Difusão de spins nucleares em meios porosos - uma abordagem computacional da RMN

• Main Author: Lucas-Oliveira, Éverton
• Publication Date: 2015
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Download full: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-05032015-155620/
• topic: Computational modeling; Diffusion; Difusão; Modelagem computacional; NMR in porous media; Nuclear relaxation; Relaxação nuclear; RMN em meios porosos

A Ressonância Magnética Nuclear (RMN) é uma importante técnica empregada nas principais áreas de conhecimento, tais como, Física, Química e Medicina. Importantes trabalhos da RMN aplicada ao estudo da dinâmica de moléculas em fluidos presentes em meios porosos permitiram que esta técnica ganhasse também notoriedade na indústria do petróleo. O presente projeto é fundamentado em alguns destes trabalhos seminais, reproduzindo, através de modelos físico-computacionais, os principais efeitos físicos da difusão e a consequente relaxação dos spins dos núcleos atômicos presentes nas moléculas dos fluidos imersos nos meios porosos. Os métodos teóricos utilizados para a interpretação dos parâmetros de relaxação transversal (T2) e longitudinal (T1), levam em consideração as propriedades macroscópicas da dinâmica de um ensemble de spins nucleares. Para a compreensão da difusão e relaxação nuclear em meios porosos, é de fundamental importância o emprego de métodos físico-computacionais que levam em consideração tanto a microestrutura quanto a difusão translacional dos spins nucleares através desses meios. Dentro dos modelos propostos nesta dissertação, foram utilizados conceitos básicos de mecânica estatística e de relaxação nuclear, resultando em programas envolvendo consideráveis recursos computacionais. Para a realização das simulações numéricas, foi necessária a construção da microestrutura digital dos meios porosos, usando como base do processo as imagens obtidas por microtomografia de raios-X 3D. Tendo disponível a microestrutura digital, o processo de difusão através do meio poroso e a consequente relaxação dos spins nucleares foram simulados através de modelos Random Walk, um exemplo clássico de Método de Monte Carlo. As simulações numéricas dos experimentos clássicos de RMN, empregados para a determinação de distribuições de tempos de relaxação transversal (conhecidas pela sigla CPMG), e mais avançados, para a determinação de taxas de troca entre diferentes sítios dos meios porosos (experimentos de troca ou Exchange), produziram importantes resultados para a compreensão da dinâmica de fluidos em meios porosos através de difusão translacional.