53º Congresso Brasileiro de Quimica
Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4

ÁREA: Físico-Química

TÍTULO: MODELAGEM DA VISCOSIDADE DE LÍQUIDOS ATRAVÉS DA EQUAÇÃO DE VISWANATH-NATARAJAN

AUTORES: Savignon, L.T. (UFF) ; Martins, R.J. (UFF) ; Lamego, L.S.R. (UFF)

RESUMO: Neste trabalho, propõem-se encontrar uma relação entre os parâmetros da equação de viscosidade de Viswanath-Natarajan e o número de carbonos dos diferentes compostos de séries homólogas. Os líquidos investigados foram n-alcanos (C4 a C19), álcoois primários (C1 a C11), alquil aminas primárias (C3 a C8) e monoaldeídos (C2 a C7). A partir desta relação pretende-se estimar a viscosidade destes compostos utilizando-se o conceito de contribuição de grupos.

PALAVRAS CHAVES: viscosidade; séries homólogas; temperatura

INTRODUÇÃO: Existem várias equações empíricas que descrevem satisfatoriamente o efeito da temperatura sobre a viscosidade de líquidos. Uma delas é a equação de Viswanath- Natarajan, η=BTA, onde η é a viscosidade dinâmica, T a temperatura em Kelvin, A e B são parâmetros característicos do líquido investigado. Neste estudo, o efeito do tamanho da cadeia carbônica sobre os parâmetros (A e B) da equação de Viswanath-Natarajan foi avaliado em diferentes séries homologas. Para isso, o comportamento viscoso, de cada composto das séries homólogas constituídas por hidrocarbonetos lineares, álcoois primários, alquil aminas primárias e monoaldeídos, foi investigado em diferentes temperaturas. Manipulações algébricas e o método de mínimos quadrados foram utilizados para se obter uma relação entre estes parâmetros e o número de carbonos.

MATERIAL E MÉTODOS: Dados experimentais de viscosidade dinâmica dos líquidos investigados (n-alcanos (C4 a C19), álcoois primários (C1 a C11), alquil aminas primárias (C3 a C8) e monoaldeídos (C2 a C7) em diferentes temperaturas, disponíveis na literatura, foram utilizados para determinar os parâmetros da equação de Viswanath-Natarajan. Esta equação foi linearizada e o método dos mínimos quadrados linear foi utilizado na obtenção dos valores de lnB e A. Estudou-se a dependência desses parâmetros com o número de carbonos para cada série homóloga. O programa utilizado para fazer as correlações foi o Origin 3.0, em ambiente Windows XP, e o computador usado foi um pc com uma cpu AMD de 2,2GHz.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: A equação descreveu a viscosidade de todos os compostos selecionados, como ilustra a figura 1 para o n-octadecano, em todo o intervalo de temperaturas investigadas. Os conjuntos de dados apresentaram um desvio relativo médio global de 2%. Para cada composto determinaram-se os parâmetros da equação, A e B, através da minimização de dados experimentais de viscosidade, encontrados na literatura. Uma vez determinados estes parâmetros, a viscosidade foi calculada e o desvio relativo absoluto médio (DRAM) percentual foi obtido. DRAM (%) = (100/N)∑[(|ηExpCal|)/ηExp] onde os índices Exp e Cal referem-se aos dados experimentais e calculados. Utilizou-se o método dos mínimos quadrados linear para estudar a dependência entre os parâmetros e o número de carbonos, quando se observou um comportamento linear em ambos os casos, onde os coeficientes de correlação se encontram na faixa de 0,78906 até 0,94498. Obtendo-se as seguintes equações: A=A0+A1*NC e lnB = B0+B1*NC; sendo NC, o número de carbonos, e B0, A0, B1, A1, parâmetros característicos das séries homólogas. Observou-se que o valor do parâmetro A é decrescente com o número de carbonos, diferentemente do apresentado pelo parâmetro lnB, em todas as séries homologas estudadas. Assim, a equação de viscosidade de Viswanath- Natarajan pode ser alterada para η=(exp(B0+B1×NC))× T^(A0+A1×NC). Porém com coeficientes de correlação não satisfatórios. Com o intuito de melhorar a precisão dos cálculos, estudou-se a dependência de lnB/A com o número de carbonos, que apresenta um perfil linear, com coeficientes de correlação próximos de um, quando descrita como NC/(a+b×NC) + c. A figura 2 mostra os gráficos referentes às séries estudadas. A inclinação e os interceptos de cada reta são característicos da série.

Figura 1

Gráfico linearizado do octadecano para valores experimentais (□) e teóricos (●) de viscosidade.

Figura 2

N-alcanos(▼)(eixo direito), álcoois primários(●), aquil aminas primarias (▲) e monoaldeídos(■); sendo x o número de número de carbonos,e y, lnB/A.

CONCLUSÕES: Foi observada que a equação de viscosidade de Viswanath-Natarajan é excelente para descrever o comportamento da viscosidade frente à variação de temperatura para as séries estudadas. E que há uma relação entre os parâmetros da equação e o número de carbonos presentes nos compostos estudados. Logo, uma estratégia de contribuição de grupos pode ser utilizada para a previsão desses parâmetros. Esse estudo ainda se encontra em desenvolvimento.

AGRADECIMENTOS: Os autores agradecem a CAPES, FAPERJ e PROPPI/UFF pelo apoio financeiro.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: VISWANATH, D. S.; NATARAJAN, G. 1989. Data Book on the Viscosity of Liquids. Hemisphere Publishing Corporation.
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