quarta-feira, 14 de março de 2012

EDO–Problemas de segunda ordem

EDO de segunda ordem

Denomina-se equação diferencial ordinária de segunda ordem a toda equação que relacione uma variável independente, clip_image002, uma função desconhecida desta variável, clip_image004, e as derivadas de primeira e segunda ordens desta função. A forma geral destas equações é

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Neste ponto vale salientar que a variável independente tanto pode ser o tempo ou uma variável espacial como uma distância, clip_image008. A natureza do problema determina qual deve ser escolhida.

Para determinar o grau desta equação, basta escreve-la como um polinômio na derivada de segunda ordem. O grau do polinômio será o grau da equação diferencial. A forma geral de uma equação do terceiro grau é

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Deixando as equações de graus superiores para outro momento e concentrando a nossa atenção nas equações de primeiro grau, então, se a derivada de segunda ordem puder ser explicitada, nem sempre isso é possível, a equação poderá ser escrita da seguinte forma:

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Esta é a forma mais comum de apresentação das equações diferenciais de segunda ordem na engenharia química. As equações que se reduzem a esta forma geral são de segunda ordem e primeiro grau.

Problema de valor inicial

Esta equação pode gerar dois tipos de problemas: um conhecido como problema de valor inicial ou problema de Cauchy e outro conhecido como problema de valor de contorno.

O problema de Cauchy, em sua forma mais comum consiste em fixar os valores da função desconhecida e da sua derivada de primeira ordem no instante inicial, clip_image014 e calcular o valor da derivada de segunda ordem usando a equação diferencial. Este problema pode ser escrito da seguinte forma

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Conhecendo-se a derivada de segunda ordem no ponto inicial, a derivada de terceira ordem é dada por

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e assim sucessiva mente para obter todas as derivadas de ordens superiores. O conhecimento das derivadas permite o desenvolvimento em série de Taylor da solução. É claro que questões sobre a convergência da série e sobre a existência e unicidade de solução podem aparecer para a delícia dos matemáticos.

Problemas de valor de contorno.

Nos problemas de valor inicial, a variável independente é geralmente o tempo. Nos problemas de vapor de contorno, a variável independente é uma distância espacial. Por isso, t será substituído por x. No problema de valor de contorno, a função desconhecida é especificada em dois pontos. Assim,

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Quem for mais atento com certeza percebeu estar diante se um sistema de duas equações e duas incógnitas . As duas incógnitas são exatamente as derivadas da função desconhecida. Se é possível resolver é outra questão. Fica para depois.

domingo, 11 de março de 2012

Fator de caracterização K de Watson

O fator de caracterização de Watson está ligado  a aromaticidade e a parafinicidade do petróleo ou fração. Ele é calculado pela fórmula:

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Por extenso, é a razão  entre a raiz cúbica do ponto de ebulição médio (MABP) em ºR, e a densidade específica a 15ºC  (60ºF) do petróleo. Este fator varia de 10 a 15. O valor 10 corresponde a alta aromaticidade e o valor 15 a alta parafinicidade.Este fator de caracterização pode servir para outras coisas como determinar o índice de viscosidade, o peso molecular, a temperatura crítica, o ponto de anilina, etc. Vale tanto para substâncias puras como para misturas já que segue a regra de mistura. O fator de caracterização do propano é 14,7, do tolueno, 10.1 e do ciclopentano, 11,2. O fator de caracterização de Watson segue a regra de mistura o que facilita os cálculos. Assim

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sexta-feira, 9 de março de 2012

Solubilidade de ácidos, bases, sais e óxidos em água

É sempre bom saber .

  • Qualquer que seja o ânion, os sais dos metais alcalinos e de amônia são solúveis;
  • Qualquer que seja o ânion, os ácidos correspondentes são solúveis;
  • Todos os nitratos e acetatos são solúveis;
  • Os halogenetos (cloreto, iodeto e brometo) são solúveis excetos os de prata, chumbo e mercúrio (I);
  • Os sulfatos de cálcio, bário, estrôncio, prata, chumbo e radio são insolúveis e todos os demais solúveis;
  • Todos os carbonatos, sulfitos e fosfatos são insolúveis exceto os de metais alcalinos, de amônia;
  • Todos os hidróxidos são insolúveis exceto os de metais alcalinos, amônia e bário;
  • Os sulfetos dos metais alcalinos, alcalinos terrosos e amônia são solúveis e todos os demais insolúveis e
  • Todos os óxidos são insolúveis exceto os de metais alcalinos, cálcio e bário.

