Grupo de Pesquisa em Meios Porosos (PORO)

O Grupo de Pesquisa em Meios Porosos (PORO) tem como objetivo caracterizar, explorar e desenvolver aplicações em que diferentes meios porosos possam ser utilizados. A caracterização visa analisar as propriedades físicas e químicas desses materiais, ajustando-os para diversas aplicações. Essa análise pode ser feita tanto por meio de métodos computacionais, como o Lattice-Boltzmann (LB), quanto por ensaios laboratoriais, utilizando tecnologias como Lab-On-a-Chip e impressão 3D para a fabricação de materiais com características específicas. Atualmente, no que se refere à aplicação de métodos numéricos em problemas de Ciência e Engenharia, trabalhamos no desenvolvimento de softwares voltados para Petrofísica Digital e Engenharia de Reservatórios.

Meios porosos

Materiais porosos estão presentes em diversas situações do nosso cotidiano. Eles são caracterizados pela existência de espaços vazios em seu interior, chamados poros. Esses poros permitem a penetração de gases e líquidos, como ar e água, o que, de certa forma, alteram as propriedades físicas e químicas do material. Dependendo da quantidade de poros e da presença de fluidos, o comportamento do material pode mudar drasticamente em determinadas circunstâncias. O aumento da umidade, por exemplo, pode criar um ambiente propício para o desenvolvimento de micro-organismos, resultando em alterações estruturais ainda mais significativas.

Há muitos exemplos de meios porosos ao nosso redor. Podemos citar o solo, a areia, o papel, a madeira, o asfalto, as paredes de alvenaria, as pedras do jardim e, até mesmo, os ossos do nosso esqueleto (veja a figura abaixo). De fato, a lista de meios porosos é extensa, especialmente porque, em certa medida, todo material pode ser considerado poroso. Vale destacar que essa observação depende apenas da escala de análise adotada.

Petrofísica Digital

A Petrofísica Digital é um ramo da engenharia devotada à predição de propriedades petrofísicas de rochas de reservatório de petróleo em escala de poro. A análise preditiva é realizada com auxílio de microtomografia computadorizada (μTC) que permite a obtenção de uma imagem tridimensional da rocha de reservatório, chamada de rocha digital, como mostra a simulação abaixo.

Assista no YouTube: Simulação da migração do óleo em uma rocha digital

Laboratório de Computação Científica

O uso dessas tecnologias tem se intensificado nos últimos anos, pois representa um passo importante na direção de diminuição da demanda por ensaios laboratoriais que muitas vezes podem ser demorados e complicados de se obter prontamente. As seguintes propriedades podem ser obtidas pela análise computacional da rocha digital: porosidade, permeabilidade absoluta, tortuosidade, curvas de pressão capilar, permeabilidade relativa e curvas de dessaturação capilar. Os principais métodos numéricos utilizados pelo PORO para caracterização das rochas digitais são: Método Lattice-Boltzmann (LBM) e método de Young-Laplace (YLM).

É importante notar que todas essas ferramentas podem ser utilizadas para qualquer tipo de meio poroso, uma vez que se baseiam na análise de uma representação virtual da amostra após passar pelo imageamento de um microtomógrafo. A grande vantagem de tal abordagem é que toda e qualquer análise é feita de forma não-destrutiva, mantendo-se a amostra original intacta.

Laboratório de Microfluídica

No que se refere à abordagem experimental, o grupo PORO conta atualmente com o laboratório de Microfluídica (LabMicro), que possui infraestrutura específica para realizar análises envolvendo o controle, a manipulação e a visualização de escoamentos em dispositivos microfluídicos por meio de microscopia óptica. Essa área de atuação tem se tornado uma demanda crescente em diversos campos da ciência, dada a tendência de miniaturização nos sistemas de engenharia. A microfluídica é um campo de pesquisa altamente multidisciplinar, envolvendo engenharia, física, química, biologia e nanotecnologia. Suas aplicações abrangem tecnologias lab-on-a-chip, sistemas de micropropulsão, micro-refrigeração e o transporte de fluidos e solutos em meios porosos.

A infraestrutura disponível também permite a medição do perfil de velocidade em microcanais utilizando a técnica de velocimetria por imagem de partículas (PIV), ilustrada na figura abaixo. Essa informação tem se tornado uma demanda importante em diversos campos da ciência, dada a tendência crescente de miniaturização dos sistemas de engenharia. Em nosso laboratório, a técnica µ-PIV tem sido aplicada para determinar a velocidade em regiões que apresentam óleo estagnado. Embora o óleo pareça estar imóvel, internamente são observadas regiões com microescoamentos.