CFD Modelling for the prediction of NOx dispersion in the vicinities of a street with active public urban intervention in Medellin, Colombia

Abstract

RESUMEN : Los problemas de contaminación atmosférica están íntimamente relacionados con los escenarios meteorológicos presentes en los diferentes lugares. De allí que la meteorología pueda regir múltiples procesos que controlan o que influyen considerablemente en el comportamiento de las emisiones y la concentración de las especies contaminantes en la atmósfera. Estos procesos incluyen el transporte vertical, la advección, la dispersión turbulenta, la convección y la deposición húmeda y seca. Por lo que sería de vital importancia analizar las condiciones de vientos, mezcla, y demás parámetros termodinámicos del dominio de estudio, para las diversas situaciones meteorológicas. Esta investigación se planteó con el propósito de analizar la situación actual de un trayecto en la calle Carabobo en Medellín (Colombia), y sus alrededores, con el fin de aportar información a ser tenida en cuenta a la hora de realizar nuevas intervenciones públicas urbanas, en especial en las áreas de influencia de la calle Carabobo. Igualmente, se contempló en el estudio la dispersión del dióxido de nitrógeno (NO2) y el óxido de nitrógeno (NO) presentes en el aire atmosférico para la zona de Medellín, empleando dinámica de fluidos computacionales (del inglés Computational Fluid Dynamics - CFD), con lo cual se logran predecir las concentraciones de contaminantes y perfiles de velocidad en puntos específicos dentro del área de estudio. Las simulaciones se realizaron utilizando el software ANSYS Fluent®, y las condiciones de contorno, velocidad del viento y las concentraciones volumétricas de los contaminantes en el aire atmosférico se obtuvieron de dos estaciones de monitoreo pertenecientes al SIATA (Sistema de Alerta Temprana de Medellín y el Valle de Aburrá), con red de seguimiento una al norte y otra al sur del área de estudio, con el objetivo de validar los resultados obtenidos con la simulación CFD. Finalmente, el trabajo cuenta con ocho capítulos específicos, así: el Capítulo 1 relacionado con la Introducción. El Capítulo 2 describe los objetivos, general y específicos. En el Capítulo 3 se hace una presentación que se ha denominado Estado del Arte; en este capítulo se presentan algunas consideraciones teóricas de interés en el tema de estudio, dentro de las que se destacan: definiciones especiales asociadas con la temática objeto de estudio, la atmósfera y su estructura, la modelación matemática, así como de uso de modelos atmosférico. Luego aparece el Capítulo 4, en el que se muestran algunos aportes previos sobre el tema de la modelación y calidad del aire, enfocado muy especialmente en modelación y evaluación de la calidad del aire con algunos aportes de modelación, dentro de los que se describen algunos trabajos que aplican el modelo “Ansys Fluent”. Posteriormente, el Capítulo 5 está destinado a la exposición de los componentes metodológicos empleados en el trabajo. En el Capítulo 6 se presentan los resultados y su análisis. Finalmente, en el Capítulo 7, se encuentran las conclusiones o resultados más relevantes del estudio. Estos capítulos 6 y 7 en el primero, se dejan expresas algunas tareas futuras; y en el segundo todo el soporte bibliográfico que compone el presente proyecto de investigación.