MODELOS CFD PARA EL FLUJO DEL AIRE Y LA DISTRIBUCIÓN DE LAS GOTAS DE UN TURBOATOMIZADOR DURANTE LAS APLICACIONES EN CÍTRICOS

[EN] During the application of pesticides in tree crops with airblast sprayer only a fraction reaches vegetation, while the rest is lost in the atmosphere, soil or surface waters or evaporates quickly. These losses pose a risk to the environment and people. Growing environmental awareness in society and his concern for preserving the health of people and animals have stimulated important legislative actions that promote the improvement of the efficiency of the application of pesticides and reducing the risks associated with their use. The first step to achieve this goal is to quantify the amount of spray volume reaching each substrate (vegetation, soil and atmosphere). To quantify the losses, deposition or the mass balance applications have used different experimental methods carried out under field conditions. However, these tests are very expensive and time consuming. Also, when performed abroad, it is very difficult to control all the factors that influence the distribution of the spray and they are virtually impossible to reproduce. These limitations have prompted the development of physical-mathematical models to simulate the behavior of droplets during applications. The numerical approximation by Computational Fluid Dynamics (CFD) can be a good choice The aim of this thesis was to design a first CFD model to simulate the overall behavior during treatments in citrus tree with airblast sprayer in Mediterranean conditions. First, an experiment was conducted to describe the actual air flow from airblast sprayer fan facing up to the top of an orange tree. It was noted there were two vortexes, one on top and another behind the tree. No such structures have been described in other tree crops. High foliage density produces flow separation and this is the reason for the turbulent structures. Then we proceeded to model the problem by assuming that the tree facing the current fan behaved like a solid. 12 CFD 2D-models were generated to reproduce the behavior of air against the tree, resulting from the combination of three air turbulence models (k- standard, SST k-ω, RSM) and four different geometries for the canopy tree in front of the fan. During the adjustment, it was found that a solid canopy could reproduce the same field vortexes. The SST k-ω model simulated the physical behavior better air than the traditional standard k- and RSM. The model was then validated with the first trial of the thesis. Finally they were introduced in the model 1,500 droplets to simulate the movement and deposition of particles during treatments (Eulerian-Lagrangian model). The simulation was divided into two parts: only air from the fan (from the droplets were in the air to 0,35 s) and air only from wind (after 0,35 s). It were studied the position and variables linked to the droplets (height, velocity etc.) at different times of the simulation, the dynamic behavior of cloud droplets and other parameters associated with the droplets droplets became with the wind during treatments (relaxation time, evaporation ratio etc.) and the final volume in each substrate (vegetation, soil, air) was quantified. The results were compared with an experimental mass balance: 44% volume was deposited in the target tree, 28% on adjacent trees, 20% in ground and 8% was lost by drift. Comparing with test data, model was similar to the target tree deposition and ground losses.[ES] Durante la aplicación de fitosanitarios con turboatomizador en cultivos arbóreos sólo una fracción del caldo pulverizado alcanza la vegetación, mientras que el resto se pierde en la atmósfera o el suelo principalmente. Estas pérdidas suponen un riesgo para el medio ambiente y las personas. La creciente concienciación medioambiental de la sociedad ha estimulado acciones legislativas para la mejora de la eficiencia de la aplicación de fitosanitarios. El primer paso para lograr este objetivo es cuantificar la cantidad de volumen pulverizado en cada sustrato (vegetación, suelo y atmosfera). Para ello, se han utilizado diferentes métodos experimentales. Sin embargo, estos ensayos son caros, requieren mucho tiempo y son complejos por su dificultad para controlar todos los factores que influyen en la distribución de la pulverización. Estas limitaciones han impulsado el desarrollo de modelos físico-matemáticos para simular el comportamiento de las gotas durante las aplicaciones. La aproximación numérica mediante la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) puede ser una buena opción. Por ello, el objetivo de la presente tesis fue diseñar un modelo CFD para simular el comportamiento global de la pulverización durante los tratamientos en cítricos con turboatomizador en condiciones mediterráneas. En primer lugar, se realizó un experimento para describir el flujo real del aire desde que sale de un turboatomizador hasta que se enfrenta a la copa de un naranjo. Se observó que se formaban dos vórtices, uno sobre la copa y otro detrás del árbol. No se han descrito estas estructuras en otros cultivos. La alta densidad foliar induce una separación del flujo que da lugar a estas estructuras turbulentas. A continuación, se procedió a modelizar el problema asumiendo que