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5- ANEXOS.
5.1- ANEXO 1. GUÍA DE CORMIX.
1-Introducción.
CORMIX es uno de los modelos de zona de mezcla más utilizados en la
actualidad, se caracteriza por su amplio rango de aplicación para distintos tipos de masas
receptoras (ríos, lagos, estuarios, aguas costeras). Este programa se ha usado con éxito en
la gestión de la calidad del agua bajo diversos marcos reguladores y destaca como una de
las herramientas más adecuadas para la evaluación de las zonas de mezcla de acuerdo con
el documento de la Comisión Europea “Orientaciones técnicas para la identificación de
las zonas de mezcla” [4].
CORMIX incluye distintas herramientas para la simulación del comportamiento
de un vertido en campo cercano y lejano y con todo tipo de flotabilidad del vertido
(positiva, neutra y negativa). Contiene un conjunto de subsistemas para la simulación de
diferentes configuraciones de descarga: CORMIX 1 (chorro individual), CORMIX 2
(chorros múltiples), CORMIX 3 (vertidos directos superficiales) y D-CORMIX (vertidos
hiperdensos/sedimentos). También incluye varias opciones de pre y post-procesamiento
del ensamblaje y comprobación de los datos de entrada, para la evaluación rápida de una
gama de condiciones ambientales, por ejemplo dispersiones variables de corriente
ambiental, y para la presentación gráfica tridimensional de los resultados de la
predicción.
En este anexo se describen los distintos componentes de CORMIX, se indican sus
campos de aplicación y se aporta la información y las recomendaciones necesarias para el
uso de CORMIX en el cálculo de zonas de mezcla.
2-Características generales de CORMIX.
2.1- Aspectos generales.
Como ya se ha indicado, CORMIX dispone de diferentes modelos de simulación
hidrodinámica atendiendo a las características del vertido (Ver tabla 1 del presente
Proyecto Fin de Carrera).
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Con respecto a estos modelos de simulación, se tienen en cuenta una serie de
consideraciones:
1. CORMIX 1, 2 y 3 requieren que se defina la sección transversal del agua
receptora como un canal rectangular uniforme que puede estar limitado por los
laterales o ser ilimitado, es lo que en CORMIX recibe el nombre de
esquematización. Asimismo, la velocidad del medio receptor se supone
uniforme dentro de esta sección transversal esquematizada.
2. CORMIX 1 y 2 incluyen tres tipos genéricos de perfiles de estratificación24
del
agua ambiente, que se emplearán para aproximar la distribución vertical de la
densidad.
3. Todos los subsistemas asumen, en principio, estado estacionario (las
características del medio no varían con el tiempo), aunque también se permite el
análisis de mezclas inestables, es decir, aquellas en las que se alteran algunas de
sus características.
4. Todos los subsistemas permiten simular la transferencia de calor de los
penachos térmicos.
5. En vertidos con flotabilidad fuertemente negativa, tales como salmuera y
sedimentos, DHYDRO permite usar, en los ambientes costeros, fondos
inclinados lateralmente y sin límites.
2.2- Herramientas de pre y post-procesamiento.
Entre las herramientas de pre-procesamiento disponibles en CORMIX la más
utilizada es CorSpy, mientras que entre las de post-procesamiento se pueden destacar:
CorJet, CorVue, CorSens, Corval y FFL.
2.2.1- CorSpy.
La herramienta CorSpy proporciona, a partir de los datos de entrada del emisario
submarino, una imagen tridimensional del mismo, tal y como se muestra en la siguiente
figura:
24 Los perfiles de estratificación permiten describir la distribución de la densidad en el medio receptor, tal y
como se explica más detalladamente en el apartado 3.4.6. de este documento.
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Figura 1.1. Pantalla de CorSpy en la que se muestra una vista tridimensional de un
emisario.
CorSpy puede cargar los datos de entrada del emisario directamente desde la
interfaz gráfica del usuario25
, aunque también tiene su propia interfaz para una
descripción más detallada de los datos.
2.2.2-CorJet.
La herramienta de post-procesamiento CorJet permite predecir las características
de la trayectoria del chorro, así como la dilución de éste, para un solo difusor sumergido o
para difusores múltiples en ambientes no limitados. La principal limitación de esta
herramienta está en que considera al medio receptor como infinito, con lo cual sólo
deberá usarse una vez que se haya demostrado que la descarga se realiza realmente en
aguas profundas, es decir, hidrodinámicamente estable y sin interacciones con los límites.
A CorJet se puede acceder de dos maneras distintas:
- Dentro de CORMIX, al terminar una simulación, se selecciona en el menú la
opción CorJet, con lo que los datos de la simulación se ejecutarán en esta
herramienta. Es necesario para trabajar con Corjet que la clase de flujo sea
estable26
. En caso contrario, se generará un mensaje de advertencia y CorJet no
se ejecutará.
25 Ventana de CORMIX en la que se introducen los datos y se muestran los resultados. 26 Se entiende en CORMIX como condiciones de flujo estable aquellas que están asociadas con un impulso
débil y en aguas profundas. En las condiciones de flujo inestable existe una recirculación del agua ya
mezclada en los alrededores del chorro.
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- Desde fuera de CORMIX se puede acceder a CorJet seleccionando en el menú
la opción CorJet. En este caso el usuario puede crear un archivo de datos de
entrada o ejecutar uno ya existente. Cuando se trabaja de esta forma, no está
disponible la información de interacción con los límites.
CorJet cuenta con dos mecanismos de salida de los datos: un archivo de salida
numérico y una pantalla gráfica a través de CorVue.
Archivo de salida numérico:
- Para uso dentro de CORMIX: el archivo de salida se almacena por defecto con
el nombre filename.out, empleando el nombre especificado en la entrada de
datos. El archivo se puede ver en pantalla, imprimir o guardar y se distingue por
el encabezado „JJJ‟. Este archivo incluye todos los datos que se hayan
introducido en CORMIX y los que se hayan usado para la simulación en CorJet.
- Para uso fuera de CORMIX: el archivo de salida se almacena como
filename.out en el mismo directorio en que el usuario ha especificado el archivo
de entrada. Este archivo se puede ver en pantalla o imprimir y muestra los datos
de entrada y las listas de las escalas de longitud calculadas y los números
adimensionales que controlan el proceso de mezcla.
Resultados gráficos:
Los resultados obtenidos se presentan de manera gráfica a través de CorVue.
2.2.3-CorVue27.
Como ya se ha indicado, la herramienta CorVue permite visualizar en 3-D y 2-D
los procesos de zona de mezcla y el comportamiento de la pluma. Estas visualizaciones
son compatibles con todos los modelos de simulación y clasificaciones del flujo.
27 En el apartado 4.3 (Resultados gráficos), se amplía la información sobre las posibilidades que ofrece la
herramienta CorVue.
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2.2.4-CorSens.
Esta herramienta permite realizar análisis de sensibilidad28
en la zona de mezcla y
ofrece recomendaciones en el diseño de los emisarios. A través de la interfaz gráfica del
usuario se puede acceder a una guía con instrucciones para la entrada de datos y su
posterior interpretación.
2.2.5-CorVal.
La herramienta CorVal es un sistema interactivo, disponible sólo por suscripción.
En ella, se puede validar la predicción de un modelo con los datos de estudio disponibles,
que figuran en la base de datos de experimentos de CORMIX.
2.2.6-FFL.
Otra de las herramientas que proporciona CORMIX es FFL, que permite hacer
predicciones para el campo lejano29
, siempre que el flujo no sea muy irregular. Esto se
aplica siempre a una sección rectangular esquematizada. Se puede acceder a esta
herramienta desde el menú desplegable así como desde la barra de herramientas principal.
3-Datos de entrada.
La introducción de los datos de entrada se realiza a través de las siete pestañas
siguientes (ver figura 1.2):
1. Project (Descripción del proyecto).
2. Effluent (Características del efluente).
3. Ambient (Condiciones del medio receptor)
4. Discharge (Características del dispositivo de vertido)
5. Mixing Zone (Zona de mezcla)
6. Output (Resultados)
7. Processing (Opciones de tratamiento de la información)
28 En los estudios de sensibilidad se determina la influencia de diversos factores, tales como velocidad de la
corriente, densidad del medio receptor, etc, en los resultados. 29 Región del agua receptora más alejada del punto de vertido en la que la dilución del efluente depende en
mayor medida de las características del medio receptor.
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Figura 1.2. Interfaz gráfica de usuario de CORMIX.
Las cinco primeras son formularios para la introducción escalonada de datos y las
dos últimas están destinadas al tratamiento de la información.
A continuación se comentan algunos aspectos generales de los datos de entrada y
se describen las siete pestañas antes mencionadas.
3.1- Aspectos generales.
