Estado Del Arte De Las Teorías , Modelos Y Formas De Velocidad Del Movimiento Del Agua En Medios Porosos

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA
Ingeniería ambiental
Dinámica de Bioprocesos del Medio Ambiente
Alumno: Fabian Octavio Ruiz Soriano
Diciembre del 2010

“Estado del arte de las teorías, modelos y formas de velocidad del movimiento del agua en medios porosos”
El movimiento del agua en forma líquida en medios porosos, en muchos casospuede explicarse como resultado de diferencias de potencial hidráulico entre distintos puntos. Los procesos implicados en el movimiento del agua en medios con el de entrada en el suelo (infiltración, entradas laterales o ascenso a partir de una capa freática); la redistribución entre distintos puntos (transferencia y acumulación); la absorción por parte de las plantas; y la evaporación. Elestudio del movimiento del agua en el suelo puede abordarse desde distintos enfoques.
* Estudio de la geometría del espacio de poros. Enfoque descriptivo con algunas determinaciones semicuantitativas.
* Estudio del flujo laminar de agua en tubos capilares. Es a nivel microscópico y se basa en el estudio de la dinámica de la circulación en los microconductos, que se asocian a tubos cilíndricos detipo capilar.
El caudal que fluye a través de un tubo cilíndrico de tipo capilar se expresa de la siguiente manera:
Q=-πR4ΔP8Lη
donde:
Q = Caudal
R = Radio del tubo
ΔP = Pérdida de presión hidrostática
L = longitud del tubo
η = Viscosidad dinámica

O bien

=-πR48ηdPhdx
dPhdx = gradiente de presión hidrostática
Esta expresión es válida para flujo laminar en tubos capilares en unamatriz rígida, lo que implica velocidades de flujo muy lentas y que la geometría de los poros no varíe durante el proceso de transferencia.
* Estudio del movimiento del agua por medio de ecuaciones de flujo macroscópico
El enfoque macroscópico se vasa en el estudio cuantitativo global del proceso de transferencia, desde un punto de vista determinístico.
Las ecuaciones de flujo de agua se handeducido asumiendo que el suelo tiene una matriz sólida continua, y que el agua ocupa posos en un suelo saturado, mientras que en un suelo no saturado forma películas en las paredes de los poros y ocupa los más pequeños.

En un sistema en equilibrio, el potencial hidráulico del agua tiene el mismo valor en todos sus puntos, En los demás casos habrá procesos de transferencia de agua que puedentener lugar como:
* Flujo saturado
El espacio poroso está lleno de agua. Es el flujo en los suelos con capa freática circulante, lo que puede permitir una alimentación de las plantas a partir de esta agua.
Siendo el potencial hidráulico ΨH=f(x, y, z t)
en este caso ΔΨH≠0
Θ= ΘS, lo que implica que el potencial matricial Ψpm=0

* Flujo en suelo no saturado
ΘS < Ψpm <0Este tipo de flujo es el más corriente en suelos que se humectan o que se secan. Resulta más difícil describir que el flujo saturado. El mecanismo de transferencia de agua varía según que el suelo esté relativamente seco (adquiere importancia la transferencia en forma de flujo de vapor, con una gran influencia de los gradiente térmicos) o relativamente húmedo (flujo capilar en cualquier dirección).En 1856, un ingeniero francés de apellido Darcy, dedujo una importante ley, la cual lleva su nombre, y está basada en la ecuación general de flujo; en un experimento haciendo pasar agua a través de una columna llena de arena. Esta misma deducción se llevó a cabo 50 años después por Buckingham (1907), pero con una base termodinámica. La ley que describe el flujo de agua en condiciones de régimensaturado se denomina ley de Darcy, mientras que la del flujo en suelo no saturado se conoce como ley de Buckinham-Darcy.
A escala de poros, el flujo del agua del suelo a nivel microscópico viene dificultado por la tortuosidad (τ) de la trayectoria (l) seguida por el agua, cuya velocidad variará de un punto a otro y que describen las ecuaciones de Stokes-Navier. La tortuosidad de la trayectoria...