Realizado em Goiânia/GO, de 19 a 21 de Setembro de 2016.
ISBN: 978-85-85905-20-0
TÍTULO: MODELAGEM E DADOS TERMODINÂMICOS EXPERIMENTAIS DE COMPOSTOS HIDROXÍLICOS
AUTORES: Iglesias, M. (UFBA) ; Andrade, R.S. (UNIFACS) ; Porto, A.V. (UFBA)
RESUMO: Um dos problemas da indústria é a falta de dados de propriedades para o design de
equipamentos industriais e aprimoramento de modelos teóricos para a simulação. O
dado trabalho trata da modelagem e determinação experimental de propriedades
termofísicas de doze álcoois (metanol, etanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol,
2-butanol, 2-metil-1-propanol, 3-metil-1-butanol, álcool t-butílico, 1-pentanol,
2-metil-1-butanol e álcool benzílico). Equações apropriadas foram aplicadas aos
dados experimentais de densidade e velocidade do som a fim de correlacioná-los.
Feito isso, diferentes propriedades derivadas foram calculadas pela aplicação de
diferentes métodos teóricos. Os modelos Mchaweh-Nasrifar-Moshfeghian (MNM) e FLT
(Free Length Theory) mostraram uma boa resposta nas condições estudadas.
PALAVRAS CHAVES: Álcoois; Termodinâmica; Modelagem
INTRODUÇÃO: Nos últimos anos o uso de água e de álcoois em processos industriais aumentou
devido ao seu elevado caráter polar, baixo custo, baixo impacto ambiental e alta
solubilidade. Dados termodinâmicos são necessários para a compreensão das
complexas interações moleculares e os mecanismos de solução e dispersão. Uma
grande quantidade de dados estão disponíveis para hidrocarbonetos
orgânicos, porém menos atenção tem sido dada aos compostos hidroxílicos para os
quais estão disponíveis apenas um número limitado de valores experimentais na
literatura dispostos de forma dispersa.
Todos os compostos selecionados para este estudo contêm um grupo hidroxílico
único e radicais alifáticos ou aromáticos. Usou-se as técnicas de oscilação
mecânica e “sing-around” (freqüência de repetição do pulso) para medição de
densidade e velocidade do som, respectivamente. Apresentamos, então, a
dependência da densidade e velocidade do som com a temperatura na faixa de
temperatura 288,15-323,15 K e à pressão atmosférica de uma coleção de álcoois.
A partir dos dados experimentais, polinômios dependentes da temperatura foram
montados, os parâmetros correspondentes foram colhidos e diferentes
propriedades derivadas foram calculadas. Para a estimativa da densidade, foi
aplicada uma simplificação do método MNM (MCHAWEH et al., 2004). A equação de
estado de
Rackett e sua modificação também foram testadas (RACKETT, 1970; SPENCER et al.,
1972), a fim de analisar a
precisão das densidades preditas. A FLT foi aplicada para estimar a
compressibilidade isentrópica destes compostos (RESA et al., 2004), utilizando a
estimativa
intermolecular do comprimento livre para compostos puros. Predições
satisfatórias foram obtidas para as propriedades considerando a ampla gama de
temperaturas.
MATERIAL E MÉTODOS: As densidades e velocidades do som dos componentes puros e suas misturas, foram
medidas com um densímetro de tubo vibracional e um analisador de som da Anton
Paar DMA-48, com resoluções de 10-5 gcm-3 e 1 ms-1, respectivamente.
A célula densimétrica determina as densidades das misturas de líquidos através
da medição eletrônica do período de um oscilador de vidro. A densidade pode ser
calculada a partir do período de oscilação, considerando como uma função de
constantes do dispositivo, do volume da amostra e da temperatura.
A célula ultrassônica determina a velocidade do som das misturas por meio da
técnica “sing-around”. O princípio de operação do método “sing-around” deste
sistema é que o impulso recebido desencadeia outros impulsos, de modo que um
sinal de disparo repetitivo ocorre a uma taxa igual ao inverso do tempo de
propagação. A frequência e, portanto, o período entre os impulsos de disparo
pode ser medido com muita precisão.
