Dinâmica molecular de fluidos supercríticos

Abstract

O objetivo deste trabalho é realizar simulações computacionais de fluidos supercríticos (SCF’s – supercritical fluids), baseadas em dinâmica molecular de equilíbrio (EMD – equilibrium molecular dynamics), para calcular propriedades físico químicas de interesse da fluidodinâmica e melhor compreender o comportamento molecular dos SCF’s. A substância utilizada neste trabalho foi o argônio e as propriedades calculadas foram a capacidade térmica molar a volume constante, CV , capacidade térmica molar a pressão constante, CP , a viscosidade de cisalhamento, a viscosidade de expansão, e a condutividade térmica. Os valores obtidos com a técnica EMD foram comparados aos dados disponibilizados nas tabelas do National Institute of Standards and Technology. Além das propriedades citadas, foram determinadas funções de distribuição radial do estado fluido supercrítico e examinada a isotropia do sistema. A literatura aponta comportamentos anômalos na região supercrítica próxima do ponto crítico que ainda carecem de melhor detalhamento e foram investigados neste trabalho. O estudo é de pesquisa básica, porém motivado por aplicações duais (militares e civis). Dentre as aplicações destacam-se problemas de balística interna, motores-foguete movidos a propelente líquido, extração de petróleo na camada do pré-sal e química verde. Os resultados obtidos com as simulações de EMD confirmaram as divergências conhecidas em CP em torno do ponto crítico, foram observadas as descontinuidades conhecidas ao se cruzar o valor da temperatura crítica. São apresentados resultados preliminares de CV obtidos com a Eq. Generalizada de Mayer. De forma geral, os resultados alcançados nesta dissertação compararam favoravelmente com os dados experimentais, exceto para CV, o que carece de maior investigação. Alguns dos resultados obtidos por meio dos cálculos para tais propriedades referem-se a estados termodinâmicos cujos dados experimentais não são encontrados na literatura. As funções de distribuição radial determinadas para os SCF’s exibiram perfil intermediário ao comumente encontrado para gases e líquidos, como esperado. Adicionalmente, este trabalho sugere procedimentos e parâmetros da dinâmica molecular a serem usados para o cálculo de propriedades nesta região termodinâmica. Esta dissertação integra conhecimentos das áreas de físico-química teórica e computacional, termodinâmica, mecânica estatística, fenômenos de transporte e mecânica dos fluidos.