Una fuente lineal , a diferencia de una fuente puntual , una fuente de área o una fuente de volumen , es una fuente de aire, ruido, contaminación del agua o radiación electromagnética que emana de una geometría lineal (unidimensional). Las fuentes lineales más destacadas son la contaminación del aire de las carreteras , las emisiones de los aviones , el ruido de las carreteras , ciertos tipos de fuentes de contaminación del agua que emanan a lo largo de una extensión de río en lugar de desde un punto discreto, tubos de luz alargados, ciertos modelos de dosis en física médica y electromagnética. antenas . Si bien las fuentes puntuales de contaminación se estudiaron desde finales del siglo XIX, las fuentes lineales no recibieron mucha atención por parte de los científicos hasta finales de la década de 1960, cuando comenzaron a surgir regulaciones ambientales para carreteras y aeropuertos . Al mismo tiempo, se hizo más disponible una computadora con el poder de procesamiento para satisfacer las necesidades de procesamiento de datos de los modelos de computadora necesarios para abordar estas fuentes unidimensionales.
Además, en esta era de la década de 1960 surgió por primera vez científicos ambientales que abarcaban las disciplinas necesarias para realizar estos estudios. Por ejemplo, se pidió a meteorólogos, químicos e informáticos en el campo de la contaminación del aire que construyeran modelos complejos para abordar el modelado de la dispersión del aire en las carreteras . Antes de la década de 1960, estas especialidades tendían a trabajar dentro de sus propias disciplinas, pero con la llegada de la NEPA , la Ley de Aire Limpio , la Ley de Control de Ruido en los Estados Unidos y otras leyes fundamentales, había comenzado la era de las ciencias ambientales multidisciplinarias.
Para las fuentes lineales electromagnéticas, los principales avances iniciales en el modelado por computadora surgieron en la Unión Soviética y Estados Unidos, cuando el final de la Segunda Guerra Mundial y la Guerra Fría se libraron en parte gracias al progreso en la guerra electrónica , incluidas las tecnologías de conjuntos de antenas activas.
Los niveles de contaminación del aire cerca de las principales autopistas y arterias urbanas violan los Estándares Nacionales de Calidad del Aire Ambiental de EE. UU., donde viven o trabajan millones de estadounidenses. Incluso el interior de un edificio no protege realmente a los habitantes de la calidad adversa del aire exterior, ya que el aire exterior es el suministro de entrada y es bien sabido que la calidad del aire interior suele ser peor que la del aire exterior.
Una carretera transitada por vehículos de motor puede idealizarse mediante una fuente lineal que emita contaminantes del aire. Este problema matemático se resolvió por primera vez en 1970 mediante una colaboración de física , matemáticas e informática . [1] [2] La teoría original suponía condiciones de tráfico y meteorología estables en una carretera perfectamente recta. Actualmente, los modelos han evolucionado para tratar la meteorología variable, las operaciones de tráfico que varían en el tiempo y las geometrías complejas de las carreteras. La tecnología actual permite a los diseñadores de carreteras y planificadores urbanos analizar planes de desarrollo de carreteras alternativas y evaluar los impactos en la calidad del aire. La misma teoría del modelo básico se puede aplicar a las operaciones aeroportuarias, ya que la fuente lineal es simplemente una línea inclinada. A principios de la década de 1970, estos modelos ESL se refinaron y se convirtieron en modelos de fuente de área para tener en cuenta el ancho finito de la carretera.
