JUVENAL TORDOCILLO PUCHUC

CICLO 2015-I Mdulo: I Unidad: 3 Semana: 5

MODELAMIENTO AMBIENTAL

ESTUDIO DE SISTEMAS GASEOSOS

ORIENTACIONES

Revisar la potenciales termodinmicos y qumicos asociados a sistemas gaseosos y

sus procesos.

CONTENIDOS TEMTICOS

Estudio de sistemas gaseosos multicomponentes, potenciales qumicos y termodinmicos. Modelamiento de la fugacidad de los componentes

gaseosos del aire y de sus posibles contaminantes, modelo del CO2,

programacin de estos modelos con Matlab.

Estudio de sistemas gaseosos multicomponentes

Reacciones de fotoionizacin y fotodisociacin en la

atmsfera

La oxidacin en la atmsfera

Smog fotoqumico

La lluvia cida

La prdida de ozono estratosfrico

El balance de radiacin de la Tierra y el efecto invernadero

Interaccin de la luz con la atmsfera

Atmsfera sujeta al bombardeo de radiacin y de

partculas con gran energa provenientes del sol y de

radiacin csmica del espacio exterior

Esta energa tiene efectos qumicos importantes,

especialmente en los lmites exteriores de la atmsfera.

La alta atmsfera, de baja densidad, constituye la

defensa externa contra la radiacin y las partculas de

alta energa sus componentes experimentan

cambios qumicos.

Las propiedades de las molculas atmosfricas son muy

importantes para nuestro planeta.

La cantidad de energa que absorbe una molcula depende

de:

- la naturaleza de la propia molcula

- la energa, E, de la luz que le llega (que depende de la

frecuencia, n, de la longitud de onda, l)

nl

c

E h h

Vibracin

Rotacin

Rotura de enlaces

Microondas IR UV

Las microondas tienen poca energa, lo que hace que las molculas

roten, pero no rompen sus enlaces qumicos .

La radiacin Infrarroja (IR) es un poco ms fuerte y hace que las

molculas vibren los tomos oscilan y cambia la longitud de enlace.

(Gases de efecto invernadero - GEI - absorbiendo la radiacin emitida

por la superficie terrestre)

La luz ultravioleta (UV) tiene ms energa y puede romper los enlaces

qumicos

(Ozono de la estratosfera absorbiendo la energa del sol)

La causa de la formacin de esta neblina contaminante urbana,

principal problema de contaminacin en muchas ciudades, es la

accin de la radiacin UV que produce la fotlisis de molculas de

contaminantes, generndose sustancias altamente oxidantes como

el ozono y el PAN (Nitrato de peroxiacilo)

Condiciones para que se produzca smog fotoqumico en una

ciudad

Trafico importante

Tiempo clido (mucho sol) muchas reacciones fotoqumicas

Poco movimiento de aire acumulacin de reactivos

poca ms favorable: Verano Julio-Septiembre (Hemisferio N); Enero Marzo (H S)

Meteorologa idnea: Inversin de temperatura

Orografa, como obstculo para la dispersin de contaminantes, puede favorecer que ciudades con densidades de poblacin

elevadas y soleadas sufran mayores episodios de smog

Qu procesos originan la lluvia cida?

Principalmente efecto de las emisiones del hombre

Las centrales trmicas generan los xidos precursores de la lluvia cida

en gran cantidad as como los procesos de quema de combustibles

fsiles (transporte).

Fuentes naturales NOx: volcanes, descomposicin biolgica, etc

SO2: volcanes, ocanos, descomposicin biolgica e

incendios forestales

Efectos de la lluvia cida

Lagos y ecosistemas acuticos: Disminucin del pH de las masas de

agua donde se deposita (ms cidas) modificacin de las

condiciones de vida acutica muerte de especies

Plantas y suelos:

Cuando el suelo se acidifica, se filtran los nutrientes esenciales

(calcio y magnesio) a capas ms profundas antes de que los rboles

y las plantas puedan usarlos para crecer (Lixiviacin de nutrientes)

Edificios y monumentos: Los hechos de piedra caliza o mrmol

(carbonato clcico, CaCO3), que se disuelve fcilmente en los

cidos que forman parte de la lluvia cida, se van deteriorando y

perdiendo sus formas y detalles

Otros materiales

Con la lluvia cida se corroen los metales, las pinturas, algunos

plsticos, el cuero o las telas

Los materiales ms resistentes son el acero inoxidable y el aluminio

La acidez puede causar daos

severos a los rboles

Muerte de bosques en el oeste de

West Karkonosze Range (las

Mts. Sudety), en la frontera Checo-

polaca Autor: Witold Goraczko

Efectos de la lluvia

cida

Daos provocados por la lluvia cida

Estatua del ao 1702 de arenisca fotografiada en

1908 (izquierda) y en 1969 (derecha)

MODELO PARA EL CO2 TOTAL

La acumulacin creciente de CO2 en la atmsfera

constituye un experimento a gran escala en el ambiente de

la Tierra con repercusiones de largo plazo desconocidas.

