ISBN 978-85-85905-10-1
Área
Química Tecnológica
Autores
Carvalho Satos, J.S. (UFRN) ; Neves Silva, W.P. (UFRN) ; Fernandes, V.R. (UFRN) ; Souza Lima, E.S. (UFRN) ; Duarte, M.M.L. (UFRN) ; Barros Neto, E.L. (UFRN)
Resumo
Os polímeros são macromoléculas que possuem massa molar na ordem de 103 a 106 g/mol e em sua estrutura as unidades químicas repetidas são conhecidas como monômeros. A poliacrilamida é um polímero de ampla utilização na indústria petrolífera, sendo utilizado nos fluidos de perfuração e na recuperação avançada. Neste trabalho estudou-se o tratamento estatístico dos polímeros através da variação de temperatura (25 e 55 °C) e concentração (400 e 2000 ppm), seguida da analise de tensão superficial, que nos dar a possibilidade de encontrar a concentração anisotrópica critica (cac). Os resultados do planejamento experimental propiciou a determinação de um modelo significativo, fornecendo os possíveis valores de tensão superficial em função da concentração e temperatura, nas soluções do polímero.
Palavras chaves
Poliacrilamida; tensão superficial; planejamento experimental
Introdução
A tensão superficial é uma das propriedades físico-químicas mais importantes para os materiais poliméricos em vários processos de engenharia, sendo bastante influenciados por meio dos processos de adsorção. A tensão superficial nos fluidos é explicada através das forças coesivas entre as moléculas no interior de um líquido ao associarem com os átomos próximos, ou seja, na superfície não há átomos vizinhos acima delas, com isso, eles exibem forças atrativas intermoleculares na superfície. Estudiosos como Mendonça et al. (2009), verificaram que as soluções de herbicida glyphosate com tensoativos, sofreram decréscimo na tensão superficial ao aumentar a quantidade de tensoativos nas soluções. Park et al. (2007), analizaram em seus estudos, que o aumento da temperatura provocou uma redução na tensão superficial do poliestireno, obtendo um comportamento linear, esta inclinação na variação da tensão superficial com o efeito da temperatura, depende da pressão existente no meio. E segundo Moreira et al. (2003) mostraram em seus experimentos que o aumento da temperatura ao polipropileno provocou uma redução linear na tensão superficial. Szymczyk et al. (2014), Observaram em seus estudos, que a mistura de tensoativo com polimeros causam uma diferença de comportamento em relação aos tensoativos e hidrocabornetos, ou seja, não existe uma dependência linear entre a aderência e a tensão superficial de toda a gama de concentração. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo matemático que descreva a cac das soluções do polímero aniônico a base de poliacrilamida. Os resultados apresentados com a modelagem e tratamento de dados, foram obtidos no programa STATISTICA 7.0, e a otimização foi realizada através da superfície de resposta e diagrama de Pareto.
Material e métodos
Para avaliar as variáveis independentes (concentração do polímero e temperatura) sobre a variável dependente (tensão superficial), elaborou-se um planejamento fatorial de dois níveis com os dados em duplicata, totalizando 8 amostras. Diante do estudo foi variada a concentração das soluções do polímero aniônico em 400 e 2000 ppm. No preparo destas soluções existiu certo cuidado, porque se for adicionado água sobre o polímero ocorrerá formação de aglomerados que não se diluem no decorrer tempo, com isso, há necessidade de adicionarmos pouca quantidade em água e após dissolver o polímero, utilizou-se um agitador magnético entre 15 e 300 minutos para ocorrer à diluição total. Após este procedimento, foi avaliado a tensão superficial das soluções pelo método do anel em um tensiômetro de modelo K-100, acoplado a um banho termostático com as conexões revestidas. Em seguida, variaram-se as temperaturas entre 25 e 55°C para as duas soluções do polímero estudado. O tempo para cada análise foi em torno de 8 minutos. Também, foi utilizado o software STATISTICA versão 7.0 para obtenção do modelo matemático das variáveis estudadas.
