CONGRESO XXII – Trabajo 69

INTERCAMBIOS DE CALOR ENTRE AGUA Y SEDIMENTOS EN LAGUNAS EXTREMADAMENTE SOMERAS DEL ALTIPLANO

ALBERTO DE LA FUENTE1
CAROLINA MERUANE2
SALVADOR LÓPEZ3

RESUMEN

Lagunas extremadamente someras de algunos centímetros de profundidad se encuentra en la región altiplánica de la cordillera de los Andes. Investigaciones anteriores han mostrados que la temperatura del agua puede variar en 20 a 30oC en el día, y que los sedimentos actúan como reservorios de calor que retienen calor durante el día, y lo liberan en la noche. El objetivo de este estudio es estudiar el intercambio periódico de calor a través de la interfaz agua-sedimentos (IAS). Para lo anterior, primero se plantea un modelo espectral simplificado para calcular la temperatura del agua. Este modelo descompone el intercambio de calor con la atmosfera en una serie de Fourier, y utiliza la solución analítica del segundo problema de Stokes para representar la temperatura en los sedimentos, y por lo tanto el flujo de calor a través de la IAS. La formación espectral permite definir dos números adimensionales que describen la dinámica: el primero número adimensional es la razón entre la inercia térmica de la columna de agua con el flujo de calor intercambiado con los sedimentos, mientras que el segundo es la razón entre la tasa de transporte de calor en el agua, respecto de los sedimentos. El primer número adimensional controla la amplitud de la oscilación térmica y el desfase entre las series de tiempo de temperatura del agua y del intercambio de calor con la atmósfera; mientras que el segundo cuantifica la importancia de la turbulencia en el intercambio de calor. Los experimentos se realizaron en un estanque que contiene una columna de agua de 4cm de espesor, sobre una capa de 5 cm de sedimento orgánico. El sistema se fuerza con luces que se encienden y apagan con una frecuencia dada, y se miden series de tiempo de la temperatura del agua y la temperatura en la IAS. Finalmente, las modelaciones resuelven acopladamente la ecuación de conservación de calor en la columna de agua, con la de difusión de calor en los sedimentos. A partir de esta combinación numérica/experimental, se permite cuantificar el rol del intercambio de calor entre el agua y los sedimentos, y se presentan relaciones adimensionales para estimar la amplitud de la oscilación térmica.

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1Profesor Asistente, Depto. de Ingeniería Civil, Universidad de Chile – aldelafu@ing.uchile.cl
2 Directora, Modelación Ambiental SpA – cmeruane@modelacion.cl
3 Estudiante de Magíster, Depto. de Ingeniería Civil, Universidad de Chile – slopez@ing.uchile.cl

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