DESPLAZAMIENTO DE FLUIDOS NO MISCIBLES EN MEDIOS POROSOS: REMEDIACIN DE SUELOS CONTAMINADOS

Dr. Ing. Franco M. FRANCISCA1

Universidad Nacional de Crdoba, FCEFyN CONICET

Vlez Sarsfield 1601, 5016, Crdoba ffrancis@gtwing.efn.uncor.edu

SNTESIS El estudio de flujo no miscible en medios porosos resulta necesario debido a los frecuentes casos de contaminacin del suelo y agua subterrnea con hidrocarburos. Para analizar el desplazamiento o recuperacin de los contaminantes es necesario tener en cuenta fuerzas capilares, gravitacionales y viscosas. Una alternativa para ello es utilizar modelos de redes de poros. Los modelos de redes, adems de tener en cuenta los efectos mencionados, permiten considerar al suelo como un sistema de poros interconectados entre s. La mayor ventaja de esta modelacin es la capacidad de reproducir a nivel de escala de poros la generacin de ganglios de contaminantes atrapados por fuerzas capilares y reproducir el desplazamiento de interfaces. En este trabajo se desarroll un modelo de redes el cual se utiliza en conjunto con la solucin de un pozo de extraccin para simular la recuperacin de fluidos orgnicos no miscibles ms livianos que el agua. Como resultado se identifican dos reas. La primera es conocida como zona de captura ya que dentro de sta rea, los contaminantes disueltos o flotando sobre el nivel fretico son colectados en el pozo de bombeo debido al gradiente favorable. La segunda, y para el caso de contaminacin con fluidos no miscibles, es un rea menor denominada en este trabajo como zona efectiva de recuperacin. Fuera de esta zona, el contamnate atrapado por fuerzas capilares no pueden ser desplazados por la accin del flujo o lavado durante la remediacin del sitio.

ABSTRACT Understanding immiscible flow became necessary in the past decades because of the numerous subsurface contamination problems produced by industrial activities. This phenomenon is relevant to decontamination problems. Recovery of immiscible contaminants in porous media involves capillary, gravity and viscous forces. Capillary forces restrict the recovery of contaminants enhancing residual oil saturation (occurrence of ganglia). A pore network model is used to simulate hydrocarbon recovery during flushing with water. The developed model is used in conjunction with a numerical simulation of an extraction well. By considering capillary and viscous forces two areas are identified around the extraction well: the capture zone and the effective recovery zone. Mobile contaminants floating over groundwater within the capture zone are collected in the well. However, ganglia are only displaced in the effective recovery zone.

PALABRAS CLAVES Flujo no miscible, geotecnia ambiental, contaminantes, hidrocarburos, modelo de redes, bombeo.

1 Investigador asistente de CONICET

Francisca F. M. (2004). Desplazamiento de fluidos no miscibles en medios porosos: remediacin de suelos contaminados. SINERGIA 2004, XVII congreso argentino de mecnica de suelos e ingeniera geotcnica y VIII simposio de geologa aplicada a la ingeniera y al medio ambiente, Octubre 20 al 23 Crdoba, Argentina.

INTRODUCCIN Los hidrocarburos son habitualmente conocidos como fase lquida no acuosa (NAPL). Los mismos forman una interfase cuando entran en contacto con el agua o aire. Estos fluidos pueden ser ms o menos densos que el agua. Debido a ello se los clasifica como DNAPL (Dense Non-Aqueous Phase Liquid) y LNAPL (Light Non-Aqueous Phase Liquid) por sus siglas en ingles, para cuando son ms y menos densos que el agua respectivamente.

La contaminacin de suelos con hidrocarburos livianos es muy comn en reas urbanas e industriales en una gran cantidad de ciudades alrededor de todo el mundo (Fetter 1993). En nuestro pas es comn observar este tipo de problemas cuando se produce el derrame de combustibles durante el transporte por carretera, o debido a prdidas en los tanques de almacenamiento y en estaciones de servicio. Estos contaminantes modifican las propiedades fsico-mecnicas del suelo y generan grandes impactos en el ambiente debido a la contaminacin del suelo y del agua subterrnea.