El programa detecta incoherencias en los datos de entrada30
, como por ejemplo,
una longitud negativa o un valor que no se encuentre dentro del rango permitido y exige la
corrección de los mismos para poder efectuar la simulación. Si lo que detecta el programa
es una posible inconsistencia con un dato de entrada previamente introducido, emite un
mensaje de advertencia en el informe de resultados (Processing Record).
Los datos pueden introducirse en cualquier orden. Sin embargo, se recomienda ir
completando las pestañas de la figura 1.2, de izquierda a derecha.
30 Los datos se deben introducir con el siguiente formato: 0.01 o bien, .01.
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Dentro del menú desplegable de las herramientas de pre-proceso, está disponible
la opción “modo usuario avanzado”, destinada a usuarios experimentados, que permite
agilizar el proceso de entrada de datos y el control del programa.
CORMIX utiliza el sistema internacional de unidades en todos sus cálculos
internos e informes de resultados del programa. Para la mayoría de los parámetros de
entrada, son suficientes tres o cuatro dígitos significativos para obtener la precisión
adecuada en los resultados. Las únicas excepciones son los parámetros de densidad del
efluente y el medio receptor, que pueden requerir 5 dígitos significativos, especialmente
para simular vertidos en masas de agua receptora estratificadas.
Todos los requisitos de entrada de datos de CORMIX están incluidos en la lista de
chequeo (ver figura 1.3). Con la ayuda de esta hoja, se pueden preparar la recolección de
todos los datos necesarios para ejecutar las diferentes simulaciones.
Figura 1.3. Lista de chequeo de CORMIX para la preparación de los datos.
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3.2- Descripción del proyecto.
En esta primera pestaña (ver figura 1.4), se determina la información básica
necesaria sobre el almacenamiento de archivos, nombre de la simulación, etc. El primer
paso en una nueva simulación es utilizar el comando "Guardar" para registrar el nombre
del archivo donde se guardaran los datos de entrada del proyecto. CORMIX utiliza este
nombre de archivo para crear, transferir o almacenar archivos de datos intermedios y
finales (manteniendo el mismo nombre del archivo pero con extensiones31
diferentes).
Las casillas restantes de esta primera hoja de entrada de datos están destinadas a aportar
más información sobre el caso específico, para facilitar la identificación de documentos
impresos así como para ayudar a crear un buen registro de las simulaciones.
Figura 1.4. Interfaz gráfica de usuario de CORMIX. La pestaña activa es “Descripción del proyecto”.
3.3. Características del efluente.
Esta pestaña se utiliza para especificar las propiedades del efluente.
31 Archivos de datos de entrada (.cmx), de predicción (.prd) y de informe de sesión (.ses).
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Figura 1.5. Vista parcial de la interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es
“Características del efluente”.
El tipo de contaminante seleccionado influye en los datos de entrada que se
requieren en las siguientes pestañas para ejecutar la simulación. Por ejemplo, si el
efluente es del tipo salmuera, el programa sólo permitirá introducir especificaciones para
secciones ilimitadas (como consecuencia de los supuestos del modelo hidrodinámico).
CORMIX diferencia entre 5 tipos de contaminantes:
1. Conservativo: no sufre degradación de ningún tipo. No hay que tener en
cuenta tasas de crecimiento/decaimiento. La mayoría de los contaminantes se
pueden caracterizar como conservativos. Ejemplo: Cloruros, metales, etc.
2. No conservativo: Contaminantes que se degradan. Es necesario especificar el
coeficiente de decaimiento o crecimiento (dia-1
). Ejemplo: Elementos
radiactivos.
3. Contaminación térmica: Se requiere introducir el exceso de temperatura
respecto al ambiente (ºC) y el coeficiente de transferencia de calor por unidad
de superficie (W/m2ºC).
Este coeficiente puede estimarse a partir de la siguiente tabla, en función de la
temperatura del ambiente y de la velocidad del viento.
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Tabla 1.1. Coeficientes de transferencia de calor por unidad de superficie.
4. Salmuera: Se recomienda simular la descarga eligiendo la opción de
contaminante conservativo y luego, escoger la opción salmuera para obtener
mayores detalles del comportamiento de la mezcla en el campo lejano. Las
descargas densas superficiales siempre deben caracterizarse como de tipo
salmuera o sedimentos. Si se selecciona la opción salmuera, el usuario puede
además, caracterizar el exceso de concentración como térmico, conservativo o
no conservativo.
5. Sedimentos32: Se asume que este tipo de descargas presenta una densidad
mayor que la de la masa de agua receptora. Se distinguen 5 clases según el
tamaño: gruesos, arena, limo, limo fino y arcilla.
Tabla 1.2. Clases de sedimentos por tamaños.
32 Esta opción está disponible en las versiones de CORMIX v6.0GTS, v6.0GTD y v6.0GTR.
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Al seleccionar los tipos de contaminante 4 y 5, CORMIX sólo permite la opción
de medio receptor ilimitado (en la pestaña de condiciones del medio receptor) y requiere
datos adicionales, como la pendiente del fondo.
Para terminar de describir las características del efluente, el programa requiere la
introducción de:
- Caudal o velocidad del efluente
- Densidad o temperatura33
del efluente
- Concentración del contaminante de interés en el efluente. Este parámetro se
define como un exceso sobre la concentración de fondo. Las predicciones de
CORMIX han de interpretarse también como un incremento sobre la
concentración de fondo. En caso de descarga térmica (tipo 3), se introduce el
exceso de temperatura.
Ejemplo: La concentración real de un contaminante “X” en una descarga es de 100 mg/L
y los valores de NCA-CMA Y NCA-MA son 20 mg/L y 10 mg/L, respectivamente. Si la
concentración de fondo para ese contaminante “X” es de 4 mg/L, los datos a introducir en
CORMIX son: C0 = 96 mg/L, NCA-CMA = 16 mg/L y NCA-MA= 6 mg/L. De la misma
manera, los valores de las concentraciones que figuren en los diversos informes de
resultados de CORMIX, deben interpretarse como incrementos (las concentraciones
reales se calculan sumando el valor de la concentración de fondo a este incremento). Por
ejemplo si la predicción de CORMIX establece para un punto una concentración de 13,6
mg/L, la concentración real sería de 17,6 mg/L.
33 Para efluentes compuestos fundamentalmente por agua dulce.
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Tabla 1.3. Información adicional sobre algunos parámetros incluidos en la pestaña
“Características del Efluente”.
PARÁMETRO RANGO
ADMISIBLE UNIDADES OBSERVACIONES
Concentración del efluente 0-10
9
mg/L,
ppb,ppm,%,
nº-bacterias, ºC,
ºF, otras
Si se desconoce: C0 =
100%34
Velocidad /
Caudal del efluente
0-50 m/s
0-1000 m3/s
m/s, ft/s
m3/s,cfs,mgd,
GPM(US,UK),
bpd (US,UK)
Para evitar efectos adversos
sobre poblaciones de peces
sensibles, se recomienda
Uo <2.5 m/s
Densidad del efluente
Agua dulce:
800-1400
kg/m3
Otros:
800-2700
kg/m3
kg/m3, sigma_t,
lbf/ft3
Cuando el efluente está
compuesto básicamente por
agua dulce, puede
introducirse la temperatura35
(Rango: 4-100 ºC)
Coeficiente de
transferencia de calor por
unidad de superficie
0 - 100 W/m2ºC
W/m2ºC
Contaminante térmico.
Un valor conservativo de
este parámetro esté entre
10-20.
3.4- Condiciones del medio receptor.
En esta pestaña se recogen los datos necesarios para caracterizar la masa de agua
receptora. Las interacciones con los límites influyen significativamente en los procesos
de mezcla, por esta razón se presentan en apartados diferentes los datos requeridos por el
programa, en función de si el medio receptor es limitado o ilimitado.
34 La concentración resultante de la zona de mezcla debe interpretarse como un porcentaje de la
concentración original de la descarga. 35 CORMIX calcula la densidad a partir de este dato.
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Figura 1.6. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Condiciones del
medio receptor”.
Al igual que en la mayoría de las evaluaciones de zona de mezcla, el análisis con
CORMIX se realiza asumiendo condiciones estacionarias del ambiente (esto es posible
porque los procesos de mezcla son rápidos en comparación con las variaciones
hidrográficas). En masas de agua donde el movimiento mareal sea importante, no puede
partirse de este supuesto; CORMIX evalúa esta situación y calcula los efectos de de la
existencia de mareas en el comportamiento de la pluma.
3.4.1-Esquematización.
El programa requiere que la sección transversal real de la masa de agua receptora
se asimile a un canal rectangular que puede estar, o no, limitado lateralmente. Este canal
simplificado se asume uniforme aguas abajo del punto de vertido. Este proceso de
caracterización de la geometría de la masa de agua mediante una sección rectangular se
denomina esquematización.
