SILABO I. DATOS GENERALES 1.1. Nombre de la Asignatura : MODELAMIENTO Y SIMULACIÓN DE SISTEMAS AMBIENTALES 1.2. Carácter : Obligatorio 1.3. Carrera Profesional : Ingeniería Ambiental 1.4. Código : IA0805 1.5. Semestre Académico : 2014 I 1.6. Ciclo Académico : Octavo 1.7. Horas de Clase : 03 Teoría y 02 Práctica 1.8. Créditos : 04 1.9. Pre- Requisito : Desarrollo Sostenible / Contaminación Atmosférica II. SUMILLA Comprende el estudio de las leyes, principios, fundamentos; sus mecanismos y del modelamiento matemático en sistemas ambientales; con énfasis en los métodos numéricos utilizadas para resolver ecuaciones diferenciales parciales que resuelven los problemas ambientales de modelos en sistemas físicos; transporte de materia: difusión, advección y advección-difusión-dispersión. Modelos de Poblaciones, Modelos de Calidad de Agua en sistemas acuáticos, Modelos hidrodinámicos, modelos de transporte de sedimentos y contaminantes básicos en ecosistemas marinos. Proporcionar al estudiante conocimiento y aplicación de principios de la modelación matemática en sistemas ambientales; así como las a otros sistemas naturales. TEMA: Teoría de modelos y simulación, ecuaciones diferenciales parciales, métodos numéricos, programación matemática con matlab y fortran, métodos de interpolación, análisis de datos, la ecuación de adveción, difusión, advección difusión dispersión con soluciones analíticas y numéricas, ecuaciones hidrodinámicas, ecosistemas acuáticos, calidad de aguas, procesos de transporte de contaminantes, modelos matemáticos y condiciones de frontera, modelos estadísticos. III. COMPETENCIA La asignatura de Modelamiento y Simulación de Sistemas Ambientalesforma al estudiante en el uso de herramientas matemáticas y programación para la resolución de problemas relacionados con los sistemas ambientales, por consiguiente la competencia que se
desarrollará en el alumno es la capacidad de análisis y síntesis en el tratamiento de datos y la modelación de sistemas ambientales para integrar los conocimientos y analizar las principales interacciones y procesospara evaluar el estado del ecosistema. IV. PROGRAMACION TEMATICA PRIMERA UNIDAD Introducción a la Teoría de Modelos y Simulación 1. Elabora detalles de elementos tomando en cuenta parámetros y propiedades en la formulación de modelos matemáticos. 2. Aplica sus conocimientos adquiridos en la modelación ambiental. 1º 2º Conceptos Fundamentales: Teoría de Modelos y Simulación, definiciones, el objetivo de los modelosfísicos y matemáticos, modelos conceptuales. Teoría de las Ecuaciones Diferenciales Parciales (EDP) :Conceptos, clases y. Presenta los antecedentes que se requiere para conocer y entender la simulación de sistemas ambientales Distinguir los tipos y las diferentes propiedades de las EDP Exposición del tema Uso de la tecnología informática Disposición a ser reflexivo y creativos. Disposición al trabajo en equipo a través de soluciones de las EDP 3º Métodos Numéricos: diferencias finitas, elementos finitos y volúmenes finitos. Distinguir los diferentes métodos numéricos en la solución de EDP. Soluciones numéricas con programación matlab y fortran. SEGUNDA UNIDAD Programación Física y Matemática 1. Representa esquemáticamente y analíticamente aspectos de programación física y matemática. 2. Participa en el desarrollo de estos conocimientos formulando los criterios básicos de la programación y formulación matemática. 4º 5º 6º 1º PRACTICA CALIFICADA Análisis y procesamiento de datos con matlab. Métodos de interpolación: tipos y Modelos de regresión, tipos y Distinguir las diferentes propiedades y con matlab. Diferentes ejercicios y problemas de aplicación. Identifica los diferentes Modelos de regresión. Ejecutar diferentes programas con matlab Ejecutar diferentes programas con matlab para diferentes Aplicación de modelos de regresión
