Potenciais e Seu Papel no Transporte em Meios Porosos

O conceito de potenciais “capilares” ou “matriciais” é comumente utilizado na física do solo para descrever o movimento da água em solos não saturados. A definição rigorosa desses e de outros potenciais é apresentada a partir de princípios termodinâmicos fundamentais em nível microscópico e estendida ao nível macroscópico pela média sobre um volume elemental representativo. De especial interesse é o tratamento das forças de superfície adsorptivas e seus potenciais associados. Os potenciais de meio poroso são estendidos a um domínio contendo múltiplas fases fluidas e múltiplos componentes. Uma equação de movimento macroscópico para uma fase fluida (lei de Darcy) é derivada, incorporando o efeito de potenciais e forças de superfície. Ela relaciona fluxos advectivos a gradientes de potenciais químicos macroscópicos e temperatura. Reduz-se à forma usual da lei de Darcy apenas quando a fase aquosa é suficientemente diluída e as temperaturas são uniformes. A lei de Kelvin, que relaciona a umidade relativa ao potencial matricial, é estendida ao caso de múltiplas fases fluidas multicomponentes em um domínio de meio poroso. O conceito de saturação de fluido molhado “irreduzível” (ou “residual”) e sua relação com a pressão capilar, forças de superfície e o potencial químico de Gibbs são discutidos. Métodos comuns para determinar o potencial matricial são reexaminados à luz deste trabalho.