACTIVO METODO DE GALERKIN Funciones de forma
Término difusivo/dispersivo Término Advectivo Término fuente/sumidero Término químico Término temporal

14 TRANSPORTE REACTIVO TÉRMINO QUÍMICO Número de especies

15 TRANSPORTE REACTIVO TÉRMINO QUÍMICO Número de especies

16 TRANSPORTE REACTIVO TÉRMINO QUÍMICO Número de especies
Especies secundarias

17 TRANSPORTE REACTIVO TÉRMINO QUÍMICO Número de especies
Especies secundarias Disolución/precipitación

18 TRANSPORTE REACTIVO TÉRMINO QUÍMICO Número de especies
Especies secundarias Disolución/precipitación Intercambio catiónico

19 TRANSPORTE CONSERVATIVO
TÉRMINO QUÍMICO Número de especies Especies secundarias Adsorción Disolución/precipitación Intercambio catiónico

20 TRANSPORTE CONSERVATIVO
TÉRMINO QUÍMICO Número de especies

21 TRANSPORTE CONSERVATIVO
TÉRMINO QUÍMICO Número de especies Cantidades de soluto precipitado, intercambiado o adsorbido

22 TRANSPORTE DE ENERGÍA Transporte advectivo/difusivo: (wcwqT)
Densidad Temperatura Calor específico Flujo 1/L · M/L3 · Cal/MºC · L/T · ºC = Cal/M3 T

23 TRANSPORTE DE ENERGÍA Transporte advectivo/difusivo: (wcwqT)
Densidad Temperatura Calor específico Flujo 1/L · M/L3 · Cal/MºC · L/T · ºC = Cal/L3 T Transporte conductivo: (T) Conductividad térmica 1/L · 1/L · Cal/T LºC · ºC = Cal/L3 T

24 TRANSPORTE DE ENERGÍA Balance de energía para medio saturado
Variación de la energía en el medio Conducción Advección Variación de la energía en el sólido Variación de la energía en el agua

25 TRANSPORTE DE ENERGÍA Conductividad térmica Dispersividades

26 TRANSPORTE DE ENERGÍA Conductividad térmica Dispersividades

27 TRANSPORTE DE ENERGÍA Reescribiendo

28 TRANSPORTE DE ENERGÍA Reescribiendo Comparando

29 TRANSPORTE DE ENERGÍA Reescribiendo Comparando

30 TRANSPORTE DE ENERGÍA Reescribiendo Comparando Con

31 TRANSPORTE DE ENERGÍA Similitudes SOLUTOS CALOR CONCENTRACIÓN C
TEMPERATURA T HUMEDAD  DISPERSIVIDAD DISPERSIVIDAD TÉRMICA DIFUSIÓN MOLECULAR D0 FLUJO CONVECTIVO Similitudes

32 Organigrama de resolución

33 CASOS Ejemplo

34 CASOS Ejemplo Proceso de vertido a partir del 2.014

35 Calidad del agua al comienzo del vertido
CASOS Ejemplo Llenado: 7 años ( ) Calidad del agua al comienzo del vertido Alcance y consecuencias sobre el río Barcés Poder de dilución de la cuenca

36 CASOS Ejemplo Cuenca del río Barcés

37 Tres estaciones: Cañas, San Andrés de Meirama y Cecebre
CASOS Modelos desarrollados Modelo Hidrológico: Tres estaciones: Cañas, San Andrés de Meirama y Cecebre Series históricas de 30 años Modelo de flujo y transporte de solutos

38 CASOS Modelo Hidrológico Componentes hidrológicas: Precipitación
Interceptación Evapotranspiración Escorrentía Directa Infiltración Recarga Modelo: VISUALBALAN V3.0

39 CASOS Modelo Hidrológico
Evolución de las aportaciones de las distintas subcuencas

40 CASOS Modelo de Transporte de solutos Ecuación de Transporte

41 CASOS Modelo de Transporte de solutos FREECORE-2D

42 CASOS Modelo de Transporte de solutos Condiciones iniciales Especies
Con. inicial en el río Con. inicial contorno H+ Co+2 Na+ Ni+2 Ca+2 Cu+2 Mg+2 Zn+2 Mn+2 Ba+2 Cl- K+ Hg+2 Al+3 Cd+2 Fe+3 Pb+2