A calibração dos aparelhos foi realizada periodicamente usando uma dupla
referência (qualidade da água e do ar ambiente, por Millipore, a cada
temperatura). A precisão na medição da temperatura foi melhor do que +/-10-2 K,
por meio de um dispositivo de controle de temperatura ao qual se aplica o
princípio de Peltier.
Para uma representação compacta e regular, a velocidade do som e a densidade dos
produtos químicos foram correlacionadas como uma função da temperatura. As
propriedades derivadas calculadas a partir dos dados experimentais medidos são o
comprimento livre intermolecular (Lf), a constante de van der Waals (b), o raio
molecular (r), o volume geométrico (B), a área da superfície molar (Y),
velocidade molar do som (R), o fator de colisão (S) e a impedância acústica
específica (Z).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Ao todo, o presente trabalho trata da modelagem e determinação experimental de
propriedades termofísicas de doze álcoois cuja massa molar, dados da literatura
aberta e os resultados experimentais em condição padrão são mostrados na Tabela
1.
Gráficos de tendências da densidade, velocidade do som e compressibilidade
isentrópica (calculada pela equação de Newton-Laplace) em função da temperatura,
Foram plotados, a partir dos quais pode se observar uma diminuição na eficiência
de empacotamento dos produtos químicos o que resulta numa diminuição contínua de
densidade e velocidade do som em função da temperatura.
A partir dos dados da velocidade do som e da densidade, foi possível obter
vários parâmetros termodinâmicos que encontram-se reunidos na Tabela 2.
Para a estimativa da densidade, foi aplicada uma simplificação da correlação de
densidade líquida Mchaweh-Nasrifar-Moshfeghian (método MNM). O desvio destes
métodos em relação aos dados experimentais foi recolhida juntamente
com a equação Rackett de desvios do estado. Foi calculado, ainda, o
desvio atrelado à estimativa da velocidade do som através da FLT (Free Length
Theory). É possível concluir que obtivemos resultados precisos para os métodos
aplicados.
Tabela 1. Dados experimentais/literatura à 298,15K.
(a) PAL et al., 2008. (b) GOENAGA et al., 2007. (c)
PAL et al., 2013. (d) SINGH et al., 2007. (e)
VENKATRAMANA et al., 2014.
Tabela 2. Parâmetros acústicos para as substâncias à 298.15 K.
CONCLUSÕES: Sabe-se que as propriedades termodinâmicas influenciam o comportamento de produtos
químicos nos processos. Propriedades básicas podem ser aplicadas para modelar
equipamentos e processos na indústria química. Neste artigo, os dados para a
densidade e da velocidade do som em função da temperatura (no intervalo de 278,15-
323,15 K e à pressão atmosférica) de um conjunto de álcoois foram medidos e
tratados valendo-se de modelos teóricos usualmente aplicados de onde pode-se
concluir que são satisfatórios e a partir dos quais foi possível calcular uma gama
de propriedades destes álcoois.
AGRADECIMENTOS: Somos gratos ao Prof. E. Hallervorden por debates; ao PROPCI, pela bolsa de A. V.
Porto; e à UFBA, PROAE e PROGRAD pelo Edital Participar 2016.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: GOENAGA, J.M.; GAYOL, A.; CONCHA, R.G.; IGLESIAS, M.; RESA, J.M. (2007) Mon Chem 138:403
JACOBSON, B. (1952) Acta Chem Scand 6:1485
MCHAWEH, A.; ALSAYGH, A.; NASRIFAR, K.; MOSHFEGHIAN, M. (2004) Fluid Phase Equilib 224:157
PAL, A.; GABA, R. (2008) J Chem Therm 40:750
PAL, A.; KUMAR, H.; KUMAR, B.; GABA, R.; (2013) J Mol Liq 187:278
RACKETT, H.G. (1970) J Chem Eng Data 15:514
RESA, J.M.; GONZALEZ, C.; GOENAGA, J.M.; IGLESIAS, M. (2004) J Chem Eng Data 49:80
SINGH, S.; PARVEEN, S.; SHUKLA, D.; GUPTA, M. (2007) Acta Phys Pol 111:847
SPENCER, C.F.; DANNER, R.P. (1972) J Chem Eng Data 17:236
VENKATRAMANA, L.; SREENIVASULU, K.; SIVAKUMAR, K.; REDDY, K.D. (2014) J Therm Anal Calorim 115:1829