[pt] Estudos recentes mostram que a injeção de emulsões óleo-água pode levar a uma melhor varredura do reservatório e reduzir consideravelmente a saturação residual de óleo em processos de recuperação avançada. Estes efeitos estão diretamente ligados ao comportamento do escoamento de gotas de óleos suspensas em água através das gargantas de poros. Desta forma, a otimização do processo de injeção e da formulação da emulsão com o objetivo de aumentar o volume de óleo recuperado requer por um melhor entendimento do escoamento na escala de poros. Este trabalho apresenta um estudo do escoamento de gotas de óleos suspensa em água através de micro canais de seção reta constante e através de uma garganta, que são usados como modelos do espaço poroso. O campo de velocidade da fase contínua e a velocidade da gota de óleo foi determinado através da técnica de velocimetria por imagem de partículas em escala micrométrica (Micro-PIV) para diferentes tamanhos de gotas e geometria do capilar e garganta. Os resultados obtidos mostram a variação do padrão do escoamento devido a presença da gotas de óleo e fornecem importantes informações de como gotas de óleo mudam a mobilidade do fluido injetado quando o mesmo escoa através de poros com gargantas menores do que tamanho das gotas. / [en] Recent studies show that oil-water emulsion injection may lead to a better reservoir sweep and reduce residual oil saturation in enhanced oil recovery processes. These effects are directly linked to the flow behavior of oil drops suspended in water through the pore throats of a porous material. Therefore, the optimization of the injection process and of the emulsion properties with the goal to increase the volume of oil displaced requires a better understanding of the emulsion flow in the pore scale. This work presents an analysis of the flow of oil drops suspended in water through micro channels with constant cross-section area and with a throat, that are used as a model for the pore scale. The velocity field of the continuous phase and the drop velocity are obtained using the micro particle image velocimetry techniques (Micro-PIV) for different drop sizes and micro channel geometries. The results show the changes in the flow pattern due to the presence of oil drops and yield important information on how oil drops reduce the mobility of the injected liquid when it flows through pore throats smaller than the drop size.

[pt] O processo de impressão por rotogravura é largamente usado na manufatura de revistas pela sua alta velocidade de aplicação. As aplicações deste processo vêm sendo ampliadas para o processo de impressão de circuitos eletrônicos em substratos flexíveis, onde o grau de precisão e controle são bem maiores, já que falhas na impressão levam ao mal funcionamento dos dispositivos fabricados. O processo consiste na transferência de fluido de uma superfície a outra formando uma ponte de fluido. No entanto, essa operação aparentemente simples apresenta mecanismos ainda não bem compreendidos que têm efeito direto na precisão do padrão impresso. O entendimento dos mecanismos de transferência de fluidos entre duas superfícies formando pontes de fluido vai além dos processos de impressão, como tribologia, biologia, recuperação de óleo e microfluídica. Muitos estudos têm sido direcionados para o entendimento da transferência de fluidos entre superfícies e cavidades através do uso de simulação computacional; entretanto os ensaios experimentais são escassos dada a complexidade na execução dos mesmos, principalmente pela pequena dimensão e alta velocidade do escoamento. O objetivo principal deste trabalho é analisar experimentalmente a dinâmica da transferência de uma gota para um cilindro de borracha em movimento rotacional. O ensaio experimental foi realizado utilizando uma mesa de cobrimento com cilindro motorizado e uma câmera de alta velocidade para visualizar o processo. Os resultados mostram como as propriedades dos fluidos, o número de capilaridade, a posição relativa do cilindro com relação à superfície da gota e a interação fluido-estrutura (molhabilidade) influenciam o processo de formação da ponte de fluido, o volume de fluido transferido entre as superfícies e o padrão impresso. / [en] Gravure printing process is widely used for the production of magazines because of its high speed. Gravure printing application is being expanded to flexible electronic circuits, at which the degree of precision is much higher, since small printing defects can lead to circuit malfunctioning. Gravure printing process consists in liquid transfer from one surface to another, forming a liquid bridge. However, this seemingly simple operation has flow phenomena not well understood that have a direct impact on the printing pattern. Liquid transfer forming liquid bridges goes beyond printing processes and includes applications such as tribology, biology, oil recovery and microfluidics. There are many studies driven towards the fundamental understanding of liquid transfer between surfaces and cavities by computational simulation. However, experimental analyses are rare because of the complexity of the problem, mainly associated with the small scale and high speed of the flow. The goal of this research is to analyze experimentally the liquid transfer dynamics of a liquid drop to a rotating cylinder. The experiments were done using a draw-down coating apparatus with a rotating roll and a high-speed camera for flow visualization. The results show how different liquid properties, surface wettability and operating conditions affect the formation of the liquid bridge, the volume of liquid transfer and the printing pattern.

