El proyecto ‘Innovative Numerical Methods for Non-Newtonian Flows and Porous Media’ (InNoPor) busca posicionarse a la vanguardia de la investigación aplicada, proponiendo un ambicioso programa para superar las limitaciones de los métodos numéricos actuales en la simulación de fluidos complejos a través de medios porosos.
La iniciativa –financiada por el programa Horizonte Europa de la Unión Europea– reúne a un consorcio interdisciplinario de ocho instituciones del Viejo Continente y de Latinoamérica, y promete generar herramientas más precisas y escalables, con un impacto potencial que abarca desde la captura de carbono hasta la medicina.
Seis son las universidades europeas que participan: Universidade da Coruña – UDC (España), Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen – RWTH (Alemania), Christian-Albrechts-Universität zu Kiel – CAU (Alemania), Forschungsverbund Berlin – WIAS (Alemania) y Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Científicas – CSIC-IGME (España), University of Strathclyde – UoS (Reino Unido); y dos las latinoamericanas: Universidad de Concepción (UdeC) y Universidad del Bío-Bío (UBB).
Desde la UdeC, el Director del Centro de Investigación en Ingeniería Matemática, CI²MA, Dr. Rodolfo Araya Durán integra el consorcio. “El trabajo colaborativo está en el centro de nuestro quehacer como centro de investigación. El contacto con colegas de diferentes contextos científicos y/o disciplinarios no puede hacer más que enriquecer el diálogo científico, lo que, normalmente se transforma en avances significativos en la disciplina”, afirmó el académico del Departamento de Ingeniería Matemática de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas.
“Esto es lo que pretende este proyecto europeo: generar sinergias para el avance de la matemática y sus aplicaciones”, enfatizó el también investigador del Centro de Modelamiento Matemático de la U. de Chile.
La complejidad del flujo y el reto numérico
El desafío fundamental que aborda InNoPor radica en la dificultad de modelar con precisión los flujos no newtonianos —aquellos cuya viscosidad cambia con la fuerza aplicada, como los polímeros o el magma— a través de medios porosos.
Fenómenos como la inyección de fluidos en yacimientos subterráneos para mejorar la extracción de petróleo, la dispersión de ceniza volcánica en la atmósfera o el transporte de fármacos en tejidos biológicos dependen de esta interacción compleja, pero los modelos existentes carecen de la robustez y eficiencia necesarias para predicciones fiables.
InNoPor responde a esta brecha con una propuesta innovadora basada en el desarrollo y análisis riguroso de metodologías avanzadas, incluyendo esquemas de discretización temporal IMEX (Implícito-Explícito), métodos adaptativos de malla (AFEM) y formulaciones estabilizadas. El objetivo general es avanzar en las matemáticas aplicadas, diseñando, analizando e implementando métodos numéricos que combinen precisión, estabilidad y escalabilidad computacional.
InNoPor: Excelencia científica con impacto global
Esta colaboración entre investigadores de instituciones europeas y chilenas, no sólo fomenta la sinergia científica entre en ámbitos Matemáticas Aplicadas, Mecánica de Fluidos, Ciencias de la Computación y Ciencias del Sistema Terrestre, sino que también establece un marco de trabajo para la transferencia de conocimiento mediante programas de capacitación estructurados y un total de 49 meses de intercambios planificados, asegurando que los investigadores adquieran experiencia en técnicas de vanguardia y aplicaciones geológicas reales.
El potencial de aplicación de InNoPor trasciende lo académico, con implicaciones directas en las cinco áreas de misión del programa Horizonte Europa y en los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la ONU.
En cuanto a desafíos relativos al clima y el ambiente, la modelización avanzada de InNoPor es crucial para la captura y almacenamiento de CO₂ (CCS) en el subsuelo y para la remediación de suelos y acuíferos contaminados mediante la inyección de fluidos reactivos o biocompatibles. Esto contribuye directamente a la ‘Adaptación al cambio climático’ (Horizonte Europa) y al ODS 13 (Acción por el Clima). Además, las simulaciones precisas apoyarán el diseño de barreras porosas para mitigar la contaminación en entornos marinos y costeros, y mejorarán las tecnologías de filtración de agua, alineándose con el ODS 6 (Agua Limpia y Saneamiento).
En otros ámbitos, los resultados del proyecto informarán el desarrollo de sistemas de almacenamiento de energía térmica en el subsuelo mediante fluidos no newtonianos, esenciales para la calefacción y refrigeración urbana sostenible y contribuyendo al ODS 7 (Energía Asequible y No Contaminante) y a la misión de ‘Ciudades climáticamente neutrales e inteligentes’.
Además, en geofísica, los métodos se aplicarán para simular escenarios realistas, como la dispersión de ceniza y los flujos de lava de erupciones volcánicas, mejorando la evaluación de riesgos. Mientras que el proyecto también tiene aplicaciones biomédicas al simular el flujo de fluidos no newtonianos en tejidos porosos, lo cual es relevante para la distribución de fármacos y el crecimiento tumoral, conectando con la misión ‘Cáncer: innovación técnica para la eficiencia’ de la UE.
Técnicamente, el proyecto se enfoca en resolver los cuellos de botella de la simulación. InNoPor trabajará en la Propuesta y análisis matemático de esquemas IMEX para flujos no lineales, la Estabilización espacial para garantizar la positividad de las densidades, y el Análisis numérico completo de Métodos de Elementos Finitos (FEM) para fluidos de ley de potencias a través de medios porosos.
Un punto crucial es el desarrollo de soluciones estables y convergentes para problemas inversos en filtración y cromatografía, que son fundamentales para inferir propiedades desconocidas de los medios porosos a partir de datos medibles.
El proyecto abarca un periodo de 48 meses y evoluciona de un Nivel de Preparación Tecnológica (TRL) 3 a TRL 5, buscando, además del avance teórico, un compromiso decidido con la ciencia abierta (Open Science) a través de la creación de una plataforma de acceso abierto que integre los nuevos solvers y conjuntos de datos, que garantizará que las herramientas computacionales desarrolladas sean accesibles para la comunidad académica e industrial, maximizando el impacto y la sostenibilidad a largo plazo de esta colaboración internacional.
