Grupo de Pesquisa em Meios Porosos (PORO)

O Grupo de Pesquisa em Meios Porosos, PORO, tem o objetivo de caracterizar, explorar e desenvolver aplicações nas quais diferentes meios porosos possam ser utilizados. A caracterização busca analisar as propriedades físicas e químicas do material poroso visando adequá-los a diferentes aplicações e pode ter o enfoque baseado tanto na utilização de métodos computacionais quanto na realização de ensaios laboratoriais. Atualmente, no que toca às aplicações de métodos numéricos a problemas de Ciência e Engenharia, trabalhamos no desenvolvimento de software para Petrofísica Digital e Engenharia de reservatórios.

Meios porosos

Materiais porosos são encontrados em muitas situações do nosso dia a dia. Esses materiais são caracterizados pela presença de espaços vazios no seu interior, chamados de poros. Os poros permitem que gases e líquidos, como ar e água, penetrem em seu interior, e de certa forma, alterem as propriedades físicas e químicas do todo, uma vez que dependendo da quantidade de poros, a presença de fluidos faz com que o material se comporte de modo completamente diferente em determinadas situações. O aumento da umidade do material pode também criar um meio propício ao aparecimento de microorganismos, podendo levar a alterações estruturais ainda mais significativas.
Vários exemplos de meios porosos podem ser vistos a nossa volta. Podemos citar o solo, areia, papel, madeira, asfalto, paredes de alvenaria, pedras do jardim, inclusive os ossos de nosso próprio esqueleto (veja figura abaixo). De fato, a lista de meios porosos é bastante longa, especialmente porque todo material pode ser considerado em certo ponto, poroso. Note que essa constatação depende apenas da escala de observação de interesse.

 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 tange a abordagem experimental, atualmente o grupo PORO conta com o laboratório de Microfluídica (LaMicro) que possui infraestrutura específica para realização de análises envolvendo controle, manipulação e visualização de escoamentos em dispositivos microfluídicos por microscopia ótica. Essa área de atuação tem sido uma demanda em campos distintos da ciência, dada a tendência crescente de miniaturização de sistemas de engenharia. A microfluídica é um campo de pesquisa altamente multidisciplinar envolvendo engenharia, física, química, biologia e nanotecnologia. Suas aplicações compreendem tecnologias lab-on-a-chip, sistemas de micro-propulsão e micro-refrigeração e transporte de fluidos/solutos em meios porosos.

A infraestrutura disponível permite também a medição do perfil de velocidade em microcanais usando a técnica de velocimetria por imagem de partículas (PIV), ilustrada na figura abaixo. Tal informação tem sido uma demanda importante em campos distintos da ciência, dada a tendência crescente de miniaturização de sistemas de engenharia. Em nosso laboratório a técnica µ-PIV tem sido aplicada para determinação da velocidade em regiões que apresentam óleo estagnado. Embora o óleo aparentemente esteja imóvel, internamente são encontradas regiões com microescoamentos.