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Simulaciones computacionales ayudan a entender el transporte de partículas

Publicado em 28 janeiro 2020

El simposio FAPESP Week France se realizó entre los días 21 y 27 de noviembre en el marco de una colaboración entre la FAPESP y las universidades de Lyon y de París, ambas de Francia.

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Simulaciones computacionales ayudan a entender el transporte de partículas

El simposio FAPESP Week France se realizó entre los días 21 y 27 de noviembre en el marco de una colaboración entre la FAPESP y las universidades de Lyon y de París, ambas de Francia

Por MundoGEO
07/01/20 16h30

El humo emitido por los tubos de escape de los camiones, las chimeneas de las fábricas o los incendios forestales es visible fácilmente. De igual modo, es posible observar una tormenta de arena a kilómetros de distancia. Así y todo, los pequeños elementos que forman esa pluma visible suelen pasar desapercibidos para el ojo humano, al igual que gran parte de las partículas sólidas o líquidas suspendidas en el aire que respiramos.

Este material en partículas, también conocido con el nombre de aerosol, tiene dimensiones que se ubican en el rango de los micrones (milésimas de milímetros) y puede estar presente en el aire en forma de polvo, neblina o humo. Las fuentes de aerosoles pueden ser naturales (tales como los compuestos orgánicos volátiles que emiten los árboles) o antropogénicas (como la contaminación que emiten los vehículos).

Aparte de influir en el clima y las lluvias, estas partículas microscópicas suspendidas pueden tener efectos sobre la salud humana. Debido a ello, son objeto de estudios en diversos países. Brasil se ubica a la delantera de esas investigaciones, con proyectos como el GoAmazon, por ejemplo, que cuenta con el apoyo de la FAPESP (lea más en: agencia.fapesp.br/29670)

La investigadora del Instituto de Ciencias Matemáticas y Computación (ICMC) de la Universidade de São Paulo (USP) Livia Freire ha venido trabajando en el desarrollo de simulaciones computacionales con el objetivo de intentar entender cómo transcurre el transporte de aerosoles en la atmósfera. Y dio a conocer este proyecto, que cuenta también con el apoyo de la FAPESP, el pasado día 22 de noviembre, durante el simposio internacional FAPESP Week France.

“Nuestro interés consiste en saber de qué manera se desplazan esas partículas por el escurrimiento atmosférico, un movimiento que resulta muy complicado simular y comprender debido a que es sumamente turbulento. Estamos desarrollando modelos numéricos que simulan el escurrimiento de la atmósfera y el transporte de partículas en él. El objetivo de esto es arribar a ecuaciones simples que investigadores de otras áreas puedan utilizar para entender la concentración de partículas en la atmósfera”, declaró Freire a Agência FAPESP.

La investigadora explica que para prever el comportamiento de las partículas y determinar su concentración en un determinado lugar y a una determinada hora, por ejemplo, es necesario entender el escurrimiento turbulento existente en la capa límite atmosférica, tal como se le denomina a la zona correspondiente a las primeras centenas de metros de la atmósfera.

“Es una región que concentra todos los intercambios de energía, gases y partículas entre la atmósfera y los elementos que componen la superficie del planeta”, dijo.

“El problema de los escurrimientos turbulentos es sumamente complejo, pues abarca diversas escalas, desde la de la propia atmósfera hasta otras sumamente pequeñas como los vórtices turbulentos que transportan partículas. Para simular eso en computadora, debemos representar todas esas escalas, y esto redunda en un aumento significativo de los costos de computación. Es un gran desafío representar los distintos componentes de la atmósfera en un sistema computacional y a un costo viable”, dijo Freire.

La investigadora comenta que la capa límite atmosférica posee un escurrimiento turbulento cuya representación computacional más fiel es la que se obtiene mediante la técnica denominada Large-Eddy Simulation (LES).

“A causa de su naturaleza compleja, el estudio de la turbulencia se basa en el empleo de simulaciones numéricas combinadas con el análisis de datos experimentales. Para el escurrimiento atmosférico, el uso de la técnica LES suministra indicadores importantes sobre el comportamiento único de la turbulencia, y se han concretados progresos significativos en el desarrollo de modelos de transporte de materia y energía en la atmósfera en condiciones simplificadas”, dijo.

“La concentración promedio de partículas finas emitidas de una región de suelo plano y desnudo puede representarse mediante una sencilla relación de flujo y perfil, un resultado que se logra con base en uso de LES”, dijo.

Según Freire, los avances en las capacidades computacionales brindan una oportunidad para investigar problemas más complejos como el transporte de partículas en presencia de bosques y ciudades.

“Estamos usando LES, una herramienta numérica avanzada, para desarrollar nuevos modelos que permitan explicar el transporte de partículas en la atmósfera. Esto podrá expandir nuestra comprensión y nuestra capacidad de prever su papel en el medio ambiente”, dijo.

En la investigación con LES, Freire ha venido trabajado con los profesores Leandro Franco de Souza, del ICMC, y Amauri Pereira de Oliveira, del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas, ambos de la USP, y con David Richter, de la University of Notre Dame.

El simposio FAPESP Week France se realizó entre los días 21 y 27 de noviembre en el marco de una colaboración entre la FAPESP y las universidades de Lyon y de París, ambas de Francia. Lea otras noticias sobre el evento en: www.fapesp.br/week2019/france.

Este texto fue originalmente publicado por Agencia FAPESP de acuerdo con la licencia Creative Commons CC-BY-NC-ND . Lea el original aquí.