EVENTO
Modelagem Numérica do Transporte Reativo de Mistura de Gases em Meios Porosos
Tipo de evento: Seminário de Avaliação - Série A
O processo de separação de misturas gasosas em meios porosos adsorventes tem sido amplamente discutido na literatura, com aplicações diretas em problemas de relevância energética e ambiental, tal como a captura e estocagem de dióxido de carbono (CO2) um dos principais gases de efeito estufa (GEE). Além deste, processos eficientes de transporte e separação de gases são fundamentais para a obtenção de gases puros e a remoção de impurezas durante a produção e queima de combustíveis fósseis, bem como para o aproveitamento de misturas como o biogás como fonte renovável de energia. Com grande potencial econômico e ambiental, a separação de misturas gasosas tem alicerçado intensa pesquisa na busca por técnicas mais eficientes e viáveis. Entre as metodologias existentes, destacam-se absorção, cinética catalítica, destilação fracionada e separação por membranas. Em particular, a adsorção física em materiais nanoporosos, tal como as zeólitas sintéticas, desponta como alternativa promissora, segura e inovadora para a separação e estocagem de gases. Neste cenário, uma etapa fundamental para análise precisa da eficiência desses processos, consiste na formulação de modelos matemáticos acurados e a simulação numérica utilizando métodos numéricos robustos capazes de descrever com precisão a hidrodinâmica e o transporte de gases em meios porosos adsorventes. Nesta qualificação propomos uma modelagem matemática e computacional para simular numericamente a hidrodinâmica e o transporte reativo de uma mistura de gases em meios porosos adsorventes, com ênfase no caso binário CO2/CH4. O modelo hidrodinâmico é dado pela conservação da massa juntamente com à lei de Darcy para a mistura. Além disso, a hipótese de gás ideal e o fenômeno de adsorção do gás na fase sólida introduzem não linearidades ao sistema de equações. Por sua vez, o movimento de cada gás da mistura é governado pela equação do transporte em regime convectivo/difusivo/reativo, obtida a partir da equação de conservação de massa de cada espécie. Vale destacar que, devido ao forte acoplamento do sistema de equações, termos não lineares e a presença de camadas limites, obter soluções discretas para o sistema de equações resultante demanda métodos numéricos robustos capazes de garantir estabilidade e acurácia. Neste contexto, com o objetivo de reduzir o custo computacional das simulações, postulamos um algoritmo sequencial, no qual a hidrodinâmica é resolvida primeiramente e, em seguida discretizamos a equação do transporte do gás. Para a formulação numérica do modelo hidrodinâmico adotamos o método dos elementos finitos misto dual, baseado no espaço de Raviart-Thomas de ordem zero (RT0), que assegura a continuidade do fluxo mássico normal nas faces de cada elemento e a conservação de massa local. Por sua vez, para discretização da equação do transporte do gás, adotamos uma estratégia do tipo operator splitting, na qual a parte hiperbólica da equação é resolvida em cada micropasso de tempo pelo método dos volumes finitos explícito Central-Upwind, sujeito a clássica condição CFL. Em seguida, a parte difusiva é discretizada pelo método dos elementos finitos misto dual. A escolha do método Central-Upwind se justifica pela suas propriedades ótimas de estabilidade e acurácia na captura de descontinuidades e camadas limites, tipicamente presentes em cenários de transporte de espécies em regime convectivo dominante. Tal combinação de métodos e algoritmos de discretização, permite explorar as vantagens de cada abordagem a estrutura conservativa do RT0 e a capacidade do Central-Upwind em lidar com descontinuidades garantindo uma simulação numérica estável, acurada e com menor custo computacional. De posse do modelo matemático e computacional, propomos algumas simulações numéricas com o objetivo de analisar a precisão do simulador computacional implementado na linguagem Fortran 90. Em seguida, realizamos uma simulação numérica considerando um cenário mais realista para o processo de separação de uma mistura CO2/CH4, considerando o regime de baixas pressões e utilizando dados experimentais para a isotermas de adsorção obtidas para a zeólita LTA no Labpemol/UFRN. Como perspectiva, busca-se consolidar o simulador numérico completo e expandir sua validação em processos de separação de gases de interesse energético e ambiental.Para assistir acesse: meet.google.com/fbq-tjzb-rir
Data Início: 30/09/2025 Hora: 09:00 Data Fim: 30/09/2025 Hora: 12:00
Local: LNCC - Laboratório Nacional de Computação Ciêntifica - Virtual
Aluno: Emanuel Gomes Lourenço - - LNCC
Orientador: Marcio Arab Murad - Laboratório Nacional de Computação Científica - LNCC Sibele Bereneci Castellã Pergher - - Sidarta Araújo de Lima - -
Participante Banca Examinadora: Fabio Pereira dos Santos - Laboratório Nacional de Computação Científica - LNCC Hugo Saraiva Tavares - Laboratório Nacional de Computação Científica - LNCC Marcio Arab Murad - Laboratório Nacional de Computação Científica - LNCC
Suplente Banca Examinadora: Diego Tavares Volpatto - Laboratório Nacional de Computação Científica - LNCC
