Blog de Marcelo Melo

Gostei do Blog sobre engenharia química de Marcelo Melo, português de Maia, Porto, Portugal. Recomendo para todos os que se interessam por essa modalidade de engenharia. Agradável de ler e muito informativo.

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REF 012 - As reações usadas nas refinarias

O processamento do petróleo começa quando ele chega aos tanques de armazenamento da refinaria. Do tanque o petróleo é levado a dessalgadora para retirar a água e o sal nele contido. Atendido os requisitos quanto aos teores permitido de água e sal, o petróleo é levado para uma fornalha onde é aquecido até a temperatura máxima possível sem que ocorra quebra molecular. Parcialmente vaporizado o petróleo é levado a coluna atmosférica onde é fracionado. Para produzir mais frações ainda sem que ocorra quebra molecular, o petróleo é levado para uma fornalha para ser aquecido até o limite e enviado para a coluna de vácuo onde é novamente fracionado. Com isso se consegue um máximo de onze frações para serem processadas para produzir combustíveis e lubrificantes. Isso tudo já foi visto. Até aqui todo o esforço foi envidado no sentido de não quebrar moléculas. Agora esta restrição é retirada e quebrar e reformar moléculas por métodos químicos passa a ser válido.

O objetivo deste tópico é listar os processos químicos, por enquanto, sem entrar em detalhes. Não vamos listar todos, mas apenas os principais.

1. Alquilação – Visa a produção de uma mistura rica em isoctano para a produção de combustíveis de alta octanagem explorando o isobutano, o propileno e o butileno presentes em frações gasosas.

2. Pirolise – Consiste em aquecer a fração acima da temperatura de craqueamento molecular. Antes da invenção do craqueamento catalítico era a principal via para aumentar a produção de combustíveis brancos (gasolina e diesel) a partir de frações pesadas. Hoje é praticada com o objetivo de produção de olefinas sendo realizada usando misturas contendo etano, propano e butano, ou, então, usando a nafta leve. A matéria prima é escolhida de acordo com a demanda das principais olefinas pelo mercado.

3. Reforma catalítica – Consiste em ciclizar as moléculas aumentando o teor de naftenos e aromáticos na fração processada. É realizada com dois objetivos: aumentar a octanagem da fração ou produzir aromáticos visando a indústria petroquímica. No primeiro caso, a reforma é realizada na nafta leve e, no segundo, na nafta pesada.

4. Craqueamento catalítico – Realiza a quebra molecular não apenas por elevação da temperatura, mas, também, pelo uso de um catalisador especifico. A matéria prima explorada são os gasóleos produzidos nas colunas atmosférica e de vácuo.

5. Hidrocraqueamento – O craqueamento é feito juntamente com hidrogênio que evita o coqueamento do catalisador. O seu ponto fraco é a disponibilidade de hidrogênio. O principal produtor de hidrogênio na refinaria é a reforma catalítica mencionada acima que inexiste em muitas refinarias.

6. Hidrotratamento - Consiste em em reduzir os teores de olefinas e aromáticos mediante reação catalisada com o hidrogênio. As olefinas tendem a polimerizar e fedem. Também retira o enxofre e o nitrogênio poluentes atmosféricos na forma de SOx e NOx produzidos na combustão..

7. Coqueamento retardado – Visa mais a produção de coque a partir das frações mais pesadas. Como subproduto resultam combustíveis leves. Porque retardado? Er … depois isso será explicado.

Tem mais, muito mais, mas devagar que o santo é de barro. O resultados destes processos químicos é a disponibilização de de diversas "gasolinas" para a formulação da gasolina comercial. São elas a gasolina alquilada, a gasolina de pirolise, a gasolina de reforma, a gasolina de craqueamento, a gasolina de coqueamento e por ai vai. O mesmo acontece com o diesel e outros combustíveis.

PET 018 - Lodo de perfuração

Na figura a seguir está representado de uma forma extremamente simples um poço sendo perfurado. O triangulo no fundo do poço é a broca que gira em torno do seu eixo fragmentando a rocha. O lodo de perfuração desce pelo eixo até a broca e retorna pela seção anular para a superfície onde é reprocessado e devolvido ao poço. Este lodo é conhecido como lodo de perfuração. Outros nomes são lodo ou fluido de lavagem,  fluido de perfuração.

O lodo de perfuração tem várias funções:

1. arrastar os fragmentos de rocha para a superfície;
2. limpar e esfriar a broca;
3. atuar como lubrificante onde houver atrito;
4. exercer uma contrapressão de forma a evitar a entrada de fluidos no poço;
5. evitar que os fragmentos de rocha se sedimentem no fundo nas paradas das perfurações;
6. obturar os orifícios das camadas porosas atravessadas na perfuração;
7. ser inerte em relação aos detritos;
8. ser bombeável;
9. proteger contra a corrosão e
10. ser formada por materiais baratos e disponíveis.

O lodo pode ser a base de água ou a base de óleo. A água leva a vantagem de ser mais disponível e refrigerar melhor e a desvantagem de encharcar tudo por onde passa desestabilizando a rocha. Os lodos a base de óleo tem a principal desvantagem de serem poluente.