Anexos
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Figura 1.7. Ejemplo del proceso de esquematización. Sección transversal (mirando
aguas abajo) de una masa de agua limitada (río o estuario).
3.4.2- Límites.
El primer paso para especificar las condiciones de la masa de agua receptora es
determinar si ésta debe considerarse “limitada” o “ilimitada”. Para ello, es necesario
observar los diagramas de sección transversal de la masa de agua. Este tipo de diagramas
muestra el área perpendicular a la dirección del flujo del medio receptor a la altura del
punto de descarga y aguas abajo de éste.
Si la masa de agua está limitada a ambos lados (ríos, arroyos, estuarios estrechos,
y otros cursos de agua angostos), debe considerarse “limitada”. En los casos en los que la
descarga se encuentra cerca de una orilla y resulta prácticamente improbable que la pluma
alcance la orilla opuesta, debe considerarse “ilimitada”. Esto incluye descargas en
grandes lagos, estuarios de gran anchura y zonas costeras.
Si la descarga es del tipo salmuera o sedimentos, la modelización interna del
programa exige sección ilimitada en estos casos (CORMIX impone esta opción
automáticamente).
3.4.3- Masa de agua limitada.
La esquematización resulta evidente para ríos y canales regulares. Para secciones
más irregulares, puede requerir varias iteraciones.
A la hora de realizar el proceso de esquematización, es conveniente:
Anexos
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Tener en cuenta que una condición particular de flujo está asociada a una
determinada altura de la superficie del agua. En el caso simple de un río, si se
conoce la profundidad media para un flujo determinado (por ejemplo, en el
momento del estudio de campo), puede estimarse la profundidad para cualquier
otro caso mediante la ecuación de Maning:
𝐻𝐴2 = 𝐻𝐴1[𝑄𝐴2
𝑄𝐴1]3/5
Donde QA es el flujo del río y HA la profundidad media. Con esta aproximación
se asume que la anchura del río y la rugosidad del canal se mantienen
prácticamente constantes, al cambiar de escenario.
Reunir información sobre las secciones transversales en el punto de descarga y en
varios puntos aguas abajo, para cada una de las combinaciones HA/QA.
Examinar esta información y determinar el área transversal rectangular
equivalente, dando un mayor peso a las secciones transversales cercanas al punto
de descarga (tienen mayor influencia en los procesos de mezcla en campo
cercano).
El ancho superficial (BS) y la profundidad media (HA) a introducir en CORMIX,
debe determinarse a partir del valor de esta área equivalente. Cuando el caudal del
medio receptor y los datos de velocidad están disponibles, puede comprobarse si
la esquematización elegida resulta adecuada, a partir de la relación de
continuidad36
.
CORMIX requiere la introducción de la profundidad en las inmediaciones del
punto de descarga (HD). Este parámetro no puede alejarse más de un 30% del
valor de la profundidad media (HA). Se incluye esta restricción para evitar una
mala ejecución de CORMIX en medios receptores muy irregulares.
El usuario puede probar con esquematizaciones alternativas para salvar la
restricción. Si se tiene alguna idea de cómo será la pluma, puede tenerse en cuenta
esta información a la hora de hacer la esquematización. Por ejemplo, en el caso
que se presenta en la figura37
1.8, si se conoce que la pluma previsiblemente
ascenderá (flotabilidad positiva), la profundidad real del embalse resulta
irrelevante para las predicciones de la pluma.
36 𝑄𝐴 (
𝑚3
𝑠) = 𝑈𝐴 (
𝑚
𝑠) · A (𝑚2)
37 Aunque este ejemplo corresponde a una situación de masa de agua ilimitada, los comentarios sobre HA
son aplicables aquí.
Anexos
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Figura 1.8. Ejemplo de esquematización. Sección transversal (mirando aguas abajo) de
una masa de agua ilimitada (pequeño chorro en un gran lago).
Cuando se esquematiza HA y HD en condiciones nada uniformes, HD es la variable
significativa para estudiar la mezcla en el campo cercano, mientras que HA influye
en el transporte en campo lejano y nunca en el campo cercano.
Se debe evitar la simulación en condiciones de estancamiento. Si la velocidad en
el medio receptor es cero o un valor muy pequeño, CORMIX interpreta que se trata de
una situación de estancamiento y simula sólo en el campo cercano, ya que para los
procesos de campo lejano es necesaria una velocidad media de transporte.
La rugosidad del medio receptor puede especificarse mediante el coeficiente de
rugosidad de Manning “n”, o también mediante el factor de fricción de Darcy-Weisbach
“f”. Este factor es ampliamente utilizado en estudios de laboratorio. Si se introduce el
valor del coeficiente de Manning, CORMIX lo convierte internamente en el factor de
fricción.
El coeficiente de Manning puede estimarse a partir de la siguiente tabla:
Anexos
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Tabla 1.4. Valores típicos de rugosidad.
La forma del canal (bastante recto y uniforme, moderadamente sinuoso y no
uniforme o muy sinuoso e irregular) puede influir en las características de la mezcla en el
campo lejano, pero no afecta en el campo cercano.
3.4.4- Masa de agua ilimitada.
Los datos hidrográficos y geométricos están muy ligados en el caso de secciones
ilimitadas. Es conveniente tener en cuenta las siguientes observaciones:
Es necesario representar la profundidad en función de la distancia a la orilla en el
punto de vertido y en varios puntos aguas abajo, para las condiciones del caso a
analizar.
Si se dispone de datos suficientes, se recomienda determinar el caudal acumulado
(QAC) desde la orilla hasta la localización del punto de vertido en la sección
transversal, justo a la altura de la descarga. Para secciones aguas abajo, marcar la
posición para el mismo caudal acumulado. Examinar la velocidad media a lo largo
de la columna de agua y la profundidad en estos puntos para determinar la
profundidad media (HA) y la velocidad del medio receptor (UA). Debe darse un
mayor peso en los cálculos a la información relativa al punto de vertido. La
distancia a la orilla más cercana (DISTB) se define como:
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 112
𝐷𝐼𝑆𝑇𝐵 =𝑄𝐴𝐶𝑈𝐴𝐻𝐴
En el caso de que no se disponga de datos hidrográficos detallados, se puede
utilizar el dato real (o estimación) de la velocidad media a lo largo de la columna
de agua en el punto de descarga, para especificar HA, UA, y DISTB. Para ello, en
primer lugar, determinar el área de la sección transversal acumulada desde la
orilla al punto de vertido para la sección transversal a la altura de la descarga,
marcar la posición donde el área de la sección transversal acumulada en las
sucesivas secciones aguas abajo se corresponda con el área en la sección de la
descarga y proceder como se indica en el párrafo anterior.
Las consideraciones a la hora de especificar la profundidad en el punto de vertido
(HD) en chorros simples y múltiples, son similares a las detalladas para masas de
agua limitadas. A la hora de especificar una velocidad ambiente media, deben
tenerse en cuenta las dimensiones reales de la masa de agua, no las resultantes de
la esquematización.
La especificación de HD para descargas en la orilla o superficiales deben reflejar
las condiciones de profundidad a cierta distancia mar adentro, no inmediatamente
en la salida del vertido. Cuando existan dudas, establecer HD=HA, en el caso de
descargas superficiales.
Para describir las características de rugosidad, se puede especificar el coeficiente
de rugosidad de Manning “n”, o bien, el factor de fricción de Darcy-Weisbach
“f”(al igual que en el apartado de masas de agua limitadas). En el caso de lagos o
zonas costeras, es preferible utilizar el factor de fricción “f”. Un valor típico de
este parámetro para masas de agua abiertas está entre 0.02 y 0.03 (un mayor valor
implica mayor rugosidad). Para estimar el coeficiente de Manning, utilizar la
información recogida en la tabla 1.4.
Para vertidos del tipo salmuera y sedimentos, CORMIX asume que la descarga se
efectúa en masas de agua no limitadas. Para estos tipos de contaminantes, se
especifican dos valores de pendientes, rugosidad y velocidad para diferenciar las
características de la zona inmediatamente cercana a la costa y, las características
de la masa receptora mar adentro (figura 1.9). Ha de especificarse la distancia
desde la orilla hasta el punto donde cambia la pendiente (Ybreak).
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 113
Figura 1.9. Ejemplo de esquematización (descripción de la batimetría
mar adentro) para efluentes del tipo salmuera o sedimentos.
El valor de HD debe ser coherente con los valores de las pendientes y este punto de
rotura de la pendiente (en caso contrario, CORMIX emitirá mensajes de advertencia).
3.4.5-Parámetros de mareas.
Generalmente, los estuarios y las aguas costeras tienen una considerable
complejidad: variaciones en la velocidad del flujo del medio receptor, la dirección, la
profundidad del agua, etc.
CORMIX permite tener en cuenta los efectos de acumulación del contaminante
debido a la inversión del flujo (en marea alta). El parámetro más importante para
caracterizar este fenómeno es la variación de la velocidad respecto del tiempo.