El balance radiacional entre la Tierra y espacio puede ser

afectado significativamente por las acumulaciones del

CO2, por ejemplo, el llamado "efecto invernadero ", que

puede producir

La estructura del modelo es ilustrada en la Figura 4.1 y

consiste de cinco reservorios interconectados:

1 Atmsfera

2 La Biosfera Terrestre

3 Superficie del ocano

4 Carbn del suelo y detritus

5 Profundidad del ocano

Los rectngulos representan los reservorios, cada uno con un

valor inicial (en giga toneladas de carbn). Los flujos son

representados por las flechas grandes con los crculos

adjuntos a la presente. Estos estn en unidades de giga

toneladas/ao. Los crculos simples, conocido como

"convertidores", tienen constantes numricas o frmulas

algebraicas representando funciones matemticas

especficas.

Figura. Diagrama de flujo para la simulacin del CO2 total en

STELLA

Nuestro inters es evaluar la cantidad de carbn en

los reservorios en cualquier perodo de tiempo dado

sobre el tiempo de simulacin, especficamente la

cantidad de carbn atmosfrico presente. Los flujos

representan los diversos procesos que afectan la

cantidad de carbn que podran ser depositados o

removidos de un reservorio. Incluidos en los flujos

estn las ecuaciones para calcular fotosntesis

estacional, emanaciones desde el ocano, la

respiracin, la muerte, la descomposicin, y otros.

EL SISTEMA DE EDO

Ecuaciones algebraicas

CUP = CDO * 0.002

CDW = CSO* 0.002

CBP = 6.76 + CSO / 700

COD = CSO / 20

Est = 1+ (cos(2*pi*(t +0.125)))

CR = CBT * 0.1* Est

CFS = (CBT * 0.1483+ CAT /700) * Est

CM = 0.05* CBT

CD = 0.021* CSD + CAT / 750

AtmCO2 = CAT /2

Donde:

CAT = carbn total en la atmsfera

COD = carbn emanada desde el ocano

CR = carbn debido a la respiracin de los seres vivos

CD = carbn debido a descomposicin de seres muertos

CFB = carbn debido al quemado de combustibles fsiles

CDF = carbn debido a la deforestacin de los bosques

COU = carbn tomado por el ocano

CFS = carbn usado en la fotosntesis

CSO = carbn en la superficie del ocano

CUP = carbn desde el fondo del ocano

CBT = carbn en la biosfera terrestre

CDW = carbn hacia el fondo del ocano

CBP = carbn en plantas marinas

CDO = carbn en el fondo del ocano

CM = carbn en los seres muertos

CSD = carbn en la superficie terrestre

Est = variacin estacional

AtmCO2 = CO2 en la atmsfera

t = tiempo

pi = 3.1416

Las condiciones iniciales son tomadas para el ao base (1970) en giga

toneladas:

Valor inicial de carbn en la atmsfera (reservorio): CATo = 700

Valor inicial de carbn en la superficie del ocano (reservorio): CSOo = 700

Valor inicial de carbn en la biosfera terrestre (reservorio): CBTo = 550

Valor inicial de carbn en el fondo del ocano (Reservorio): CDOo = 35000

Valor inicial de carbn en la superficie terrestre (reservorio): CSDo = 1200

Parmetros que dependen de la actividad del hombre:

Deforestacin: 2

Flujo de combustibles fsiles: 5

Las ecuaciones bsicas representan las matemticas requeridas para

representar el transporte "natural" de carbn a travs de este sistema.

Para aadir una variable antropognica para la mezcla, incluimos la

adicin de carbn al reservorio de la atmsfera a travs del quemado de

combustibles fsiles (estimado a ser 5 gigatons al ao) y el efecto de

deforestacin (2 gigatons adicionales movindose de la biosfera terrestre

a la atmsfera). En este modelo, usted puede experimentar con el

cambiar de estas dos variables (junto con la mayor parte de las dems)

en el modelo.

Al correr el modelo obtiene como resultado un grfico de la cantidad de

CO2 en la atmsfera

CONCLUSIONES Y/O ACTIVIDADES DE

INVESTIGACIN SUGERIDAS

Se concluye la importancia del estudio de sistemas gaseosos, porque involucra

diversas reacciones fisicoqumicas dando

lugar a la lluvia acido y los daos que

causa esta a los medios materiales incluida

las plantas.

GRACIAS