Theoretical Permeability Characterization of Synthetic Porous Cores: Darcy, Kozeny–Carman, Forchheimer, and Ergun Approaches

Resumen

En este trabajo se presenta una caracterización teórica de la permeabilidad en núcleos porosos sintéticos fabricados mediante sinterización de esferas de vidrio de diferentes tamaños de grano. El objetivo fue evaluar la influencia de la porosidad y del diámetro de partícula sobre el comportamiento hidráulico de los materiales mediante los modelos de Darcy, Kozeny–Carman, Forchheimer y Ergun. Se analizaron cuatro núcleos sintéticos con porosidades entre 2.6 % y 10.1 % y diámetros de grano entre 0.125 y 0.600 mm. La permeabilidad estimada mediante Kozeny–Carman varió entre 9.39 y 2583.40 mD, mientras que la obtenida mediante la formulación de Ergun osciló entre 11.26 y 3100.08 mD. Adicionalmente, se realizó un análisis de sensibilidad paramétrico para evaluar la influencia relativa de la porosidad y del diámetro de grano sobre la permeabilidad. Los resultados muestran que ambos parámetros controlan significativamente la respuesta hidráulica y que los mayores valores de permeabilidad se obtienen cuando aumentan simultáneamente. El análisis de Reynolds y de las contribuciones viscosas e inerciales indicó que las condiciones evaluadas permanecen principalmente dentro del régimen de Darcy. La comparación con valores reportados para rocas sedimentarias, medios granulares y materiales filtrantes mostró que los núcleos sintéticos reproducen condiciones hidráulicas representativas de una amplia variedad de medios porosos naturales e industriales. Los resultados confirman que los modelos teóricos, complementados con simulación paramétrica y análisis de sensibilidad, constituyen una herramienta útil para la evaluación y diseño de materiales porosos sintéticos.