Tricomas, humedad ambiente y transpiración: estudio fluidodinámico

Transcripción

1 Tricomas, humedad ambiente y transpiración: estudio fluidodinámico Alberto Sánchez, Ramón Chordá, Carlos Montañés, Norberto Fueyo Grupo de Fluidodinámica Numérica, Universidad de Zaragoza Eustaquio Gil, Sergio Sisó Centro de Investigación y Tecnología Agroalimentaria de Aragón Numerical Fluid Dynamics Group! University of Zaragoza, Spain!

2 Intro Cuál es el papel del tricoma en el intercambio de gases?! Envés de hoja de encina, parcialmente depilada. Proporcionada por E Gil Pelegrín, CITA

3 Intro Pregunta! Ayuda el dosel de tricomas a impedir el flujo de agua en ambientes secos Permitiendo que el estoma siga abierto para la entrada de CO2?

4 Intro Herramienta: Fluidodinámica computacional! Fluidodinámica Computacional Simulación por ordenador del flujo de fluidos, de especies químicas, de calor, ; de la reacción química, de la radiación Amplia experiencia en nuestro grupo Generalmente en otros ámbitos

5 Intro Fundamento! Ecuaciones de movimiento del flujo fluido (conservación de la masa, velocidad del fluido) Y de conservación de las especies químicas Convección, difusión, términos fuente Conservación de la masa Velocidad Especies químicas (H2O) Solver específico implementado en OpenFOAM Software de código abierto, gratis

6 Geometría Reto #1: Geometría! Fotografía proporcionada por E Gil Pelegrín, CITA

7 Geometría Proceso! 1 Sergio Sisó recrea dosel de tricomas en un programa de modelado de sólido 2 Nos pasa el resultado en fichero STL, y lo escalamos y trasladamos 3 Generamos una malla computacional usando SnappyHexMesh Software gratis Otros intentos más sofisticados han fracasado

8 Geometría Resultado!

9 Geometría Detalle!

10 Geometría Animación!

11 Geometría Animación!

12 Geometría Reto #2: Tamaño! Diferencia de escalas entre dimensión del estoma/tricoma y de la hoja Imposible simular la hoja entera Solución: simular una porción, e imaginar que se repite periódicamente (hoja infinita)

13 Geometría Geometría, fisiología y condiciones ambientales!

14 Geometría Geometría, fisiología y condiciones ambientales! U = 0, 1, 9 m/s T = 25ºC hra = 0, 10, 20, 40% hre = 64, 94, 100% Roth et al. Stomatal Encryp2on by epicu2cular waxes as plas2c trait modifying gas exchange in a Mediterranean evergreen species (Querus coccifera L.)

15 Resultados Humedad relativa (tanto por uno) con tricomas! Contorno (Animación: isosuperficie) Isosuperficies

16 Resultados Humedad relativa (tanto por uno) sin tricomas! Contorno (Animación: isosuperficie) Isosuperficies

17 Resultados! Fracción másica de vapor de agua Flujos y diferencias de humedad Flujo de agua Hoja --- Distancia a través del dosel --> Ambiente

18 Resultados Flujos vs diferencias de humedad: análisis (Misma condición en boca del estoma: hest = 92%) Misma pendiente indica! mismo flujo Mismo flujo con 20% de humedad externa con tricomas que con un 40% sin tricomas Fracción másica de vapor de agua Hoja --- Distancia a través del dosel --> Ambiente

19 Resultados Perfiles locales, dos hra, con/sin tricomas! Fracción másica de vapor de agua --- Distancia a través del dosel -->

20 Resultados Campo de velocidades!

21 Resultados Perfiles de velo, U=[1,9] m/s, con/sin tricomas! Velocidad Fin dosel U=9 m/s Sin Con U=1 m/s Hoja --- Distancia a través del dosel --> Ambiente

22 Resultados Delta de humedad vs flujo! (Promedios en todo el dominio) U=1 m/s Humedad relativa estoma Humedad relativa ambiente Sin tricoma Con tricoma Flujo* de vapor de agua *Flujo en esta presentación es: flujo [kg H2O/m2/s] dividido por densidad del aire

23 Resultados Para un mismo salto, hay menos flujo con tricoma! Imagen de Delta Hr vs flujo. Humedad relativa estoma Humedad relativa ambiente, % Sin tricoma Con tricoma U=1 m/s Flujo de vapor de agua

24 Resultados O bien: para el mismo flujo, hay más humedad con tricoma! U=1 m/s Humedad relativa estoma Humedad relativa ambiente, % Sin tricoma Con tricoma Flujo de vapor de agua

25 Resultados Conductancia con/sin tricoma! Conductancia Sin tricomas- U=1 m/s o U=9 m/s Con tricomas- U=1 m/s o U=9 m/s Humedad relativa estoma Humedad relativa ambiente

26 Conclusiones Conclusiones (tricky)! Los tricomas permiten mantener el mismo flujo de agua con un ambiente externo mucho más seco (Disminución de conductancia) Cuantificado en este caso: Conductancia disminuye en un 30% aprox

27 Conclusiones Trabajo futuro! Qué ocurre con otras especies químicas? CO2? O2? Qué relevancia tiene el efecto del tricoma en la captación de CO2? Modelado del estoma (más fisiología): Procesos y condiciones en la pared celular Rol del balance térmico? Flujo (y contraflujo) en el estoma Modelado del flujo: Turbulencia Difusión multicomponente de especies (si hay CO2) Condiciones de contorno: Capa límite, periodicidad.

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