El programa requiere información sobre:
El período de marea, que en la mayoría de los casos es de 12,4 horas.
Velocidad máxima de marea en las inmediaciones del punto de vertido, que puede
tomarse la media entre los módulos de las dos velocidades máximas (flujo y
reflujo).
Velocidad de la marea en un instante determinado38
.El tiempo se especifica como
un incremento respecto al período de calma.
38 Los datos relativos a la profundidad se especifican para este momento determinado.
Anexos
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Se recomienda repetir las simulaciones en intervalos de 1-2 horas antes y después
del período de calma, para determinar las características de la pluma en condiciones del
ambiente inestables.
3.4.6-Densidad del medio receptor.
La información sobre la distribución de densidad en el agua receptora es muy
importante para la correcta predicción del comportamiento de la pluma.
En primer lugar, CORMIX solicita que se especifique si el medio receptor está
compuesto fundamentalmente por agua dulce. En este caso, y si la temperatura del medio
está por encima de los 4 ºC, el sistema permite introducir datos de temperatura para
caracterizar la densidad (se recomienda esta opción para agua dulce). En el caso de masas
de agua salada, si se dispone de datos de salinidad39
, se puede recurrir al siguiente
diagrama de densidad (figura 1.10).
En segundo lugar, el usuario debe especificar si la densidad (o temperatura) se
puede considerar uniforme dentro de la masa de agua y, en particular, en las regiones por
donde se espera que pase la pluma. A efectos prácticos, puede despreciarse una variación
vertical de la densidad de menos de 0.1 kg/m3 (o variación de 1ºC de temperatura). Para
condiciones uniformes, debe especificarse la densidad media (o la temperatura media).
Figura 1.10. Diagrama de densidad para agua salada en función de la temperatura y la
salinidad.
39Generalmente, la salinidad en el océano se encuentra entre 33-35 ‰.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 115
Cuando no se tienen condiciones uniformes para este parámetro, CORMIX
requiere que se caracterice la distribución de densidad vertical del medio receptor,
mediante uno de los siguientes esquemas40
de perfiles de estratificación:
Tipo A: Perfil lineal de densidad.
Tipo B: Dos capas de densidad constantes y un salto de densidad.
Tipo C: Capa superficial de densidad constante con perfil lineal de densidad en el
fondo, separados por un salto de densidad.
Tipo A Tipo B Tipo C
Figura 1.11. Posibles esquematizaciones de medio receptor estratificado en CORMIX.
Cuando existan dudas sobre la caracterización de este parámetro, es conveniente
simplificar tanto como sea posible (la sensibilidad de las hipótesis asumidas se puede
evaluar con posteriores simulaciones en CORMIX). Además, si el programa clasifica el
flujo como estable en campo cercano, pueden llevarse a cabo estudios posteriores con la
herramienta CorJet, para investigar otras posibles distribuciones de densidad.
Una vez seleccionado el tipo de estratificación, es necesario introducir los valores
de densidad (o temperatura) y la altura de la picnoclina41
(tipos B y C). El programa
realiza las comprobaciones internas necesarias para garantizar que la estratificación del
agua receptora introducida sea estable.
40 Existe otra opción de perfil de densidad disponible (con tres capas de densidad diferentes) en versiones
más avanzadas de CORMIX. 41 Una picnoclina es una capa de agua en la que se evidencia un cambio súbito en su densidad vinculado
con la profundidad. En los ecosistemas de agua dulce, tales como lagos, este cambio en la densidad es
causado básicamente por modificaciones en la temperatura, mientras que en los ecosistemas marinos, como
los océanos, puede deberse a cambios en la temperatura o en la salinidad del agua.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 116
Es recomendable realizar una corrección dinámica de la distribución de densidad
real, manteniendo un equilibrio entre la sobrestimación y la subestimación de los datos. Si
los resultados de la simulación indican que la pluma queda atrapada, es deseable probar
con diferentes aproximaciones (mediante la variación del tipo de estratificación o valores
de los parámetros) para evaluar la sensibilidad en las predicciones resultantes del modelo.
La herramienta CorJet permite establecer un perfil de densidad de hasta 10 capas
diferentes.
Para las descargas superficiales (CORMIX 3), utiliza una densidad media
(dándole un mayor peso en el cálculo al valor de la densidad en la superficie).
3.4.7-Velocidad del viento.
La velocidad del viento es un parámetro poco importante para los procesos de
mezcla en campo cercano. Sin embargo, afecta de manera crítica al comportamiento de la
pluma en el campo lejano.
La información que ofrecen las estaciones meteorológicas cercanas al punto de
vertido suele ser suficiente. Cuando no se disponga de datos, se puede elegir un valor42
entre:
Brisa (0-3 m/s).
Viento suave (3-15 m/s)
Viento fuerte (15-30 m/s)
Si no se dispone de datos de campo, se recomienda usar el valor de 2 m/s para
representar condiciones de diseño conservativas. El valor extremo de 0 m/s resulta poco
realista a efectos de condiciones de campo, pero puede ser útil para la comparación con
datos de laboratorio.
42 Las categorías de velocidad de viento medidas a 10 m.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 117
Tabla 1.5. Información adicional sobre algunos parámetros incluidos en la pestaña
“Condiciones del medio receptor”.
PARÁMETRO RANGO
ADMISIBLE UNIDADES OBSERVACIONES
Profundidad media 0-1000 m
m, ft
Importante para el transporte en
campo lejano
Profundidad a la
altura del punto de
vertido
0-1000 m
m, ft
La profundidad en el punto de
vertido no puede diferir en +/- 30%
de la profundidad media.
Importante para el transporte en
campo cercano.
En caso de duda en descargas
superficiales o descargas en la
orilla, establecer HA=HD
Velocidad del viento
0-15 m/s
m/s,ft/s,mph,
knots
Si no se dispone de datos, utilizar 2
m/s como valor conservador del
parámetro.
Importante en el campo lejano.
Ancho (Medio
receptor limitado)
0.01-10000m m, ft
Coeficiente de
Manning
“n”-Factor de
fricción de
Darcy-Weisbach “f”
0.01- 0.2
(para ambos)
---
Para realizar una estimación del
coeficiente de Manning, acudir a la
tabla 4.
En lagos y áreas costeras, es
preferible usar “f”, que varía
típicamente entre 0.02-0.03.
Mayor valor del coeficiente->
mayor rugosidad del fondo.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 118
Tabla 1.5. Continuación.
Caudal/
Velocidad del medio
receptor (Estable)
0 - 1000000
m3/s
0-10 m/s
m3/s, cfs, mgd
m/s, ft/s,mph,
knots
Relación de continuidad:
QA=UA·BS·HA
Período de marea
(Inestable)
0-100 h h Generalmente , es igual a 12,4 h.
Velocidad máxima
marea (Inestable)
0-10 m/s
m/s, ft/s,mph,
knots
Media entre las velocidades
máximas flujo y reflujo.
Velocidad de marea
en un instante
determinado
(Inestable)
0.01-10 m/s
m/s, ft/s,mph,
knots
Hay que especificar el tiempo antes,
durante o después del período de
calma que se corresponde con el
valor de velocidad introducido. El
rango permitido para este parámetro
es:
Durante la calma:
-3.1-3.1 h
Antes/ Después:
0.01-5 h
Densidad
(Uniforme)
(No uniforme)
Densidad:
900-1200 kg/m3
Densidad:
900-1200 kg/m3
Altura
picnoclina:
0-1000m
Salto densidad
picnoclina:
0-100 kg/m3
kg/m3,
sigma_t, lbf/ft3
ºC, ºF
Para masas de agua dulce, puede
introducirse temperatura en lugar de
densidad (siempre que la
temperatura esté por encima de los
4ºC).
Temperatura: 4-40ºC
Salto temperatura picnoclina:
0-36 ºC
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 119
3.5- Características del dispositivo de vertido.
En la pestaña de “Características del dispositivo de vertido”, están disponibles tres
opciones:
Chorro individual (CORMIX 1).
Chorros múltiples (CORMIX 2).
Descargas superficiales (CORMIX 3).
3.5.1- CORMIX 1.
En la figura 1.12 se representa la interfaz gráfica de CORMIX, con la pestaña
activa CORMIX 1 y en la figura 1.13 se muestra un esquema con las características
geométricas del dispositivo de vertido y las condiciones del ambiente, para un dispositivo
de vertido de chorro individual sumergido, así como las restricciones geométricas que se
presentan para poder aplicar CORMIX 1 a un dispositivo dado.
Figura 1.12. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Características del
dispositivo del vertido” y la subpestaña, “CORMIX 1”.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 120
Figura 1.13. Esquema de algunos parámetros de caracterización del dispositivo de vertido y del medio receptor en CORMIX 1.
