Fluidos térmicos

São fluidos usados no aquecimento/resfriamento industrial. Um fluido térmico bastante usado é a água. O grande problema da água é o aumento da pressão quando a temperatura se eleva. A 100°C a água ferve a 1 atm, a 200°C ela ferve a 16 atm, a 300°C, a 120 atm e assim por diante. Neste caso, o uso de fluidos térmicos sintéticos é recomendado. Estes recebem nomes de fantasia dos fabricantes como o Dowtherm, o Thermica, o Mobiltherm, o Humbletherm, o Paratherm, etc. Eles são selecionados pelo ponto de ebulição e pela temperatura máxima de uso. Eles podem ser usados em temperaturas até 400°C e apresentam as seguintes vantagens: operam em temperaturas altas com pouca elevação da pressão; não há problema de corrosão; são estáveis; a durabilidade é alta; dispensam purgadores. Para informações detalhadas dos diversos fluidos térmicos os fabricantes devem ser contactados.

PET 011 -Rochas armazenadoras

As rochas armazenadoras, conhecidas também como rochas reservatoriais, são rochas porosas localizadas em armadilhas  geológicas ou trapas. Para armazenar o petróleo devem existir camadas vizinhas de rochas impermeáveis.

A maioria do petróleo é encontrado em dois tipos de rochas: os arenitos e os carbonatos.

Arenitos

Os arenitos são basicamente areia consolidada, isto é, com os grãos cimentados. Eles são resultados do soterramento de antigos areais. Então eles podem ser:

• Arenito de dunas (Mar do Norte)
• Arenito de praias (Lago Maracaibo)
• Arenito de Recife e Atóis (Canadá)
• Arenito de meandros (Oklahoma)
• Arenitos de deltas (Golfo do México)

Não há muito o que falar sobre os arenitos. O que era um areal em priscas eras se consolidou e foi soterrado. Os arenitos de dunas, por exemplo, provem das dunas encontradas em desertos e regiões litorâneas. São formadas pela ação do vento e, por isso, possuem uma distribuição granulométrica peculiar. Os arenitos de praias são formados pela ação das marés. São estreitos e tem a forma de uma lingua ascendente. Os arenitos de meandros tem a forma de lua crescente já que a areia é depositada nas curvas do rio.

Carbonatos

As rochas calcárias resultam geralmente, mas não exclusivamente, do carbonato de cálcio secretado por seres vivos. As rochas armazenadoras calcárias podem ser:

• Calcários recifal (Canadá)
• Cré ou greda (Dover, Inglaterra)
• Calcários oolíticos (Oriente médio)
• Dolomitas (Michigan)

A camadas de calcário resultante do soterramento de recifes e atóis respondem, pela maior parte da produção canadense de petróleo.

Cré ou greda é um calcário branco, muito macio e poroso composto essencialmente por cabonato de calcio usado na fabricação de giz. O cré forma-se ao longo de milhões de anos pela sedimentação no fundo marinho organismos microscópios chamados foraminíferos. Após a sua morte e por sedimentação estas conchas e carapaças formam leitos espessos no fundo marinho, constituindo mais tarde a cré ou greda.

Oólito significa ôvo de pedra e é a designação dada a grãos arredondados do tamanho de areia (0,25 a 2,00 mm) formados por precipitação de carbonato de cálcio em águas agitadas sobre fragmentos de quartzo ou conchas. Esta precipitação dá origem semelhantes esférulas semelhante a ovas de peixe.

As dolomitas se formam a partir cálcário por substituição de um dos átomos de cálcio pelo magnésio em aguas tépidas ricas em magnésio.

Material perigoso

PET 010 - Armadilhas geológicas

O petroleo formado na rocha formadora migra migra seguinto o movimento geral das águas subterrâneas até encontrar uma formção geológica capaz de reter e armazenar o petróleo até ser descoberto e explorado pelo homem. Esta formação consiste num arranjo de camadas permeáveis e impermeáveis conhecido como armadilha geológica. Em inglês o nome é “petroleum traps”, e deu origem a forma aportuguesada “trapa”.

As trapas podem ser classsificadas em:

1. Estruturais – quando resulta da deformação da camada por forças tectônicas compressivas como as anticlinais ou cisalhantes como as falhas.

1. Estratigraficas – quando é o resultado de uma mudança na  permeabilidade da camada armazenadora capaz de reter e armazenar o petróleo ou quando outra camada interrompe a movimentação do petróleo e
2. Combinadas – quando as duas coisas acontecem.