el árbol enfrentado a la corriente del ventilador se comportaba como un sólido. Para ello se generaron 12 modelos CFD en 2D para reproducir el comportamiento del aire frente al árbol, resultantes de la combinación de tres modelos de turbulencia del aire (k-estándar, SST k-ω, RSM) y cuatro geometrías diferentes para la copa del árbol frente al ventilador. Durante el ajuste, se comprobó que con una copa sólida el modelo podía reproducir los mismos vórtices que en campo. El modelo SST k-ω simuló mejor el comportamiento físico del aire que el tradicional standard k- y el RSM. El modelo fue posteriormente validado con datos experimentales. Por último, se desarrolló un modelo Euleriano-Lagrangiano para simular el movimiento y deposición de las partículas durante los tratamientos que incluía tanto un modelo de las corrientes de aire generadas por el equipo, como el viento atmosférico, además del comportamiento individual de las gotas. En diferentes instantes de la simulación se estudió la posición y las variables ligadas a las gotas (altura, velocidad etc.), se hizo una estimación del comportamiento dinámico de la nube de gotas y de otros parámetros que se han asociado al comportamiento de las gotas frente al viento durante las aplicaciones fitosanitarias (tiempo de relajación, ratio de evaporación etc.) y se cuantificó el volumen final en cada sustrato. Los resultados predijeron que los porcentajes de caldo respecto al total pulverizado fueron: el 44% en el árbol objetivo, el 28% en los árboles adyacentes, el 20% en el suelo y un 8% se perdió como deriva. Finalmente, el modelo se comparó con un balance experimental de masas, con resultados similares en la deposición sobre la vegetación y el suelo.[CA] Durant l'aplicació de fitosanitaris amb turboatomizador en cultius arboris només una fracció del caldo polvoritzat aconseguix la vegetació, mentres que la resta es perd en l'atmosfera o el sòl principalment. Estes pèrdues suposen un risc per al medi ambient i les persones. La creixent conscienciació mediambiental de la societat ha estimulat accions legislatives per a la millora de l'eficiència de l'aplicació de fitosanitaris. El primer pas per a aconseguir este objectiu és quantificar la quantitat de volum polvoritzat en cada substrat (vegetació, sòl i atmosfera). Per a això s'han utilitzat diferents mètodes experimentals. No obstant això, estos assajos són cars, requerixen molt de temps i són complexos per la seua dificultat per a controlar tots els factors que influïxen en la distribució de la polvorització. Estes limitacions han impulsat el desenrotllament de models fisicomatemàtics per a simular el comportament de les gotes durant les aplicacions. L'aproximació numèrica per mitjà de la Dinàmica de Fluids Computacional (CFD) pot ser una bona opció. L'objectiu de la present tesi va ser dissenyar un primer model CFD per a simular el comportament global de la polvorització durant els tractaments en cítrics amb turboatomitzador en condicions mediterrànies. En primer lloc, es va realitzar un experiment per a descriure el comportament real del flux de l'aire des que ix d'un turboatomitzador fins que s'enfronta a la copa d'un taronger. Es va observar que es formaven dos vòrtexs, un sobre la copa i un altre darrere de l'arbre. No s'han descrit aquestes estructures en altres cultius. L'alta densitat foliar causa una separació del flux que dóna lloc a estes estructures turbulentes. A continuació, es va procedir a modelitzar el problema assumint que l'arbre enfrontat al corrent del ventilador es comportava com un sòlid. Per a això es van generar 12 models CFD en 2D per reproduir el comportament de l'aire davant de l'arbre, resultants de la combinació de tres models de turbulència de l'aire (k- estàndard, SST k-ω, RSM) i quatre geometries diferents per a la copa de l'arbre davant del ventilador. Durant l'ajust, es va comprovar que amb una copa sòlida podia reproduir els mateixos vòrtexs que en camp. El model SST k-ω va simular millor el comportament físic de l'aire que el tradicional estàndard k- i el RSM. El model va ser posteriorment validat amb el primer assaig de la tesi. Per últim, es va fer un model Eulerià-Lagrangià per a simular el moviment i deposició de les partícules durant els tractaments que incloïa tant un model dels corrents d'aire (vent i equip). En diferents instants de la simulació es va estudiar la posició i les variables lligades a les gotes (altura, velocitat etc.), es va fer una estimació del comportament dinàmic del núvol de gotes i d'altres paràmetres que s'han associat al comportament de les gotes enfront del vent durant les aplicacions fitosanitàries (temps de relaxació, ràtio d'evaporació etc.) i es va quantificar el volum final en cada substrat. Els resultats van predir que els percentatges de caldo respecte al total polvoritzat van ser: el 44% va acabar en l'arbre objectiu, el 28% en els arbres adjacents, el 20% en el sòl i un 8% es va perdre com a deriva. Finalment, el model es va comparar amb un balanç experimental de masses, amb resultats semblants en la deposició sobre la vegetació i el sòl.Salcedo Cidoncha, R. (2015). MODELOS CFD PARA EL FLUJO DEL AIRE Y LA DISTRIBUCIÓN DE LAS GOTAS DE UN TURBOATOMIZADOR DURANTE LAS APLICACIONES EN CÍTRICOS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59444TESI