Resultado e discussão
Na Tabela 1 está representada a matriz codificada do planejamento experimental, que foi analisada pelo software STATISTICA versão 7.0 e o modelo matemático empírico e codificado determinado por regressões não lineares dos dados experimentais de acordo com a Eq. 01 (T - temperatura e C - concentração). Para estimar o modelo proposto com significância estatística a 95% de confiança, realizou-se o estudo da análise de variância (ANOVA). O Fcalculado / Ftabelado foi igual a 64,88, significa que esse modelo apresentou uma regressão significativa e preditiva, com um coeficiente de determinação (R2) igual a 0,997, evidenciando que o modelo ajustou-se acima de 99% da variação dos dados experimentais, com isso, o modelo proposto poderá ser aplicado para prever a tensão superficial dentro da faixa de operação de concentração e temperatura estudadas. A influência das variáveis independentes na resposta, realizou-se diagrama de Pareto, que está representado na Fig. 1 parte (a). Nesta análise, obtem-se o efeito de cada parâmetro da Eq. 01 na eficiência da tensão superficial. Com isso, verificou-se que as variáveis temperatura e concentração influenciaram no processo. A metodologia de superfície de resposta é uma técnica de otimização, baseada no emprego de planejamentos fatoriais. O deslocamento se dá sempre ao longo do caminho de máxima inclinação de um determinado modelo, que é a trajetória na qual a resposta varia de forma mais pronunciada, (BARROS NETO et al., 2002). A partir disto, verifica-se que na Fig. 1 parte (b) gerada pelo software STATISTICA versão 7.0, corresponde à superfície de resposta dos dados experimentais descritos na matriz do planejamento estatístico. A solução do polímero de maior concentração sofre mais influencia da temperatura que a de menor concentração.
A tabela descreve os valores experimentais e calculados
Conclusões
A obtenção dos modelos matemáticos que descrevem o comportamento dos parâmetros de tensão superficial em função das variáveis de operação C(ppm)e T(°C),viabiliza o estudo da tensão para obtenção da cac.A técnica de planejamento experimental é útil para obtenção de modelos matemáticos significativos, descrevendo a tensão do polimero.O diagrama de Pareto apresentou efeito significativo que cada variável de entrada(T e C)tem na determinação da tensão.A superfície de resposta proporcionou a compreensão do comportamento das variáveis no processo, sendo adequadas para os estudos de tensão supeficial
Agradecimentos
Os autores agradecem o apoio financeiro, em forma de bolsa de estudos, dada pela CAPES e Petrobrás.
Referências
BARROS NETO, B.; SCARMINIO, I. S. & BRUNS, R. E. Como fazer experimentos: pesquisa e desenvolvimento na ciência e na indústria. 2. ed. Campinas: Editora da UNICAMP, 2002.
MENDONÇA, C.G.; VELINI, E.D.; MARTINS, D.; MENDONÇA C.G. Efeitos de surfatantes sobre a tensão superficial e a área de molhamento de soluções de glyphosate sobre folhas de tiririca. Planta Daninha, Londrina, v.13, n.3, p.355-65, 1999.
PARK, H.; THOMPSON, R. B.; LANSON, N.; TZOGANAKIS,C.; PARK, C. B.; CHEN, P. Effect of Temperature and Pressure on Surface Tension of Polystyrene in Supercritical Carbon Dioxide. J. Phys. Chem. v. 111, p. 3859-3868, 2007.
SZYMCZYK, K.;GONZALEZ-MARTIN, M. L.; BRUQUE, J. M.; JANCKZUC, B. Effect of two hydrocarbon and one fluorocarbon surfactant mixtures on the surface tension and wettability of polymers. Journal of Colloid and Interface Science, v. 417, p. 180–187, 2014.
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