El ruido de las carreteras es el ejemplo más importante de fuente de ruido lineal, ya que representa alrededor del 80 por ciento de la exposición al ruido ambiental de los seres humanos en todo el mundo. En la década de 1960, cuando se perfeccionó el modelado informático de este fenómeno, las primeras aplicaciones del modelado de ruido de fuente lineal se volvieron sistemáticas. Después de la aprobación de la Ley de Política Ambiental Nacional y la Ley de Control del Ruido, [3] la demanda de análisis detallados se disparó y los tomadores de decisiones comenzaron a buscar respuestas en los científicos acústicos sobre la planificación de nuevas carreteras y el diseño de mitigación del ruido . La intensidad del ruido de la carretera se rige por las siguientes variables: operaciones de tráfico (velocidad, combinación de camiones , antigüedad de la flota de vehículos ), tipo de superficie de la carretera, tipos de neumáticos, geometría de la carretera, terreno, micrometeorología y geometría de las estructuras del área.
Debido a la complejidad de las variables, un modelo acústico de fuente lineal debe ser un modelo informático que pueda analizar los niveles de sonido en las proximidades de las carreteras. Los primeros modelos significativos surgieron a finales de los años sesenta y principios de los setenta. Dos de los equipos de investigación líderes fueron BBN en Boston y ESL Inc. de Sunnyvale, California. Ambos grupos desarrollaron modelos matemáticos complejos para permitir el estudio de diseños de carreteras alternativas, operaciones de tráfico y estrategias de mitigación de ruido en un entorno arbitrario. [4] Las modificaciones posteriores del modelo se han generalizado entre los departamentos de transporte estatales y los planificadores urbanos, pero la precisión de los primeros modelos ha tenido pocos cambios en 40 años.
Generalmente, los modelos acústicos de fuente lineal rastrean haces de rayos sonoros y calculan la pérdida de dispersión junto con la divergencia (o convergencia) de los haces de rayos a partir de fenómenos refractivos. La difracción generalmente se aborda estableciendo emisores secundarios en cualquier punto de "nitidez" topográfica o antropomórfica (como barreras de ruido o Las superficies de los edificios se pueden abordar de manera estadística, permitiendo estadísticas reales de la rosa de los vientos y la velocidad del viento (junto con datos de termoclina ).
Menos comunes son las aplicaciones de fuente lineal en el campo de la dispersión de contaminantes del agua. Este fenómeno generalmente surge cuando la escorrentía superficial elimina los contaminantes del suelo de las capas superiores y transporta estos contaminantes a un agua receptora lineal, como un río. Las prácticas subyacentes de gestión de la tierra que conducen a tales fuentes de contaminación del agua son la tala , la aplicación de pesticidas , la nivelación de la construcción , la actividad de tala y quema y la escorrentía de aguas pluviales urbanas .
Una vez más, se necesitan modelos informáticos para abordar la complejidad de una descarga lineal tan extendida en un medio dinámico como el agua corriente. El agua de escorrentía superficial resultante que transporta contaminantes puede considerarse una fuente lineal que descarga en un río o arroyo. La composición química de esta escorrentía superficial puede caracterizarse mediante un modelo de escorrentía superficial como el algoritmo de precipitación de escorrentía del USGS, [5] mientras que el transporte dentro de la corriente puede analizarse mediante un modelo dinámico de contaminantes fluviales como DSSAM .
En el estudio de la iluminación, una variedad de fuentes son de naturaleza lineal, más comúnmente el tubo fluorescente . Durante el proceso de diseño de iluminación interior es importante calcular la intensidad de la luz en las estaciones de trabajo u otras áreas de usuario, no solo para garantizar suficiente luz. está presente, pero lo más importante es evitar la sobreiluminación y el consiguiente desperdicio de energía , así como los efectos adversos para la salud. Así, los científicos que participan en los cálculos de transmisión de luz emplean modelos informáticos que reconocen fuentes lineales cuando se utilizan lámparas fluorescentes. En un entorno típico, puede haber cientos de fuentes de luz de longitud finita que componen la salida de luz en un entorno de oficina. Un concepto relacionado son los tubos ultravioleta utilizados en fototerapia , donde la radiación de salida del tubo se puede modelar con precisión tratándolo como una fuente lineal. [6] A mayor escala, una carretera iluminada puede actuar como una fuente lineal de contaminación lumínica .