Análisis del transporte reactivo multiespecie bajo condiciones simultáneas de equilibrio y cinética química para el sistema Carbonato-Cálcico

Abstract

Un elemento crucial en el análisis del transporte reactivo es la evaluación de modelos espacio temporales de las tasas de reacción, que permiten identificar la posición y magnitud de las tasas máximas locales, las cuales pueden tener impactos significantes en las propiedades hidráulicas del medio, sirven para identificar la extensión de la fracción del dominio que contribuye al proceso observado y brindan información sobre la tasa de evolución del sistema hacia el equilibrio (Sanchez-Vila et al., 2010). En este trabajo se estudia la combinación de las reacciones en equilibrio (rápidas) y cinética (lentas) en un sistema multicomponente; tomando como base la metodología propuesta por Molins et al., (2004) y desarrollada por Sanchez-Vila, et al., (2010) para el desacople de un sistema de transporte reactivo, analizando un medio más realista: el sistema Carbonato-Cálcico (De Simoni et al., 2007). El modelo estudiado consta de un acuífero confinado bajo condiciones de flujo bidimensional y condiciones estacionarias. Por medio de la definición de dos componentes conservativas y una cinética, se desarrolló una expresión semianalítica para la determinación de la tasa de reacción cinética en función de las componentes conservativas y la concentración de hidrógeno y posteriormente se acopló con la ecuación diferencial parcial que describe el transporte, cuya solución permite conocer la distribución espacio temporal del sistema. Dentro del análisis del transporte de solutos se analizó el sistema teniendo en cuenta la variación de la velocidad hidrodinámica y la velocidad de reacción por medio del número adimensional de Damkölher (Steeffel et al., 1994). Finalmente, se analizó el efecto de la salinidad en la evolución del sistema (efecto algebraico y efecto de fuerza iónica), lo cual origina una mayor o menor cantidad de calcita precipitada o disuelta. En esta aplicación se resalta la alta no linealidad del problema y la respuesta no monótonica del sistema. / Abstract. A crucial element on the reactive transport analysis is the estimation of space-time distributions of the reaction rates. First, they allow to identify magnitude and position of the maximum local rates, which may have significant impacts on the hydraulic properties; second, identifying the extension of the domain fraction that contributes to the observed process and finally, providing information about the rate evolution towards the equilibrium (Sanchez-Vila et al., 2010). In this work the combination of equilibrium and kinetic reactions in a multicomponent system is studied; based on the methodology proposed by Molins et al., (2004) and developed by Sanchez-Vila, et al. (2010) to decouple a reactive transport system, a more realistic sytem was analized: the carbonate-calcium system (De Simoni et al., 2007) in a 2D homogeneous domain under uniform flow conditions. This methodology, let us to define two conservative components and one kinetic which make possible the development of one semi-analytic expression to determine kinetic reaction rates as a function of the conservative components and the hydrogen concentration. Then it was coupled with the partial differential equation that describes transport and the solution of the equation provides the system space-time distribution. The system was analyzed varying the hydrodynamic velocity compared with the reaction velocity by means of the Damkölher number (Steeffel et al., 1994). Finally, the salinity effect in the evolution system was studied (algebraic effect and ionic effect), which leads a higher or lower quantity of calcite diluted or precipitated. This application highlights the high non-linearity of the problem and the non-monotonic response of the system.