Para dar propriedades pseudoplásticas ao lodo,  uma argila, por exemplo, bentonita, é adicionada à água. A xantana é um polissacarídeo usado para conferir propriedades não newtonianas. Os fluidos pseudoplásticos diminuem a viscosidade com a taxa de deformação. Assim, se comporta como um fluido pouco viscoso na região em torno da broca facilitando a suspensão e arraste dos debris e se comporta como um fluido muito viscoso dificultando a sedimentação fora da região da broca.  Para dar mais densidade ao lodo e aumentar a contrapressão um mineral denso, por exemplo, barita, pode ser adicionado. Outras substâncias podem ser adicionadas para adequar as camadas que vão sendo atravessadas.

Quem cuida disso é o engenheiro de lodo, um profissional devidamente qualificado para esta tarefa, que parece, mas não é simples.

A qualidade do lodo de perfuração é acompanhada usando o funil de lodo (marsh funnel). O tempo de escoamento neste funil é interpretado como uma viscosidade. para obter a viscosidade em centipoise  basta usar a formula:

onde a densidade é expressa em gramas por militro.O principio de funcionamento é similar a vários viscosímetros. O funil de lodo tem dimensões bem especifica e uma capacidade de 1,5 litro.

Olhando o topo do funil de lodo nota-se uma peneira. O lodo é introduzido no funil através desta peneira que retem as particulas maiores e evita que ocorram entupimentos.

TD 022 - Como converter calores específicos isobáricos em isocóricos e vice versa

Como foi dito, é mais fácil determinar o calor específico isobárico do que o isocórico. Dificilmente os dois serão encontrados juntos. Então um precisa ser calculado a partir do outro. A equação básica que liga os dois calores específicos é a equação do primeiro princípio, mas escrita de uma forma diferente:

Como a equação do primeiro princípio, esta equação se chama equação de Mayer. Se o material for um gás ideal, ele obedecerá à equação dos gases ideais, também conhecida como equação de Clapeyron,

Neste caso,

Se o material não for gás ideal então uma equação de estado a equação de estado apropriada deve ser buscada. A escolhida poderá a equação deverá ser uma das equações cúbicas, também conhecidas como equações da família de van der Waals. Dentre estas equações as mais apreciadas são as equações de Redlich-Kwong-Soave e Peng-Robinson. Considerando a própria equação de van der Waals a relação acima fica:

Como tanto R como a são positivos, o calor específico isobárico é sempre maior do que o isocórico. Na situação mais radical as derivadas necessárias devem ser obtidas diretamente de dados experimentais.

CN 03 - Cálculo do erro de cálculo

O erro de uma medição depende da precisão do instrumento usado sendo de meia unidade na última casa seja o instrumento analógico ou digital. Se outros erros como a má técnica de uso do instrumento devem ser considerados, então o cálculo do erro mais provável por repetição honesta da medição é o caminho das pedras.

Raramente o valor medido é o que interessa. Muitas vezes, os valores medidos são usados para calcular o valor que realmente interessa. Por exemplo, para calcular a densidade o peso e o volume da amostra são medidos e a densidade obtida pela divisão do peso pelo volume. A questão é: conhecendo os erros nas medições qual é o erro cometido no resultado do cálculo?

Sejam três medições com os respectivos erros:

O resultado desejado é obtido pela expressão

O erro do cálculo é dado pela relação

Esta fórmula tem muitas utilidades. A generalização para N medições fica por conta de cada um. Não é uma coisa complicada. A melhor forma de entender é através de um exemplo.

Exemplo – O diâmetro de um circulo foi calculado usando uma trena milimétrica. O valor encontrado foi 0,842m. Neste caso o erro é de 0,0005m, isto é meia unidade na última casa. O cálculo da área é feito usando a fórmula

O valor de pi usado é 3,14 o que implica em que o erro é de 0,005. O erro é dado por:

Inserindo os valores numéricos

Assim

O que é um resultado muito ruim e impreciso. Aumentando o valor de pi para 3,1416 o resultado passa a ser

Aumentando a precisão de pi mais preciso será o calculo da área.

Efeito Barus

Aproveitando o embalo, o efeito Barus é outro efeito que se deve a viscoelasticidade de fluidos. Quando um fluido newtoniano sai de um orifício o filete afina-se.  Isso pode ser observado em qualquer torneira disponível.  Basta que a torneira seja aberta cuidadosamente para evitar turbilhonamento. Nos fluidos que apresentam tensões normais o filete alarga-se na saída do orifício. Este efeito, que pode ser observado na foto abaixo é conhecido como efeito Barus.  Ele também é conhecido como efeito Merrington.

Polímeros fundidos e soluções poliméricas apresentam este efeito que deve ser considerado no dimensionamento de orifícios nas extrusoras.

Efeito Weissenberg

É um efeito e devido ao surgimento de tensões normais. Para observar basta girar um bastão imerso num fluido. Nos fluidos “normais”, que não apresentam tensões normais, a força centrífuga empurra o fluido contra a parede do recipiente cilíndrico. Pode ser qualquer recipiente, mas no cilíndrico fica mais bonito. Como não há tensões normais a superfície do abaúla-se  com a concavidade para baixo. O nível mínimo ocorre no eixo e o máximo na parede do copo onde o experimento está sendo realizado.. Isto todo mundo sabe.

Quando tensões normais surgem e conseguem superar a força centrífuga fluido move-se  na direção do bastão ascendendo até que o equilíbrio seja alcançado. O efeito pode ser bem dramático como mostra a foto a seguir. O efeito Weissenberg está associado a viscoelasticidade

A foto acima foi produzida no MIT. Para os São Tomés o fluido doméstico que apresenta efeito Weissenberg é o shampoo, mas não espere mais de 1 ou 2 cm. Quanto mais rápido girar o bastão mais acentuado será o efeito.