43 CASOS Modelo de Transporte de solutos Condiciones de contorno Especies
Con. Cont. en el río Con. Cont. hueco H+ Co+2 Na+ Ni+2 Ca+2 Cu+2 Mg+2 Zn+2 Mn+2 Ba+2 Cl- K+ Hg+2 Al+3 Cd+2 Fe+3 Pb+2

44 CASOS Modelo de Transporte de solutos Distribución espacial del caudal

45 CASOS Modelo de Transporte de solutos
Distribución espacial del Sulfato Distribución espacial del Cl-

46 CASOS Modelo de Transporte de solutos Distribución espacial del K+
Distribución espacial del Al+3

47 CASOS Modelo de Transporte de solutos Distribución espacial del Fe+3
Distribución espacial del Bicarbonato

48 CASOS Modelo de Transporte de solutos Distribución espacial del Na+
Distribución espacial del Ca+2

49 CASOS Modelo de Transporte de solutos Distribución espacial del Mg+2
Distribución espacial del Mn+2

50 CASOS Modelo de Transporte de solutos Distribución espacial del pH
Distribución espacial del Nitrato

51 CASOS Modelo de Transporte de solutos Distribución espacial del Pb+2
Distribución espacial del Hg+2

52 CASOS Modelo de Transporte de solutos
Evolución temporal del Bicarbonato Sodio, Calcio y Magnesio en el embalse Evolución temporal del Cloruro y Sulfato en el embalse

53 CASOS Modelo de Transporte de solutos Evolución temporal del Manganeso
Potasio, Aluminio y Hierro en el embalse Evolución temporal del pH en el embalse

54 CASOS Modelo de Transporte de solutos Evolución temporal del Cobalto,
Niquel, Cobre y Zinc en el embalse Evolución temporal del Arsénico, Mercurio y Bario en el embalse

55 Evolución temporal del Cadmio Evolución temporal del Nitrato
CASOS Modelo de Transporte de solutos Evolución temporal del Cadmio y Plomo en el embalse Evolución temporal del Nitrato Y Cromo en el embalse

56 CASOS Modelo de Transporte de solutos Resultados Con la peor calidad del agua (caso conservador) se ha realizado un modelo de transporte de solutos. Modelo Hidrológico: Estimación de aportaciones en un año hidrológico seco (45% aportaciones del hueco a la cuenca). Análisis de sensibilidad variando el porcentaje de aportación al río. En el momento del vertido: pH, Al, Mn, Fe, Hg, Cr, Pb no cumplen con la Normativa más restrictiva (Ley 8/2001 y RD 995/2000)

57 CASOS Modelo de Transporte de solutos Resultados Modelo de Transporte de solutos conservador: No hay interacción con el zócalo (reacciones heterogéneas) y se ha considerado la dilución en el lago nula. La calidad mejora con las primeras aportaciones de las subcuencas (en apenas 600 m del hueco). La dilución ocasiona que todas las especies cumplan con la Normativa vigente. Al Embalse le llega agua de calidad aceptable cumpliendo con la Ley 8/2001 y el RD 995/2000.

58 CASOS Modelo de Transporte de calor Problemática

59 CASOS Modelo de Transporte de calor Problemática

60 CASOS

61 CASOS

62 CASOS Modelo de Transporte de calor Problemática

63 CASOS Modelo de Transporte de calor Problemática

64 CASOS Modelo de Transporte de calor Problemática

65 CASOS Modelo de Transporte de calor Problemática

66 CASOS Modelo de Transporte de calor Problemática

67 CASOS Modelo de Transporte de calor Problemática

68 CASOS Modelo de Transporte de calor Análisis Se ejecutó un sondeo con recuperación de testigo con inclinación de 20º. Se analizó la fracturación (buzamiento, número, estado,..). Realización de diagrafías térmicas. Se identificaron materiales. Se identificaron unidades hidrogeológicas Se sentaron las bases para desarrollar un modelo de comportamiento.

69 CASOS Modelo de Transporte de calor Análisis: Ejecución de Sondeo

70 CASOS Modelo de Transporte de calor Análisis de la fracturación

71 CASOS Modelo de Transporte de calor Análisis de la temperatura

72 CASOS Modelo de Transporte de calor
Identificación de materiales Aproximadamente medio metro de relleno antrópico – suelo edáfico De 0.5 m a 3 m arena arcillosa beige De 3 m a 4 m gravas y arenas con arcillas De 4 m a 4.7 m arenas De 4.7 m a 8 m gravas mal graduadas con arenas De 8 m a 15 m arcillas arenosas – limos.