Biolaw as global tool for Human Rights protection (Pro Human Biolaw)

La ciencia ha experimentado, desde finales del siglo XX, un avance a nivel biotecnológico de proporciones inimaginables pocos años atrás. La magnitud de los campos de investigación y de aplicación práctica que se han abierto, plantea serios dilemas sobre el futuro de la existencia humana, la vida en dignidad y el legado a las generaciones futuras. Es necesario preguntarse si, frente al creciente poder de intervención de la ciencia en la vida humana, todo lo que es técnicamente posible es éticamente aceptable y, si lo es, dentro de qué límites jurídicos. El proyecto Biolaw as global tool for Human Rights protection (Pro Human Biolaw), tiene como finalidad dotar de instrumentos adecuados a especialistas de diferentes ámbitos de procedencia, para permitirles afrontar la búsqueda de solución a los dilemas modernos desde planteamientos éticos, con el aval de la ciencia y bajo el marco de en un derecho cercano a la sociedad cuyo referente radica en el imperativo sustentado por los Derechos Humanos

Bioderecho y derecho a la libertad de pensamiento, conciencia y religión

Vivimos en una sociedad cuyo grado de desarrollo a nivel biotecnológico ha alcanzado tal nivel, que ha superado nuestra capacidad de dar respuestas inmediatas, ciertas y válidas con carácter general, a los retos que las biociencias nos plantean. Los orígenes de la vida en sentido humano y las posibilidades de modelarla, la mejora de las condiciones de vida y la obsesión por dotar de fortaleza biológica en el tiempo al ser humano, son las grandes propuestas de la investigación moderna. La capacidad de intervención en la estructura constitutiva del ser humano, en su misma identidad personal o en todas aquellas situaciones en las que la persona pone en juego su vida biológica o sus atributos de dignidad, es de tal magnitud que los interrogantes que se suscitan se han convertido en la principal vía de reflexión para la ética, la racionalidad científica y las soluciones de justicia que busca el derecho.Derecho canónic

Development of canopy vigour maps using UAV for site-specific management during vineyard spraying process

Site-specific management of crops represents an important improvement in terms of efficiency and efficacy of the different labours, and its implementation has experienced a large development in the last decades, especially for field crops. The particular case of the spray application process for what are called “specialty crops” (vineyard, orchard fruits, citrus, olive trees, etc.)FI-DGR grant from Generalitat de Catalunya (2018 FI_B1 00083). Research and improvement of Dosaviña have been developed under LIFE PERFECT project: Pesticide Reduction using Friendly and Environmentally Controlled Technologies (LIFE17 ENV/ES/000205)This research was partially funded by the “Ajuts a les activitats de demostració (operació 01.02.01 de Transferència Tecnològica del Programa de desenvolupament rural de Catalunya 2014-2020)” and an FI-DGR grant from Generalitat de Catalunya (2018 FI_B1 00083). Research and improvement of Dosaviña have been developed under the LIFE PERFECT project: Pesticide Reduction using Friendly and Environmentally Controlled Technologies (LIFE17 ENV/ES/000205).This research was partially funded by the “Ajuts a les activitats de demostració (operació 01.02.01 de Transferència Tecnològica del Programa de desenvolupament rural de Catalunya 2014-2020)” and an FI-DGR grant from Generalitat de Catalunya (2018 FI_B1 00083). Research and improvement of Dosaviña have been developed under LIFE PERFECT project: Pesticide Reduction using Friendly and Environmentally Controlled Technologies (LIFE17 ENV/ES/000205)Postprint (updated version

