Percolación

Percolación (del latín percolare, "filtrar" o "filtrar"), en física, química y ciencia de los materiales, 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 redes o gráficos, análogas a la conectividad de los componentes de la red 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 los 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 prevista 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;

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

Debido a la complejidad que implica obtener 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

• Percolación del café (ver Fig. 1), donde el solvente es el agua, la sustancia permeable es el café molido 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 bajo la superficie de la tierra.
• Agrietamiento de árboles con la presencia de dos condiciones, luz solar y presión.
• Colapso y robustez de los caparazones de virus biológicos para la eliminación aleatoria de subunidades (fragmentación de virus verificada experimentalmente).
• Transporte en medios porosos.
• Propagación de enfermedades.
• Desbaste superficial.
• Percolación dental, aumento de la tasa de caries debajo de las coronas debido a un entorno propicio para mutantes de estreptococos y lactobacillus
• Los sitios potenciales para sistemas sépticos se prueban mediante la "prueba de perc". Ejemplo/teoría: Se cava un hoyo (generalmente de 6 a 10 pulgadas de diámetro) en la superficie del suelo (generalmente de 12 a 24 pulgadas de profundidad). Se llena el hoyo con agua y se mide el tiempo para una caída de una pulgada en la superficie del agua. Si la superficie del agua cae rápidamente, como se ve generalmente en arenas mal graduadas, entonces es un lugar potencialmente bueno para un "campo de lixiviación" séptico. Si la conductividad hidráulica del sitio es baja (generalmente en arenas arcillosas y francas suelos), entonces el sitio es indeseable.