El desplazamiento de fluidos no miscibles involucra tanto a problemas de contaminacin como de recuperacin de sitios contaminados. Ambas situaciones son de relevancia en estudios geotcnicos. La principal razn es el potencial impacto y consecuencias negativas que este tipo de problemas genera en el ambiente. Estudios actuales se centran en analizar la relevancia de las fuerzas viscosas, gravitatorias e interfaciales con el objeto de optimizar la recuperacin o extraccin de contaminantes en medios porosos y fracturados (Martel et al. 1998). La interaccin entre el fluido contaminante y las partculas del suelo tiene un rol fundamental en la recuperacin de sitios contaminados.

En este trabajo, se revisa la mecnica del desplazamiento no miscible, se presenta una metodologa de estudio a nivel de escala de poros, y se discute la importancia de la afinidad fluido-mineral en el desplazamiento de orgnicos y en la disminucin de la saturacin residual de contaminantes. Considerando fuerzas viscosas e interfaciales, se predice y analiza la eficiencia en la recuperacin de fluidos orgnicos durante los procesos de lavado o remediacin del suelo. Se presenta un desarrollo numrico considerando la extraccin de hidrocarburos mediante un pozo de bombeo. Finalmente se identifican dos sectores alrededor de un pozo de bombeo. La primer rea es conocida en la literatura como zona de coleccin y comprende el sector para el cual los contaminantes mviles o disueltos se dirigen y son recolectados en el pozo de bombeo. Como complemento se define una zona efectiva de recuperacin, dentro de la cual sera posible adems movilizar el contaminante atrapado disminuyendo la saturacin residual y aumentando la eficiencia de la remediacin del suelo.

MECANISMO DE DESPLAZAMIENTO NO MISCIBLE El desplazamiento de fluidos no miscibles en medios porosos se produce cuando el agua dentro de los poros del suelo desplaza o es desplazada por aire o contaminantes orgnicos no miscibles. Los parmetros que intervienen en el desplazamiento de un fluido por otro son: la tensin interfacial, el ngulo de contacto entre los fluidos y la pared de los capilares, la densidad y viscosidad de los fluidos presentes y la distribucin geomtrica de los poros del suelo. Cuando el agua es la fase desplazante o desplazada, el fenmeno se conoce respectivamente como infiltracin y drenaje.

Cuando se produce un derrame y contaminacin con un hidrocarburo liviano, el fluido vertido se desplaza verticalmente debido a las fuerzas de gravedad. Durante la migracin en la zona no saturada parte del mismo queda atrapado debido a efectos capilares formando ganglios y aumentando la saturacin residual de contaminante. El desplazamiento vertical contina hasta que el contaminante encuentra un estrato menos permeable o el nivel fretico donde flotar por ser menos denso que el agua. En este ltimo caso, el contaminante se desplazar lateralmente de acuerdo al gradiente del nivel fretico (Fig. 1). En el caso de los fluidos ms densos que el agua se

producira el desplazamiento vertical an por debajo del nivel fretico. Estos fluidos tenderan a acumularse slo en estratos menos permeables. En ambos casos, al entrar en contacto el contaminante con el agua, los componentes solubles de la fase contaminante se van disolviendo con el tiempo (an para contaminantes poco solubles con el agua Fig. 1).

Figura 1: Desplazamiento vertical de fluidos no miscibles menos densos que el agua.

En las interfaces entre dos fluidos no miscibles y sobre los ganglios (fluido contaminante que permanece atrapado en los poros del suelo) actan fuerzas de origen capilar, fuerzas gravitacionales o de flotacin y fuerzas viscosas (Martel et al. 1998). Cuando se desplazan fluidos no miscibles dentro de un material poroso, el fenmeno est gobernado por las fuerzas capilares (Adamson y Gast 1997). Aunque durante el movimiento de los fluidos no hay equilibrio capilar en el sistema, a escala microscpica la diferencia de presin, o presin capilar Pc, entre ambos lados del menisco puede obtenerse como sigue (ecuacin de Laplace, Dullien 1992):

rPPP WNWc

cos2== (1)

en donde PNW y PW son la presin del fluido no-mojante y mojante respectivamente, [N/m] es la tensin interfacial entre los fluidos no miscibles, es el ngulo de contacto entre el fluido mojante (agua) y la superficie slida en presencia de un fluido no mojante (contaminantes orgnico) y r [m] es el radio del poro que contiene la interfase. Observe que cuando el tamao de los poros es menor, mayor es la presin necesaria para que una interfase pueda ser desplazada. Los efectos capilares, son responsables de la presencia de ganglios o sectores con fluidos orgnicos ocluidos y de su resistencia a la movilizacin. Para que se produzca el desplazamiento no-miscible, es necesario que a nivel de escala de poros se produzca una inestabilidad de la interfase entre los fluidos (Lenormand et al. 1988, Mercer y Cohen 1990, Trantham y Durnford 1999).