El profesor universitario venezolano migrante: ¿en búsqueda de la productividad perdida?

Ante el fenómeno creciente de la migración venezolana, nos interesó conocer las razones por las cuales emigra el profesorado universitario venezolano. Una migración masiva como la que experimenta el país caribeño incluye el éxodo de talento humano, de personal calificado. Metodológicamente, la investigación es descriptiva. Se identificó en una muestra de profesores universitarios las razones por las cuales decidieron emigrar. Se empleó la técnica del muestreo por bola de nieve a partir de la distribución de una encuesta en la que participaron más de 350 profesores distribuidos en distintos países. Entre los resultados se destaca que los profesores emigran en búsqueda de un mejor futuro; optan por nuevas y mejores condiciones de vida. Desde la perspectiva académica, la migración es una oportunidad para recuperar la productividad perdida a causa del desmejoramiento en las condiciones de vida personales y profesionales de los académicos venezolanos. Los profesores emigran por varias razones, pero en la base está la idea, el proyecto personal de continuar con sus vidas académicas y agregar valor a sus capacidades en otras latitudes

Los libros de texto de matemáticas como objeto de investigación. El caso de la colección Bicentenario

En este trabajo se revisan las investigaciones publicadas sobre los libros de texto matemáticas de la colección Bicentenario de Venezuela. Se seleccionaron artículos publicados en revistas arbitradas y ponencias presentadas en eventos académicos, que estuvieran disponibles en extenso en la web. Los resultados indican que la investigación realizada es fundamentalmente de análisis de contenido, donde se reportan tanto aspectos positivos, como lenguaje apropiado para el estudiante; y negativos, como insuficiencia de actividades y problemas, además de sesgo ideológico al destacar actividades gubernamentales. Se considera que todavía hay espacio para seguir investigando sobre los libros de esta colección por lo que se proponen posibles investigaciones

