{"id":60277,"date":"2012-11-17T16:00:46","date_gmt":"2012-11-17T18:00:46","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=60277"},"modified":"2017-03-06T13:21:17","modified_gmt":"2017-03-06T16:21:17","slug":"tensi%c3%b3n-bajo-control","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/tensi%c3%b3n-bajo-control\/","title":{"rendered":"Tensi\u00f3n bajo control"},"content":{"rendered":"
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EDUARDO CESAR<\/span>Tent\u00e1culos fluidos: las diferencias de presi\u00f3n en la superficie de contacto entre el agua y el aceite generan estructuras en forma de dedosEDUARDO CESAR<\/span><\/p><\/div>\n

Un d\u00fao de f\u00edsicos te\u00f3ricos de la Universidad Federal de Pernambuco (UFPE) identific\u00f3 una soluci\u00f3n incre\u00edblemente sencilla para un problema que la industria petrolera enfrenta desde hace d\u00e9cadas: la formaci\u00f3n de los denominados dedos viscosos, que son protuberancias fluidas que surgen cuando los ingenieros insuflan agua en el interior de rocas porosas para empujar al petr\u00f3leo almacenado en ellas en direcci\u00f3n al pozo de extracci\u00f3n.<\/p>\n

Lo ideal ser\u00eda que el agua funcionase a modo de pist\u00f3n, desplazando uniformemente al l\u00edquido m\u00e1s viscoso. Sin embargo, ocurre que min\u00fasculas diferencias de presi\u00f3n en el l\u00edmite entre ambos fluidos tienden a ampliarse y originar r\u00e1pidamente peque\u00f1os tent\u00e1culos de agua, los mencionados dedos viscosos, que avanzan por el interior de la masa de petr\u00f3leo y desplazan tan s\u00f3lo una parte de ella. \u201cEl agua forma canales preferenciales que barren un \u00e1rea bastante limitada del reservorio\u201d, explica el ingeniero mec\u00e1nico M\u00e1rcio Carvalho, de la Pontificia Universidad Cat\u00f3lica de R\u00edo de Janeiro (PUC-R\u00edo), quien investiga m\u00e9todos de recuperaci\u00f3n avanzada de petr\u00f3leo para Chevron, Petrobras y Repsol. Seg\u00fan \u00e9l, los dedos viscosos son uno de los principales factores que hacen que en algunos casos se aproveche solamente un 30% de la capacidad de un reservorio.<\/p>\n

Las empresas petroleras resuelven parcialmente el problema agregando al agua pol\u00edmeros que aumentan su viscosidad. Eso estabiliza la interfaz con el petr\u00f3leo, reduciendo la formaci\u00f3n de dedos viscosos. \u201cPero este proceso tiene un alto costo y una log\u00edstica compleja\u201d, dice Carvalho.<\/p>\n

Los f\u00edsicos Jos\u00e9 Am\u00e9rico de Miranda y Eduardo Dias, ambos de la Ufpe, con la ayuda de Carvalho y Enrique Alvarez-Lacalle, de la Universidad Polit\u00e9cnica de Catalu\u00f1a, \u00a0Espa\u00f1a, propusieron una soluci\u00f3n que, en principio, parece ser m\u00e1s pr\u00e1ctica. En un art\u00edculo publicado en la revista Physical Review Letters<\/em>, sostuvieron que un simple control de la velocidad con la que el agua se inyecta en las rocas puede eliminar por completo a los dedos viscosos.<\/p>\n

Para simular en laboratorio la manera en que los l\u00edquidos fluyen por los poros de las rocas, los investigadores que estudian los dedos viscosos utilizan un aparato conocido como c\u00e9lula de Hele-Shaw, algo relativamente f\u00e1cil de construir. En primera instancia, ellos rellenan el espacio milim\u00e9trico existente entre dos placas de vidrio paralelas con un fluido viscoso, por ejemplo, un aceite mineral. Luego, realizan una peque\u00f1a perforaci\u00f3n en la placa superior y, a trav\u00e9s de ella, insuflan continuamente un fluido menos viscoso, como por ejemplo, agua. Inmediatamente, la forma circular de la burbuja de agua va dando paso a un modo radial de dedos, cada vez m\u00e1s complejo. \u201cLos dedos se bifurcan, luego, cada uno de ellos tambi\u00e9n, y as\u00ed sucesivamente\u201d, explica Miranda.<\/p>\n

\"062-063_Bolhas_201_novo\"Ana Paula Campos<\/span><\/a>Esa t\u00e9cnica se utiliza desde 1958, cuando los f\u00edsicos brit\u00e1nicos Philip Saffman y Geoffrey Taylor demostraron que las ecuaciones matem\u00e1ticas que describen la formaci\u00f3n de los dedos viscosos en las c\u00e9lulas de Hele-Shaw son las mismas que explican el surgimiento de ellos en las rocas porosas. Pero fue reci\u00e9n a partir de 2009 que varios grupos de investigadores comenzaron a desarrollar m\u00e9todos efectivos para manipular la formaci\u00f3n de los dedos en las c\u00e9lulas.<\/p>\n