El origen de la tensin interfacial es la diferencia entre fuerzas atractivas de van der Waals entre molculas. Cuando existe una interfaz, para mantener el equilibrio la misma se curva hacia el fluido

Derrame de hidrocarburos

Contaminacin con hidrocarburos

Nivel fretico

Vapores orgnicos

Contaminantes disueltos

Direccin del flujo subterrneo

Ascenso capilar

que tiene mayores fuerzas atractivas entre molculas. Cuando una de las fases es gaseosa, la tensin interfacial se denomina o conoce como tensin superficial.

El ngulo de contacto () define el ngulo que forma la interfaz entre dos fluidos no miscibles en contacto con una superficie slida. A partir de la condicin de equilibrio de fuerzas en la interfaz entre la superficie del lquido y el slido puede calcularse el ngulo de contacto como (ecuacin de Young, Fig. 2):

OW

WSOS

=cos

(2)

en donde OS es la tensin interfacial ente la superficie slida y el fluido no mojante, WS es la tensin interfacial entre la superficie slida y el lquido mojante y OW es la tensin interfacial ente el fluido no-mojante y el fluido mojante. El ngulo de contacto definido en la ecuacin (2) es un parmetro de gran utilidad ya que aporta una idea de la mojabilidad de una superficie slida. A menor ngulo de contacto, mayor es la facilidad con la cual un fluido puede mojar la superficie (Fig. 2).

Figura 2: Angulo de contacto y afinidad relativa entre un sustrato mineral, agua y un fluido no miscible (Francisca et al. 2003).

Debido a la accin de la gravedad y a la diferencia de densidad entre los fluidos tiene lugar una presin hidrosttica Pg de origen gravitatorio que puede expresarse como:

coslghgPg == (3)

en donde, g es la aceleracin de la gravedad [m/s2], es la diferencia de densidades entre los fluidos [KN/m3], h es la altura capilar [m], y el ngulo entre el eje del capilar y la direccin vertical.

Por ltimo, debido a la accin del movimiento del fluido desplazndose en el medio poroso aparecen efectos de origen viscosos que originan una presin Pv, la cual puede ser obtenida a partir de la ley de Darcy como:

KlvPv=

(4)

en donde, v es la velocidad de descarga de Darcy [m/s], es la viscosidad dinmica del fluido [m Pa/seg], l es la longitud del capilar [m] y K es la permeabilidad absoluta del medio poroso [m2].

Anlisis Macroscpico del Fenmeno de Desplazamiento no Miscible

Para describir el flujo de fluidos no miscibles en un medio poroso se utilizan la ecuacin de conservacin de masa y la ley de Darcy generalizada (Corey 1986, Dullien 1992, Binning y Celia 1999). Para cada fluido, la expresin de balance de masa o de continuidad resulta:

0)()( =+

iiii v

tS

(5)

en donde i [KN/m3] es la densidad del fluido i, es la porosidad del medio, Si es la saturacin del mismo con la fase i, t es el tiempo y vi es la velocidad de Darcy. La velocidad de Darcy para cada una de las fases puede ser escrita como (Dullien, 1992):

)cos( gPkKv iii

rii =

(6)

en donde K es la permeabilidad absoluta del suelo (o del material poroso) y kri es la conductividad hidrulica relativa del fluido i. Debido a la presencia de ms de una fase dentro del suelo, la saturacin depende de la presin capilar (Si = Si(Pc) = Si(PNW PW)) y en la ecuacin (6) la permeabilidad relativa de cada fase es una funcin de la saturacin de la misma (kri = kri(Si)). Estas relaciones indican que la movilizacin de la fase orgnica depende del grado de saturacin. Un desarrollo terico mostrando el efecto de la saturacin y la presin capilar en el flujo de fluidos no miscibles (agua y aire) puede encontrarse en Fredlund y Rahadjo (1993). Note que en este caso, el flujo hidrulico resulta como consecuencia de un gradiente hidrulico. Cuando el mismo es

producido por fuerzas qumicas, elctricas o trmicas se produce una asociacin de flujos conocida como flujos acoplados o indirectos (Mitchell 1993).