segunda-feira, 13 de fevereiro de 2012

Destilação reativa

Em algum lugar deste blog, não sei quando e nem onde, foi declarado que praticamente todas as operações unitárias poderiam ser realizadas simultaneamente com uma reação no mesmo equipamento. É o que acontece na destilação reativa. A reação é realizada num destilador que assume uma função dual, sendo ao mesmo tempo destilador e reator. Isso parece ser algo exótico e raro, mas não é. Basta colocar “reactive distillation” no google

Se a destilação for abordada como uma operação em estágios equilibrados, em cada estágio é suposto haver equilíbrio líquido-vapor e químico. Nada impede contudo o uso de estágios não equilibrados, onde as velocidades de transferência massa e de reação sejam considerados.

Considere a reação reversível que ocorre na fase líquida

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onde, no equilíbrio

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Ela poderia ser uma esterificação onde

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Obviamente a ordem de volatilidade afeta bastante o resultado.  Admitindo que C seja mais volátil do que D, então vale a Figura a seguir

 

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Obviamente, nada pode ser tão perfeito como mostrado acima, mas pode  chegar bem perto, quem diz isso é a lei de Le Chatelier. Basta colocar a massa cinzenta para funcionar. O resto só em literatura especializada como a listada a seguir.

Em termos de projeto as colunas de destilação reativas  é bem parecida com as não reativas. A única diferença é o acréscimo do equilíbrio químico nas equações de balanço.Os destiladores reativos pode ser usados industrialmente para realizar: eterificação (MTBE, ETBE e TAME); esterificação ou hidrolise; transesterificação; hidrogenação; hidrodesulfurização; hidrodenitrogenação; hidrocraqueamento, cloração, etc..

sábado, 11 de fevereiro de 2012

Como fica o pH se o solvente não for a água?

É uma situação interessante, mas incomum. A água é um solvente largamente disponível e ubíquo natureza.  Achar uma situação onde apareça uma solução não-aquosa é uma tarefa complicada.

A escala de pH é uma escala logarítmica inventada por Sorensen para servir com medida “potência hidrogeniônica” de uma solução, representada sinteticamente como pH.  Neste aspecto, se assemelha a outras escalas logarítmicas como, por exemplo, a escala Ritcher que mede a potência dos terremotos, a escala Bell que mede a potência sonora, etc.  A formula que define o pH é

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No caso de soluções onde outros íons estão presente a concentração molar é substituída pela atividade e a definição de pH fica

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Em qualquer caso, o que importa mesmo é a presença de H+ na solução. Então, todos os solventes que liberam H+ podem exercer o papel da água na definição da acidez e basicidade da solução via pH. Estão neste caso, além da água, o metanol, o etanol, o ácido acético, a amônia, a etilenodiamina, etc.

Considerando os exemplos acima tem-se que:

  • agua

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  • metanol

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  • etanol

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  • ácido fórmico

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  • acido acético

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  • amônia

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  • etilenodiamina

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Para calcular o valor do pH da água pura parte-se do valor da constante de dissociação a 25º C

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Disto resulta que

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Inserindo este valor na definição do pH resulta que o pH da água pura é 7. Então pH = 7 marca a viragem de ácido-base quando o solvente é a água.

Se o solvente for o etanol constante de dissociação a 25ºC é

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Procedendo como para a água, o pH do etanol puro é 10,04, que corresponde ao ponto de viragem quando quando o solvente é o etanol. E se for o ácido fórmico? Neste caso

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e o pH do ácido fórmico puro é 3,60. Para os outros vale o mesmo raciocínio.

segunda-feira, 30 de janeiro de 2012

EPI– Equipamentos de proteção individual

Estes equipamentos são regidos pela norma NR-6 da ABNT. A seguir é apresentada a lista que aparece nesta norma sem comentários.  As fotos são apenas ilustrativas e não aparecem na NR-6.. Uma questão muito levantada aqui é a questão da cor principalmente dos capacetes. Até onde sabemos é uma questão interna da empresa. É interessante que a escolha da cor respeite a hierarquia.

