Inestabilidades entre fluídos miscibles en medios porosos - Obernauer, Silvia (1999)
En este trabajo se presenta un estudio experimental de desplazamientos defluidos miscibles dentro de medios porosos y celdas de Hele-Shaw empleando fluidos Newtonianos y no-Newtonianos con técnicas de visualización. La primera parte está dedicada al estudio de la inestabilidad que aparece en lainterfase entre dos soluciones de una única especie difusíva cuando la solución másconcentrada se ubica sobre la menos concentrada (inestabilidad de Rayleigh-Taylor). Esta inestabilidad se estudia en forma preliminar para una interfase sin condiciones deflujo y se complementa el estudio en desplazamientos dentro de una celda de Hele-Shawcolocada en forma horizontal. Se inyecta colorante que empuja agua pura y seobservan con el tiempo la aparición de estrías paralelas a la dirección del flujo detrás delfrente de avance. Los resultados experimentales son interpretados en términos de unainestabilidad gravitatoria debido a gradientes verticales de concentración del coloranteinyectado inducidos por el perfil de velocidades del flujo. Dicho perfil, en el espesor dela celda, crea un gradiente de concentración que puede ser modelado como unaestructura de tres capas. Si bien los experimentos muestran que la longitud de ondacaracteristica de la estructura es del orden del espesor de la celda, se encuentra ademásuna dependencia con el aumento de contraste de densidades entre ambos fluidos enacuerdo con modelos teóricos. Se encuentra experimentalmente que la periodicidadmedia es independiente del caudal es decir que es independiente de la velocidad de lainterfase. Se estudia también el tiempo de aparición de estas inestabilidades en funcióndel caudal de inyección, de la concentración del colorante y de la inclinación de lacelda. En la segunda parte de esta Tesis se presenta el estudio de desplazamientos defluidos donde uno de los mismos es una solución polimérica (soluciones de Xanthano)con un comportamiento tipo reofluidizante. Los desplazamientos son siemprehorizontales y la inestabilidad aparece cuando el fluido menos viscoso empuja al másviscoso (inestabilidad de Saffman-Taylor). En primer término se analizan experienciasen donde el agua coloreada empuja soluciones poliméricas dentro de un medio porosorectangular cuasi bidimensional consistente en empaquetamientos de microesferas devidrio. Se encuentra una rica variedad de estmcturas al variar el caudal, la concentracióndel polímero y el tamaño de microesferas. Para altas concentraciones de polímero lasmismas son del tipo fractal. A partir de la medición de la dimensión fractal en bandas alo largo de la estructura se logra evidenciar propiedades de multiscaling. De laobservación del crecimiento de los dedos individuales que aparecen encontramos dostipos de comportamientos dinámicos. En segundo término se estudian desplazamientocon la misma solución polimérica pero en celdas de Hele-Shaw con inyección radial. Eneste caso la viscosidad del segundo fluido, de comportamiento Newtoniano, se elige deun valor intermedio entre las viscosidades del polímero a altas y bajas velocidades decorte. Se observa en cada experiencia una transición de un desplazamiento estable ainestable cuando la velocidad media del frente se vuelve menor que un valor crítico. Seinvestiga la dependencia de la velocidad critica con la viscosidad del fluido Newtonianoy con el caudal. La velocidad crítica es comparada con la velocidad donde la viscosidadde ambos fluidos es la misma si se desplazaran en forma independiente.