La permeabilidad relativa (kri) no es una constante ya que la misma depende las caractersticas del suelo y del fluido permeante. Algunos de los parmetros que influyen en la permeabilidad del suelo son: la granulometra y tamao de partculas, la relacin de vacos, la superficie especfica, la composicin mineralgica, la estructura, la fbrica del suelo, el grado de saturacin y las caractersticas del permeante (Mitchell et al. 1965, Mitchell 1993, Francisca et al. 1998).

REMEDIACIN DE SITIOS CONTAMINADOS CON HIDROCARBUROS LIVIANOS Las tcnicas de remediacin de suelos contaminados dependen de numerosos factores tales como las caractersticas hidrolgicas del terreno, las propiedades del contaminante, la interaccin suelo-contaminante, extensin de la zona contaminada, etc. Una revisin de distintas tecnologas de limpieza de contaminantes puede encontrarse en Arman (1992), Udell et al. (1995) y EPA (2004). Cualquiera sea el mtodo de extraccin, se pueden definir tres etapas de desplazamiento. En la primera, denominada desplazamiento primario, la fase no acuosa es continua (la fase acuosa puede ser discontinua o continua). Cuando ambas fases son continuas, la permeabilidad relativa de cada fase est representada por la ecuacin (6). En la segunda etapa, denominada desplazamiento secundario, la fase orgnica es discontinua y forma ganglios que permanecen atrapados en los poros del suelo (Fig. 3). La magnitud de la saturacin residual, relacionada con la presencia de ganglios, depende de factores tales como la mojabilidad del suelo, la distribucin de los tamaos de poros, y la relacin entre las fuerzas capilares, viscosas y gravitacionales (Mercer y Cohen 1990). Finalmente, la recuperacin terciaria involucra el uso de aditivos para modificar las tensiones interfaciales, aumentar as la movilidad del fluido atrapado y reducir la saturacin residual del mismo.

Figura 3: Ganglios de hidrocarburos atrapados en el suelo.

Para estimar la movilizacin de la fase contaminante es comn utilizar nmeros adimensionales. La adhesin relativa (NB) se define como la relacin entre fuerzas gravitacionales y fuerzas

Flujo de agua

Partculas

Ganglios de hidrocarburo

interfaciales y el nmero capilar (NC) se define como la relacin entre fuerzas viscosas y fuerzas interfaciales (direccin vertical y horizontal respectivamente):

nwB

KgN )cos(=

(7)

nw

wwC

vN =

(8)

El subndice w es usado para representar al fluido mojante y nw al fluido no mojante. Un ejemplo sobresaliente de la utilizacin de los nmeros adimensionales NB y NC puede encontrarse en Pennell et al. (1996). Los autores encontraron que cuando el efecto de la gravedad es relevante, la movilizacin de fluidos orgnicos puede predecirse en forma adecuada utilizando una combinacin del numero capilar con la adhesin relativa, la cual denominaron numero de atrape.

En la mayora de los casos es comn que se desprecie los efectos gravitatorios. En ese caso, se estara asumiendo que el efecto de la diferencia de densidad entre los fluidos es despreciable respecto a los efectos viscosos. Para que se inicie el movimiento o desplazamiento de ganglios, la presin hidrodinmica debe ser mayor a la presin capilar. La Fig. 3 esquematiza el desplazamiento de ganglios producido por el flujo de agua.

MODELOS DE REDES PARA SIMULAR LA RECUPERACIN DE ORGNICOS Los vacos de un medio granular forman una red interconectada, que puede encontrarse llena con ms de un fluido (ej. aire, agua, electrolito, fluidos orgnicos, etc.). Una manera muy eficaz de predecir y estudiar el comportamiento del suelo es considerarlo como una red de poros interconectados. Para ello se utiliza una herramienta numrica denominada modelo de red.

