Tesis para optar el Título Profesional - Convocatoria 01
Nataly Pérez Manrique; Andres Vitaliano Perez Pachari
Objetivo
Realizar la simulación matemática entre la demanda bioquímica de oxígeno y el oxígeno disuelto a partir de un sistema de ecuaciones diferenciales parciales no homogéneas en los cuales se considera los términos de difusión, convección, cinética tanto de desoxigenación como de reaireación y fuente a partir de una solución numérica, complementado con análisis de muestras tomadas del río.
Resumen:
Este proyecto modelara y resolverá matemáticamente las ecuaciones que rigen la interacción entre la demanda bioquímica de oxígeno y el oxígeno disuelto, ya que ambos parámetros miden el nivel de contaminación existente en el río Chili abarcando un tramo de 30 kilómetros, por ser el tramo que atraviesa la ciudad de Arequipa. Primeramente, tras modelar las ecuaciones del transporte de contaminantes en un río para la interacción entre ambos parámetros por medio de balances másicos, considerando términos convectivos, difusivos, cinéticos y fuente y ya que este sistema no presenta una solución analítica por tratarse de un fenómeno de convección dominante, se resolvera este sistema por el método de los elementos finitos, empleando el método de Petrov-Galerkin. Seguidamente, se tomarán muestras en distintos puntos del río y serán analizadas en laboratorio para obtener los valores reales de ambos parámetros, ya que estos valores se usarán tanto como condiciones de frontera y para la calibración del modelo. Una vez obtenidos los resultados de la simulación, se procederá a calibrar el modelo matemático con los resultados de laboratorio, así como a validar el modelo con datos históricos del ANA, los resultados serán comparados con los Estándares de Calidad Ambiental y los Límites Máximo Permisibles para identificar los sectores en los que el río se encuentra contaminado. Finalmente, después de calibrar el modelo se simularán nuevos escenarios hipotéticos.
Palabras clave
Elementos finitos, Metodo Petrov Galerkin, DBO, OD, UNSA CIENCIACTIVA, CONCYTEC
Problema central
Actualmente existe una fuerte contaminación en las aguas del río Chili debido a la descarga directa de efluentes residuales, esta contaminación se puede evaluar por medio de la interacción existente entre la demanda bioquímica de oxígeno y el oxígeno disuelto, matemáticamente esta interacción es descrita por dos ecuaciones diferenciales gobernantes. A la fecha no se cuenta con estudios cuantitativos que evalúen la interacción existente entre ambos parámetros en el río Chili. Existe una relación directa entre la demanda bioquímica de oxígeno y el nivel de oxígeno disuelto, si se presenta un déficit en el nivel del oxígeno disuelto, esto se deberá a que existe una mayor demanda bioquímica de oxígeno para descomponer la materia orgánica presente en el agua provocando la muerte de la biodiversidad acuática. Afectando además a los cultivos que son regados con estas aguas, así como a los animales que beben directamente de estas y consecuentemente a la población que ingiere estos productos.
Hipótesis planteada
Demostrar que la solución numérica del sistema de ecuaciones diferenciales gobernantes de la interacción entre la demanda bioquímica de oxígeno y el oxígeno disuelto nos proporcionara los valores cuantitativos reales del nivel de contaminación actual en el río Chili
Resultados esperados
01 Profesional con Titulo Universitario
01 Tesis de pregrado aprobada y sustentada
Impactos esperados
A nivel local, estos resultados nos proporcionaran una idea clara y cuantitativa de los puntos en los que el río Chili está contaminado, para así poder tomar acciones puntuales y proceder con su descontaminación y de esta manera poder preservar y recuperar la biodiversidad que habita el río Chili como el bagre o Telmatobius arequipensis que actualmente se encuentra en estado vulnerable. Asimismo, la población arequipeña en general se verá beneficiada ya que los productos agrícolas serán regados con aguas limpias pudiendo ingresar a mercados internacionales y disminuyendo la incidencia de enfermedades gastrointestinales. Al poder simular nuevos escenarios se tendrá conocimiento de la variación de la contaminación en distintas épocas del año y así advertir a la población de la condición de estas. A nivel nacional, tras aplicar esta metodología y obtener resultados similares a los reales en el río Chili, se podrá aplicar la misma metodología a otros ríos del Perú, adecuando las constantes cinéticas y de difusión a las condiciones de esos ríos, y así poder conocer la calidad de sus aguas, ahorrando así en costos de monitoreo. A nivel internacional, al resolver este sistema de ecuaciones mediante el método de los elementos finitos por tratarse de una técnica moderna y poderosa, se plantea participar en congresos internacionales de contaminación acuática. Así como la publicación de este proyecto en revistas indizadas.