ESTIMACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA EFECTIVA DE UNA LAVA TRAQUIANDESÍTICA DEL COMPLEJO VOLCÁNICO LOS HUMEROS (MÉXICO)
La caracterización de la conductividad térmica efectiva (CTE) en formaciones rocosas es de gran importancia para la explotación geotérmica, el secuestro y almacenamiento de CO2, el estudio de procesos volcánicos, así como también en investigaciones de ciencias planetarias. Sin embargo, la heterogeneidad composicional y microestructural de las rocas plantea un reto significativo en la estimación de sus propiedades térmicas.
El presente trabajo expone un método integral que puede contribuir a resolver ese reto. El método combina la microtomografía computarizada de rayos X (micro-CT), la difracción de rayos X (DRX), la fluorescencia de rayos X (FRX), la teoría de medio efectivo (TME) y las simulaciones numéricas basadas en la resolución de la ecuación de calor para estimar la CTE de una muestra de lava traquiandesítica proveniente del complejo volcánico Los Humeros. Este proceso comprendió las siguientes etapas: 1) Análisis petrográfico; 2) Adquisición de imágenes 3D de micro-CT. 3) Procesamiento de las imágenes de micro-CT, segmentando a cuatro fases identificadas junto con la petrografía: poros, matriz (compuesta por plagioclasas y piroxenos), cristales de anortita y minerales opacos (ilmenita y magnetita). 4) Análisis de FRX para confirmar la clasificación del tipo de roca y cuantificación sus componentes con DRX: albita (66.7%), anortita (18.3%), piroxeno (11.6%) y opacos (3.4%), calibrándose con esto la segmentación. Se definieron como “fases equivalentes” a los minerales que no se pudieron distinguir en las imágenes de micro-CT. Esto es, para la matriz compuesta por albita y anortita, y para los opacos compuesta por magnetita e ilmenita respectivamente, y se calcularon sus conductividades térmicas mediante los límites efectivos de Wiener en serie (Reuss) y paralelo (Voigt), adoptando un promedio entre ambos. Finalmente, se realizaron las simulaciones numéricas de conducción estacionaria de calor sobre la imagen de micro-CT segmentada, aplicando un gradiente de temperatura de 100° C en los tres ejes principales.
Los resultados de la simulación muestran una anisotropía leve en la conductividad térmica cuyos valores son 2.467, 2.447 y 2.409 W/m·K, en los ejes X, Y y Z, respectivamente, obteniendo un valor promedio es 2.441 W/m·K para la muestra estudiada. Esta anisotropía (de hasta ≈2.4 % de diferencia entre ejes) implica que el calor fluye más eficientemente en la dirección X que en las otras dos. En la práctica, esto sugiere que, al diseñar el esquema de fracturamiento en pozos, conviene alinearlo según el eje de mayor conductividad para maximizar la conducción de calor, garantizando una explotación más rentable del yacimiento geotérmico. Para futuros estudios, se contempla optimizar la segmentación con inteligencia artificial y analizar la dependencia de la CTE con respecto a variaciones de temperatura, presión y saturación de fluidos de yacimiento.