Percolación - Percolation

Fig. 1: En la percolación del café, los compuestos solubles abandonan los posos del café y se unen al agua para formar café . Los compuestos insolubles (y granulados) permanecen dentro del filtro de café .
Fig.2: Percolación en una celosía cuadrada (Haga clic para animar)

En física , química y ciencia de los materiales , la percolación (del latín percolare , "filtrar" o "filtrar") se refiere al movimiento y filtrado de fluidos a través de materiales porosos. Está descrito por la ley de Darcy . Desde entonces se han desarrollado aplicaciones más amplias que cubren la conectividad de muchos sistemas modelados como celosías o gráficos, análoga a la conectividad de componentes de celosía en el problema de filtración que modula la capacidad de percolación.

Fondo

Durante las últimas décadas, la teoría de la percolación , el estudio matemático de la percolación, ha aportado nuevos conocimientos y técnicas a una amplia gama de temas en física, ciencia de materiales, redes complejas , epidemiología y otros campos. Por ejemplo, en geología , la percolación se refiere a la filtración de agua a través del suelo y rocas permeables. El agua fluye para recargar el agua subterránea en el nivel freático y los acuíferos . En lugares donde se planean depósitos de infiltración o campos de drenaje séptico para eliminar cantidades sustanciales de agua, se necesita una prueba de percolación de antemano para determinar si es probable que la estructura deseada tenga éxito o falle. En la percolación de celosía cuadrada bidimensional se define como sigue. Un sitio está "ocupado" con probabilidad p o "vacío" (en cuyo caso se eliminan sus bordes) con probabilidad 1 - p; el problema correspondiente se llama percolación del sitio, ver Fig.2.

La filtración típicamente exhibe universalidad . Se utilizan conceptos de física estadística como teoría de escalado, renormalización , transición de fase , fenómenos críticos y fractales para caracterizar las propiedades de percolación. La combinatoria se emplea comúnmente para estudiar los umbrales de percolación .

Debido a la complejidad que implica la obtención de resultados exactos a partir de modelos analíticos de percolación, normalmente se utilizan simulaciones por ordenador. El algoritmo actual más rápido para la percolación fue publicado en 2000 por Mark Newman y Robert Ziff.

Ejemplos de

  • Percolación del café (ver Fig. 1), donde el solvente es agua, la sustancia permeable son los posos del café y los constituyentes solubles son los compuestos químicos que le dan al café su color, sabor y aroma.
  • Movimiento de material degradado hacia abajo en una pendiente debajo de la superficie terrestre.
  • Agrietamiento de árboles con la presencia de dos condiciones, luz solar y bajo la influencia de la presión.
  • Colapso y robustez de los caparazones de virus biológicos a la eliminación aleatoria de subunidades (fragmentación de virus verificada experimentalmente).
  • Robustez de las redes ante ataques aleatorios y dirigidos.
  • Transporte en medios porosos.
  • [].
  • Rugosidad de la superficie.
  • Percolación dental, aumento de la tasa de caries debajo de las coronas debido a un entorno propicio para los mutantes estreptocócicos y lactobacilos.
  • Los sitios potenciales para sistemas sépticos son evaluados por la " prueba de beneficios ". Example / tepiheory: Se cava un hoyo (generalmente de 6 a 10 pulgadas de diámetro) en la superficie del suelo (generalmente de 12 a 24 "de profundidad). Se llena el hoyo con agua y se mide el tiempo para una gota de una pulgada en la superficie del agua. Si la superficie del agua cae rápidamente, como suele verse en las arenas poco graduadas, entonces es un lugar potencialmente bueno para un " campo de lixiviación " séptico . Si la conductividad hidráulica del sitio es baja (generalmente en arcillas y arcillosas suelos), entonces el sitio no es deseable.
  • Percolación del tráfico.
  • La filtración en presencia de reforzado (descentralización de la red) ha sido estudiada por Yuan et al.

Ver también

Referencias

Otras lecturas

enlaces externos