Introducing computational fluid dynamics in the analysis of porous medium flows

[EN] This paper presents an introduction about how to model a ow through a porous medium with Computatio-nal Fluid Dynamics (CFD). To this end, a case study is proposed by simulating an air current produced bythe fan of an air assisted sprayer through a porous medium (vegetation). The work is aimed at adjustingthe porosity resistance to the air ow using experimental data. The adjustment assesses three scenarios:one, considering only equal inertial losses between di erent porous bodies, two, considering both inertiallosses and viscous losses and, three, considering only di erent inertial losses between di erent porousbodies. Finally, velocities obtained in each simulation are compared with experimental data. The proposedmethodology highlights the importance of employing suitable parameters when con guring CFD models.[ES] Este trabajo presenta una introducción a la modelización con Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) de un fluido atravesando un medio poroso. Para ello, se propone un caso práctico mediante la simulación de un flujo de aire producido por el ventilador de un pulverizador hidráulico asistido por aire que atraviesa un medio poroso (la vegetación). El trabajo consiste en dotar de las herramientas necesarias para configurar un modelo CFD para, posteriormente, ajustar la resistencia de la porosidad al paso de la corriente usando datos experimentales. El ajuste contempla tres escenarios: uno, considerando sólo pérdidas inerciales iguales entre los diferentes cuerpos porosos, dos, considerando dichas pérdidas inerciales más las pérdidas viscosas y, tres, considerando sólo pérdidas inerciales diferentes entre los diferentes cuerpos porosos. Finalmente, se comparan las velocidades obtenidas en cada simulación con datos reales, eligiéndose aquella configuración que arroja mayores ajustes. La metodología planteada pretende poner de manifiesto la importancia de usar con criterio los distintos parámetros propios de la configuración de modelos CFD.Salcedo, R.; Bayón Barrachina, A.; Chueca, P. (2017). Introduciendo la dinámica de fluidos computacional en el análisis de flujos en medio poroso. Modelling in Science Education and Learning. 10(1):261-276. doi:10.4995/msel.2017.6700SWORD261276101Biswas, R., & Strawn, R. C. (1998). Tetrahedral and hexahedral mesh adaptation for CFD problems. Applied Numerical Mathematics, 26(1-2), 135-151. doi:10.1016/s0168-9274(97)00092-5Celik, I. B., Ghia, U., Roache, P. J., Freitas, C. J., Coleman, H. & Raad, P. E. (2008), Procedure for Estimation and Reporting of Uncertainty Due to Discretization in CFD Applications. Journal of Fluids Engineering, 130 (7), 1-4.Davidson, P. (2015). Turbulence. doi:10.1093/acprof:oso/9780198722588.001.0001Da Silva, A., Sinfort, C., Tinet, C., Pierrat, D., & Huberson, S. (2006). A Lagrangian model for spray behaviour within vine canopies. Journal of Aerosol Science, 37(5), 658-674. doi:10.1016/j.jaerosci.2005.05.016Endalew, A. M., Debaer, C., Rutten, N., Vercammen, J., Delele, M. A., Ramon, H., … Verboven, P. (2010). A new integrated CFD modelling approach towards air-assisted orchard spraying. Part I. Model development and effect of wind speed and direction on sprayer airflow. Computers and Electronics in Agriculture, 71(2), 128-136. doi:10.1016/j.compag.2009.11.005Li, C., Huang, Q., Yan, S., & Huang, T. (2016). Parametric CFD studies on erosion in 3D double elbow. International Journal of Engineering Systems Modelling and Simulation, 8(4), 264. doi:10.1504/ijesms.2016.079412Granell, R. (2014). Análisis del flujo ambiental y propuesta metodológica para simulaciones CFD aplicadas a la ventilación natural de invernaderos. Tesis Doctoral. Universidad Politécnica de Valencia (Espa-a).Hirsch, C. 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P., Hong, S.-W., Seo, I.-H., Kwon, K.-S., Bartzanas, T., & Kacira, M. (2013). The past, present and future of CFD for agro-environmental applications. Computers and Electronics in Agriculture, 93, 168-183. doi:10.1016/j.compag.2012.09.006Igboekwe, M. U., & Achi, N. J. (2011). Finite Difference Method of Modelling Groundwater Flow. Journal of Water Resource and Protection, 03(03), 192-198. doi:10.4236/jwarp.2011.33025Pope, S. B. (2001). Turbulent flows. (11th edition). Cambridge, United Kingdom: Cambridge University Press.Salcedo, R., Granell, R., Palau, G., Vallet, A., Garcerá, C., Chueca, P., & Moltó, E. (2015). Design and validation of a 2D CFD model of the airflow produced by an airblast sprayer during pesticide treatments of citrus. Computers and Electronics in Agriculture, 116, 150-161. doi:10.1016/j.compag.2015.06.005SPALART, P., & ALLMARAS, S. (1992). A one-equation turbulence model for aerodynamic flows. 30th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. doi:10.2514/6.1992-439Versteeg, H. K., & Malalasekera, W. (2007). An introduction to computational fluid dynamics: the finite volume method. Upper Saddle River, United States: Pearson Education.Yamaguchi, H. (2008). Engineering fluid mechanics (Vol. 85). Springer Science & Business Media

Are there differences on spray deposit distribution pro-duced on citrus canopies by conventional and low-drift nozzles?

Air injection nozzles are often recommended to reduce drift, which is one of the major pollu-tion sources caused by the application of plant protection products on fruit trees. However, it is important to know if the use of low-drift nozzles may affect the efficacy of treatments. This work is aimed at providing scientific evidence to asses if there are changes in the deposition pattern on citrus canopies when using conventional (cone) and low-drift (air injection) nozzles and discuss the consequences on efficacy of pesticides. Results showed that the air injection nozzles did not affect deposition in the conditions of the experiments, so they suggest that these nozzles can be regarded as a good alternative to the conventional ones