Morfología, Flujo y Transporte en Materiales Porosos.

Abstract

Una mejor caracterización de los espacios porosos y una mejor comprensión de los fenómenos de flujo y transporte en estos espacios es fundamental para analizar, diseñar y optimizar una gran variedad de procesos y tecnologías de interés práctico, como son la recuperación de gas y petróleo de yacimientos subterráneos, el transporte de fertilizantes y contaminantes en el subsuelo, el flujo y transporte en suelos sometidos a carga, el secado y congelado de alimentos, el diseño de catalizadores y productos cerámicos, el proceso de sedimentación y el de lixiviación en la industria minera, el secado y congelado de alimentos, la manufactura de papel, el flujo y transporte en materiales cerámicos y catalizadores, entre otros. Así, el trabajo de investigación aquí se orienta a la formulación de un modelo mecanístico general, a escala de segmentos de poro, de flujo y transporte en redes de poros, que en flujo bifásico permita predecir distribuciones de fluido, presiones capilares y permeabilidades relativas de fases mojante y no-mojante en drenado y en embebido. El medio poroso se representa mediante redes regulares de ductos y nodos, cuadradas en dos dimensiones y cúbicas en tres dimensiones. El tamaño de los ductos se asigna de acuerdo a una función de distribución. La sección transversal de los ductos es poligonal, con lo que se asegura capacidad de inventario de fluido en esquinas de poros. Para minimizar efectos de tamaño de muestreo se utiliza condiciones de borde periódicas en la dirección perpendicular al flujo global. En la primera parte de este trabajo se modela flujo bifásico en medios porosos, en régimen capilar, considerando toda la riqueza conocida de mecanismos de desplazamiento de fluidos a escala microscópica en redes bi- y tri-dimensionales de poros geométrica y topológicamente bien definidos. El modelo constituye una simulación de Monte Carlo del proceso de drenado y embebido en una red de poros. Se analiza el efecto de la dimensionalidad de la red, la distribución de tamaño de poros y, especialmente, el impacto de la forma de los segmentos de poro y la presión de descabezamiento en el proceso de embebido, relacionada con la asimetría de los poros reales y la rugosidad de sus paredes. Especial objetivo es explicar la histéresis en los comportamientos de drenado y embebido en régimen capilar, la inversión de las curvas de permeabilidad relativa detectada en experimentos y los datos aparentemente conflictivos de permeabilidad relativa en medios consolidados y no consolidados.