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Tesis:

Modelos de flujo multifásico no isotermo y de transporte reactivo multicomponente en medios porosos

  • Autor: JUNCOSA RIVERA, Ricardo

  • Título: Modelos de flujo multifásico no isotermo y de transporte reactivo multicomponente en medios porosos

  • Fecha: 1999

  • Materia: MECÁNICA DE FLUIDOS

  • Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE MINAS

  • Departamentos: MATEMATICA APLICADA Y METODOS INFORMATICOS

  • Acceso electrónico:

  • Director/a 1º: SAMPER CALVETE, Javier

  • Resumen: El diseño y construcción de los almacenamientos de residuos tóxicos, como por ejemplo los residuos radiactivos de media y alta actividad, requiere disponer de herramientas que permitan predecir el comportamiento del sistema. La motivación de esta Tesis radica precisamente en el desarrollo de herramientas numéricas para el estudio y predicción del comportamiento, acoplado térmico, mecánico, hidrodinámico y geoquímico de los materiales arcillosos que se pretenden utilizar como barreras de ingeniería en los repositorios de residuos radiactivos. Con el fin de responder a las necesidades del Proyecto FEBEX (Full Scale Engineered Barriers Experiment) ha sido necesario el desarrollo de modelos conceptuales y numéricos termo-hidro-geoquímicos (THG). Para ello, se ha desarrollado un código (THG) para simular y predecir el comportamiento (THG) de la barrera arcillosa. Para la generación del código se han considerado dos opciones: 1. El desarrollo de un código completamente nuevo. 2. El acoplamiento de códigos ya existentes. En esta Tesis se ha optado por la segunda opción, desarrollando un nuevo programa (FADES-CORE), que se ha obtenido a partir del código termo-hidromecánico (FADES) (Navarro, 1997) y del código (CORE-LE) (Samper et al., 1998). Este proceso ha requerido modificar (FADES), añadir nuevas subrutinas de cálculo del transporte de solutos, modificar (CORE-LE) manteniendo sus módulos geoquímicos e introduciendo procesos geoquímicos y de transporte adicionales. (FADES-CORE) permite la simulación termo-hidro-geoquímica de medios porosos parcialmente saturados con flujo multifásico. Dada la complejidad que presentan los medios porosos se ha adoptado una idealización de su estructura y composición, así como de los procesos físicos y químicos que en ellos ocurren. Se ha supuesto que están constituidos por una fase líquida compuesta por agua móvil, aire disuelto en ella y solutos, por una fase gaseosa cuyas únicas especies son el vapor de agua y el "aire seco" y por una matriz sólida constituida por fases minerales. Se han formulado las ecuaciones tanto del balance de masa del agua, del aire, de los solutos, como del transporte de calor y de equilibrio de las reacciones químicas del sistema. Por otra parte, se han analizado los procesos de cambio de fase y equilibrio térmico y químico teniendo en cuenta los principios básicos de la termodinámica y termoquímica. Las reacciones químicas que se han considerado son las siguientes: complejación acuosa, ácido-base, oxidación-reducción, disolución-precipitación de fases minerales, disolución de gases, intercambio catiónico y adsorción. Por otra parte, también se consideran procesos de desintegración radiactiva y de exclusión aniónica. (FADES-CORE) utiliza bases de datos termodinámicas obtenidas a partir del código (EQ3/6) (Wolery, 1979). (FADES-CORE) ha sido ampliamente verificado con soluciones analíticas y, en la medida de lo posible, con otros códigos. La práctica ausencia de códigos que modelicen el flujo multifásico no isotermo con transporte reactivo ha hecho inviable la verificación completa del código. Sin embargo, la verificación parcial de la mayoría de sus componentes permite garantizar su correcto funcionamiento. Ha sido posible la aplicación del código a casos reales. El potencial del código se ha contrastado mediante su aplicación al Proyecto (FEBEX) en ensayos de calentamiento e hidratación en celdas termohidráulicas de laboratorio, en los cuales es necesario tener en cuenta la evaporación y condensación para la correcta interpretación del modelo de transporte reactivo, y a la modelización predictiva de ensayos de calentamiento e hidratación a gran escala. Los resultados obtenidos del modelo (THG) han sido excelentes. El código es capaz de reproducir simultáneamente las entradas de agua, las humedades finales, las distribuciones finales de temperaturas, de las concentraciones de especies disueltas, de minerales precipitados y de cationes de cambio. Además del modelo (THG), la parte (TH) se ha calibrado con los datos experimentales de los ensayos realizados a gran escala (maqueta e "in situ"). Se ha realizado un amplio análisis de sensibilidad tanto a parámetros termohidrodinámicos como a parámetros de transporte y de química. Para el ensayo a gran escala se ha hecho una predicción (THG) hasta junio del año 2001, fecha en la que está previsto el desmantelamiento del experimento "in situ"