Análise e modelagem termodinâmica de um modelo de gás de rede para pontes líquidas

Autor(es)

Alexandre Barros de Almeida

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: São Paulo.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Física (IF/SBI)
• Data de defesa: 2012-12-10

Membros da banca

Adriano Mesquita Alencar; Roberto Fernandes Silva Andrade; Kaline Rabelo Coutinho

• Orientador: Adriano Mesquita Alencar

Resumo

Nesta dissertação, estudou-se um modelo tipo gás de rede em três dimensões para simular sistemas líquidos macroscópicos. Aplicou-se o modelo para o estudo das energias e forças envolvidas durante o processo de formação e ruptura de pontes líquidas entre duas placas planas. Esse estudo foi motivado por processos fisiológicos que acontecem no interior dos pulmões dos mamíferos. Além disso, foi feito um estudo das propriedades termodinâmicas do modelo. Com relação a aplicação fisiológica, observou-se que, no processo da formação da ponte líquida, a energia livre da ponte líquida é menor que a energia livre da gota, para diferentes sistemas líquidos. Com este resultado, fez a hipótese de que parte dessa energia é dissipada na forma de energia acústica. A emissão do som também deve ocorrer na ruptura da ponte líquida. Comparando a energia livre no processo de formação e ruptura da ponte líquida observou-se uma curva de histerese. Também foi verificado que para sistemas pequenos, a ponte líquida no modelo computacional se forma antes da previsão analítica. Para a análise termodinâmica, o modelo foi simplificado removendo as placas planas. Foi estudado o caso mais simples desse modelo que continha apenas duas partículas de líquido. Neste caso, calculou-se o calor específico e a energia interna numericamente, e esses resultados foram comparados com cálculos analíticos, validando o modelo numérico. Posteriormente, realizou-se um estudo da transição de fase desse sistema. Em seguida, a energia livre e a força da ponte líquida sobre as placas foram estudadas para diferentes temperaturas utilizando duas metodologias. Na primeira metodologia a entropia foi desprezada, na segunda metodologia, foi utilizando o método ``Overlapping Distribution\'\' que considera a entropia do sistema. Foi concluído que a entropia tem um efeito muito pequeno nas condições estudadas. O modelo é viável para a modelagem de fluidos a nível macroscópico e que portanto pode ser utilizado para quantificar não só as forças internas de estruturas pulmonares como também avaliar as energias liberadas após o processo de ruptura ou formação dessas pontes. (AU)

• Processo FAPESP: 10/13953-8 - Análise e modelagem termodinâmica de rupturas de pontes líquidas: aplicação em fluidos pulmonares
• Beneficiário: Alexandre Barros de Almeida
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado