Resumen de Evolución del trazador en los flujos naturales descrita por la función de estado ф(U, E, t): análisis de las funciones asociadas y su aplicación a casos prácticos

Alfredo Contaín, Carlos Peña Guzmán

• español

  Los trazadores como método de medición y caracterización de la evolución de los flujos naturales, además de ofrecer información de la dinámica (advección) y la dispersión como fenómenos “locales” propiamente dichos, pueden dar información adicional, densa, sobre las condiciones globales (lejanas del punto de medición), en virtud de la conexión termodinámica que se establece entre todos los puntos del sistema cuando existe un estado estable en el cauce. Como ha sido estudiado ampliamente desde la segunda mitad del siglo pasado, esta condición de equilibrio dinámico (estado estable) en los flujos naturales para los fenómenos que no presentan una irreversibilidad pronunciada (región lineal de la termodinámica irreversible) implica una serie de características notables que simplifican la interpretación de los complejos fenómenos de las corrientes turbulentas y, por ende, de los procesos dispersivos que se superponen. Dentro de este enfoque, se define una función de estado, Φ(U, E, t), dependiente de la velocidad media del flujo, el coeficiente longitudinal de dispersión y el tiempo, que describe la evolución de la nube de trazador, de tal forma que en su calidad aproximada de potencial termodinámico permite descubrir y precisar ciertas particularidades del fenómeno. En este artículo se exploran las características y aplicaciones prácticas de estos principios. Se incluye además un análisis heurístico de las llamadas funciones directas rq(F) e inversas rq(F)-1, auxiliares a la función de estado F(U, E, t), que se utilizan tanto para la interpretación del tiempo del centroide como de los coeficientes de difusión-dispersión longitudinal y transversal. Estas funciones fueron aplicadas experimentalmente en la quebrada “La Vieja” de la ciudad de Bogotá, presentando buena concordancia con los referentes teóricos. Con este tema se pretende ofrecer una herramienta teórico-practica para entender cabalmente estos procesos, que tienen tanto interés para la modelación y control de las contaminaciones hídricas.

• English

  The tracers as a method of measuring and characterizing the evolution of natural flows, in addition to providing information on the dynamics (advection) and dispersion as "local" phenomena themselves, can give additional, dense information on the global conditions (far from the point of measurement) under the thermodynamic connection that is established between all the points of the system, when there is a steady-state in the channel. As has been widely studied since the second half of the last century, this condition of dynamic equilibrium (steady-state) in natural flows, for phenomena that do not present pronounced irreversibility (linear region of irreversible thermodynamics), implies a series of remarkable features that simplify the interpretation of the complex phenomena of turbulent currents, and thus of the superimposed dispersive processes. Within this approach, a state function, Φ(U, E, t), dependent on the mean flow velocity, the longitudinal dispersion coefficient, and time, is defined that describes the evolution of the tracer cloud, such that in its approximate quality of thermodynamic potential, it allows one to discover and pinpoint certain particularities of the phenomenon. In this paper, the characteristics and practical applications of these principles are explored. It also includes a heuristic analysis of the so-called direct functions rq(F) and inverse rq(F)-, auxiliary to the state function F(U,E, t), which are used for the interpretation of the centroid time, as well as the longitudinal and transverse diffusion-dispersion coefficients employing these functions were applied experimentally in the old stream of the city of Bogotá, “La Vieja”, presenting good agreement with the theoretical references. This topic is intended to provide a theoretical and practical tool to fully understand these processes, which are of great interest for the modeling and control of water pollution.