Termodinâmica de fluídos confinados utilizando a teoria do funcional da densidade

Ferreira, Aluan Andrade

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/12879

Type:	Trabalho de conclusão de graduação
Title:	Termodinâmica de fluídos confinados utilizando a teoria do funcional da densidade
Author(s)/Inventor(s):	Ferreira, Aluan Andrade
Advisor:	Tavares, Frederico Wanderley
Co-advisor:	Barbosa, Gabriel Duarte
Abstract:	Entender bem o comportamento das propriedades termodinâmicas dos fluidos quando estão sobre efeito de confinamento é de grande importância para a modelagem de diversos processos como, por exemplo, a adsorção, a separação por membranas e a exploração de reservatórios naturais de petróleo. No caso da adsorção de gases em poros, este fenômeno é estudado desde o século XVIII e vários modelos empíricos foram propostos para tentar descrever esse fenômeno ao longo do tempo como os modelos de Langmuir, Freundlich, BET e modelos baseados na equação de Kelvin. Entretanto, esses modelos possuem muitas limitações devido a sua natureza empírica, como, por exemplo, não descrevem consistentemente a heterogeneidade de fluidos confinados em poros e, por esse motivo, não podem ser utilizados para uma grande diversidade de sistemas sem perder acurácia. Para descrever as propriedades estruturais dos fluidos confinados, pode-se utilizar uma abordagem de simulação molecular. Porém, é necessário um alto esforço computacional. Uma alternativa é a utilização da teoria do funcional da densidade (DFT) que tem como base o uso da energia de Helmholtz como um funcional da densidade, considerando que a densidade é uma função do espaço devido aos efeitos de confinamento. Utilizando a DFT é possível obter resultados de acurácia similar aos da simulação molecular, porém com custo computacional bem menor. Para o cálculo da DFT é necessário definir como parâmetro de entrada o funcional da energia de Helmholtz, o potencial externo realizado pela parede do poro, o potencial químico dentro do poro e a densidade volumar do sistema. Neste trabalho, foram utilizados dois diferentes funcionais da energia de Helmholtz para descrever a adsorção de argônio em um poro de grafita por meio de isotermas de adsorção. O primeiro foi um funcional de campo médio, em que é considerado que o fluido se comporta como uma esfera rígida descrita pela equação de estado de Carnahan-Starling e possuem interações dispersivas baseados no potencial de Lennard-Jones. O segundo funcional foi baseado na equação de estado PC-SAFT em que o fluido ainda possui uma contribuição de esferas rígidas igual a primeira, porém as interações dispersivas são baseadas na teoria da perturbação de Barker e Henderson. O potencial externo realizado pela parede do poro foi calculado como um potencial de Steele, o potencial químico é calculado utilizando uma equação de estado volumar correspondente ao funcional utilizado devido à condição de equilíbrio e a densidade volumar do sistema é calculada com base na pressão do sistema utilizado o método de Topliss. A metodologia apresentou resultados coerentes com os apresentados na literatura e foi possível verificar as diferenças e semelhanças entre os dois funcionais escolhidos para a análise.
Keywords:	Termodinâmica de fluídos Modelagem Teoria do funcional da densidade Cálculo variacional
Subject CNPq:	CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Production unit:	Escola de Química
Publisher:	Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date:	6-Aug-2020
Publisher country:	Brasil
Language:	por
Right access:	Acesso Aberto
Appears in Collections:	Engenharia Química

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