Otimização topológica para placas perfuradas de leitos fluidizados com multi-estágios

Resumo

Reduzir as emissões de carbono tornou-se uma prioridade global para mitigar os efeitos adversos no clima. Os processos de Captura e Armazenamento de Carbono (CAC) ganharam destaque como uma ferramenta para alcançar os objetivos estabelecidos pelo acordo climático global. A separação de gases por adsorção é uma das ferramentas envolvidas no processo de CAC. Ela permite a separação do CO2 de uma corrente gasosa e direciona-o para um propósito mais adequado. Dois aspectos-chave que impactam a eficiência do sistema são o transporte do adsorvente e a capacidade do sistema de dissipar calor, uma vez que a eficiência de adsorção/dessorção depende da temperatura. O uso de leitos fluidizados multi estágios como câmaras de adsorção/dessorção melhora o transporte de adsorventes sólidos para separadores de gases. No entanto, a fluidização gás-sólido gera bolhas que afetam a troca de calor. A redução do tamanho das bolhas melhora a transferência de calor no interior do domínio, aumentando a eficiência de adsorção/dessorção. A otimização topológica surgiu como uma ferramenta altamente versátil para distribuição de materiais dentro de um domínio. Ela teve avanços significativos na implementação e na capacidade de explorar métodos de fabricação existentes nas últimas décadas. Este estudo tem como objetivo otimizar a topologia dos componentes internos dentro do domínio para controlar o tamanho e distribuição das bolhas. A fluidização é modelada usando o modelo Euler-Euler, aliado ao método dos elementos finitos. O tamanho médio e a distribuição das bolhas são obtidos usando um modelo de equilíbrio de populações com o método de quadratura de momentos. Finalmente, uma formulação de otimização topológica determina a topologia interna do domínio para reduzir o tamanho médio das bolhas e a queda de pressão. Essa tecnologia, aplicada à separação de gases por adsorção, tem como objetivo reduzir o custo da captura de CO2 em processos industriais em larga escala. (AU)