Donde:
HA: profundidad media del medio receptor en la zona de vertido (calado).
Ua: velocidad de la corriente en el medio receptor. Se considera siempre paralela a
la costa.
ρa: densidad del fluido receptor.
DISTB: distancia, perpendicular a la costa, desde la orilla más cercana al
emisario. Previamente hay que especificar dónde está situada la orilla más
cercana (izquierda o derecha) desde el punto de vista de un observador que mira
aguas abajo en la dirección del flujo.
h0: altura de la boquilla con respecto al fondo (para descargas sumergidas). Para
descargas emergidas, hay que especificar la altura a la que se encuentra el
dispositivo de vertido respecto de la superficie del agua. Además, debe
caracterizarse el flujo como chorro, chorro desviado (para vertidos de sedimentos,
suele usarse una placa deflectora para favorecer la distribución del flujo) o chorro
pulverizado. Para este último tipo, es necesario introducir el área cubierta.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 121
Figura 1.14. Características geométricas para vertidos por encima de la superficie del
agua.
D: diámetro de la boquilla (o sección transversal para boquillas con formas no
circulares).
U0: velocidad de salida del chorro o bien, Q0 (caudal de vertido)
ρ0: densidad del efluente.
C0: diferencia43
entre la concentración del efluente y la del medio receptor.
θ: ángulo vertical de inclinación del chorro respecto al fondo de la masa de agua.
Este parámetro puede tomar valores entre:
Vertidos cercanos al fondo: entre -45 y 90º.
Vertidos cercanos a la superficie: 45 y -90º.
Ejemplos de valores de este parámetro:
90º: Descarga apuntando hacia la superficie del agua. Si θ = +90º, σ se
establece automáticamente en 0º.
0º: Descarga horizontal.
-45º: Descarga apuntando hacia el fondo 45º.
σ: ángulo horizontal entre el chorro y la corriente. Se mide en sentido contrario a
las agujas del reloj desde la dirección de la corriente del medio receptor (eje x).
Este ángulo puede tomar valores entre 0-360º. Algunos ejemplos de
configuraciones:
0º: En la misma dirección que la corriente del medio receptor.
90º: Perpendicular a la corriente ambiente y apuntando hacia la
izquierda según un observador que mira aguas abajo.
180º: En contra de la dirección de la corriente.
270º: Perpendicular a la corriente ambiente y apuntando hacia la
derecha según un observador que mira aguas abajo.
43 La concentración se introduce como incremento respecto a la del fondo.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 122
HD: Altura del medio receptor en las inmediaciones del punto de vertido.
Para asegurar la correcta aplicación de CORMIX 1 para un caso concreto, el
sistema comprueba que la geometría especificada cumpla con los siguientes criterios:
Para descargas sumergidas cercanas a la superficie, la altura de la boquilla
respecto del fondo: 0.67HD ≤ h0 ≤ HD. En el caso de descargas cercanas al fondo,
h0 ≤ 0.33 HD.
El diámetro de la descarga no puede superar el valor de HD para diseños casi
verticales respecto al fondo. Para configuraciones casi horizontales, no puede
superar un tercio de HD.
La picnoclina debe situarse entre un 40-90% del valor de HD.
Las restricciones de diámetro excluyen los casos donde el diámetro de la descarga
sea muy grande, en relación con la profundidad real del agua, ya que no son diseños
realistas ni recomendables. Del mismo modo, la distancia que separa las capas inferior y
superior en los perfiles de estratificación del tipo B o C también está sujeta a
restricciones, para evitar una pluma gruesa poco realista en comparación con una capa
fina, superior o inferior.
3.5.2-CORMIX 2.
Figura 1.15. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Características del dispositivo
del vertido” y la subpestaña, “CORMIX 2”.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 123
En la figura 1.16 se presenta un esquema con las características geométricas del
dispositivo de vertido y las condiciones del ambiente para una instalación típica de
chorros múltiples, así como las restricciones geométricas que se presentan para poder
aplicar CORMIX 2 a un dispositivo dado.
Figura 1.16. Esquema de algunos parámetros de caracterización del dispositivo de
vertido y del medio receptor en CORMIX 2.
El origen del sistema de coordenadas utilizado por CORMIX 2 se localiza en el
centro del difusor con la única excepción de instalaciones que comiencen en la orilla (en
este caso, el origen de coordenadas se sitúa directamente en la orilla).
Este subsistema puede analizar los tres tipos de difusores que más frecuentemente
se utilizan en la práctica:
Difusores unidireccionales: en los cuáles, todas las boquillas apuntan hacia un
lado del difusor, más o menos perpendiculares a la línea del difusor y que
descargan casi horizontalmente.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 124
Figura 1.17. Vista 3D obtenida mediante CorSpy 3D de difusores unidireccionales
con momento neto perpendicular a la línea del difusor.
Difusores en etapas: donde todas las boquillas apuntan, generalmente en la
misma dirección, siguiendo la línea del difusor con pequeñas desviaciones y, que
descargan casi horizontalmente.
Figura 1.18. Vista 3D obtenida mediante CorSpy 3D de difusores en etapas con
momento neto paralelo a la línea del difusor.
Difusor alterno: en los cuáles las boquillas no apuntan en una dirección
horizontal única. No producen un momento de flujo horizontal neto, en este caso,
las boquillas pueden apuntar más o menos horizontalmente, de forma alterna a
ambos lados de la línea del difusor, o bien, apuntar hacia arriba, más o menos
verticalmente.
Figura 1.19. Vista 3D obtenida mediante CorSpy 3D de difusores alternos que
no provocan momento neto horizontal.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 125
CORMIX 2 asume condiciones uniformes de descarga a lo largo de la línea del
difusor. Esto incluye la profundidad en las inmediaciones del punto de vertido (HD), y los
parámetros del dispositivo de vertido como el tamaño de las boquillas, la distancia entre
éstas, etc. En el caso de que la profundidad del medio receptor fuese variable (por
ejemplo, por la existencia de una pendiente en alta mar), debe aproximarse HD mediante
la profundidad media a lo largo de la línea del difusor, con un posible sesgo hacia las
condiciones más cercanas a la costa (menor profundidad).
Para establecer la referencia del sistema de coordenadas y poder así orientar la
descarga, respecto a esa referencia, el subsistema requiere la especificación de los
siguientes datos:
Localización de la orilla más cercana (izquierda o derecha) desde el punto de vista
de un observador que mira aguas abajo del punto de vertido en la dirección del
flujo.
Distancia media a la orilla más cercana (DISTB).
Diámetro medio de las boquillas (D0).
Radio de contracción de las boquillas. Este parámetro varía entre 1 y 0.6 para
boquillas bien redondeadas y con forma afilada, respectivamente.
Altura media del centro de las boquillas sobre el fondo (H0).
Ángulo medio vertical (θ) entre el centro de las boquillas y fondo (45º y 90º). Este
ángulo es 0º para descargas horizontales y +90º para descargas orientadas hacia
arriba, verticalmente.
Para difusores en etapas y unidireccionales, el ángulo medio horizontal (σ)
medido en contra de las agujas del reloj entre la dirección de la corriente del
medio receptor (eje x) y la proyección en planta del centro de los difusores (de 0º
a 360º). Este ángulo es 0º (ó 360º) para boquillas orientadas aguas abajo en la
dirección de la corriente y, 90º para descargas perpendiculares a la corriente del
medio receptor, orientadas hacia la izquierda.
Longitud del difusor (LD), distancia entre la primera y la última boquilla.
CORMIX 2 asume líneas difusoras rectas. Si la tubería difusora real tiene curvas o
cambios de dirección, debe aproximarse a una línea recta.
Distancia a la orilla más cercana desde la primera y la última boquilla (YB1, YB2).
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 126
Número de boquillas o elevadores y, el número de boquillas por elevador en el
caso de que haya elevadores. Se distinguen los siguientes tipos:
Difusores simples (figura 1.20, a): boquillas individuales. En este caso,
CORMIX 2 requiere diferenciar entre difusores alternos o unidireccionales
(figura 1.20, b), la introducción de los ángulos que estos subtipos requieran
(figura 1.20, c), y especificar si la disposición de las boquillas es en la
misma dirección o en abanico (figura 1.20, d).
Figura 1.20. Parte de la subpestaña CORMIX2, con los datos requeridos para
difusores simples.
Dos boquillas por elevador (figura 1.21): requiere especificar el ángulo
interno entre las dos boquillas. Existen dos posibilidades: ángulo menor de
60º y ángulos opuestos (≈180º, como en un difusor alterno). Hay que
especificar la misma información que se requiere, en el caso de los difusores
simples.
