Desenvolvimento experimental de um modelo poroso 2D empregando uma geometria Hele-Shaw para testes de permeabilidade de fluidos newtonianos

Abstract

O estudo de meios porosos é essencial para diversas áreas da engenharia, como a engenharia de petróleo e a hidrogeologia, onde a compreensão da permeabilidade é fundamental para prever o comportamento de fluidos. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo desenvolver um modelo experimental bidimensional de um meio poroso para verificar funções de permeabilidade e investigar a influência de fluidos newtonianos no escoamento. A bancada experimental foi projetada com uma bomba de infusão, três tipos de meios porosos (sem obstáculos, com obstáculos alinhados e com obstáculos desalinhados), um manômetro em U para medir a pressão e um béquer para coletar o fluido. A permeabilidade foi determinada através da Lei de Darcy, utilizando diferentes diluições de glicerina em água para variar a viscosidade dos fluidos. Os resultados experimentais indicaram que a permeabilidade do meio poroso sem obstáculos foi a mais alta, conforme esperado, enquanto a célula com obstáculos desalinhados apresentou a menor permeabilidade devido à maior tortuosidade do caminho do fluido. A comparação entre as permeabilidades teóricas e experimentais mostrou uma boa concordância, embora o erro tenha sido maior para o meio com obstáculos desalinhados, sugerindo a necessidade de um ajuste no coeficiente de tortuosidade utilizado nos meios porosos

The study of porous media is essential in various engineering fields, such as petroleum engineering and hydrogeology, where understanding permeability is crucial for predicting fluid behavior. In this context, the present work aimed to develop a two-dimensional experimental model of a porous medium to verify permeability functions and investigate the influence of Newtonian fluids on flow. The experimental setup was designed with an infusion pump, three types of porous media (without obstacles, with aligned obstacles, and with misaligned obstacles), a U-tube manometer to measure pressure, and a beaker to collect the fluid. Permeability was determined using Darcy's Law, employing different glycerin-water dilutions to vary fluid viscosity. The experimental results indicated that the permeability of the porous medium without obstacles was the highest, as expected, while the cell with misaligned obstacles showed the lowest permeability due to the higher tortuosity of the fluid path. The comparison between theoretical and experimental permeabilities showed good agreement, although the error was greater for the medium with misaligned obstacles, suggesting the need for an adjustment in the tortuosity coefficient used in porous media