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Transporte no pasivo de compuestos orgánicos volátiles en la zona no saturada.

by Silva Rojas, Orlando

Abstract (Summary)
TRANSPORTE NO PASIVO DE COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES EN LA ZONA NO SATURADA Orlando Silva Rojas RESUMEN La forma más habitual de modelar el transporte de solutos en la zona no saturada es considerar que se comportan de manera pasiva y utilizar la solución del movimiento de las fases fluidas como información de entrada. La presencia de algunas sustancias químicas puede afectar a las propiedades físicas de los fluidos, originando así procesos de transporte no pasivos. El objetivo principal de esta tesis ha sido formular un modelo detallado que describa el transporte no pasivo en la zona no saturada y en condiciones isotérmicas de compuestos orgánicos volátiles solubles en agua. El modelo propuesto incluye las dependencias de la densidad, la viscosidad, la tensión interfacial, el coeficiente de difusión molecular en fase líquida, y los coeficientes de distribución gas-líquido, con la composición de la mezcla acuosa. También se ha tenido en cuenta la reducción de los coeficientes de distribución gas-líquido debida a presiones capilares elevadas, de acuerdo a la ecuación de Kelvin válida para mezclas multicomponentes. Se ha implementado el modelo en dos códigos de simulación numérica: 1D y 2D con simetría cilíndrica. En 1D se ilustra la infiltración y redistribución de mezclas acuosas de alcoholes. La simulación de la infiltración de mezclas acuosas de butanol en arena estuvo de acuerdo con las simulaciones y datos experimentales que se reportan en la literatura. La simulación de la infiltración, redistribución y volatilización de mezclas acuosas de metanol en dos suelos diferentes, mostró que la composición afecta significativamente los perfiles de contenido volumétrico de líquido y concentración, al igual que los flujos normalizados de volatilización y evaporación. La dispersión en fase líquida fue el mecanismo de transporte predominante para una dispersividad longitudinal a saturación de 7.8 cm. El flujo de líquido estuvo gobernado principalmente por gradientes de presión capilar inducidos por cambios en el contenido de líquido. Sin embargo, considerando una dispersividad longitudinal a saturación de 0.2 cm, los cambios de la tensión interfacial debidos a variaciones en la composición indujeron un flujo importante de líquido, y la convección en fase líquida fue el mecanismo de transporte más activo. Al ignorar el efecto Kelvin dentro del suelo, la difusión en fase gaseosa se redujo significativamente, resultando en menores flujos de evaporación de agua y mayores contenidos volumétricos de líquido cerca de la superficie del suelo. En 2D, el modelo se aplicó a la simulación de la infiltración bidimensional de mezclas acuosas de metanol desde una fuente con forma de disco, su redistribución y volatilización, en suelo homogéneo y heterogéneo. Las simulaciones mostraron que para suelos homogéneos se obtienen resultados y conclusiones análogas que en 1D. La dependencia de la viscosidad con la concentración tuvo el impacto mayor sobre el flujo de líquido, actuando en el mismo sentido o contrarrestando los efectos de la tensión interfacial, dependiendo de la composición y de la magnitud de los gradientes de concentración desarrollados en el suelo. La heterogeneidad del suelo favoreció que se manifestaran los efectos no pasivos. Finalmente, se ha propuesto una función de retención capaz de describir coherentemente el movimiento del agua y la adsorción de solutos en condiciones de sequedad. Para ello, se utiliza la isoterma BET para describir la curva de retención de agua en la región más seca. Para cubrir todo el rango de contenidos de agua, se considera la función clásica de Brooks-Corey en el rango húmedo, mientras que la transición entre los mecanismos de capilaridad y adsorción se obtiene por medio de una generalización de la isoterma de adsorción de Bradley. Se obtuvo un buen ajuste entre el nuevo modelo de retención y siete conjuntos de datos experimentales. Se evaluó el desempeño de la nueva función de retención dentro de un modelo de transporte de agua, observándose su validez para describir la dinámica de los flujos en todo el rango de condiciones de contenido en agua. Es bien conocido que la adsorción de compuestos orgánicos volátiles en los suelos casi secos se realiza de manera competitiva con el vapor de agua. La presente propuesta permite calcular estos procesos de adsorción competitiva de manera coherente con los procesos de flujo y evaporación de agua.
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Bibliographical Information:

Advisor:Grifoll Taverna, Jordi

School:Universitat Rovira i Virgili

School Location:Spain

Source Type:Master's Thesis

Keywords:departament d enginyeria química

ISBN:

Date of Publication:02/23/2007

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