Defensa de Tesi Doctoral
Títol de la Tesi: Impact of Mixing-Driven Precipitation and Sharp Soil Interfaces on Solute Transport: From laboratory visualization to numerical modeling
Director de la Tesi: Dr. Daniel Fernández García
Programa de Doctorat: Enginyeria Civil
Entendre la dinàmica del transport de soluts en sistemes porosos altament heterogenis representa un repte inherent per avaluar activitats subterrànies com la captura de carboni i la remediació d’aigües subterrànies. Aquesta dificultat prové de la impossibilitat d'observar directament els processos del subsòl. Per millorar la comprensió de l’impacte de l’heterogeneïtat en el transport de soluts, és essencial visualitzar i avaluar aquests processos en entorns experimentals ben controlats.
L’objectiu d’aquesta tesi és aprofundir en el coneixement sobre l’impacte de l’heterogeneïtat en la dinàmica del transport de soluts mitjançant experiments de laboratori i modelització numèrica. El treball aporta noves observacions experimentals sobre el transport, la barreja i les reaccions químiques en medis porosos altament heterogenis, amb èmfasi en el paper de la precipitació mineral i les interfícies marcades en la dinàmica del transport, per millorar tant la comprensió conceptual com la representació numèrica d’aquests processos complexos.
La primera part analitza l’impacte de la precipitació de calcita induïda per barreja (MDP) en el transport de soluts. Es van dur a terme experiments en una cèl·lula Hele-Shaw a escala intermèdia, simulant un medi porós de sorra gruixuda, per observar l’evolució espaciotemporal de la precipitació de calcita. Es van observar heterogeneïtats autoorganitzades en l’estructura del precipitat, amb patrons simètrics alineats amb el flux principal, en contrast amb l’asimetria prevista pel model semianalític. Proves amb traçadors abans i després de la precipitació van mostrar impactes significatius en el transport, incloent-hi arribades anticipades, un doble pic i una cua molt marcada.
La tesi continua amb un capítol que examina com caracteritzar un medi porós heterogeni autoorganitzat per reproduir el comportament de transport no Fickià. Es va analitzar la variabilitat espacial de la conductivitat hidràulica mitjançant diversos escenaris de permeabilitat en un model de seguiment de partícules. Els resultats subratllen la importància de capturar dues característiques clau: delimitar l’àrea total precipitada per representar la desviació de flux causada per la reducció de permeabilitat (explicant l’aparició del doble pic), i representar l’estructura interna de les zones amb alta precipitació per caracteritzar canals preferents de flux.
La tesi conclou amb un estudi experimental sobre l’impacte de les interfícies abruptes en el transport de soluts reactius i conservatius. Experiments en un tanc horitzontal a escala intermèdia van permetre visualitzar l’evolució espaciotemporal de les plomes de solut. Els resultats mostren que el producte de reacció troba una resistència anòmala en creuar la interfície entre materials gruixuts i fins, menys pronunciada en la transició fi a gruixut (FC). Es va observar un augment inesperat de l’escampament transversal del producte de reacció en la transició gruixut a fi (CF), amb una alliberació més lenta dins del material fi. També es detecta una disminució sobtada en la concentració longitudinal a través de la interfície. Les mètriques de barreja revelen que, amb l’augment de la dispersivitat transversal aparent prop de la interfície durant la transició CF, augmenten tant la taxa de dissipació escalar com la massa total reaccionada, indicant una major reactivitat del solut en comparació amb la configuració FC.