[pt] Objetivo: Transporte de emulsões num meio poroso é relevante para diversas aplicações em sub-superfície. Muitos processos de recuperação melhorada de petróleo envolvem formação de emulsões. A modelagem do fluxo de emulsões num meio poroso é extremamente desafiante. As descrições disponíveis baseadas na viscosidade efetiva não são validas quando o tamanho das gotas é da mesma ordem de magnitude que o tamanho dos corpos de poros num meio poroso. Neste caso, intercepção e captura de gotas podem bloquear parcialmente a passagem dos poros e um modelo apropriado deve ser capaz de descrever estas mudanças locais de mobilidade. O modelo desenvolvido neste trabalho é baseado na relação vazão e queda de pressão do escoamento de emulsões através de capilares com constri ção. Um modelo de redes de capilares é construído com objetivo de obter parâmetros macroscópicos a partir do comportamento microscópico. Os resultados mostram a variação da permeabilidade com o número de capilaridade e propriedades da emulsão. Para baixas vazões, ou baixos números de capilaridade, as gotas maiores bloqueiam parcialmente os poros pequenos, resultando em uma redução da permeabilidade. Para altas vazões, o gradiente de pressão em cada capilar é alto o suficiente para forçar as gotas fluir através da constrição. Consequentemente, a permeabilidade aumenta com o número de capilaridade. Um programa, escrito na linguagem Fortran, é desenvolvido neste trabalho para simular o escoamento monofásico e bifásico de emulsões através de um meio poroso utilizando o modelo de rede de capilares. Na modelagem monofásica, os resultados apresentam uma boa concordância com as medidas experimentais feitas em mostras de arenito. Na modelagem bifásica, a comparação dos resultados entre a injeção da fase continua da emulsão e a injeção de emulsões (fase continua mais gotas) sobre uma rede inicialmente saturada com óleo mostra um aumento no fator de recuperação de óleo e uma frente de deslocamento mais uniforme no caso de injeçãode emulsão. / [en] Objective: Transport of emulsions in porous media is relevant to several subsurface applications. Many enhanced oil recovery processes involve emulsion formation and their flow in some form. Modeling the flow of emulsion in porous media is extremely challenging. The available descriptions based on effective viscosity are not valid when the drop size is of the same order of magnitude as the pore-throat size. In this case, drop straining and capturing may partially block the pore passage and an accurate model should be able to describe this local changes on mobility. The model developed in this work is based on the flow rate-pressure drop relationship of emulsion flow through constricted capillaries. A capillary network model is constructed in order to obtain macroscopic parameters from upscaling of the microscopic behavior. The results show how the permeability changes with Darcy velocity and emulsion properties. At low flow rates, the large drops partially block the smallest pores, leading to a low permeability. At high flow rates, the pressure gradient in each capillary is strong enough to force the drops to flow through the constrictions. Consequently, the permeability rises with capillary number. A program, written in Fortram language, based on network model is developed in this work to simulate the single phase and two phase flow of emulsion through a porous medium. In the single phase model, the results show good agreement with experimental measurements on samples of sandstone. In the two phase model, the comparison of results between the injection of the continuous phase of emulsion and the injection of emulsions (with drops) on a network initially saturated with oil shows an increase in the oil recovery factor and a more uniform displacement front in the case of emulsion injection.

[pt] O escoamento de fluidos imiscíveis em tubos ocorre em diferentes processos industriais, como a extração de óleo em meios porosos, a cimentação de poços de petróleo e o revestimento de superfícies internas de tubos. Para uma boa compreensão e otimização destes processos, é extremamente relevante o estudo da influência da capilaridade, da inércia e da razão de viscosidades no padrão de escoamento. Além disso, os materiais envolvidos são frequentemente polímeros de moléculas flexéveis, portanto, o estudo dos efeitos dos parâmetros reológicos faz-se igualmente importante. Os diferentes padrões de escoamento são caracterizados pela fração de massa depositada na parede do tubo, pelo perfil da frente da interface e pela presen¸ca de recirculações. Analisa-se o problema através de uma abordagem experimental e outra numérica. A comparação dos resultados obtidos pelas duas abordagens mostra uma boa concordância para o caso com fluidos Newtonianos e qualitativamente boa para o caso não Newtoniano. / [en] There are many important processes in industry that use liquid displacement of imiscible fluids in tubes. Some practical applications include enhanced oil recovery, ce- mentation of drilling wells and coating of internal surfaces of the tubes. For a good understanding of these problems, it is extremely important to study the effect of cap-illarity,inertia and viscosity ratio in these flows. Furthermore, the materials used are frequently flexible polymer molecules. Hence, the study of rheological properties is very important as well. The focus of the thesis is to analyze the fractional mass deposited on the tube wall and the configuration of the interface. The analysis followed two approaches: theoretical and experimental study. The comparison of the two approaches shows a good agreement for Newtonian fluids and a qualitatively good agreement for Non-Newtonian.