Modelamiento de Contaminación del Aire por Efluentes Atmosféricos (Chimeneas) con OpenFOAM

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La preservación de la calidad del aire requiere la caracterización y evaluación del impacto de las fuentes puntuales emisoras de contaminantes y su interacción con las corrientes de viento, condiciones climáticas y geometría de la zona. Herramientas actuales de evaluación como AERMOD solo ofrecen evaluaciones en 2D con dispersión gausiana, mientras que la naturaleza de la dispersión del contaminante en el aire es netamente un fenómeno en 3D con componentes termodinámicas e interacciones con la geometría del terreno.

OpenFOAM es un software de código libre para la realización de simulación de fluidos (como aire o agua) que permite la incorporación de diversas condiciones de flujo en un modelamiento 3D en el tiempo. El software se complementa con herramientas libres como Salome Platform para el procesamiento de geometrías y paraView en la visualización de resultados. El código OpenFOAM usa solucionadores de Volumen de Fluido (VoF) que permite representar en mayor detalle la naturaleza del fenómeno de dispersión de contaminantes en la atmósfera.

 

Caso de estudio

Quisimos mostrar las capacidades de OpenFOAM mediante un caso de estudio que es la simulación de una chimenea. El modelo tiene 600 metros de longitud, 200 metros de alto y 200m de ancho. La chimenea tiene una altura de 80 metros y un diámetro de 10 metros. 

Vista de perfil de la simulación del efluente atmosférico

Vista de perfil de la simulación del efluente atmosférico

El flujo de aire esta alineado al eje horizontal de mayor longitud. El viento tiene una velocidad de 2 m/s. La chimenea está liberando 1200 m3/s de efluente. El efluente está a 75°C a la salida de la chimenea mientras que la temperatura del aire es de 25°C. Estos parámetros han sido considerados en el modelo en los valores de viscosidad cinemática. Otros parámetros utilizados fueron la difusividad y el número de turbulencia de Schmidt.

OpenFOAM tiene una serie de solucionadores apropiados para esta simulación atmosférica dependiendo de las condiciones que se quieran modelar. En este caso hemos elegido un solucionado multiphase llamado twoLiquidMixingFoam que permite la simulación de dos fluidos incompresibles.

La pluma de contaminación se simuló por 100 segundos con intervalos de resultados cada 1 segundo. El modelo tiene 49498 nodos y 257944 tetrahedros. Para este tipo de modelo no fue necesario paralelizar el proceso, ni usar computadoras multinúcleos. Todo el trabajo de modelamiento se hizo en una laptop con procesador Core i5.

 

Animaciones

A continuación mostramos una serie de animaciones del efluente atmosférico.

Vista isométrica

Vista aérea

Vista de perfil

Smiley face

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Posted on June 6, 2017 and filed under Hidroinformática, Modelamiento.