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Tese

Design of gas adsorption systems with phase change materials aided by topology optimization method (2021)

  • Authors:
  • Autor USP: PRADO, DIEGO SILVA - EP
  • Unidade: EP
  • Sigla do Departamento: PMR
  • Subjects: ADSORÇÃO; MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS
  • Agências de fomento:
  • Language: Inglês
  • Abstract: O uso do gás natural tornou-se economicamente atrativo para o setor industrial, e seu armazenamento e transporte assumem papel fundamental nesse processo. O mecanismo de transferência de massa por adsorção está inserido em diversas áreas da ciência e já é utilizado para o armazenamento de gás natural quando aplicado em tanques de adsorção de gás. Em aplicações de armazenamento de calor latente, os materiais de mudança de fase apresentam benefícios significativos na estabilidade térmica e armazenamento térmico em relação ao volume. O trabalho com materiais de mudança de fase em tanques de adsorção demonstra melhorias na capacidade de adsorção dos tanques ao melhorar o comportamento térmico do conjunto, sendo os resultados influenciados pela geometria e posicionamento dos corpos pertencentes ao sistema, sinalizando a oportunidade de otimizar o distribuição de material dentro do tanque. O método de otimização de topologia se apresenta como uma ferramenta altamente genérica para distribuição de material dentro de um domínio. Nas últimas décadas, tem apresentado avanços significativos tanto na sua implantação quanto na possibilidade de explorar os métodos de fabricação existentes. O presente trabalho explora a otimização topológica como ferramenta para desenvolver sistemas de adsorção com materiais de mudança de fase em seu interior. Na primeira abordagem, o deslocamento das massas de ar na sua vizinhança dos sistemas de adsorção são simulados simultaneamente com o processo de adsorção no interior do tanque.Essa abordagem permite aplicar uma taxa de troca de calor por convecção variável ao longo da parede do sistema. A distribuição da taxa de convecção ao redor do vaso é avaliada para fortalecer a suposição de taxa de convecção constante para vasos cilíndricos, que é oobjeto de estudo da otimização topológica. A segunda abordagem explora a otimização de materiais de mudança de fase (PCM) no projeto de tanques de adsorção de gás com o auxílio da otimização da topologia para maximizar o desempenho do sistema de gás adsorvido. Nesta abordagem, o material de mudança de fase é considerado particulado e misturado com um adsorvente também particulado. Um modelo semi-analítico é comparado ao método de otimização de topologia para verificar a proporção de PCM total e como as condições de contorno afetam a solução como um todo. O método de otimização da topologia produz uma solução graduada para a proporção de PCM otimizada na mistura. Em contraste com a segunda abordagem, a terceira otimiza o PCM condensado. Ele assume que o PCM é um ou mais corpos contínuos dentro do sistema de adsorção. Os resultados de todas essas abordagens são apresentados e comparados. O estudo mostra que a otimização da topologia pode ser aplicada para produzir distribuições PCM otimizadas dentro de sistemas de adsorção e ser uma opção quando as misturas não estiverem disponíveis.
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 07.10.2021
    • Acesso à fonte
    How to cite
    A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas

    • ABNT

      PRADO, Diego Silva. Design of gas adsorption systems with phase change materials aided by topology optimization method. 2021. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2021. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-19052025-141441/pt-br.php. Acesso em: 28 dez. 2025.

    • APA

      Prado, D. S. (2021). Design of gas adsorption systems with phase change materials aided by topology optimization method (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-19052025-141441/pt-br.php

    • NLM

      Prado DS. Design of gas adsorption systems with phase change materials aided by topology optimization method [Internet]. 2021 ;[citado 2025 dez. 28 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-19052025-141441/pt-br.php

    • Vancouver

      Prado DS. Design of gas adsorption systems with phase change materials aided by topology optimization method [Internet]. 2021 ;[citado 2025 dez. 28 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-19052025-141441/pt-br.php

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