73 CASOS Modelo de Transporte de calor
Identificación de unidades hidrogeológicas Acuífero somero: zona superficial. 15 primeros metros muy meteorizados Arenas, gravas. Acuífero profundo: 65 m de potencia, pudiendo estar separada por arcillas. Zona de karst Ascenso del agua por grietas con inclinaciones de 20º a 65 º. La procedencia de aguas más calientes de zonas más profundas (fracturas más inclinadas). El agua sale a 21 ºC de temperatura

74 CASOS Modelo de Transporte de calor Estimación de la recarga
Análisis: Desarrollo del modelo Estimación de la recarga

75 CASOS Modelo de Transporte de calor
Modelo conceptual El caudal y temperaturas de surgencia han servido para calibrar el modelo

76 CASOS Modelo de Transporte de calor Modelo conceptual

77 Tabla: Parámetros hidrodinámicos del modelo.
CASOS Modelo de Transporte de calor Modelo numérico: Parámetros Zona KXX (m/d) KYY (m/d) Angulo SS (m-1) porosidad () Acuífero somero 100 0.001 0.16 Acuífero profundo 160 Tabla: Parámetros hidrodinámicos del modelo.

78 CASOS Modelo de Transporte de calor Modelo numérico: Parámetros Zona
densidad (gr/dm3) Conductividad térmica (cal/dm d ºC) Capacidad calorífica (cal/gr ºC) dispersividad térmica longitudinal (dm) dispersividad térmica transversal (dm) Acuífero somero 2650 0.26 7464 80000 80 Acuífero profundo 20000 20 Acuífero profundo (zona lejana) 50000 50 Tabla: Parámetros térmicos del modelo.

79 CASOS Modelo de Transporte de calor Resultados de niveles

80 CASOS Modelo de Transporte de calor Resultados: Resultados térmicos

81 CASOS Modelo de Transporte de calor Resultados: Resultados térmicos
(Zona ampliada)

82 CASOS Modelo de Transporte de calor
Conclusiones El medio subterráneo en la zona está constituido por dos acuíferos, uno somero formado por gravas mal graduadas y arenas mezcladas, y otro profundo formado por un macizo rocoso muy fracturado, lo que origina que dicho acuífero presente una permeabilidad equivalente alta El relleno de las fracturas está formado por material arenoso procedente de la alteración y disolución de las calizas e, incluso, se presentan zonas sin relleno La dirección de las fracturas es, aproximadamente, Norte – Sur, presentando un buzamiento comprendido entre los 20º y 65º hacia el Oeste. Las fracturas que presentan menor buzamiento llevan aguas más frías que las que presentan buzamientos mayores, las cuales actúan como vías preferenciales de transporte de calor por advección/difusión acompañando al flujo de agua

83 CASOS Modelo de Transporte de calor
Conclusiones Entre el acuífero somero y el profundo hay una zona de limos arenosos que se comporta como un acuitardo regulando la percolación al acuífero profundo, al poseer valores de permeabilidad muy inferiores a los anteriores acuíferos El acuífero somero constituido por material detrítico cuaternario se ubica siguiendo el eje longitudinal del río Trimaz, siendo éste y otros arroyos de la zona los puntos de descarga del mismo La Charca de Allegal se encuentra precisamente al final del depósito cuaternario siguiendo la dirección Noroeste – Sureste, zona en la cual confluyen los dos sistemas de fracturación, uno con dirección Norte – Sur principalmente, (acuífero profundo) y otro Oeste – Este, con buzamiento hacia el Sur (15º – 20º)

84 CASOS Modelo de Transporte de calor
Conclusiones los valores de permeabilidad del acuífero profundo (permeabilidad equivalente) oscilan en el rango correspondiente a un material arenoso, entre 0,83 y 160 m/d. Estos valores dependerán de la zona de fracturación y de la conexión existente entre las grietas El rango de porosidad del material de relleno de las fracturas oscila entre 0,16 y 0,26, siempre y cuando exista dicho material, ya que existen fracturas sin apenas relleno funcionando como canales subterráneos En cuanto a la variación de la temperatura con la profundidad, hay que decir que ésta aumenta sobre todo en las zonas próximas al manantial y dependiendo del buzamiento de las fracturas