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 atmosféricas de los aviones , el ruido de las carreteras , ciertos tipos de fuentes de contaminación del agua que emanan sobre un rango de extensión de río en lugar de desde un punto discreto, los tubos de luz alargados, ciertos modelos de dosis en física médica y las antenas electromagnéticas . Si bien las fuentes puntuales de contaminación se estudiaron desde fines del siglo XIX, las fuentes lineales no recibieron mucha atención de los científicos hasta fines de la década de 1960, cuando comenzaron a surgir regulaciones ambientales para carreteras y aeropuertos . Al mismo tiempo, las computadoras con la potencia de procesamiento para adaptarse a las necesidades de procesamiento de datos de los modelos informáticos necesarios para abordar estas fuentes unidimensionales se volvieron más disponibles.
Además, en esta época de los años 1960 aparecieron los primeros científicos ambientales que abarcaban las disciplinas necesarias para llevar a cabo estos estudios. Por ejemplo, los meteorólogos, químicos y científicos informáticos en el campo de la contaminación del aire debían construir modelos complejos para abordar el modelado de la dispersión del aire en las carreteras . Antes de los años 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 del Ruido en los Estados Unidos y otras leyes fundamentales, había comenzado la era de la ciencia ambiental multidisciplinaria.
En el caso de las fuentes electromagnéticas lineales, los principales avances iniciales en modelado informático surgieron en la Unión Soviética y los EE. UU. 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 las Normas Nacionales de Calidad del Aire Ambiental de los Estados Unidos, donde millones de estadounidenses viven o trabajan. 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 la fuente 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 ser idealizada por una fuente lineal que emite contaminantes del aire. Este problema matemático fue resuelto por primera vez en 1970 mediante una colaboración de física , matemáticas e informática . [1] [2] La teoría original suponía condiciones de tráfico y meteorología en estado estable en una carretera perfectamente recta. Actualmente, los modelos han evolucionado para tratar la meteorología variable, las operaciones de tráfico variantes en el tiempo y las geometrías complejas de la plataforma de la carretera. La tecnología actual permite a los diseñadores de carreteras y planificadores urbanos analizar planes alternativos de desarrollo de carreteras y evaluar los impactos en la calidad del aire. La misma teoría básica del modelo se puede aplicar a las operaciones del aeropuerto, ya que la fuente lineal es simplemente una línea inclinada. A principios de la década de 1970, estos modelos ESL se refinaron 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 una fuente de ruido lineal, ya que comprende 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 de los científicos acústicos con respecto a la planificación de nuevas carreteras y el diseño de la mitigación del ruido . La intensidad del ruido de las carreteras está gobernada por las siguientes variables: operaciones de tráfico (velocidad, mezcla de camiones , edad de la flota de vehículos ), tipo de superficie de la carretera, tipos de neumáticos, geometría de la carretera, terreno, micrometeorología y la 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 1960 y principios de los años 1970. Dos de los principales equipos de investigación fueron BBN en Boston y ESL Inc. de Sunnyvale, California. Ambos grupos desarrollaron modelos matemáticos complejos para permitir el estudio de diseños alternativos de carreteras, operaciones de tráfico y estrategias de mitigación del 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 cambiado poco en 40 años.
Generalmente, los modelos acústicos de fuente lineal rastrean los haces de rayos de sonido y calculan la pérdida de propagación 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 superficies de edificios). La meteorología se puede abordar de manera estadística, lo que permite obtener estadísticas reales de la rosa de los vientos y la velocidad del viento (junto con datos de termoclina ).
Menos comunes son las aplicaciones de fuentes lineales en el campo de la dispersión de contaminantes del agua. Este fenómeno generalmente surge cuando la escorrentía superficial arrastra contaminantes del suelo de las capas superiores y transporta estos contaminantes a un cuerpo de agua receptor lineal, como un río. Las prácticas de gestión de la tierra subyacentes 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 .
Nuevamente, se necesitan modelos informáticos para abordar la complejidad de una descarga lineal tan extendida en un medio dinámico como el agua que fluye. 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 por escorrentía del USGS [5] , mientras que el transporte en el cauce puede analizarse mediante un modelo dinámico de contaminantes fluviales como el 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 usuarios, no solo para garantizar que haya suficiente luz, sino más importante aún, para evitar la sobreiluminación y su consiguiente desperdicio de energía , así como los efectos adversos para la salud. Por lo tanto, los científicos involucrados en los cálculos de transmisión de luz emplean modelos informáticos que reconocen fuentes lineales cuando se utilizan accesorios fluorescentes. En un entorno típico, puede haber cientos de fuentes de luz de longitud finita que comprenden 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 al tratar el tubo como una fuente lineal. [6] A mayor escala, una calzada iluminada puede actuar como una fuente lineal de contaminación lumínica .