Modelación numérica de un experimento de transporte de masa en un tanque de arena de laboratorio
[ES] El Departamento de Ingeniería Civil, Ambiental, Territorial y Arquitectura (DICAteA) de la Universidad de Parma, Italia, llevó a cabo un experimento de transporte de masa empleando un tanque de plexiglás de medidas interiores de 0,96 m x 0,70 m x 0,10 m, relleno de cuentas de vidrio de diámetro...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis de maestría |
| Fecha de publicación: | 2019 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Politècnica de València (UPV) |
| Repositorio: | RiuNet. Repositorio Institucional de la Universitat Politécnica de Valéncia |
| Idioma: | español |
| OAI Identifier: | oai:riunet.upv.es:10251/124561 |
| Acceso en línea: | https://riunet.upv.es/handle/10251/124561 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Transporte de masa Modelo inverso Conductividad hidráulica Dispersividad Heterogeneidad. Mass transport Inverse modeling Hydraulic conductivity Dispersivity Heterogeneity. INGENIERIA HIDRAULICA Máster Universitario en Ingeniería Hidráulica y Medio Ambiente-Màster Universitari en Enginyeria Hidràulica i Medi Ambient |
| Sumario: | [ES] El Departamento de Ingeniería Civil, Ambiental, Territorial y Arquitectura (DICAteA) de la Universidad de Parma, Italia, llevó a cabo un experimento de transporte de masa empleando un tanque de plexiglás de medidas interiores de 0,96 m x 0,70 m x 0,10 m, relleno de cuentas de vidrio de diámetro 1 mm, en el que se inyecta una solución de fluoresceína de sal de sodio, la cual al ser excitada por rayos ultravioleta emite luz verde. Para inducir cierta tortuosidad en las líneas de flujo, se insertó una barra de plástico vertical a modo de tablestaca en el centro del tanque. Posteriormente, se empleó un modelo numérico para reproducir dicho experimento. Al comparar los penachos de contaminación, observado y simulado, se apreciaron ciertas discrepancias entre ambos, a pesar de que los parámetros, variables externas y condiciones de contorno e iniciales son perfectamente conocidas. La discordancia entre ambos penachos motiva este trabajo, cuyo objetivo es analizar la razón por la cual se produce. Para ello se discuten varias hipótesis como a) la conductividad hidráulica de las esferas en el tanque no es completamente homogénea, b) las dispersividades no son homogéneas, c) la tablestaca no está perfectamente sellada contra las paredes del tanque y se produce una filtración a lo largo del contacto entre la tablestaca y el tanque, d) el transporte tiene una componente tridimensional que no está recogida en el modelo numérico bidimensional inicial. Para el estudio de las hipótesis anteriores, se lleva a cabo la calibración de los parámetros conductividad hidráulica y dispersividad longitudinal, mediante el uso del modelo inverso para la estimación de parámetros PEST. Mediante un proceso iterativo, este software optimiza el valor de dichos parámetros de flujo y transporte para intentar reproducir las mediciones de concentración usando en el método de regularización de Tikhonov y mínimos cuadrados ponderados. La calibración se realiza considerando una zonificación del tanque, donde los parámetros a calibrar son homogéneos en cada zona. Se emplea un modelo numérico bidimensional en el plano xz, empleando una malla de diferencias finitas con una discretización de 96 columnas (dirección x, sentido longitudinal del tanque) y 70 capas (dirección z, altura del tanque) empleando únicamente una fila por cada capa (profundidad del tanque). Por lo tanto, el tamaño de cada celda es de (¿x,¿y,¿z)=(1,10,1) cm. Para la resolución de la ecuación de flujo se emplea el código MODFLOW 2005 y para la ecuación de transporte, MT3DMS. La calibración de los parámetros produce campos de valores heterogéneos por zonas. Al considerar tanto la conductividad hidráulica como la dispersividad longitudinal heterogéneas se consigue una gran mejora del ajuste de las concentraciones y también de la forma del penacho. No obstante, se siguen produciendo disimilitudes con respecto al penacho experimental. Cuando se estudia la tercera hipótesis, se concluye que un pequeño flujo a través de la barra vertical y las pareces del tanque mejora la calibración. Los mejores resultados se obtienen cuando se considera conjuntamente que los parámetros de flujo y transporte son heterogéneos y que la estanqueidad de la barrera no es perfecta. Para el estudio de la última hipótesis se realiza un modelo tridimensional, con un tamaño de celda de (¿x,¿y,¿z)=(1,1,1) cm. Se verifica que la simplificación realizada al experimento es correcta, pues la variación de la concentración sobre el espesor del tanque es despreciable. |
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