Avaliação teórica e experimental da remoção de dióxido de carbono de ar seco pela técnica de separação supersônica. - Restrepo Lozano, Julian Camilo (2022)
Recentemente, tem acontecido uma notável aceleração na pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias para alcançar uma transição energética confiável. Nesse contexto, as tecnologias de captura e sequestro de carbono (CCS) surgiram como uma opção transitória. No entanto, em alguns casos, como os reservatórios brasileiros do pré-sal, as tecnologias de separação de dióxido de carbono poderiam aumentar a eficiência e a rentabilidade dos processos, ao mesmo tempo em que reduziam as emissões de dióxido de carbono. Nesse contexto, a utilização de um separador de gás supersônico torna-se relevante, pois permite separar alto teor de dióxido de carbono com baixo consumo de energia e baixa manutenção. No entanto, para melhorar o Nível de Maturidade Tecnológica (NMT), mais trabalhos teóricos e experimentais devem ser realizados. Portanto, essa tese estuda os fenômenos de escoamento compressível mais relevantes dentro do separador, como o escoamento supersônico viscoso e o choque de condensação. Além disso, este trabalho também forneceu ferramentas analíticas para a concepção do dispositivo, como a implementação do método de características para o escoamento supersônico da mistura de gases reais. Adicionalmente, uma bancada experimental foi projetada, construída e comissionada para uma mistura de dióxido de carbono com ar seco. Tal bancada de teste permite a operação em diferentes condições de estagnação (pressão, temperatura e fração molar de dióxido de carbono). Além disso, transdutores de alta precisão de pressão foram usados para garantir uma análise quantitativa sobre os fenômenos, e técnicas ópticas direta e schlieren foram usadas para uma avaliação experimental qualitativa após o uso de uma câmera de alta velocidade. O bocal supersônico foi projetado através do método de característica para garantir um escoamento livre de choque, e para estudar a interação entre a mudança de fase e os fenômenos de cancelamento de ondas que produziram três topologias de choque de condensação (clássica, transição e onda Mach). Finalmente, discute-se a validade do modelo de choque de condensação proposto.