A maioria dos petróleos são encontrados em anticlinais e falhas. A anticlinal resulta de forças tectônicas compressiva que ondulam a camada. As ondulações com a concavidade para cima são as anticlinais e e as ondulações com a concavidade para baixo são as sinclinais. As falhas decorrem de forças tectônicas cisalhantes que partem a camada armazenadora.

Adsorção

A adsorção é um fenômeno que ocorre em interfaces do tipo fluido-sólido e que consiste na retenção de moléculas do fluido na superfície sólida. Se o fluido for multicomponente, alguns dos componentes podem ser adsorvido mais intensamente do que outros tornando o fenômeno interessante para separação e purificação.

Para entender a adsorção considere uma superfície sólida plana perfeitamente lisa ao tato. A superfície de um espelho é um bom exemplo. Apesar de lisa, a superfície, quando vista ao microscópio, apresenta-se completamente rugosa com colinas e desfiladeiros se distribuindo em toda a superfície. Estas irregularidades microscópicas são pontos de desequilíbrio das forças intermoleculares conhecidas como forças de van der Waals. Estas forças decorrem da polarização das moléculas e, por esta razão, são capazes de reter moléculas na superfície sólida. Este tipo de adsorção é conhecido como adsorção física. Por outros lado, esta irregularidades podem provocar o surgimento falhas no reticulo cristalino do sólido dando origem a ligações químicas livres onde moléculas presentes no fluido podem se ligar químicamente. Esta ligação pode ser covalente, dativa ou iônica. Estes pontos são conhecidos como sítios ativos. Este tipo de adsorção é conhecido como adsorção química. A adsorção química é responsável pelo efeito catalítico sobre algumas reações.

O sólido capaz de adsorver é conhecido como adsorvente e o componente do fluido capaz de ser adsorvido é o adsorbato.

Johannes Diderik van der Walls nasceu em Leide em 23 de novembro de 1837 e morreu em Amsterdam e 8 de março de 1923

 

Existem diferenças entre estes tipos de adsorção.

1. A adsorção física é inespecifica e toda molécula é adsorvida desde que esteja abaixo de sua temperatura crítica. A adsorção química é altamente específica e nem todas as superfícies sólidas possuem sítios ativos capazes de adsorver químicamente e nem todas as moléculas presentes no fluido podem ser adsorvidas químicamente, somente aquela capazes de se ligar ao sítio ativo. A adsorção química pode acorrer acima da temperatura crítica
2. No que se refere ao calor de adsorção, a adsorção física é da ordem do calor de condensação/vaporização situando em geral abaixo de 10 kcal/mol. Já a adsorção química o calor de adsorção é da ordem do calor de reação, portanto, acima de 20 kcal/mol.
3. Outra diferença óbvia é que a adsorção física ocorre em toda a superfície sendo, por isso não localizada. Já a adsorção química só pode ocorrer nos sítios ativos, sendo, por isso dita localizada.
4. Na adsorção física a natureza química do adsorbato não se altera, ele simplesmente é retido na interface. A adsorção química altera a natureza química do adsorbato que pode se fragmentar no processo.

Fluidos supercríticos

O diagrama abaixo é bem conhecido de todos. Ele é o diagrama de fase para uma substância pura bem comportada. Ele é um diagrama pressão versus temperatura a densidade constante. Nele podem ser vista três curvas azuis associadas a mudança de fases: uma ligando o ponto triplo ao ponto crítico que separa a região gasosa da região sólida e que corresponde a transição líquido-gás (condensação e vaporização), outra ligando o ponto triplo a origem do diagrama que separa a região sólida da região gasosa e que corresponde a transição sólido-gás (sublimação e solidificação). Finalmente, tem a curva que vai que vai do ponto triplo ao topo do diagrama a região sólida da região líquida e que corresponde a transição sólido-líquido (liquefação e vaporização).

A região amarela é a região que corresponde aos fluidos supercríticos. Esta região não tem fronteira definida. Não ocorre transição de fase quando o fluido supercrítico se transforma num líquido e nem quando ele se transforma em gás. Agora aqueles mais atentos vão perceber que existe uma transição de fase do fluido supercrítico e para o estado sólido em pressões elevadíssimas. Agora estamos em condições de definir fluido supercrítico. Qualquer substância será um fluido supercrítico se estiver submetida a temperatura e pressão maiores do que a temperatura e pressão críticas. 