A – EPI PARA PROTEÇÃO DA CABEÇA

A.1 – Capacete

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  1. Capacete de segurança para proteção contra impactos de objetos sobre o crânio;
  2. Capacete de segurança para proteção contra choques elétricos;
  3. Capacete de segurança para proteção do crânio e face contra riscos provenientes de fontes geradoras de calor nos trabalhos de combate a incêndio.

A.2 – Capuz (inovação)

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  1. Capuz de segurança para proteção do crânio e pescoço contra riscos de origem térmica;
  2. Capuz de segurança para proteção do crânio e pescoço contra respingos de produtos químicos;
  3. Capuz de segurança para proteção do crânio em trabalhos onde haja risco de contato com partes giratórias ou móveis de máquinas.

B – EPI PARA PROTEÇÃO DOS OLHOS E FACE

B.1 – Óculos

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  1. Óculos de segurança para proteção dos olhos contra impactos de partículas volantes;
  2. Óculos de segurança para proteção dos contra luminosidade intensa;
  3. Óculos de segurança para proteção dos olhos contra radiação ultra-violeta;
  4. Óculos de segurança para proteção dos olhos contra radiação infra-vermelha;
  5. Óculos de segurança para proteção dos olhos contra respingos de produtos químicos.

B.2 – Protetor facial

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  1. Protetor facial de segurança para proteção da face contra impactos de partículas volantes;
  2. Protetor facial de segurança para proteção da face contra respingos de produtos químicos;
  3. Protetor facial de segurança para proteção da face contra radiação infra-vermelha;
  4. Protetor facial de segurança para proteção dos olhos contra luminosidade intensa.

B.3 – Máscara de Solda

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  1. Máscara de solda de segurança para proteção dos olhos e face contra impactos de partículas volantes;
  2. Máscara de solda de segurança para proteção dos olhos e face contra radiação ultra-violeta;
  3. Máscara de solda de segurança para proteção dos olhos e face contra radiação infra-vermelha;
  4. Máscara de solda de segurança para proteção dos olhos e face contra luminosidade intensa.

C – EPI PARA PROTEÇÃO AUDITIVA

C.1 – Protetor auditivo (inovação)

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  1. Protetor auditivo circum-auricular para proteção do sistema auditivo conta níveis de pressão sonora superiores ao estabelecido na NR-15, Anexos I e II;
  2. Protetor auditivo de inserção para proteção do sistema auditivo contra níveis de pressão sonora superiores ao estabelecido na NR-15, Anexos I e II;
  3. Protetor auditivo semi-auricular para proteção do sistema auditivo contra níveis de pressão sonora superiores ao estabelecido na NR-15, Anexos I e II.

D – EPI PARA PROTEÇÃO RESPIRATÓRIA

D.1 – Respirador purificador de ar (inovação)

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  1. Respirador purificador de ar para proteção das vias respiratórias contra poeiras e névoas;
  2. Respirador purificador de ar para proteção das vias respiratórias contra poeiras, névoas, e fumos;
  3. Respirador purificador de ar para proteção das vias respiratórias contra poeiras, névoas, fumos e radionuclídeos;
  4. Respirador purificador de ar para proteção das vias respiratórias contra vapores orgânicos ou gases ácidos em ambientes com concentração inferior a 50 ppm (parte por milhão);
  5. Respirador purificador de ar para proteção das vias respiratórias contra gases emanados de produtos químicos;
  6. Respirador purificador de ar para proteção das vias respiratórias contra partículas e gases emanados de produtos químicos;
  7. Respirador purificador de ar motorizado para proteção das vias respiratórias contra poeiras, névoas, fumos e radionuclídeos.

D.2 – Respirador de adução de ar

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  1. respirador de adução de ar tipo linha de ar comprimido para proteção das vias respiratórias em atmosferas com concentração.

    Imediatamente Perigosa à Vida e à Saúde e em ambientes confinados;

  2. máscara autônoma de circuito aberto ou fechado para proteção das vias respiratórias em atmosferas com concentração Imediatamente Perigosa à Vida e à Saúde e em ambientes confinados.

D.3 – Respirador de fuga (inovação)

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  1. Respirador de fuga para proteção das vias respiratórias contra agentes químicos em condições de escape de atmosferas Imediatamente Perigosa à Vida e à Saúde ou com concentração de oxigênio menor que 18% em volume.