7º 2º PRACTICA CALIFICADA Ecuación de Advección, Difusión, Advección-Difusión- Dispersión; en sistemas de modelación ambiental Identificación de las características de las de estos tipos de ecuaciones 8 EXAMEN PARCIAL Presentación y Exposición de una aplicación. TERCERA UNIDAD Modelación hidrodinámica en ecosistemas marinos 1. Representa mediante ecuaciones matemáticas el movimiento de los fluidos en ecosistemas marinos 2. Expresa los fenómenos del movimiento en la dinámica marina 9 Introducción, Ecuaciones hidrodinámicas, simplificaciones físicas y matemáticas: Métodos de Euler y Lagrange, soluciones analíticas Conoce los diferentes campos del movimiento de los fluidos en ecosistemas marinos Exposición del tema Uso de la tecnología informática en la ejecución de un modelo hidrodinámico. CUARTA UNIDAD Modelación en Sistemas Ambientales y Aplicaciones 1. Aplica los principios de la física y matemática en la modelación ambiental. 2. Representa los conceptos del movimiento de los fluidos en modelación de sistemas ambientales. 3. Experimenta los fenómenos del movimiento en diferentes ecosistemas naturales (mar, tierra y aire). 10º Ecología ambiental, modelos de población. Modelos de sistemas físicos, su relación con los sistemas químicos y biológicos. Modelación Hidrodinámica lasecuaciones fundamentales para la implementación en sistemas ambientales Aplicación de sistemas ambientales
11º 12º 13º 14º 15º Modelos de calidad de aguas, cuantificación de los procesos dinámicos y transformación en sistemas acuáticos Modelos de transporte de contaminantes en sistemas acuáticos 3ºPRACTICA CALIFICADA Modelos de transporte de sedimentos Modelación de la calidad de agua en sistemas fluviales, parámetros y variables de calidad, en función de los tramos de la red hidrológica. Modelación de sistemas hidrológicos. Sistema de aguas subterráneas. Flujo en medios porosos Modelamiento y simulación de aguas subterráneas Concepto de análisis dimensional, las ecuaciones fundamentales de los modelos dinámicos Seminario de problemas las ecuaciones fundamentales Seminario de problemas Formula los aspectos para el estudio de flujo de sedimentos particulado y suspensión Resuelve problemas de aplicación Resuelve problemas de ecuaciones dimensionalmente coherentes 16º Examen Final 17º Examen Sustitutorio Aplicaciones numéricas de modelos de calidad de agua en diferentes sistemas naturales V. METODOLOGIA Método El método será inductivo deductivo y didáctico donde se transmitirá conocimientos y actitudes relacionadas con la investigación científica, con énfasis en el logro de aprendizajes por resultados. Procedimiento Las clases se dictarán teniendo en cuenta la participación activa de los estudiantes en el desarrollo de los temas, la intervención del estudiante con sus interrogantes ayudará aclarar los conceptos, así mismo respondiendo las preguntas planteadas en las clases. VI. RECURSOS Equipos: Pizarra Acrílica, Proyector de Transparencias y de Proyector Multimedia. Textos según Bibliografía.
VII. EVALUACION El curso contiene Teoría, Práctica y Otros TEORIA PRACTICA ACTITUD LABORATORIO Examen Parcial 25% (EP) Examen Final 25% (EF) Pruebas escritas Practica (PP) 20% 1º practica calificada 2º practica calificada 3º practica calificada Asistencia y participación en clase Trabajos encargados Exposiciones 10% Prácticas especializadas de programacion con matlab y fortran 20% PF = 30(EP)+30(EF)+30(PP)+ 10(TA) 100 El alumno como parte de su formación profesional presentará informes de lectura de artículos científicos proporcionados por el docente y complementará con la elaboración de un modelo de artículo de un trabajo encomendado y que será parte de la calificación final. VIII. BIBLIOGRAFIA Ogunnaike B.A., Harmon Ray W., 1994, Process Dynamics, Modeling and Control,Oxford, New York. Shannon R.E., 1988, Simulación de Sistemas. Diseño, desarrollo e implementación, Trillas,México. Law A.M., Kelton W.D., 1991, Simulation Modeling & Analysis, Second Edition,McGraw- Hill, New York. Bear, J., Verruijt, A., 1992, Modeling Groundwater Flow and Pollution, KluwerAcademic Publishers. Carreras, P.E., Menéndez, A.N., 1990, Mathematical simulation of pollutantdispersion, Jr. Ecological Modelling, 52. Fisher, H.B., 1973, Longitudinal dispersion and turbulent mixing in openchannel flow, Annual Review of Fluid Mechanics, 59-78. Hoeks, J., 1981, Analytical Solutions for Transport of Conservative andnonconservative Contaminants in Ground Water Systems, Water, Air, and SoilPollution, 16, 339-350. Holley, E.R., 1969, Dispersion in homogeneous estuary flow, Jr. HydraulicsDivision, ASCE, 96 (HY8). Thomann, R.V., Mueller, J.A., 1987, Principles of Surface Water QualityModeling and Control, Harper Collins Publisher. Venecio, M. del Valle, Bernal, G., 1998, Contamincación de aguassubterráneas, Apuntes del curso INAP-INA.