Relación entre la difusividad efectiva y los parámetros estructurales de medios porosos no consolidados, bidimensionales

• Juan Ramón Primera Ferrer Universidad Técnica de Manabí. Facultad de Ingeniería Agrícola, Portoviejo, Ecuador.
• Hugo Bohórquez García Universidad del Zulia. Facultad Experimental de Ciencias. Departamento de Física. Laboratorio de Sistemas Desordenados. Maracaibo. Venezuela

Abstract

Diversos estudios confirman la relación entre la difusividad de una sustancia y los parámetros estructurales de un medio poroso. Sin embargo, no se han establecido relaciones generales, siendo su determinación un problema abierto. Por tales razones, y por la importancia del conocimiento de los procesos de transferencia de masa en medios porosos, se obtiene en este trabajo un acercamiento a este problema. Para ello, se generaron computacionalmente y caracterizaron medios porosos bifásicos con periodicidad espacial, formados por discos dispersos ordenada y desordenadamente sobre una superficie plana. Luego, se calculó la difusividad efectiva, a partir del promediado espacial de la segunda Ley de Fick sobre un volumen elemental representativo (VER) de tales medios. Por último, se establecieron relaciones entre ésta y los parámetros estructurales, mostrándose que la porosidad es el parámetro más influyente en la difusividad efectiva, seguida de la forma de la partícula dispersante. Los resultados obtenidos concuerdan con resultados experimentales y teóricos previos, lo cual confirma las conclusiones establecidas.

References

Bir R. B., Stewart W. E. Y. yLightfoot E. N.:"Fenómenos de transporte". Reverté S.A., México D.C. (México), 1996.

Bear J.: "Dynamic Of Fluid In Porous Media". American Elsevier, New York (Usa), 1972.

Torquato S.:"Random Heterogeneous Materials: Microstructure And Macroscopic Properties", Editorial Springer, USA, 2002.

Currie J. A.:"Gaseous diffusion in porous media. Part 1: A non-steady state method"British Journal of Applied Physics,Vol. 11, (1960) 314-317.

Dullien F. A. L.:"Porous Media: Fluid Transport and Pore Structure", Academic Press Inc., 2da Ed.,Londres, (2000).

Qian Z.,Jian X. B., Yang B. Y.:"Research on the effective gas diffusion coefficient in dry porous media embedded with a fractal-like tree network",Physica A, Vol. 392, (2013) 1557–1566.

René H., Janett P., Heiko H., Karl H. H.:"Diffusion of oriented particles in porous media", Physics Letters,Vol. A377, (2013) 2840–2845.

Qiang M., Zhenqian Ch.:"Numerical study on gas diffusion in isotropic and anisotropic fractal porous media (gas diffusion in fractal porous media)", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 79, (2014) 925–929.

Whitaker S. A.: "Diffusion and dispersion in porous media",Am. Inst. Chem. Eng., Vol. 13, (1967) 420-426.

Gray W. G.,yLee P. C. Y.:"On the theorems for local volume averaging of multiphase systems",Int. J. Multiphase, Vol. 3, (1977) 333-340.

Ryan D.; Carbonell R. G. yWhitaker, S. A.: "A theory of diffusion y reaction in porous media", Am. Inst. Chem. Eng., Vol. 77, (1981) 46-62.

Ochoa J. A.,Stroeve P. yWhitaker S.: "Diffusion and reaction in cellular media", Chem. Enging. Sci. Vol. 41, (1986) 2999-3013.

Ochoa J. A.,Whitaker S. yStroeve P.: "Determination of cell membrane permeability in concentrated cell ensembles", BiophysJ.,Vol. 52, (1987) 763-774.

Kim J. H., Ochoa J. A. yWhitaker S.:"Diffusion in anisotropic media", Transport in Porous Media, Vol. 2, (1987) 327-356.

WoodB. yWhitaker S.: "Diffusion and reaction in biofilms",Chem. Enging. Sci., Vol. 53, (1998) 397-425.

Valdés, F.; Ochoa, J. A. Y Álvarez, J.: "Diffusive mass transport in the fluid porous medium inter-region: Closure problem solution for the one-domain approach". Chem. Enging Sci., Vol. 62, (2007) 6054-6068.

Borges Da Silva E. A., Souza D. P. yUlson Da Souza A. A.: "Prediction of effective diffusivity tensors for bulk diffusion with chemical reactions in porous media",Brazilian Journal Of Chemical Engineering, Vol. 24, (2007) 47-60.

Liang W, Lian-Ping W., Zhaoli G. yJianchun M.:"Volume-averaged macroscopic equation for fluid flow in moving porous media International", Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 82, (2015) 357–368.

Yang C., Huang R., Lin yQiu T.:"Volume averaging theory (VAT) based modelling for longitudinal mass dispersion in structured porous medium with porous particles", Chemical Engineering Research and Design (2019).

Primera J.,Hasmy A. yWoigner T.: "Numerical Study of Pore Size Distribution in Gels",Journal of Sol-Gel Science and Technology, Vol. 26, (2003) 1–5.