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Explorando a termodinâmica e dinâmica do CO2 com modelos computacionais rígidos
dc.creator | Pinheiro, Lucas Avila | |
dc.date.accessioned | 2025-08-18T16:21:44Z | |
dc.date.available | 2025-08-18T16:21:44Z | |
dc.date.issued | 2025-07-04 | |
dc.identifier.citation | PINHEIRO, Lucas Avila. Explorando a termodinâmica e dinâmica do CO2 com modelos computacionais rígidos. 2025. 114 f. Dissertação (Mestrado em Física) – Instituto de Física e Matemática, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2025. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/handle/prefix/17091 | |
dc.description.abstract | This study investigates the thermodynamic and dynamic behavior of carbon dioxide (CO2) under subcritical and supercritical conditions, covering a wide range of temperatures (228 to 500K) and pressures (1 to 150 atm). Using molecular dynamics (MD) simulations with well-established rigid models—EPM2 and TraPPE-small—structural, thermodynamic, and transport properties were analyzed. Both models showed good agreement with experimental data for the liquid-vapor coexistence curves, validating their applicability in describing CO2 under the simulated conditions. Radial distribution functions (RDF) revealed significant structural differences between the liquid, gas, liquid-gas coexistence, and supercritical phases, reflecting molecular reorganization in these regions. Mean squared displacement (MSD) analyses indicated a consistent increase in CO2 diffusivity with rising temperature at all simulated pressures (25.85, 44.41, 72.045, and 150 atm). For example, an increase from 5.2 × 10−9,m2/s at 300K to 1.8 × 10−8,m2/s at 500 K was observed at 150 atm, reflecting the enhanced molecular mobility in the supercritical regime. In addition, thermodynamic properties derived from response functions, such as the heat capacity at constant volume, adequately captured phase transitions, providing deeper insights into the fluid’s behavior. The results obtained highlight the effectiveness of MD simulations with rigid models in representing CO2 and their relevance for understanding phenomena under extreme conditions, as encountered in emerging technologies. Although this work is restricted to rigid models, its findings contribute to future investigations aimed at applications such as supercritical fluid extraction and preliminary studies in contexts related to Carbon Capture and Storage (CCS), provided they are validated by complementary approaches. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
dc.subject | Dióxido de carbono | pt_BR |
dc.subject | Comportamento de fases | pt_BR |
dc.subject | Dinâmica molecular | pt_BR |
dc.subject | LAMMPS | pt_BR |
dc.subject | Modelos rígidos | pt_BR |
dc.subject | Isóbaras subcríticas e supercríticas | pt_BR |
dc.title | Explorando a termodinâmica e dinâmica do CO2 com modelos computacionais rígidos | pt_BR |
dc.title.alternative | Exploring the thermodynamics and dynamics of CO2 with rigid computational models | pt_BR |
dc.type | masterThesis | pt_BR |
dc.contributor.authorID | https://orcid.org/0000-0002-4863-7524 | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | http://lattes.cnpq.br/1007858506514671 | pt_BR |
dc.contributor.advisorID | https://orcid.org/0000-0002-8025-6529 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/9477024092198309 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 | Moraes, Elizane Efigenia | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1969861781294467 | pt_BR |
dc.description.resumo | Este estudo investiga o comportamento termodinâmico e dinâmico do dióxido de carbono (CO2) em condições sub e supercríticas, cobrindo uma ampla faixa de temperaturas (228 a 500 K) e pressões (1 a 150 atm). Utilizando simulações de dinâmica molecular (MD) com modelos rígidos bem estabelecidos — EPM2 e TraPPE-small — foram analisadas propriedades estruturais, termodinâmicas e de transporte. Ambos os modelos demonstraram boa concordância com dados experimentais nas curvas de coexistência líquido-vapor, validando sua aplicabilidade na descrição do CO2 sob as condições simuladas. As funções de distribuição radial (RDF) revelaram diferenças estruturais significativas entre as fases líquida, gasosa, coexistência líquido-gás e supercrítica, refletindo a reorganização molecular nessas regiões. Já as análises de deslocamento quadrático médio (MSD) mostraram aumento consistente na difusividade do CO2 com a elevação da temperatura, em todas as pressões simuladas (25,85; 44,41; 72,045 e 150 atm). Por exemplo, observou-se um crescimento de 5,2 × 10−9 m2/s a 300 K para 1,8 × 10−8 m2/s a 500 K, nas condições de 150 atm, refletindo o aumento da mobilidade molecular em regime supercrítico. Além disso, propriedades termodinâmicas derivadas de funções resposta, como a capacidade calorífica a volume constante, capturaram adequadamente as transições de fase, oferecendo uma visão aprofundada do comportamento do fluido. Os resultados obtidos evidenciam a eficácia das simulações de MD com modelos rígidos na representação do CO2 e sua relevância para o entendimento de fenômenos em condições extremas, como as encontradas em tecnologias emergentes. Embora este trabalho se restrinja a modelos rígidos, seus achados contribuem para futuras investigações voltadas a aplicações como extração com fluido supercrítico e estudos preliminares em contextos relacionados à Captura e Armazenamento de Carbono (CCS), desde que validadas por abordagens complementares. | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Física | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.rights.license | CC BY-NC-SA | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Bordin, José Rafael | |
dc.subject.cnpq1 | FISICA | pt_BR |
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PPGFis: Dissertações e Teses [75]
Abrange as Dissertações e Teses da área de Pós-Graduação em Física