EL AGUA Y EL AMBIENTE

Waldo Vargas Ballester
FORMA CONCEPTUAL DEL BALANCE DE MASA
ACUMULACION = ENTRADA – SALIDA + DESOXIGENACION + REAIREACION
ECUACIÓN GENERAL DE CONSERVACIÓN DE MASA
I = velocidad de exportación de las fuentes externas; masa introducida por unidad de tiempo y de volumen de agua
MT-1L-3
i = Índice del proceso de transformación.
J = Índice de identificación de la fuente externa
ESTRUCTURA FUNCIONAL DEL MODELO SIMOD
Ecuación del transporte de masa
dC
A
dt
dC
d ( ADL
dt
dx
d ( AuC)
dx
AS
C: Concentración del Constituyente
A: Área de la sección transversal
DL: Coeficiente de dispersión longitudinal
X: Distancia
T: Tiempo
S: Fuentes o Sumideros
(1)
Tomando en cuenta:
• Características del Río
• Información Disponible
• Recomendación Bibliográfica
Condiciones de Base:
• Régimen considerablemente estable
• Existe mezcla completa
• La dispersión de la masa del constituyente
es despreciable comparada con el flujo
• Los afluentes, extracciones y descargas son constantes
• En cada segmento del río son constantes:
• Geometría
• Velocidad y profundidad media del agua
• Temperatura del agua
•
Constantes de desoxigenación (kd) y reaeración (ka)
ZONA DE MEZCLA
Punto de vertido
En condiciones aerobias, el transporte de materia orgánica como DBO
está dado por:
u
dL
dx
kdL
u: Velocidad media
L: Demanda Bioquímica de Oxígeno
X: Distancia
Kd: Tasa o Coeficiente de desoxigenación del río
(2)
Para un sistema acoplado OD y DBO, la concentración de Oxígeno Disuelto:
dC
u
dx
k 2(Cs C ) kdL
C: Concentración de O.D.
Cs: Concentración de saturación de O.D.
K2: Tasa o Coeficiente de reaeración
(3)
ECUACIONES SIMPLIFICADAS DEL MODELO
La DBO carbonácea:
Déficit de Oxígeno Disuelto:
El Tiempo crítico:
L
Loe
Cs C
kd t
Lo e
kdLo
(e
k 2 kd
kd
x
u
kd
x
u
(4)
e
k2
x
u
) (Cs Co)e
k2
x
u
(5)
Donde:
Cs - C: Déficit de Oxígeno Disuelto
Cs - Co: Déficit Inicial de Oxígeno Disuelto
Cs: es calculado por:
Cs
'
(14.62 0.3898*T 0.005969*T 2 0.0000689*T 3 )
(6)
Cs
'
Cs (1 0.00002288E)
(7)
Donde:
T: Temperatura media del agua (ºC)
E: Elevación sobre el nivel del mar (m)
Las tasas kd y k2 son calculadas por los métodos de:
- Wright y Mc Donnell - Churchill
- M. Bansal
- O’Connor
- Bosko
- Bennett y Rathbun
- Valor propio
- Coeficientes y exponentes
k2
u B1
A1 C1
H
- Valor propio
(8)
kT ºC
k( 20ºC )
(Tm 20)
(9)
: Constante de Van Hoff Arrhenius
Donde
varía según la temperatura:
Si: 4ºC < Tm < 20 ºC entonces
= 1.056
Si: 20ºC < Tm < 30 ºC entonces
= 1.135
Tm: Temperatura del agua después de la mezcla
MÉTODOS DE CÁLCULO DE K2
Fuente: Rates, Constants,
and Kinetics Formulations
in Surface Water Quality
Modeling (second edition).
U.S. Environmental
Protection Agency (EPA).
Athens, Georgia. June 1995
MÉTODOS DE CÁLCULO DE K2 (cont.)
Fuente: Rates, Constants,
and Kinetics Formulations
in Surface Water Quality
Modeling (second edition).
U.S. Environmental
Protection Agency (EPA).
Athens, Georgia. June 1995
MÉTODOS DE CÁLCULO DE K2 (cont.)
Fuente: Rates, Constants,
and Kinetics Formulations
in Surface Water Quality
Modeling (second edition).
U.S. Environmental
Protection Agency (EPA).
Athens, Georgia. June 1995
Tabla de Datos 1:
===============================================
Estación Gasto
O.D. DBO5
Temperatura Elevación
Profundidad
Número
del agua
SNM
en el punto
Nº
m3/s mg/L mg/L
ºC
m
m
===============================================
Tabla de Datos 2:
===============================================
Tramo
Velocidad
Distancia
Coef. desox.
O.D.min.
Punto de
Número
media
K 1 a 20ºC
permitido
Control
Nº
m/s
Km
1/día
mg/L
1
===============================================
RESULTADOS DE UNA SIMULACION DE OD
SIMULACION DE O.D.
(Kd: M. Bansal y K2: O'Connor et al)
8
7
6
OD (mg/L)
5
4
3
2
1
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
Distancia Km
O.D. Saturación (mg/l)
O.D. Mínimo Permitido (mg/L)
O.D. Observado (mg/L)
OD SIMOD (mg/L)
36
RESULTADOS DE UNA SIMULACION DE DBO5
SIMULACION DBO5
(Kd: M. Bansal y K2: O'Connor et al)
38
35
33
30
28
25
DBO (mg/L)
23
20
18
15
13
10
8
5
3
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
Distancia en Km
DBO 5 Observada (mg/L)
DBO SIMOD (mg/L)
28
30
32
34
36
ESCENARIO DE PREDICCIÓN DE OD
APLICANDO TRATAMIENTO SECUNDARIO
SIMULACION DE O.D.
(Kd: M. Bansal y K2: O`Connor et al)
8
7
OD (mg/L)
6
5
4
3
2
1
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
Distancia Km
O.D. Saturación (mg/l)
O.D. Mínimo Permitido (mg/L)
OD SIMOD (mg/L)
34
36
ESCENARIO DE PREDICCIÓN DE DBO5
APLICANDO TRATAMIENTO SECUNDARIO
SIMULACION DBO5
(Kd: M. Bansal y K2: O`Connor et al)
20
16
DBO (mg/L)
12
8
4
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Distancia en Km
DBO SIMOD (mg/L)
22
24
26
28
30
32
34
36