Figura 1.21. Parte de la subpestaña CORMIX 2, con los datos requeridos para difusores con dos boquillas dispuestas en cada elevador.
a
b
c
d
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 127
Varias boquillas por elevador (figura 1.22): en primer lugar hay que
introducir el número de boquillas por cada elevador y luego, especificar si el
dispositivo posee un flujo con momento neto igual a cero (similar a un
difusor alterno). Si es así, CORMIX 2 asume que las boquillas tendrán un
ángulo horizontal entre boquillas adyacentes igual a 360º/número de
boquillas. En el caso de que no haya momento neto horizontal igual a cero,
generalmente las boquillas de cada grupo elevador apuntarán en una
dirección con un ángulo menor o igual a 60º. Si el caso objeto de estudio no
está dentro de las opciones anteriores, CORMIX 2 no puede ejecutarse. Con
orientaciones de boquillas más complejas (se recomienda simplificar el
diseño). Hay que especificar la misma información que se requiere en el
caso de los difusores simples.
Figura 1.22. Parte de la subpestaña CORMIX 2, con los datos requeridos
para difusores con varias boquillas en cada elevador.
Ángulo medio de alineación (GAMMA) medido en contra de las agujas del reloj,
desde la dirección de la corriente ambiente hasta el eje del difusor (0-180º). Este
parámetro es igual a 0º (ó180º) en difusores paralelos y 90º para difusores
perpendiculares.
Para difusores unidireccionales y en etapas, el ángulo de orientación relativa
(BETA), medido a favor o en contra de las agujas del reloj, desde la proyección en
planta del centro de las boquillas al eje del difusor (0º-90º). Este ángulo es 0º para
difusores por etapas y 90º para difusores unidireccionales.
CORMIX 2 asume siempre distancia uniforme entre boquillas y que las secciones
transversales de las boquillas tienen forma redondeada.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 128
Este subsistema realiza una serie de comprobaciones, para garantizar que no
existen errores en la preparación de los datos y, en la aplicación de CORMIX 2 a un caso
concreto (ver parte inferior de la figura 1.16). Las principales comprobaciones son las
siguientes:
Para descargas sumergidas cercanas a la superficie, la altura media de la boquilla
respecto del fondo debe cumplir: 0.67HD ≤ h0 ≤ HD. En el caso de descargas
cercanas al fondo, h0 ≤ 0.33 HD.
El diámetro de las boquillas no puede superar el valor de 1/5 HD.
La picnoclina debe situarse entre un 40-90% del valor de HD.
Estas restricciones son similares a las mostradas en el apartado anterior para la
correcta aplicación de CORMIX 1, con la excepción de la limitación del diámetro de las
boquillas.
3.5.3- CORMIX 3.
Figura 1.23. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Características del dispositivo
del vertido” y la subpestaña, “CORMIX 3”.
En la figura 1.24 se presenta un esquema con las características geométricas del
dispositivo de vertido y las condiciones del ambiente, para un canal de vertido.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 129
Figura 1.24. Esquema (vista en planta y sección transversal) de algunos parámetros de caracterización del canal y del medio receptor en CORMIX 3.
En general, CORMIX 3 permite analizar diferentes tipos de vertidos superficiales,
desde simples canales horizontales rectangulares hasta tuberías de sección circular, que
pueden estar situados en la superficie del agua (o cerca de ésta). Existen tres opciones
para describir la configuración respecto a la orilla:
Desde la orilla.
Sobresaliente respecto a la orilla.
Paralelo a la orilla.
Figura 1.25. Posibles configuraciones de descarga de CORMIX 3 respecto a la orilla.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 130
CORMIX 3 requiere los siguientes datos de entrada:
Localización de la orilla más cercana (izquierda o derecha) desde el punto de vista
de un observador que mira aguas abajo del punto de vertido en la dirección del
flujo.
Ancho del canal de vertido.
Profundidad del canal.
Profundidad del medio receptor a la altura del canal de vertido.
Pendiente del medio receptor en las inmediaciones del punto de vertido. Aunque
CORMIX asume sección rectangular de la masa de agua receptora para el cálculo
de la velocidad ambiente, este parámetro es necesario para predecir fenómenos de
adhesión al fondo en el campo cercano.
Ángulo horizontal de la descarga medido en contra de las agujas del reloj, entre
la corriente del medio receptor y el eje del canal. Este ángulo es 90º para canales
que entran perpendicularmente respecto a la orilla. Respecto al fondo, CORMIX 3
asume que la descarga es horizontal.
En el caso de tuberías circulares, es necesario introducir el diámetro y la
profundidad desde la superficie del agua hasta la parte inferior de la tubería.
CORMIX 3 asume que la tubería va llena y que no está sumergida bajo la
superficie del agua más de un medio de su diámetro. En el caso de que la tubería
esté parcialmente llena, la sección transversal debe representarse
esquemáticamente mediante una sección rectangular con la misma área y
profundidad que el canal similar.
En el caso de descargas abiertas, es necesario prestar especial atención a la
profundidad del canal, ya que este parámetro está relacionado directamente con la
profundidad media de la masa de agua (HA), especialmente en el caso de aguas
con mareas.
Para garantizar que no existen errores en la preparación de los datos y, en la
aplicación de CORMIX 3 a un caso de estudio determinado, este subsistema sólo
permite ejecutar simulaciones donde la relación profundidad del canal de descarga/ancho
del canal, se encuentre entre 0,05 y 5 (esta restricción geométrica rechaza geometrías
rectangulares muy acusadas).
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 131
Tabla 1.6. Información adicional sobre algunos parámetros incluidos en la pestaña
“Características del dispositivo de vertido”.
PARÁMETRO RANGO
ADMISIBLE UNIDADES OBSERVACIONES
(CORMIX 1)
Distancia a la orilla
más cercana
0-100000 m m, ft
Ángulo vertical (θ)
Cerca de la
superficie:
-45-90º
Cerca del fondo:
45-90º
Grados
sexagesimales
Valores ilustrativos de
referencia:
90º:Descarga apuntando
verticalmente hacia la
superficie del agua
0º: Descarga horizontal
-45º: Descarga apuntando hacia
el fondo con una inclinación de
45º
Ángulo horizontal
(σ) 0-360º
Grados
sexagesimales
Si θ=90º, se establece
automáticamente σ=0º.
Valores ilustrativos de
referencia:
0º: Descarga en la misma
dirección y sentido que la
corriente del medio receptor.
90º: Descarga perpendicular a la
corriente y apuntando hacia la
izquierda (observador que mira
aguas abajo en la dirección del
flujo).
180º: Misma dirección y
contracorriente.
270º: Perpendicular y apuntando
a la derecha.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 132
Tabla 1.6. Continuación.
Diámetro de la
boquilla/
Área trasversal de la
boquilla
0.0001-20 m
0-1200 m2
m, ft
m2, ft
2
Altura del eje del
emisario:
-Descarga
sumergida
(distancia hasta el
fondo)
-Descarga por
encima de la
superficie (distancia
hasta la superficie)
0-1000 m
0-30 m
m, ft
En caso de descarga en spray, hay
que especificar el área cubierta
(0-1000 m2)
(CORMIX 2)*
Longitud del difusor
0-5000 m
m, ft
Distancia hasta la
primera/última
boquilla
0-30000 m
m, ft
Ángulo de
alineación (γ)
0-180º
Grados
sexagesimales
En casos de velocidad del viento
≈ 0, tomar como eje x la
dirección predominante de la
corriente.
Valores ilustrativos de
referencia:
90º: alineación perpendicular a la
corriente.
0º (ó 180º): Alineación paralela.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 133
Tabla 1.6. Continuación.
Diámetro medio de
las boquillas
0-4 m
m, ft
Número de
boquillas
3-10000
---
Número de
boquillas por
elevador
3-32
boquillas/elevador
---
(CORMIX 3)*
Ángulo horizontal
del canal de
descarga (σ)
0-135º
Grados
sexagesimales
Valores ilustrativos de
referencia:
90º: Entrada del canal
perpendicular a la orilla
Pendiente del fondo
0-60º
Grados
sexagesimales
Este parámetro sólo es válido
para detectar fenómenos de
adhesión al fondo.
Distancia del tramo
del canal que
sobresale de la orilla
0-200 m
m, ft
Distancia medida
perpendicularmente desde la
salida del canal a la orilla
Ancho del canal 0.01-100 m m, ft
Profundidad del
agua en el canal 0.5-20 m m, ft
(Tubería)
Diámetro
Profundidad
(superficie del agua
hasta la parte
inferior tubería)
0-10 m
0-15 m
m, ft
m, ft
* Sólo se han especificado aquellos parámetros que no están descritos en el apartado de CORMIX 1.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 134
3.6- Zona de mezcla.
Figura 1.26. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Zona de mezcla”.
En esta pestaña, debe especificarse:
Si puede aplicarse la definición de zona de dilución tóxica (USEPA). Cuando es
aplicable esta definición, debe indicarse el valor de NCA-CMA y NCA-MA.