Los modelos de redes de poros consisten en una matriz bidimensional o tridimensional de poros interconectados entre si que se utiliza para simular el flujo no miscible en medios porosos y evaluar al mismo tiempo la influencia de distintos parmetros en el desplazamiento no miscible. Para la generacin de un modelo de redes es necesario definir el nmero de nodos, el nmero de poros, las conectividades entre nodos y poros, el radio de los poros y el radio de la circunferencia inscripta en cada nodo, la longitud de cada capilar entre nodos y la rugosidad del mismo. En la Fig. 4 se presenta un esquema de una estructura de poros y su representacin mediante un modelo de redes bidimensional.

Los modelos de redes son utilizados en el campo del petrleo y presenta muy buenas correlaciones con las observaciones experimentales (Dullien 1992). Lenormand et al. (1988) utilizaron modelos de redes y notaron que el frente de deslazamiento de orgnicos y la saturacin residual depende la viscosidad del fluido desplazante. Mani y Mohanty (1997) desarrollaron un modelo de redes y estudiaron el efecto de la saturacin inicial y de la mojabilidad del fluido en la saturacin residual de fluidos contaminantes. Los autores encontraron que la saturacin residual aumenta cuando la saturacin inicial de esta fase contaminante es alta y cuando el slido presenta caractersticas hidrofbicas.

RECUPERACIN DE HIDROCARBUROS DE SUELOS CONTAMINADOS Se considera la recuperacin de un sitio contaminado (Fig. 1) mediante la tcnica de remediacin de extraccin mediante bombeo (desplazamiento lateral). Se analizan dos etapas en la recuperacin de fluidos contaminantes (desplazamiento primario y secundario). Se implementa un modelo de

redes para estudiar el desplazamiento gobernado por fuerzas capilares y viscosas. Con el mismo se analiza el desplazamiento de la fase contaminante mvil (sin tener en cuenta el desplazamiento de la fase atrapada o ganglios). Los efectos gravitatorios se consideran despreciables. Para el anlisis de la remocin de ganglios se incorpora la relacin entre fuerzas viscosas y capilares (Nc) en la solucin numrica de un pozo de bombeo.

Figura 4: a) Malla de un sistema poroso bidimensional, b) Representacin esquemtica de las conectividades entre tubos capilares.

Determinacin del fluido recuperado utilizando el modelo de redes de poros

Se utiliz un modelo de redes bidimensional simulando el desplazamiento de un hidrocarburo por agua durante un proceso de remediacin. El modelo fue implementado utilizando el lenguaje computacional Matlab. El nmero de tubos capilares conectado entre si o nmero de coordinacin se adopt igual a 4. El radio de la circunferencia inscripta en el nodo se adopt igual al mayor de los radios de los poros interconectados con el mismo. La longitud de todos los capilares se consider semejante y se despreciaron efectos de rugosidad superficial en las paredes. Los radios de los capilares fueron asignados en forma aleatoria utilizando una distribucin estadstica lognormal. Con esta distribucin probabilstica no es posible generar tamaos de poros negativos, sin ningn sentido fsico. En la Fig. 5 se presenta una distribucin tpica de los tamaos de poros utilizados.

Se considera al sistema poroso con una saturacin inicial del contaminante igual al 100%. El fluido desplazante, agua, se infiltra desde uno de los bordes, mientras que los extremos laterales de la malla se consideraron impermeables. La presin del agua se incrementa paso a paso desde cero hasta que el agua desplaza totalmente el contaminante libre. La presin crtica para la cual se produce el avance del fluido mojante se determina a partir de las ecuaciones (1) y (4) fuerzas capilares y viscosas.

Se consider asimismo que cuando el agua ocupa un tubo capilar, entonces los nodos conectados con el mismo se encuentran tambin ocupados por agua. Esta ltima hiptesis se basa en que los sectores con mayores constricciones son los poros y en consecuencia los nodos deberan tener dimetros iguales o mayores por lo que la invasin con agua sera espontnea. Por otro lado, los ganglios o sectores aislados con fluido contaminante no pueden ser desplazadas y producen un aumento de la saturacin residual del mismo.

