(a) Diagrama de fases do sistema PEG 8000-Na2SO4-água e sistemas de solução usados no presente estudo. A região I é uma região de uma fase e a região II é uma região de duas fases. Quando a concentração é definida no triângulo vermelho, a solução é separada em duas fases, fase L e fase H. As composições da solução usadas no imiscível, totalmente miscível, e sistemas parcialmente miscíveis são indicados por vermelho, Preto, e círculos verdes, respectivamente. (b) Quando um líquido mais viscoso é injetado a partir de um único ponto em uma célula de Hele-Shaw (um espaço entre duas placas planas paralelas com uma distância muito pequena b (=0,3 mm)) preenchido com um líquido menos viscoso, sua interface se torna hidrodinamicamente estável e se espalha em um círculo. (c) Deslocamento hidrodinamicamente estável no imiscível, totalmente miscível, e sistemas parcialmente miscíveis para uma determinada taxa de fluxo. As fotos são tiradas quando o raio mais longo do padrão de deslocamento é de 42 mm e o tempo de injeção é mostrado no canto inferior direito de cada foto. Os círculos na figura correspondem aos círculos no diagrama de fase de (a). Isso é, no sistema imiscível, as composições da solução mais viscosa e da solução menos viscosa são representadas por um círculo aberto em vermelho e um círculo sólido em vermelho. No sistema totalmente miscível, a composição da solução mais viscosa, dos menos viscosos, e de sua solução mista são representados por um círculo aberto em preto, círculo sólido em preto, e estrela em preto. No sistema parcialmente miscível, eles são representados por um círculo aberto em preto, círculo sólido em preto, e estrela em verde. Crédito:Yuichiro Nagatsu / TUAT
A equipe colaborativa internacional da Universidade de Agricultura e Tecnologia de Tóquio (TUAT, Japão), IIT Ropar (Índia), Osaka Univ. (Japão) descobriu que "parcialmente miscibilidade, "em que dois líquidos não se misturam completamente com solubilidade finita, é capaz de deformar a interface líquido-líquido. Esta deformação interfacial se origina devido ao movimento espontâneo impulsionado pela separação de fases entre as espécies solúveis, e é um fenômeno que não pode ser visto com completamente misturado (totalmente miscível) com solubilidade infinita ou (quase) imiscível sem solubilidade.
Os pesquisadores publicaram seus resultados em Fluidos de revisão física em 29 de outubro, 2019.
O processo de deslocar um fluido em um meio poroso por meio da injeção de outro fluido é importante nas reações e separações em processos químicos, bem como em recuperação de óleo aprimorada e CO 2 sequestro. Em particular, quando um fluido menos viscoso desloca um fluido mais viscoso, a interface entre os dois fluidos torna-se hidrodinamicamente instável e se deforma em forma de dedo. Este fenômeno é chamado de "dedilhado viscoso, "e tem sido estudado desde 1950 como um problema de dinâmica de fluidos. Agora, é amplamente conhecido que as propriedades desses dois fluidos podem ser tradicionalmente classificadas de acordo com se são totalmente miscíveis ou imiscíveis. Por outro lado, quando um fluido mais viscoso desloca um fluido menos viscoso, classicamente, a interface se espalha de forma estável, independentemente de os dois fluidos serem totalmente miscíveis ou imiscíveis.
"Há muito se sabe que dois fluidos são parcialmente miscíveis em processos subterrâneos com condições de alta pressão, como recuperação de óleo e CO 2 armazenar, "disse o Dr. Nagatsu, autor correspondente do artigo e professor associado do Departamento de Engenharia Química da TUAT. "Contudo, a compreensão intrincada da dinâmica interfacial em sistemas parcialmente miscíveis não foi bem estudada. Uma das razões é que a pesquisa de deslocamento de fluidos tem sido conduzida principalmente por pesquisadores de mecânica dos fluidos até agora, e eles deixaram de encontrar os sistemas experimentais que são parcialmente miscíveis em temperatura ambiente e pressão atmosférica. "
A equipe de pesquisa conseguiu mudar a miscibilidade do sistema para totalmente miscível, imiscível, e parcialmente miscível com pouca mudança nas viscosidades de líquidos de alta ou baixa viscosidade à temperatura ambiente e à pressão atmosférica usando um sistema aquoso de duas fases consistindo em polietilenoglicol (PEG), sulfato de sódio, e água e alterando a concentração de sal (sulfato de sódio) (ver Fig. a).
"Descobrimos que uma nova deformação interfacial é observada no caso em que os dois líquidos são parcialmente miscíveis (ver Fig. C) quando um líquido mais viscoso desloca um menos viscoso em uma célula de Hele-Shaw (Fig. B) que é um modelo que imita o fluxo em meios porosos. Isso é muito contra-intuitivo, porque nenhuma deformação ocorre em uma situação como os dois fluidos são totalmente miscíveis ou imiscíveis (Fig. b). Mostramos que essa instabilidade interfacial tem origem espontânea fluxo impulsionado pela separação de fases entre as espécies solúveis, "Nagatsu explica.
"Nosso resultado mostra que o efeito da miscibilidade parcial de líquidos na hidrodinâmica interfacial não está no meio de totalmente miscível e imiscível, mas tem propriedades completamente diferentes. Enfatizamos que isso abrirá uma nova área de pesquisa interdisciplinar envolvendo hidrodinâmica e termodinâmica química. Também, o deslocamento com miscibilidade parcial em meio poroso ocorre no processo de recuperação do óleo da formação e do CO 2 processo de injeção na formação, e, portanto, espera-se que nossa descoberta contribua para melhorar a precisão da previsão dos fenômenos desses processos, "acrescenta Nagatsu.