CORMIX comprueba que se cumpla44
:
NCA-CMA45
en el límite de la zona de de dilución tóxica.
NCA-CMA46
en el límite de la zona de mezcla regulatoria. Si existen
norma de calidad ambiental para el contaminante objeto de estudio.
Si existe una zona de mezcla regulatoria. La extensión de esta zona se puede
especificar mediante la distancia al punto de vertido, la sección transversal
ocupada por la pluma o bien, mediante el ancho de la pluma.
La región espacial de interés, (hasta donde se desea que CORMIX analice los
procesos de mezcla y aporte información).
La precisión deseada en los datos de salida de CORMIX (intervalos/divisiones de
la región espacial de interés). Este parámetro define el número de datos de salida
dentro de cada módulo de simulación. El valor de este parámetro no afecta a la
44 Para ampliar información, ver apartado 2.2.2. del Manual de usuario de CORMIX. 45NCA-CMA: Norma de Calidad Ambiental-Concentración Máxima Admisible. 46 NCA-MA: Norma de Calidad Ambiental-Media Anual.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 135
exactitud de la predicción, pero sí al grado de detalle de los datos de salida. Se
recomienda elegir un valor bajo para las primeras simulaciones (entre 4 y 10) y
luego ir aumentando el valor en las predicciones finales.
Tabla 1.7. Información adicional sobre algunos parámetros incluidos en la pestaña “Zona de
mezcla”.
PARÁMETRO RANGO
ADMISIBLE UNIDADES OBSERVACIONES
Concentración
Máxima
Admisible/Media
Anual
---
Las establecidas
en el exceso de
contaminante en
el efluente
Incremento de concentración
respecto a la concentración de
fondo
Región de interés 0.1-100000 m
Número de
intervalos/pasos
(Grado de detalle de
los cálculos reflejados
en el archivo de
predicción)
3-50
Mínimo:3
Máximo:50
Sugerido:
4-10 para una evaluación inicial
10-20 predicciones avanzadas
El valor de este parámetro no
afecta a la precisión de los
resultados
3.7- Resultados.
Mediante esta pestaña, el usuario puede elegir la visualización e impresión del
archivo de predicción (fn.prd), el informe de la sesión (fn.ses), descripción de la clase de
flujo (fn.flw), recomendaciones de diseño (fn.rec) y el registro de procesamiento (fn.jrn).
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 136
Figura 1.27. Interfaz gráfica de CORMIX. La pestaña activa es “Resultados”.
3.8-Procesamiento.
En esta pestaña el usuario dispone de dos opciones diferentes para ejecutar la
simulación:
Simulación directa: se realiza pulsando el botón “1,2,3 & RUN” (figura 1.28,1).
Comprobaciones previas por etapas y simulación (figura 1.28,2): se realiza
pulsando los botones:
Validación de los datos de entrada.
Cálculo de parámetros.
Clasificación del flujo.
1,2,3 & RUN
Figura 1.28. Interfaz gráfica de CORMIX. Visualización de las dos posibilidades al ejecutar: simulación directa (1) y comprobaciones previas y simulación (2).
1 2
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 137
4- Resultados.
Como ya se ha comentado en el apartado anterior, se puede realizar la simulación
en CORMIX de dos maneras: directamente (pulsando el botón “1,2,3 & RUN”) o hacer
una serie de comprobaciones previas por etapas y después completar la simulación. A
continuación se detalla cada uno de los archivos que se obtienen en cada caso:
4.1- Comprobaciones previas por etapas.
4.1.1-Validación de los datos de entrada.
Al pinchar en el botón “Validate Inputs”, en este primer paso de la simulación
CORMIX comprueba que todos los datos introducidos son correctos y cumplen con las
restricciones impuestas por CORMIX para cada caso. En la figura 1.29 se muestra una
de estas ventanas, en la que aparece que los datos del agua ambiente, el vertido y la zona
de mezcla son correctos.
Figura 1.29. Pantalla obtenida tras pinchar en “Validate Inputs”.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 138
4.1.2-Parámetros calculados.
Al pinchar en el botón “Calculate Parameters”, CORMIX muestra en pantalla un
conjunto de parámetros importantes tales como escalas de longitud, densidades y
parámetros no dimensionales. Las escalas de longitud representan medidas dinámicas
sobre la influencia relativa de ciertos procesos hidrodinámicos en los efluentes de la
mezcla. En la figura 1.30 se muestra una pantalla en la que aparecen distintas escalas de
longitud (Lm, Lb)47
y parámetros no dimensionales (número de Froude y ratio de
velocidad).
Figura 1.30. Pantalla obtenida al pinchar en “Calculate Parameters” y en la que se muestra
escalas de longitud y parámetros no dimensionales.
También se muestra en este caso información sobre la flotabilidad del efluente,
teniendo en cuenta las densidades del vertido y del agua receptora. Se puede obtener, por
ejemplo, un mensaje en el que se indique: “La densidad del efluente es mayor que la
densidad del agua ambiente, con lo que la flotabilidad del efluente será negativa y tenderá
a irse hacia el fondo”. La siguiente pantalla muestra esta información (figura 1.31).
47 Si los valores calculados de Lm y Lb son bastante inferiores a la profundidad del agua local, esto indica
que el flujo cruzado es muy fuerte y que se produce una flexión completa del chorro. Para más información
sobre escalas de longitud acudir al apartado 5.1.2 del Manual de CORMIX.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 139
Figura 1.31. Pantalla obtenida tras pinchar en “Calculate Parameters” y en la que se muestra un
mensaje sobre la flotabilidad del efluente.
4.1.3-Clasificación del flujo.
CORMIX distingue entre una gran variedad de clases de flujo atendiendo a
aspectos tales como su distancia a la superficie o al fondo, su flotabilidad o la
estratificación. Al pinchar en “Classify Flows” se obtiene en la pantalla distintas
posibilidades de clase de flujo para el vertido con el que se está trabajando y se justifica la
elección de uno de ellos. En la figura 1.32, se muestra una de estas pantallas, en las que se
presentan seis posibles clases de flujo para CORMIX 1 y se elige una de estas opciones,
atendiendo a la flotabilidad positiva del flujo y a su interacción con la superficie.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 140
Figura 1.32. Pantalla obtenida tras pinchar en “Classify Flows” y en la que se justifica la
elección de la clase de flujo.
4.2- Simulación directa:
Como ya se ha indicado, esta simulación se realiza al pulsar en “1, 2, 3 & RUN”.
Tras lo que aparecen en pantalla una serie de archivos, que se comentan a continuación:
Figura 1.33. Pantalla donde se resalta el botón de simulación completa.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 141
4.2.1-Descripción de la clase de flujo
En este archivo se describe de forma detallada el comportamiento del flujo a lo
largo de su trayectoria y puede guardarse e imprimirse. Como ejemplo, se muestra uno de
estos archivos generado por CORMIX, en el que se recoge la descripción de un flujo de
clase S1 (figura 1.34).
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 142
Figura 1.34. Descripción de un flujo de clase S.
Proximidad a la capa terminal, con lo que la concentración
se hará uniforme a lo largo de la pluma a una distancia
corta
El chorro es desviado muy lentamente por la corriente
El chorro se desvía fuertemente por la corriente
Final del campo cercano
La pluma se extiende lateralmente. Puede
interaccionar con un banco cercano u orilla.
La turbulencia puede llegar a ser el mecanismo de mezcla
dominante. La pluma podría interaccionar con los límites.
El flujo está muy afectado por la estratificación de la
densidad y por la corriente ambiente
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 143
4.2.2-Informe de la sesión.
Proporciona un resumen de los resultados de la simulación e incluye:
Fecha y hora de la sección de análisis.
Repetición completa de los datos de entrada.
Cálculo del flujo, longitud de escala y valores de los parámetros no
dimensionales.
Clasificación del flujo utilizada para predecir la trayectoria de la pluma y de la
mezcla.
Sistema de coordenadas usado en el análisis.
Resumen de las condiciones de la región de campo cercano.
Lugar del campo lejano donde la pluma se encuentra mezclada completamente
(concentración uniforme) en la dirección horizontal y vertical.
Resumen de las condiciones de la zona de dilución tóxica (TDZ).
Resumen de las condiciones de la zona de mezcla de regulación (RMZ).
El sistema de coordenadas se refiere a la localización del origen y la dirección del
eje. En el análisis de CORMIX 1, el origen está localizado en el fondo del agua receptora,
justo debajo del centro del puerto de descarga y a una profundidad HD bajo la superficie
del agua. En CORMIX 2 el origen también se localiza en el fondo del agua receptora, en
el punto medio de la línea del difusor y a una profundidad HD bajo la superficie. En el
caso de CORMIX 3, el origen se encuentra en la superficie del agua, donde se cortan la
línea central del canal de descarga y la orilla. El eje X se encuentra en el plano horizontal
y en dirección aguas abajo de la corriente; el eje Y se localiza en el plano horizontal y
hacia la izquierda desde el punto de vista de un observador que mira hacia abajo a lo largo
del eje X y los puntos del eje Z se encuentran verticalmente hacia arriba. Se muestra a
continuación un ejemplo del sistema de coordenadas de una descarga correspondiente a
CORMIX 1, siendo la dirección del flujo ambiente (ua) la del eje +x.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 144
Figura 1.35. Sistema de coordenadas de una descarga sumergida.
