Cómo los líquidos se mueven en las rocas.

Una nueva investigación deroga una ley de 100 años de antigüedad sobre cómo los líquidos se mueven en las rocas.

Las exploraciones tomadas de los fluidos que se mueven a través de la roca han demostrado que los ingenieros lo han hecho mal cuando viene a las sustancias que fluyen a través de los materiales porosos.

Durante el siglo pasado, el movimiento de gases y líquidos a través de las rocas ha sido modelado usando una ley que asume que fluyen en un patrón estable. Bajo el microscopio, resulta que esta es la suposición equivocada que se debe hacer.

El descubrimiento hecho por los investigadores del Imperial College de Londres podría no parecer todo lo innovador, pero cualquier tecnología futura que apunte a capturar el dióxido de carbono y almacenarlo en reservorios subterráneos necesitaría sus modelos sobre cómo los gases se mueven para ser lo más exactos posible.

Al escanear un bloque de arenisca con rayos X producidos por un sincrotrón llamado Fuente de Luz Diamante , los ingenieros crearon vídeos de alta velocidad de gas nitrógeno y agua salada líquida que se filtraban a través de canales microscópicos, dándoles las imágenes en movimiento más detalladas del proceso hasta la fecha.

Anteriormente los escáneres de rayos X tomaban capturas únicas durante varias horas. El uso de las ráfagas del sincrotrón les permitió ajustar las mismas imágenes en tan sólo 45 segundos para crear una animación más precisa.

Hasta ahora se pensaba que las dos fases diferentes del fluido se pegarían a su propio canal, fluyendo de una manera estática, aunque aún compleja.

Esto fue todo gracias a un ingeniero francés del siglo 19 llamado Henry Darcy , quien elaboró ​​una ley de hidráulica para describir cómo los fluidos se movían a través de materiales porosos.

Su ley fue extendida más adelante para describir matemáticamente la permeabilidad relativa de un material poroso, uno que dependía de la fase del líquido que empujaba a través de ella.

La ley extendida de Darcy no tomó en cuenta las interacciones entre los diferentes fluidos que se mueven a través de sus propios canales, que aunque una suposición, ha sido una manera útil de describir la mayoría de los fenómenos hidráulicos.

Las imágenes producidas por los investigadores del Imperial College demuestran que lejos de ser estables, los caminos de los dos fluidos tartamudean y cambian, durando no más de decenas de segundos antes de tomar una nueva dirección.

Los investigadores lo comparan con una pequeña red de carreteras con semáforos.

"El flujo de coches a través de la red puede ser detenido por un semáforo en rojo, el bloqueo de una unión por un corto tiempo en que la luz cambie a verde -. Cuando el balance de energía local  favorece el movimiento de nuevo - el flujo continúa por el mismo camino", el Escriben los investigadores .

Dado que los repentinos cambios en el 'tráfico' toman sólo un momento dividido, los investigadores esperan capturar imágenes en la escala de 100 segundos de un momento, algo actualmente imposible con la tecnología de rayos X existente.

Han llamado a este proceso de conectividad dinámica, y podría tener aplicaciones importantes en una variedad de contextos.

"Tratar de modelar cómo los fluidos fluyen a través de la roca a grandes escalas ha demostrado ser un desafío científico y de ingeniería importante", dice la investigadora líder Catriona Reynolds .

"Los ingenieros han sospechado que había algunas brechas importantes en nuestra comprensión de la física subyacente del flujo de fluidos.Nuestras nuevas observaciones en este estudio obligará a los ingenieros a reevaluar sus técnicas de modelado, aumentando su precisión".

La captura y almacenamiento de carbono (CCS, por sus siglas en inglés) es una proeza de ingeniería que requiere una buena comprensión de cómo los gases y líquidos se mueven a través de una sustancia porosa.

En términos simples, la práctica vería las emisiones de la combustión de combustibles fósiles industriales bombeados a depósitos subterráneos estables, tales como campos de petróleo y gas eliminados o acuíferos salinos profundos.

Hay varias soluciones propuestas, incluyendo la disolución de CO2 en el agua y el bombeo en basalto donde podría mineralizar, atrapando el carbono como un sólido.

Tales tecnologías diversas tendrían sus pros y sus contras, y plantearían riesgos y beneficios claros. Pero la mayoría se beneficiaría de saber lo que está sucediendo a los fluidos a nivel microscópico.

Las modificaciones a los modelos existentes también podrían tener aplicaciones en la comprensión de cómo el agua dulce se mueve hacia los acuíferos subterráneos profundos, o cómo el agua del mar fluye a través de la roca madre, proporcionando una visión más precisa de la volatilidad de la corteza.

Controversialmente, también podría ayudar a mejorar los procesos que extraen los combustibles fósiles del subsuelo, proporcionando procesos de fracking más seguros y eficientes 

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