Realizado em Goiânia/GO, de 04 a 06 de Setembro de 2017.
ISBN: 978-85-85905-20-0
TÍTULO: Análise das propriedades termodiâmicas da mistura binária: Óleo de Ricinus communis L. + etanol
AUTORES: Borges, M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA) ; Camargo, D. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA) ; Sanchez, A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO) ; Iglesias, M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA)
RESUMO: Este trabalho apresenta resultados de um estudo experimental sobre o efeito
da temperatura na densidade, velocidade do som e compressibilidade
isentrópica para mistura óleo de mamona (Ricinus communis L.) e etanol,
devido à perspectiva de utilização deste óleo na produção de biocombustível.
As propriedades medidas foram correlacionadas com expansões polinomiais
dependentes da composição e temperatura. As propriedades derivadas foram
calculadas a partir dos dados experimentais e ajustadas à equação Redlich-
Kister. O modelo de Mchaweh-Nasrifar-Moshfeghian e a Teoria do Fator de
Colisão foram selecionados para predição da densidade e velocidade do som.
Foram observados resultados satisfatórios, apesar do uso de propriedades
críticas estimadas por abordagem de contribuição de grupo molecular.
PALAVRAS CHAVES: Biodiesel; Óleo de mamona; Etanol
INTRODUÇÃO: A grande demanda de recursos energéticos pelos sistemas de produção e
transporte, aliada a escassez dos combustíveis fósseis e a respectiva
poluição gerada, tem motivado a busca por fontes energéticas alternativas,
onde demonstrou-se que o Biodiesel é a mais viável. O óleo de mamona
(Ricinus communis L.) atualmente utilizado como lubrificante para aplicação
industrial e automotiva, apresenta perspectiva de utilização na produção de
Biodiesel.
Desta forma, a fim de analisar as características e viabilidade deste óleo
como matéria-prima para esta síntese, é imprescindível o estudo das
propriedades termodinâmicas do binário óleo de mamona e etanol. Sendo assim,
este trabalho analisou as propriedades físicas relacionadas ao projeto de
equipamentos de indústrias de petróleo, apresentando a dependência destas
com a temperatura (288.15-333.15 K) para esta mistura.
As propriedades medidas (densidade, velocidade do som e compressibilidade
isentrópica) foram correlacionadas com expansões polinomiais que dependem da
composição e da temperatura. As propriedades derivadas correspondentes
(volumes molares de excesso e variações das compressibilidades isentrópicas)
foram calculadas a partir dos dados experimentais e ajustadas à equação
Redlich-Kister. Foi analisado também como funcionam os diferentes métodos de
previsão. A equação de Mchaweh-Nasrifar-Moshfeghian foi testada para
estimativa de densidade. Este método requer as propriedades críticas do óleo
de mamona, que foram calculadas através do método de contribuição de grupos
de Constantinou e Gani [1]. A Teoria do Fator de Colisão [2] foi aplicada
para estimativa de velocidade do som. Resultados precisos foram obtidos
apesar do uso de propriedades críticas estimadas pelo método de
contribuição do grupo.
MATERIAL E MÉTODOS: O óleo foi armazenado em nosso laboratório nas condições de proteção solar,
umidade constante e temperatura ambiente.
As densidades e velocidades do som foram medidas com um densímetro de tubo
vibratório DSA-48 de Anton Paar e analisador de som, com uma resolução de
10-5 gcm-3 e 1 ms-1. A calibração do aparelho foi realizada periodicamente
de acordo com as instruções do fornecedor usando água de qualidade milli-Q e
ar ambiente, em cada temperatura, antes das medições. A precisão na
temperatura de medição foi melhor do que 10-2 K por um dispositivo de
controle de temperatura que aplica o Princípio de Peltier para manter
condições isotérmicas durante as medições na densidade e velocidade do som.
Cada mistura foi preparada com uma massa conhecida de ambos os compostos,
pesando com um dispositivo de precisão (± 2 10-5 g) (Saldo Analítico da
Serie GRAM-VXI). As misturas foram seladas nos frascos com uma tampa e um
plug de borracha.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A densidade (ρ), velocidade do som (u) e compressibilidade isentrópica (Ks)
foram correlacionadas em função da temperatura. Os parâmetros de ajuste
foram obtidos pelo método de mínimos quadrados não ponderados, aplicando um
algoritmo Marquardt (tabela 1). Os resultados experimentais evidenciaram um
perfil crescente para ρ e u e decrescente para Ks, em relação à composição.
Já em relação à temperatura, estas propriedades exibiram comportamento
crescente nos três casos. Os volumes molares de excesso (VE) e as variações
das compressibilidades isentrópicas (δKs) foram correlacionadas utilizando a
equação de Redlich-Kister modificada (tabela 2) e representadas nas figuras
1 e 2 em função da temperatura e composição do óleo. Esta mistura apresentou
uma forte tendência contrativa em termos de VE e valores negativos para δKs.
Para predizer a densidade, foi utilizado o modelo MNM com propriedades
críticas e fatores acêntricos estimados pelo método de contribuição grupal,
baseado nos conceitos de Constantinou e Gani. Os maiores desvios obtidos
foram em altas temperaturas e composições de óleo.
Os dados experimentais para a velocidade do som foram comparados com valores
determinados pela Teoria do Fator de Colisão, que depende dos fatores de
colisão entre as moléculas, em função da temperatura. Estes fatores foram
calculados a partir dos valores experimentais de velocidade do som e volumes
molares característicos de cada composto, obtidos pelo método de Bondi [3].
Os maiores desvios encontrados foram nas temperaturas altas e composições
extremas do óleo, indicando que esse método de estimativa prediz melhor as
propriedades em valores médios de composição.
Gráficos de propriedades termodinâmicas
Esta figura contém gráficos de volume de excesso
molar e variação de compressibilidade isentrópica
em função da temperatura e composição do óleo
Tabelas com parâmetros adequados
CONCLUSÕES: Neste trabalho, foram estudadas as densidades, velocidades do som,
compressibilidade isentrópica e algumas propriedades derivadas para mistura de
óleo de mamona e etanol em diferentes composições na faixa de temperatura
288.15-333.15 K e pressão atmosférica. Os resultados experimentais
evidenciaram uma forte dependência destas propriedades em relação a
temperatura e composição do óleo de mamona.
Os modelos teóricos testados foram Mchaweh-Nasrifar-Moshfeghian para
densidade e Teoria do Fator de colisão para velocidade do som. Ambos os
modelos apresentaram resultados satisfatórios.
AGRADECIMENTOS: Á todos os envolvidos na elaboração deste trabalho.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: [1]. Constantinou, L.; Gani, R. New Group Contribuition Method for Estimating Properties of Pure Compounds. AIChE Journal, v. 40, p. 1697-1710, 1994.
[2]. Schaaffs W. Problem of a theoretical calculation of the velocity of sound for binary liquid mixtures. Acustica, 1975; 33: 272-276
[3]. Bondi, A., Van Der Waals volumes and radii. Journal of Physical Chemistry, v. 68, p. 441-451, 1964.