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Explorando a termodinâmica e dinâmica do CO2 com modelos computacionais rígidos

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dissertacao_lucas_avila_pinheiro.pdf (21.12Mb)
Date
2025-07-04
Author
Pinheiro, Lucas Avila
Metadata
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Abstract
Este estudo investiga o comportamento termodinâmico e dinâmico do dióxido de carbono (CO2) em condições sub e supercríticas, cobrindo uma ampla faixa de temperaturas (228 a 500 K) e pressões (1 a 150 atm). Utilizando simulações de dinâmica molecular (MD) com modelos rígidos bem estabelecidos — EPM2 e TraPPE-small — foram analisadas propriedades estruturais, termodinâmicas e de transporte. Ambos os modelos demonstraram boa concordância com dados experimentais nas curvas de coexistência líquido-vapor, validando sua aplicabilidade na descrição do CO2 sob as condições simuladas. As funções de distribuição radial (RDF) revelaram diferenças estruturais significativas entre as fases líquida, gasosa, coexistência líquido-gás e supercrítica, refletindo a reorganização molecular nessas regiões. Já as análises de deslocamento quadrático médio (MSD) mostraram aumento consistente na difusividade do CO2 com a elevação da temperatura, em todas as pressões simuladas (25,85; 44,41; 72,045 e 150 atm). Por exemplo, observou-se um crescimento de 5,2 × 10−9 m2/s a 300 K para 1,8 × 10−8 m2/s a 500 K, nas condições de 150 atm, refletindo o aumento da mobilidade molecular em regime supercrítico. Além disso, propriedades termodinâmicas derivadas de funções resposta, como a capacidade calorífica a volume constante, capturaram adequadamente as transições de fase, oferecendo uma visão aprofundada do comportamento do fluido. Os resultados obtidos evidenciam a eficácia das simulações de MD com modelos rígidos na representação do CO2 e sua relevância para o entendimento de fenômenos em condições extremas, como as encontradas em tecnologias emergentes. Embora este trabalho se restrinja a modelos rígidos, seus achados contribuem para futuras investigações voltadas a aplicações como extração com fluido supercrítico e estudos preliminares em contextos relacionados à Captura e Armazenamento de Carbono (CCS), desde que validadas por abordagens complementares.
URI
http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/17091
Collections
  • PPGFis: Dissertações e Teses [75]

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