Francisco Javier González Gallero

El objetivo de esta asignatura es presentar una introducción a la Teoría de
Difusión Turbulenta y mostrar algunas de las aplicaciones más importantes de
dicha teoría a la modelización de la dispersión de contaminantes en la
atmósfera y en aguas naturales.

TEMA 1: Introducción     1h
1.1 La contaminación: Algo de historia.
1.2 ¿Qué es un contaminante?.
1.3 Emisiones de contaminante.
1.4 Efectos adversos.
1.5 Legislación.

TEMA 2: Dinámica de fluidos    3h
2.1 Introducción. Conceptos previos.
2.2 Ecuación de continuidad.
2.3 Ecuación de movimiento.
2.4 Ecuación de la energía.
2.5 Análisis Dimensional. Teorema PI de Buckingham.

TEMA 3: Marco Medioambiental     6h
3.1 Estática y estabilidad de la Atmósfera.
3.2 Dinámica de la Atmósfera: Escalas de movimiento. Dinámica de la
vorticidad. Borrascas y anticiclones.
3.3 La Capa Límite Atmosférica (CLA) turbulenta. Transporte en la CLA.
3.4 Dinámica en aguas naturales.

TEMA 4: Difusión Molecular: Teoría fenomenológica de la Difusión     5h
4.1 La ley de Fick.
4.2 Principio de conservación de la masa: ecuación de continuidad.
4.3 Ecuación de difusión.
4.4 Aplicaciones.

TEMA 5: Difusión Molecular: Teoría Estadística de la Difusión     4h
5.1 Dispersión por movimientos aleatorios.
5.2 Teorema de Taylor.
5.3 Movimiento Browniano. Dispersión.
5.4 Modelo de camino aleatorio simple. Aplicaciones.

TEMA 6: Difusión Turbulenta: Teoría Estadística elemental y aplicaciones
atmosféricas     5h
6.1 La aproximación estadística.
6.2 Distribución de probabilidad de los desplazamientos de partículas.
6.3 Campo de concentración media para fuentes continuas.
6.4 Difusividad aparente de eddy.
6.5 Aplicaciones a la difusión atmosférica.

TEMA 7: Dispersión en flujos no homogéneos: Teorías de Semejanza     4h
7.1 Dispersión en flujos cortantes estratificados.
7.2 Teoría de semejanza lagrangiana para la capa superficial neutra.
7.3 Teoría de semejanza lagrangiana para la capa superficial estratificada.
7.4 Verificación experimental de las teorías de semejanza.
7.5 Aplicaciones a la dispersión en la Capa Límite Atmosférica.

TEMA 8: Elevación de penacho, caída y deposición     5h
8.1 Efectos del momento y empuje en la emisión.
8.2 Teoría de la elevación de penachos y observaciones: Ecuaciones de Briggs.
8.3 Caída gravitacional de partículas.
8.4 Deposición seca.
8.5 Modelos de dispersión-deposición.

TEMA 9: Difusión en aguas naturales     6h
9.1 Introducción.
9.2 Transporte y dispersión en ríos.
9.3 Dispersión en lagos.
9.4 Dispersión en estuarios.
9.5 Dispersión en el océano.

Tema 10: Modelos de dispersión     6h
10.1 Modelo Gaussiano: Ecuaciones, coeficientes de dispersión, elevación del
penacho, promediado temporal de las concentraciones, atrapamiento de penacho,
fumigación, efecto de la topografía.
10.2 Modelos Numéricos
10.2.1 Discretización por diferencias finitas. Ecuación de
transporte en una dimensión. Ecuación de transporte y difusión en una
dimensión.
10.2.2 Modelos de transporte-gradiente de pequeña escala. Modelos de energía
cinética turbulenta (TKE). Modelos de cierre de orden superior. Simulaciones
de grandes eddies (LES). Modelos estocásticos lagrangianos.

- Lección magistral. El alumno dispondrá de toda la información necesaria para
el seguimiento de las clases, previamente a la impartición de las mismas.
- Realización de programas en MATLAB o VISUAL BASIC (hoja de cálculo Excel)
para la resolución de casos parácticos.

Criterios:
- Se evaluará el conocimiento de la teoría estadística (turbulenta) y su
aplicación a la dispersión de contaminantes. El alumno debe ser capaz de
entender y aplicar correctamente un determinado modelo de dispersión en un
determinado caso práctico.

Sistema de evaluación:
- Cada alumno deberá completar satisfactoriamente una relación de ejercicios
por cada tema de la asignatura. Finalmente, deberá desarrollar un caso
práctico de aplicación de un modelo de dispersión. Si la evaluación resulta
negativa, será necesario realizar un examen teórico-práctico sobre los
conceptos estudiados.

- Air Pollution Meteorology and Dispersion, S. Pal Arya. Oxford University
Press, 1999.
- Environmental Physics, E. Boeker, R. Van Grondelle. John Wiley & Sons, 1995.
- Turbulent Diffusion in the Environment, C.T. Csanady. Reidel Publishing
Company, 1973.
- Atmospheric Motion and Air Pollution, Richard A. Dobbins. John Wiley & Sons,
1979.
- Mixing in Inland and Coastal Waters, Hugo B. Fischer, E. John List, Robert
C.Y. Koh, Jörg Imberger, Norman H. Brooks. Academic Press, 1979.
- Fundamentals of Stack Gas Dispersion, Milton R. Beychok, 1994.
- Industrial Mathematics: A course in solving Real-World Problems, A.
Friedman, W. Littman. SIAM, Philadelphia, 1994.
- Workbook of Atmospheric Dispersion Estimates: An introduction to dispersion
modeling, B. Turner. Lewis Publishers, 1994.
- Mecánica de Fluidos, Frank M. White. Mc Graw-Hill, 1979.
- A First Course in Turbulence, H. Tennekes and J.L. Lumley. MIT Press, 1994.