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

• Processo: 23/10333-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2023
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2025
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
• Acordo de Cooperação: BG E&P Brasil (Grupo Shell)
• Pesquisador responsável: Marcelo Martins Seckler
• Beneficiário: Diego Silva Prado
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Empresa: Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP)
• Vinculado ao auxílio: 20/15230-5 - Centro de Pesquisa e Inovação de Gases de Efeito Estufa - RCG2I, AP.PCPE
• Assunto(s): Fluidização Leito fluidificado Otimização topológica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: bolhas | Euler-Euler | Leito fluidizado | otimização topológica | Fluidização

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)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

PRADO, D. S.; VILARRASA-GARCIA, E.; SAMPRONHA, E.; BELELI, Y. S.; MOREIRA, F. S.; PAIVA, J. L.; LE ROUX, G. A. C.; BASTOS-NETO, M.; AZEVEDO, D. C. S.; SILVA, E. C. N.; et al. Multiple approaches for large-scale CO₂ capture by adsorption with 13X zeolite in multi-stage fluidized beds assessment. ADSORPTION-JOURNAL OF THE INTERNATIONAL ADSORPTION SOCIETY, v. 30, n. 5, p. 27-pg., 2023-11-06. (23/10333-9, 17/19087-0, 22/14475-0, 20/15230-5, 14/50279-4)

RAZMARA, FERESHTEH; SA, LUIS F. N.; PRADO, DIEGO S.; LOPES, THIAGO; MENEGHINI, JULIO R.; SILVA, EMILIO C. N.. Topology optimization of radial flow field PEM fuel cells for enhancing water management. STRUCTURAL AND MULTIDISCIPLINARY OPTIMIZATION, v. 67, n. 5, p. 21-pg., 2024-05-01. (14/22130-6, 23/10333-9, 22/14475-0, 20/15230-5, 20/01177-5, 14/50279-4)