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10

11 12(a) (b)

1 2

5 7

3 4

8 6

11 9 12 10

En el estudio se consider un suelo con tamao de poros dentro del rango de una arena. Para ello se utiliz la relacin aproximada entre radio de poros y dimetro de partculas (ver Fetter 1993). La Fig. 6a muestra un patrn tipo, obtenido durante la simulacin del desplazamiento del hidrocarburo por agua. En la Fig. 6b se presenta la correspondiente curva de presin vs saturacin. Observe que los resultados estn normalizados respecto de la tensin interfacial agua-hidrocarburo. Para menores las tensiones interfaciales, el contaminante puede ser desplazado con mayor facilidad. De igual forma, como la presin capilar es inversamente proporcional al radio de los poros, es ms difcil recuperar orgnicos en suelos finos con poros pequeos. Los resultados mostrados en la Fig. 6b son equivalentes a la curva succin-saturacin que se obtendra en el caso de suelos parcialmente saturados. En este ltimo caso, el fluido desplazante sera el agua y el desplazado el aire. La Fig. 7 presenta la evolucin durante el desplazamiento del contaminante por agua durante el proceso de recuperacin o remediacin.

0 10 20 30 400

200

400

600

HistogramaDistribucin probabilstica

Radio [m]

Can

tidad

0 10 20 30 400

200

400

600

HistogramaDistribucin probabilstica HistogramaDistribucin probabilstica

Radio [m]

Can

tidad

Figura 5: Histograma y distribucin de frecuencia de los radios de poros utilizada en las

simulaciones mediante el modelo de redes.

Figura 6: Modelos de redes: a) ganglios ocluidos en el medio poroso, b) saturacin del

contaminante a distintos niveles de presin durante la remediacin del mismo

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

1.0

1.5

2.0

2.5

Pres

in

capi

lar /

tens

in

inte

rfaci

al

Saturacin del contaminante

Entrada capilar

Satu

raci

n re

sidu

al

Borde impermeable

Borde impermeable

Direccin del Flujo

Agua

Ganglios

(a)

Invasin inicial

(b)

Figura 7: Solucin mediante el modelo de redes del desplazamiento no miscible. Fluido desplazado = hidrocarburo (azul claro), fluido desplazante = agua (azul oscuro), ganglios = negro.

Es importante destacar que la saturacin residual del fluido contaminante depende de la distribucin espacial de los poros del suelo. Medios porosos con similares valores medios y distribucin estndar de los tamaos de poros muestran saturaciones residuales diferentes (Francisca 2001). La presencia de heterogeneidades, fracturas, etc. gobierna el comportamiento observado.

Extraccin mediante bombeo

El bombeo es una tcnica eficiente para remover contaminantes orgnicos e inorgnicos disueltos en el agua. Mediante el bombeo se extrae el contaminante y en superficie se realiza el tratamiento correspondiente. Cuando se encuentran presentes contaminantes orgnicos no miscibles (fase libre o en forma de ganglios) el problema es mucho ms complejo, debido a la dificultad de movilizar el contaminante.

En general se utiliza el nmero capilar como parmetro para determinar la movilidad de contaminante atrapado en el suelo. A modo de ejemplo, en un paquete de esferas el nmero capilar requerido para iniciar el desplazamiento vara entre 0,5x10-3 y 2,2x10-3. El nmero capilar requerido para desplazar todos los ganglios resulta aproximadamente Nc=9x10-3 (Morrow et al. 1990, Wilson et al. 1990). Para la remocin de todos los ganglios se requiere mayores Nc, por lo que la velocidad de de la fase acuosa, o el gradiente en su defecto, debe incrementarse notablemente.

La Fig. 8 presenta la solucin de la ecuacin de un pozo de bombeo para el caso presentado en la Fig.1, en donde se adoptaron los siguientes parmetros del suelo: conductividad hidrulica k=6x10-3 cm/seg, gradiente del nivel fretico i=0,03, caudal extrado Q=7,5x10-3 m3/seg.

Figura 8: Pozo de bombeo: a) altura de presin hidrulica, b) lneas de corriente. Distancias en [m].

ZER= zona efectiva de recuperacin (modelacin en Mathcad).

En el caso de extraccin de contaminantes orgnicos e inorgnicos disueltos en el agua, con los resultados de la Fig. 8 queda definida una zona de captura, dentro de la cual, todos los contaminantes que transporta el agua son recolectados en el pozo. Cuando existe adems contaminantes no miscibles el problema es ms complejo. En caso de existir contaminantes libres flotando sobre el nivel fretico, al deprimir localmente la napa y generar un gradiente hacia el pozo de extraccin, los mismos pueden ser fcilmente recolectados. En este caso se requiere de su posterior tratamiento en superficie. En caso de existir ganglios se debe considerar las fuerzas necesarias para su movilizacin, determinadas por el nmero capilar crtico.