Bastante sencillo<\/strong>
\nMiranda y Dias investigaban el fundamento matem\u00e1tico que avala uno de esos m\u00e9todos cuando descubrieron un sencillo abordaje para abordar el problema y reducir el tama\u00f1o de los dedos. Los c\u00e1lculos suger\u00edan que los dedos viscosos desaparecer\u00edan si, en lugar de inyectar un flujo constante de agua, tal como se hace normalmente, el volumen insuflado inicialmente fuera peque\u00f1o y aumentase linealmente con el tiempo (obs\u00e9rvese la infograf\u00eda<\/em><\/a>).<\/p>\n

\u201cLa soluci\u00f3n pod\u00eda ser una funci\u00f3n matem\u00e1tica complicad\u00edsima, pero no\u201d, recuerda Miranda, \u201cse trata simplemente de una l\u00ednea recta\u201d. El resultado parec\u00eda demasiado bueno para ser cierto. Al comienzo, ambos recelaban que las deducciones devenidas de los c\u00e1lculos dejaran de valer a medida que la fuerza de inyecci\u00f3n del agua aumentase con el tiempo.<\/p>\n

La teor\u00eda se puso a prueba en el laboratorio de Carvalho. Dias y \u00e9l realizaron varios test en una c\u00e9lula de Hele-Shaw, controlando por computadora el flujo de agua inyectada. \u201cEn efecto, la inyecci\u00f3n de un volumen que aumenta linealmente estabiliz\u00f3 la interfaz\u201d, dice Miranda. Las simulaciones en computadora realizadas por Alvarez-Lacalle confirmaron la soluci\u00f3n del problema.<\/p>\n

Los experimentos y las simulaciones sugieren que los dedos viscosos no se formar\u00edan, ni siquiera si el flujo de agua se volviese demasiado fuerte. \u201cMientras la bomba de agua sea eficiente, el proceso mejora con el tiempo\u201d, explica Miranda.<\/p>\n

\u00c9ste no es el primer trabajo que logra eliminar los dedos viscosos. Este a\u00f1o, otros dos grupos de f\u00edsicos publicaron diferentes m\u00e9todos capaces de impedir la formaci\u00f3n de los mismos. En uno de ellos, se inclina la placa de vidrio superior de la c\u00e9lula de Hele-Shaw; y en el otro, la placa superior se sustituye por una membrana el\u00e1stica. Sin embargo, no existe una manera obvia de aplicar estos abordajes para la extracci\u00f3n de petr\u00f3leo, tal como es el caso de la soluci\u00f3n propuesta por los brasile\u00f1os.<\/p>\n

\u201cTambi\u00e9n se presentan desaf\u00edos tecnol\u00f3gicos para implementar nuestra soluci\u00f3n, tales como el control del bombeo de agua\u201d, afirma Carvalho. \u201cPero estos retos pueden superarse\u201d. Aunque se logre ese control, podr\u00edan surgir efectos inesperados durante el paso de los l\u00edquidos por las rocas porosas e impedir la extracci\u00f3n del petr\u00f3leo, seg\u00fan el f\u00edsico Alberto Tufaile, de la Universidad de S\u00e3o Paulo.<\/p>\n

Evitar la aparici\u00f3n de los dedos viscosos es algo relevante no s\u00f3lo para el \u00e1mbito del petr\u00f3leo y de los fluidos en general. Diversos procesos de crecimiento en la naturaleza se rigen por ecuaciones matem\u00e1ticas similares o id\u00e9nticas a las que describen los dedos viscosos. Miranda considera que la soluci\u00f3n que hallaron podr\u00eda adoptarse para impedir el crecimiento desordenado en los cristales semiconductores que utiliza la industria microelectr\u00f3nica. O tambi\u00e9n, podr\u00eda ayudar a planificar la aplicaci\u00f3n de medicamentos para evitar la expansi\u00f3n de tumores por el cuerpo, dado que algunos tumores crecen tal como lo hace un \u00e1rbol, ramific\u00e1ndose.<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico<\/em>
\nDIAS, E. O. et al.<\/em> Minimization of viscous fluid fingering: a variational scheme for optimal flow rates<\/a>. Physical Review Letters<\/strong>. v. 109 (14). 5 oct. 2012.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Presi\u00f3n entre aceite y agua facilita la extracci\u00f3n de petr\u00f3leo ","protected":false},"author":14,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[304,297,328],"coauthors":[103],"class_list":["post-60277","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-fisica-es","tag-ingenieria","tag-quimica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/60277","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/14"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=60277"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/60277\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=60277"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=60277"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=60277"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=60277"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}