Implementación de un modelo de autómatas celulares diseñado para simular el transporte de solutos en medios porosos

En esta investigación se diseñó un modelo de Autómatas Celulares (AC) que permite simular procesos de transporte de solutos en medios porosos. Los AC son un modelo matemático discreto en espacio y tiempo, en el que se divide el área de estudio en celdas que adquieren valores en cada paso de tiempo y evolucionan a partir de unas reglas de transición previamente definidas. Para establecer las reglas de transición, se entrenó el modelo AC con resultados de ensayos de trazadores realizados en dos modelos físicos, conocidos como cajas de arena. El primero, representaba un medio homogéneo y la segundo uno estratificado. Las cajas fueron llenadas con arenas de diferentes conductividades hidráulicas (330.6 m/d y 165.5 m/d en el estratificado y 220.4 m/d en el homogéneo). Además se realizó una modelación numérica con un enfoque euleriano, que simuló el transporte de solutos para las condiciones representadas en los modelos físicos, permitiendo comparar resultados. Se concluyó que el modelo de AC no presenta problemas de inestabilidad numérica, reduce los tiempos de cómputo con respecto al modelo euleriano, y permite visualizar adecuadamente el comportamiento hidrodinámico de la mancha del soluto transportado. Sin embargo, requiere un amplio número configuraciones en el montaje del modelo físico para definir adecuadamente las reglas de transición, repercutiendo en elevados costos y tiempos de calibración. Además al comparar el comportamiento hidrodinámico de la mancha del soluto simulado en el modelo AC y la observada en el modelo físico, cotejando la trayectoria descrita por los centroides de ambas manchas, se concluye que el comportamiento de ambas es muy similar al presentar un error porcentual absoluto medio de 3.1% y un RMSE de 9. 7 pixeles entre ambos modelos, es decir un error insignificante en comparación con el tamaño de la imagen generada por el modelo AC (801 x 578 pixeles). Además, a partir de un análisis del segundo momento espacial de la concentración, se obtuvo que la relación entre la dispersión longitudinal y la transversal de la mancha del modelo AC es de 28.2% mientras que dicha relación para el modelo físico fue de 22%, por lo que se concluyó que la esbeltez de ambas es similar.

• Autores: Lora Ariza, Boris José
• Fecha de publicación: 2017
• Institución: Universidad Nacional de Colombia
• Repositorio: Universidad Nacional de Colombia
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.unal.edu.co:unal/63519
• Acceso en línea: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/63519; http://bdigital.unal.edu.co/63948/
• Palabra clave: 55 Ciencias de la tierra / Earth sciences and geology; 62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering; Autómatas celulares; Transporte de solutos; Cajas de arena; Modelación numérica; Modelación física; Cellular automata; Transport of salutes; Sand box; Numerical simulation; Physical simulation
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