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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78501
Tipo: | Tese |
Título : | Previsão de propriedades de transporte: viscosidade em biolubrificantes e tensão interfacial de misturas de hidrocarbonetos-CO2-H2O |
Autor : | Frutuoso, Luis Felipe Alves |
Tutor: | Lucena, Sebastião Mardônio Pereira de |
Palabras clave en portugués brasileño: | Simulação molecular;Viscosidade;Tensão interfacial;Dióxido de carbono;Biolubrificantes |
Palabras clave en inglés: | Molecular simulation;Viscosity;Biolubricants;Interfacial tension;Carbon dioxide |
Áreas de Conocimiento - CNPq: | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA |
Fecha de publicación : | 2024 |
Citación : | FRUTUOSO, Luís Felipe Alves. Previsão de propriedades de transporte: viscosidade em biolubrificantes e tensão interfacial de misturas de hidrocarbonetos-CO2-H2O. 2024. 145f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024. |
Resumen en portugués brasileño: | O movimento atual em busca de medidas capazes de atenuar o aquecimento global tem impulsionado o desenvolvimento de novos produtos e tecnologias sustentáveis. A síntese de biolubrificantes a partir de óleos vegetais e as tecnologias de captura e armazenamento de carbono (Carbon Capture and Storage, CCS) se destacam nessa perspectiva. O presente trabalho utiliza o método de dinâmica molecular para estimar propriedades de transporte e termodinâmicas por simulação computacional. A propriedade de transporte avaliada foi a viscosidade de biolubrificantes. O estudo da viscosidade foi realizado para sete biolubrificantes diferentes (BL1, BL2, BL3, C30-BPAOL1, 18-2-18, 18-9-18 e T-TMPE) utilizando o campo de força CVFF no ensemble NPT empregando algoritmos de dinâmica de não-equilíbrio (NEMD) e equilíbrio (EMD). Este é o primeiro estudo técnico combinando duas técnicas de natureza distinta empregando um campo de força generalista para estudar a viscosidade de moléculas de biolubrificantes de origem distinta. Os resultados obtidos mostraram que as estimativas para a viscosidade ficaram próximas dos dados experimentais, apresentando sensibilidade para capturar o efeito de alteração da estrutura molecular entre os biolubrificantes considerados. O efeito da pressão e da temperatura na viscosidade foi avaliado. A viscosidade de todos os biolubrificantes se comportou de maneira similar, reduzindo com o aumento da temperatura e aumentando com o aumento da pressão. A tensão interfacial de misturas de hidrocarbonetos, água e dióxido de carbono (CO2) foi a propriedade termodinâmica investigada. Adotamos a modelagem coarse-grained em conjunto com o campo de força SAFT- Mie para estimar a tensão interfacial por meio da técnica temperature-quench molecular dynamics (TQMD). Inicialmente a técnica foi validada para o sistema metano, água e CO2. Em seguida, a tensão interfacial do sistema propano, água e CO2 foi estudada nas temperaturas de 298, 333 e 373 K, variando a pressão no intervalo de 5 a 20 MPa e a concentração de CO2 de 0 a 80%. Os resultados mostraram que a tensão interfacial reduz frente a aumentos de pressão, temperatura e da concentração de CO2. Experimentos adicionais foram realizados substituindo a molécula de propano por n-decano. Os resultados mostraram um aumento da tensão interfacial com o aumento da cadeia da molécula de hidrocarboneto. Em ambos os sistemas a análise do perfil de densidades das fases formadas possibilitou observar a atividade superficial da molécula de CO2 na interface, permitindo correlacioná-la com os efeitos observados na tensão interfacial. |
Abstract: | Current global research trends in environmental sustainability has urged the development of new products and technology. The synthesis of vegetable oil-based biolubricants and the carbon capture and storage technologies (CCS) have attracted particular attention in this issue. This work carried out molecular dynamics calculations in order to evaluate the transport and thermodynamic properties of some fluids in different conditions. The viscosity of biolubricants and the interfacial tension of mixtures of hydrocarbons, water and carbon dioxide (CO2) mixtures were the properties considered. The viscosity of seven different structure biolubricants (BL1, BL2, BL3, C30-BPAOL1, 18-2-18, 18-9-18 e T-TMPE) was evaluated in the NPT ensemble with the CVFF force field employing non-equilibrium molecular dynamics (NEMD) and equilibrium molecular dynamics (EMD). To our knowledge, this is the first theoretical study combining two different techniques with a general force field to evaluate the viscosity of distinct products. The results showed a good agreement with experimental data from the literature, exhibiting sensitivity to variations in molecular structure, pressure and temperature. We observed that increasing temperature or pressure would cause a decrease in viscosity for all the molecules considered. The interfacial tension was calculated by using a coarse-grained model with the SAFT- Mie force field with the aid of the temperature-quench molecular dynamics (TQMD) technique. The methodology was validated for the methane, water and CO2 mixture. We studied the interfacial tension of the mixture of propane, water and CO2 at the temperatures of 298, 333 and 373 K, ranging the pressure from 5 to 20 MPa at CO2 concentration up to 80%. The results showed that the interfacial tension decreases with increasing temperature, pressure and CO2 concentration. Additionally, we have tested the influence of the hydrocarbon chain by using a mixture of n-decane, water and CO2. Our results showed an increase in interfacial tension with a longer hydrocarbon chain. The analysis of the atomic density profiles provide evidence of the local enrichment of carbon dioxide at the interface in the studied systems, yielding a correspondence of the observed effects. |
URI : | http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/78501 |
ORCID del autor: | https://orcid.org/0000-0001-7241-215X |
Lattes del autor: | http://lattes.cnpq.br/4506671183422285 |
Lattes del tutor: | http://lattes.cnpq.br/1829773217661534 |
Derechos de acceso: | Acesso Aberto |
Aparece en las colecciones: | DEQ - Teses defendidas na UFC |
Ficheros en este ítem:
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