En el caso de una descarga tóxica, CORMIX indica la localización a lo largo de la
pluma donde la concentración local empieza a caer por debajo de la CMC especificada.
Este archivo también se origina automáticamente al realizar la simulación en
CORMIX y puede guardarse e imprimirse.
En la figura 1.36 se muestra un ejemplo de este informe, para el caso de una
descarga sumergida.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 145
Figura 1.36. Informe de la sesión para un caso de descarga sumergida.
Fecha y hora de la sección de análisis
Resumen de los datos de entrada
Parámetros del ambiente
Parámetros de la descarga
Parámetros de longitudes de escala
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 146
Figura 1.36. Continuación.
Parámetros no dimensionales
Datos para zona de dilución tóxica
Clasificación del flujo
Explicación del sistema de coordenadas
Condiciones de la pluma (concentración,
dilución, localización y dimensiones) en la
región de campo cercano
Flotabilidad positiva debido a la
baja densidad del efluente
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 147
Figura 1.36. Continuación.
Estratificación importante
Distancia a la que la pluma se encuentra con el
límite más cercano
Posición y dimensiones de la pluma en que se
encuentra el CMC
Estudio de los criterios de CMC para la
zona de dilución tóxica
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 148
Figura 1.36. Continuación.
Condiciones de la pluma en el límite de la zona
de mezcla regulatoria.
Posición y dimensiones de la pluma en que se
encuentra el CCC
Desviación de los datos
Especificación restrictiva para la zona
de mezcla regulatoria
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 149
4.2.3- Archivo de predicción.
Este informe suministra predicciones numéricas de la geometría de la pluma y la
mezcla, que se obtienen durante la simulación hidráulica.
El usuario podrá ver en pantalla esta información y tendrá la oportunidad de
imprimirla y guardarla.
Todos los modelos de simulación de CORMIX generan un archivo de salida
“filename.prd” con las características que se describen a continuación:
Información de entrada: la salida empieza (y termina) con un “111...111”,
“222...222”, “333...333” o “DDD…DDD”, para destacar el subsistema de
CORMIX que se ha utilizado. A continuación se especifica la fecha y hora de la
sesión de análisis así como otros datos de entrada importantes. Seguidamente
aparecen los datos de los valores de longitud de escala, números no
dimensionales, identificación de la clase de flujo y sistema de coordenadas.
Predicción de resultados para cada módulo de flujo: la metodología de predicción
de CORMIX utiliza una serie de módulos de simulación que se ejecutan de forma
secuencial y que corresponden a los diferentes procesos de flujo y regiones
espaciales asociadas que se producen dentro de una clase de flujo dada. El archivo
refleja la secuencia de salida y está dispuesta en bloques de salida para cada
módulo.
Cada módulo de simulación tiene una etiqueta “MODnxx” donde “n” es 1, 2 o 3
correspondiente a CORMIXn, y “xx” es un número de identificación de dos dígitos. Los
dos tipos generales de módulos son flujo continuo y volumen de control.
El tipo de módulo de flujo continuo describe la evolución continua de una región
del flujo a lo largo de la trayectoria. El archivo nos da información sobre la posición x-y-z
del chorro, la dilución (S), la concentración (C) en la línea central, la anchura del chorro
medida verticalmente (BV) y horizontalmente (BH) y la distancia a los límites superior
(ZU) e inferior (ZL) medida en el eje Z.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 150
La dilución (S) se define como el cociente entre la concentración inicial en el
punto de descarga y la concentración en un lugar determinado:
𝑆 =𝐶0
𝐶
Al final de cada módulo se encuentra también el dato del tiempo de recorrido
acumulativo, que se utiliza para evaluar la aplicabilidad de las predicciones del estado
estacionario asumido por CORMIX. Se define este tiempo acumulativo como el que tarda
una partícula en recorrer la distancia existente entre el centro de la trayectoria del origen y
la localización central del punto dado.
Algunos procesos de mezcla de flujo son tan complicados que no hay una
descripción matemática de manera mecánica basada en ellos, con lo que se utiliza en estos
casos módulos de volumen de control para su análisis.
También es posible dibujar isolíneas de concentración para predecir la forma de la
pluma. Para ello se emplea la información obtenida en el archivo de salida para cada
módulo, tal y como se muestra en la siguiente figura:
Figura 1.37. Distribuciones transversales de CORMIX para predecir el comportamiento de la pluma.
Se muestra a continuación un informe de predicción para el caso de descarga
sumergida:
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 151
Figura 1.38. Informe de predicción para una descarga sumergida.
Empleo de CORMIX 1
Fecha y hora de la sección de análisis
Parámetros de la descarga
Parámetros de longitudes de escala
Parámetros del ambiente
Parámetros no dimensionales
Clasificación del flujo
Datos para la zona de dilución tóxica
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 152
Figura 1.38. Continuación.
Explicación del sistema de coordenadas
Etiqueta del módulo y descripción
Fin del módulo
Definición del perfil de la pluma
Coordenadas x, y, z del centro de la pluma,
dilución, concentración y anchura
Mensaje de alerta de CMC en la zona de dilución tóxica
Mensaje de alerta de la calidad estándar del agua o CCC
Inversión de flotabilidad
Máxima flotabilidad
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 153
Figura 1.38. Continuación.
Tiempo de recorrido
acumulativo
Módulo de aproximación de límites
Propiedades de la intrusión aguas arriba
Condiciones del volumen de control en los límites
Definición del perfil de la pluma
Límite de la zona de mezcla regulatoria en
el campo cercano
Coordenada –x: valores aguas arriba
Fin de la región del campo cercano
Aviso de interacción con la orilla
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 154
Figura 1.38. Continuación.
Aviso de baja velocidad del ambiente
Aviso de diseño del emisario
Módulo de capa terminal
Definición del perfil de la pluma
Coordenadas x, y, z del centro de la pluma,
dilución, concentración y anchura
Tiempo de recorrido
acumulativo
Límite de la región de interés
Fin del informe de predicción
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 155
4.3- Resultados gráficos.
La herramienta Corvue (descrita en el apartado 2.2.3) ofrece la posibilidad de
visualizar de forma gráfica los resultados de la simulación.
Se dispone de distintos tipos de vistas: oblicua en 3-D y en planta, lateral y aguas
abajo en 2-D, donde se pueden representar los límites de NCA-MA y NCA-CMA
pulsando los botones CCC y TDZ, respectivamente.
Figura 1.39. Pantalla de CorVue, con una vista tridimensional de la pluma.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 156
Figura 1.40. Pantalla de CorVue, con una vista en planta de la pluma.
Figura 1.41. Pantalla de CorVue, con una vista lateral de la pluma.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 157
Figura 1.42. Pantalla de CorVue, en la que se muestran las tres vistas anteriores.
También proporciona otros tipos de gráficos, tales como concentración y dilución
vs distancia aguas abajo y concentración y dilución vs trayectoria de la línea central.
Figura 1.43. Pantalla de CorVue, en la que se muestra un gráfico concentración-distancia aguas
abajo.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 158
Figura 1.44. Pantalla de CorVue, en la que se muestra un gráfico dilución-distancia aguas
abajo.
Todas las opciones de visualización anteriormente comentadas se pueden
obtener para el campo cercano.
Figura 1.45. Pantalla de CorVue, con una vista de la pluma en 3-D, para el caso de campo cercano.
Anexos
Luz Marina Troya Pérez 159
Todas estas pantalla pueden guardarse pinchando en el icono “Save as” (1) o en la
pestaña “File” y seguidamente en “Save visualization as” (2).
Figura 1.46. Pantalla en la que se muestran las dos formas de guardar imágenes en
CorVue.
5-Recuperación de archivos.
CORMIX ofrece la posibilidad de guardar los archivos obtenidos en la
simulación, así como los mensajes emitidos en las comprobaciones previas por etapas.
Para ello se pincha en la pestaña “Output Data Reports”. Seguidamente se coloca el ratón
en la opción “Current Project”y finalmente se elige “Save as Text”. En la siguiente figura
se muestra la secuencia a seguir:
Figura 1.47. Pantalla en la que se muestra los pasos a seguir para guardar los archivos.
Tras pinchar en “Save as Text” aparece una ventana en la que se puede seleccionar
los archivos que se desean recuperar (ver figura 1.48).
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