Por que esta região é interessante? Simples, porque nesta região o fluido não se define nem como líquido e nem como gás, mas pode ficar “mais parecido’ com líquido ou “mais parecido” com gás mediante a variação da temperatura e/ou pressão. Isso, por seu lado, mexe também com as propriedades do fluido como densidade, viscosidade, difusividade, entalpia, etc.. Por exemplo, a densidade de um líquido é em geral 1000 vezes a densidade do seu vapor, a densidade do fluido supercrítico correspondente pode variar entre estes valores pelo manuseio da temperatura e pressão.  A sensitividade desta variação é maior quanto mais próximo estiver do ponto crítico. Mesmo tendo propriedades mais próxima do estado líquido o fluido supercrítico ocupa todo o espaço do recipiente como se fosse um gás.

Os fluidos supercríticos são completamente miscíveis entre si. Obviamente para isso as regiões supercríticas devem se superpor. Neste caso, o ponto critico é a média molar das propriedades críticas. Outra forma de obter o ponto crítico de mistura é usando equações de estado.

A engenharia química trabalha em temperaturas de centenas de graus abaixo da temperatura ambiental até pouco mais de um milhar de graus acima. Se puder optar entre refrigerar ou aquecer, ele vai preferir aquecer. No que se refere a pressão ele vai do vácuo até um milhar de atmosfera, preferindo pressurizar a fazer vácuo. Trabalhar em condições ambientais seria o nirvana da engenharia química.

Por isso, as substâncias cujos pontos críticos não estão muito afastados das condições ambientais são as preferidas para trabalhar. Isso acontece com o dióxido de carbono, por exemplo, cuja temperatura crítica é 31,1°C e cuja pressão crítica é 72,9 atm. O seu principal uso é como solvente extrator e um dos usos é na descafeinação. Água no estado supercrítico é usada na refrigeração de reatores nucleares. Outra substância muito usada e que se compara bem com dióxido de carbono nas condições operacionais é o etano cuja temperatura crítica é em torno de 32°C  e cuja pressão crítica é 48,1 atm.

Waldo Lonsbury Semon

Nasceu hoje, em 1898, em Demopolis no Alabama, Waldo Lensbury Semon. Quando tinha sete anos sua família se mudou para o estado de Washington onde seu pai trabalharia como engenheiro civil. Ele estudou em Washington e no Oregon. Ingressou na Universidade de Washington em Seatle  Onde iniciou o bacharelado em química mas depois mudou para o curso de engenharia química que concluiu em 1920. Foi ai que conheceu sua esposa Marjorie também estudante como ele com quem casou em 1920. Foi contratado como professor temporário enquanto aguardava um emprego. Doutorou-se em engenharia química m 1924. Permaneceu como instrutor na Universidade de Washington  até 1926 complementando os seus ganhos com consultorias. Foi quando o governo implementou uma lei repassando os ganhos com consultoria para o estado que Semon  se retirou da Universidade.

Foi contratado pela BF Goodrich em Akron, Ohio, onde, em 1926, inventou uma forma de plastificar o PVC misturando com outros materiais. Até então o PVC era uma substância dura e não moldável. Hoje o PVC é produzido numa escala maior do que todos os outros polímeros exceto polietileno.

PVC was first created by the German chemist Eugen Baumann in 1872. However it was never patented until 1913. Inventor, Friedrich Heinrich August Klatte initiated the polymerisation of vinyl chloride with sunlight.  Klatte was the first person to receive a patent for PVC.

O PVC foi produzido, em 1872, pelo químico alemão Eugen Baumann que nunca se preocupou em patentear o produto. O primeiro a patentear o PVC, em 1913, foi Friedrich  Heinrich August Klatte, mas ele nunca conseguiu achar um uso para o polímero até Semon entrar na história. Por sua invenção Waldo Semon recebeu a patente americana #1,929,453 e #2,188,396. O primeiro artefato produzido por Semon usando o PVC foi bola de golfe.

Semon também desenvolveu outros três plásticos: o poliuretano termoplástico, a borracha sintética “natural” e uma borracha sintética resistente a óleos. Na verdade Semon desenvolveu cerca de 5000 compostos com características de borracha. Em 1954 ,ele foi promovido a Diretor de Pesquisa de Polímeros da BF Goodrich.

Ele se aposentou em 1963 retornando a ensinar na Universidade Estadual de Kent, Ohio. Morreu aos 100 anos em 26 de maio de 1999.