Emprego de técnicas computacionais estocásticas para simulação de diagramas de espectroscopia de impedância eletroquímica

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Kappel, Marco André Abud
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade do Estado do Rio de Janeiro; Centro de Tecnologia e Ciências::Instituto Politécnico; BR; UERJ; Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional
• Palavras-chave em Português: Electrochemical impedance spectroscopy; Corrosion; Complex nonlinear optimization; Equivalent electrical circuit; Stochastic methods; Impedância (Eletricidade); Espectroscopia de impedância eletroquímica; Corrosão; Eletroquímica; Otimização complexa não-linear; Circuito elétrico equivalente; Técnicas estocásticas; CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
• Link de acesso: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/13692

A espectroscopia de impedância eletroquímica é uma técnica amplamente utilizada na caracterização de sistemas eletroquímicos. Além de possuir aplicações em diversas áreas, a técnica tem grande utilidade no estudo da corrosão, pois é sensível às variações transientes que ocorrem na interface metálica. Os resultados provenientes da técnica podem ser expressos e interpretados de diversas formas, possibilitando diferentes metodologias de modelagem e análise, como o uso de modelos cinéticos ou circuitos elétricos equivalentes. Em corrosão, a técnica é aplicada, normalmente, em poucos potenciais específicos, como o de corrosão, o de maior importância. Com a motivação de aprimorar o procedimento de modelagem e análise de dados de impedância, levando em consideração que os fenômenos eletroquímicos estão fortemente ligados ao potencial, este trabalho introduz a possibilidade de expressar os dados de impedância em uma ampla faixa de potencial, e utilizá-los para ajuste de circuitos equivalentes. Assim, os diferentes fenômenos podem ser modelados, adequadamente, por circuitos elétricos equivalentes correspondentes a diferentes potenciais. Com esta finalidade, o problema inverso associado é resolvido para cada potencial, por meio de um processo de otimização complexa não-linear. Além dos dados transientes obtidos pela espectroscopia, dados estacionários são utilizados na otimização de forma original, como uma regularização do problema, ajudando a garantir a obtenção de uma solução coerente com os fenômenos físicos envolvidos, desde a frequência máxima do ensaio até a frequência nula. Um software de análise, modelagem e simulação foi desenvolvido, com as seguintes funcionalidades: 1) validação dos dados experimentais, por meio das relações de Kramers-Kronig; 2) visualização simultânea dos dados de impedância para ampla faixa de potencial; 3) ajuste de diferentes circuitos equivalentes para diferentes faixas, utilizando dados experimentais transientes e estacionários, em conjunto com métodos determinísticos ou estocásticos; 4) geração de regiões de confiança para os parâmetros ajustados, tornando-os estatisticamente significativos; 5) simulações utilizando os circuitos equivalentes ajustados em cluster de computador; 6) apresentação de análise de sensibilidade dos parâmetros de acordo com o potencial aplicado, revelando características físicas importantes envolvidas nos processos eletroquímicos. Por fim, resultados experimentais dos ajustes e das simulações correspondentes são mostrados e discutidos. Os resultados obtidos mostram que a utilização de um método de otimização estocástico populacional não apenas aumenta as probabilidades de se encontrar uma solução melhor, como também possibilita a geração das regiões de confiança em torno dos valores encontrados. Além disso, apenas o circuito ajustado com a nova função objetivo possui equivalência tanto com os dados transientes quanto com os dados estacionários, para toda a faixa de potencial envolvida.