Caracterización y modelamiento fisicoquímico del transporte y reactividad de dióxido de carbono en el Salar de Huasco

Abstract

En este estudio se presenta el modelamiento fisicoquímico de la evolución intradiaria de dióxido de carbono en el Salar de Huasco. Estudios previos han permitido comprender y describir los procesos que ocurren en el ambiente acuático del Salar, específicamente la transferencia de dióxido de carbono y oxígeno; sin embargo, los modelos planteados no logran representar por completo las tasas de consumo de dióxido de carbono. Es por esto que surge como motivación construir un modelo fisicoquímico del salar en dos sitios de estudio: laguna, correspondiente al cuerpo de agua superficial del salar, y desierto, correspondiente a los alrededores secos; incluyendo procesos fotoquímicos de potencial ocurrencia. El objetivo general de este trabajo es caracterizar y cuantificar el consumo y producción de dióxido de carbono en el Salar de Huasco. Para lograrlo, se utilizaron datos de calidad de agua y caracterización de suelo recopilados en mediciones in situ en campañas realizadas en los años 2016 y 2018, con el fin de determinar si existen condiciones fotocatalíticas. Luego, a partir de series de tiempo obtenidas en las mismas campañas, se llevó a cabo un ajuste de parámetros en modelos fenomenológicos con y sin fotorreducción los que se validaron estadísticamente y fueron comparados con referencias bibliográficas. En la caracterización de suelo se detecta la presencia de óxido de hierro y óxido de titanio, minerales que son fotocatalíticamente activos en el espectro UV-Visible, lo cual permitiría la reducción del dióxido de carbono en presencia de irradiación solar. Para el sitio desierto se encuentra que la transferencia de masa de dióxido de carbono en la interfaz suelo - aire puede ser descrito de acuerdo con una cinética fotocatalítica de segundo orden que incorpora la radiación extraterrestre con una constante cinética de 1, 908 · 10−8 m6 mmol W−1 s−1. En el sitio laguna se obtienen dos modelos que representan la evolución intradiaria de dióxido de carbono, oxígeno disuelto, biomasa y detritos, y que se ajustan a las mediciones experimentales de transferencia de masa de dióxido de carbono en la interfaz agua - aire. En el primer modelo se calibra solo la constante de transferencia de masa en la interfaz agua - aire, obteniéndose un valor adimensional de 3,49; en el segundo modelo se incorpora el proceso de fotorreducción en los sedimentos de la laguna, mediante una ley cinética potencial de segundo orden con una constante de valor 9, 99 · 10−4L m3 mg−1 min−1W−1. En ambos modelos se cumplen supuestos estadísticos de regresión no lineal y significancia estadística, sin embargo, al comparar con valores reportados en literatura, las constantes de cinética catalítica presentan diferencias de hasta 3 órdenes de magnitud, lo cual puede deberse a que las condiciones de operación de los experimentos reportados no son iguales a las condiciones del salar. En términos de régimen fluidodinámico, los montajes experimentales son llevados a cabo en régimen laminar, mientras que en el salar los vientos presentan altas velocidades; además, la radiación y la temperatura en el salar son oscilatorias y pueden llegar a valores extremos distintos en el día y la noche.