En los materiales porosos —suelo, rocas, filtros— los líquidos se mueven a través de diminutos canales sinuosos. Cuando en ese medio coexisten dos líquidos inmiscibles, como agua y aire, la frontera entre ellos cambia constantemente: las burbujas de aire desplazan el agua de algunos poros y abren camino en otros. Es como un metro abarrotado donde la multitud se reorganiza sin cesar y cada persona se ve obligada a cambiar su trayectoria.
Los investigadores estudiaron cómo ese flujo bifásico no estacionario afecta la mezcla de sustancias disueltas. Resultó que el movimiento de la interfaz entre fases hace que el líquido se estire y se pliegue, como una masa que se estira y se dobla repetidamente. Este proceso se denomina mezcla caótica: las partículas vecinas del fluido se separan rápidamente y las sustancias se distribuyen mucho más eficientemente que en un flujo monofásico tranquilo.
Mediante modelos numéricos, los científicos determinaron que la velocidad de mezcla depende del caudal. Con un flujo demasiado lento, el líquido apenas se deforma; con uno demasiado rápido, la interfaz se mueve tan a menudo que no alcanza a estirar el líquido de manera eficaz. La mezcla máxima se alcanza a una velocidad óptima, cuando la deformación por cizallamiento se equilibra con la frecuencia de cambio de dirección del flujo.
Este descubrimiento ayuda a entender cómo ocurren la mezcla y las reacciones químicas en sistemas multifásicos en la naturaleza y la tecnología, desde la migración de contaminantes en aguas subterráneas hasta los procesos en reactores químicos. Al controlar la velocidad del flujo, se puede intensificar o atenuar la mezcla, lo que abre nuevas posibilidades para la purificación del agua, la extracción de petróleo y muchas otras aplicaciones.
La mezcla caótica en medios porosos se parece a mezclar pintura en un bote: si remueves demasiado lento, la pintura queda heterogénea; si lo haces demasiado rápido, se forman remolinos que impiden distribuir uniformemente el pigmento.