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

Resumen

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.