Publicação: Otimização de mecanismos virtuais de cinética química: desenvolvimento de submecanismos satélites para predição de poluentes
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS, CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::PRINCIPIOS VARIACIONAIS E METODOS NUMERICOS
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Serfaty, Ricardo
Resumo
O advento e o aumento da utilização de máquinas térmicas, motores diesel e de combustão interna nos últimos séculos, aliado ao uso crescente de combustíveis como hidrocarbonetos, amônia e hidrogênio, têm resultado em um aumento gradual de poluentes atmosféricos. A necessidade de reduzir essas emissões, visando atender a legislações ambientais rigorosas, como as especificadas pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), impulsiona o desenvolvimento de ferramentas de simulação. Neste contexto, a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) com modelagem de química reativa surge como uma ferramenta poderosa para a prototipação, análise e otimização de projetos visando a redução de poluentes. Objetivo: o desenvolvimento de mecanismos cinéticos baseados na metodologia de Química Cinética Virtual, visando sua aplicação em simulações de uma caldeira industrial. Esta metodologia é adaptada com a adição de submecanismos satélites, a abordagem desenvolvida nesta dissertação, para possibilitar a marcação e predição de poluentes, focando inicialmente no monóxido de carbono (CO). A implementação desta base de predição no código de simulação do Laboratório de Mecânica dos Fluidos (MFLab) será precursor para projetos futuros. Tais projetos visam a implementação e expansão para outros poluentes de interesse, como óxidos de nitrogênio (NOx) e óxidos de enxofre (SOx). A principal vantagem do uso deste método, em detrimento do uso de mecanismos de cinética química detalhada, é o ganho significativo de desempenho computacional, promovido pela redução expressiva do número de espécies e reações químicas no modelo.
Abstract
The advent and widespread use of heat engines, diesel engines, and internal combustion engines over the last centuries, coupled with the increasing use of fuels such as hydrocarbons, ammonia, and hydrogen, have resulted in a gradual increase in atmospheric pollutants. The need to reduce these emissions to comply with strict environmental regulations, such as those specified by the National Environment Council (CONAMA), drives the development of simulation tools. In this context, Computational Fluid Dynamics (CFD) with reactive chemistry modeling emerges as a powerful tool for prototyping, analyzing, and optimizing designs aimed at reducing pollutants. This work aims to develop kinetic mechanisms based on the Virtual Chemical Kinetics methodology for application in industrial boiler simulations. This methodology is adapted with the addition of satellite submechanisms, an approach developed in this thesis, to enable the tracking and prediction of pollutants, initially focusing on carbon monoxide (CO). The implementation of this predictive framework in the simulation code of the Fluid Mechanics Laboratory (MFLab) will serve as a precursor for future projects. Such projects aim to implement and expand this framework to other pollutants of interest, such as nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx). The main advantage of using this method, as opposed to detailed chemical kinetics, is the significant gain in computational performance, driven by the substantial reduction in the number of species and chemical reactions in the model.
Palavras-chave
Química Cinética Virtual, Formação de Poluentes, Redução de Mecanismos, Escoamentos Reativos, Submecanismos Satélites, Virtual Chemical Kinetics, Pollutant Formation, Mechanism Reduction, Reactive Flows, Satellite Submechanisms
Citação
REZENDE, Estevan Bonadio Augusto. Otimização de mecanismos virtuais de cinética química: desenvolvimento de submecanismos satélites para predição de poluentes. 2026. 158 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.182
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