Considerando un contaminante orgnico con tensin interfacial =0.015 N/m, viscosidad del agua w= 1x10-3 Pa-seg y para Nc=0,5x10-3, el contaminante atrapado se comenzara a movilizar para velocidades de flujo de agua mayores a vw 0,75 cm/seg. El sector dentro de la zona de captura donde las velocidades son mayores a la velocidad lmite se denomina en este trabajo como Zona Efectiva de Recuperacin ZER (Fig. 8 - zona delimitada con lnea de trazos). Dentro de esta zona los ganglios podran ser recuperados debido al arrastre producido por accin del flujo. Por fuera de esta zona, no es posible disminuir la saturacin residual del fluido contaminante.

En la prctica los gradientes y velocidades requeridas para movilizar todos los ganglios podran ser imposibles de alcanzar. Debido a ello, cuando se utiliza esta tcnica en general se adicionan agentes que modifican la tensin interfacial para favorecer la recuperacin del orgnico (desplazamiento terciario).

Con los modelos desarrollados es posible analizar la influencia de distintas variables en la recuperacin del orgnico. Por ejemplo, disminuyendo las tensiones interfaciales, la velocidad del flujo para la cual se inicia el desplazamiento de ganglios es menor. Como consecuencia se debera esperar un aumento de la zona efectiva de recuperacin. Finalmente, la calibracin de los resultados obtenidos mediante bombeo con ensayos de laboratorio y el modelo de redes de poros, permitira utilizar este ltimo para predecir niveles de eficiencia para diferentes condiciones del subsuelo o de la fase fluida.

H

Zona de captura

ZER

Cada una de las herramientas y conceptos utilizados (modelo de redes, numero capilar crtico, extraccin mediante bombeo, etc.) han sido probadas en forma separada ya sea en el plan de investigaciones que se est llevando a cabo o mediante resultados publicados en la literatura. En este momento, se requiere la verificacin experimental del tamao de la zona efectiva de recuperacin. La limitacin actual es la necesidad de disponer de datos de campo que permitan corroborar la metodologa propuesta.

CONCLUSIONES Se revis el mecanismo de desplazamiento y remocin de fluidos no miscibles en medios porosos. Se implement un modelo de redes de poros y un modelo numrico para simular la extraccin de hidrocarburos mediante bombeo. De los resultados obtenidos se concluye lo siguiente:

- El desplazamiento de interfaces est gobernado por efectos capilares. Los meniscos slo pueden desplazarse cuando se vencen las fuerzas interfaciales. Cuando los radios de poros son ms pequeos es ms difcil recuperar contaminantes no miscibles mediante el lavado del suelo.

- Los modelos de redes de poros permiten simular el desplazamiento no miscible. Permiten analizar la remocin de contaminantes orgnicos con la ventaja de visualizar a nivel de escala de poros el problema del desplazamiento de una interfase y la generacin de ganglios.

- En los sistemas porosos, la presin de entrada de un fluido mojante depende del valor medio del tamao de poros. Para una determinada tensin interfacial, a medida que aumenta la presin del fluido mojante o desplazante, mayor es el volumen de contaminante que puede ser movilizado de los poros del suelo. Por otro lado, si se logran disminuir las tensiones interfaciales, el contaminante puede ser desplazado con mayor facilidad.

- En la extraccin de hidrocarburos de suelos mediante bombeo es posible definir dos zonas. Un sector denominado zona de captura, en la cual la fase fluida se dirige hacia el pozo de extraccin. Durante la remediacin, todos los contaminantes disueltos o libres flotando sobre el nivel fretico pueden ser capturados para su posterior tratamiento y disposicin en superficie. La fase atrapada o ganglios no puede ser movilizada sino hasta que las fuerzas hidrodinmicas producen el arrastre del contaminante. El sector donde las velocidades son suficientes para producir el arrastre se denomin en este trabajo como zona efectiva de remediacin. El tamao de la misma depende de la relacin entre las fuerzas viscosas e interfaciales.

AGRADECIMIENTOS Se agradece el apoyo recibido por parte de los profesores Vctor Rinaldi y Carlos Santamarina, como as tambin el soporte de CONICET, el rea de Geotecnia y la ctedra de Ingeniera Ambiental de la FCEFyN, Universidad Nacional de Crdoba.

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