E – EPI PARA PROTEÇÃO DO TRONCO

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E.1 – Vestimentas (inovação) de segurança que ofereçam proteção ao tronco contra riscos de origem térmica, mecânica, química, radioativa e meteorológica e umidade (inovação) proveniente de operações com uso de água.

F – EPI PARA PROTEÇÃO DOS MEMBROS SUPERIORES

F.1 – Luva

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  1. Luva de segurança para proteção das mão contra agentes abrasivos e escoriantes;
  2. Luva de segurança para proteção das mãos contra agentes cortantes e perfurantes;
  3. Luva de segurança para proteção das mãos contra choques elétricos;
  4. Luva de segurança para proteção das mãos contra agentes térmicos (inovação);
  5. Luva de segurança para proteção das mãos contra agentes biológicos;
  6. Luva de segurança para proteção das mãos contra agentes químicos;
  7. Luva de segurança para proteção das mãos contra vibrações (inovação);
  8. Luva de segurança para proteção das mãos contra radiações ionizantes.

F.2 – Creme protetor

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  1. Creme protetor de segurança para proteção dos membros superiores contra agentes químicos, de acordo com a Portaria SSST nº 26, de 29/12/1994.

F.3 – Manga

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  1. Manga de segurança para proteção do braço e do antebraço contra choques elétricos;
  2. Manga de segurança para proteção do braço e do antebraço contra agentes abrasivos e escoriantes;
  3. Manga de segurança para proteção do braço e do antebraço contra agentes cortantes e perfurantes;
  4. Manga de segurança para proteção do braço e do antebraço contra umidade proveniente de operações com uso de água;
  5. Manga de segurança para proteção do braço e do antebraço contra agentes térmicos.

F.4 – Braçadeira

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a) Braçadeira de segurança para proteção do antebraço contra agentes cortantes.

F.5 – Dedeira

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  1. Dedeira de segurança para proteção dos dedos contra agentes abrasivos e escoriantes.

G – EPI PARA PROTEÇÃO DOS MEMBROS INFERIORES

G.1 – Calçado

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  1. Calçado de segurança para proteção contra impactos de quedas de objetos sobre os artelhos;
  2. Calçado de segurança para proteção dos pés contra choques elétricos;
  3. Calçado de segurança para proteção dos pés contra agentes térmicos;
  4. Calçado de segurança para proteção dos pés contra agentes cortantes e escoriantes;
  5. Calçado de segurança para proteção dos pés e pernas contra umidade proveniente de operações com uso de água;
  6. Calçado de segurança para proteção dos pés e pernas contra respingos de produtos químicos.

G.2 – Meia

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  1. Meia de segurança para proteção dos pés contra baixas temperaturas.

G.3 – Perneira

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  1. Perneira de segurança para proteção da perna contra agentes abrasivos e escoriantes;
  2. perneira de segurança para proteção da perna contra agentes térmicos;
  3. perneira de segurança para proteção da perna contra respingos de produtos químicos;
  4. perneira de segurança para proteção da perna contra agentes cortantes e perfurantes;
  5. perneira de segurança para proteção da perna contra umidade proveniente de operações com uso de água.

G.4 – Calça

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  1. Calça de segurança para proteção das pernas contra agentes abrasivos e escoriantes;
  2. calça de segurança para proteção das pernas contra respingos de produtos químicos;
  3. calça de segurança para proteção das pernas contra agentes térmicos;
  4. calça de segurança para proteção das pernas contra umidade proveniente de operações com uso de água.

H – EPI PARA PROTEÇÃO DO CORPO INTEIRO

H.1 – Macacão

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  1. Macacão de segurança para proteção do tronco e membros superiores e inferiores contra chamas;
  2. macacão de segurança para proteção do tronco e membros superiores e inferiores contra agentes térmicos;
  3. macacão de segurança para proteção do tronco e membros superiores e inferiores contra respingos de produtos químicos;
  4. macacão de segurança para proteção do tronco e membros superiores e inferiores contra umidade proveniente de operações com uso de água.

H.2 – Conjunto

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  1. Conjunto de segurança, formado por calça e blusão ou jaqueta ou paletó, para proteção do tronco e membros superiores e inferiores contra agentes térmicos;
  2. conjunto de segurança, formado por calça e blusão ou jaqueta ou paletó, para proteção do tronco e membros superiores e inferiores contra respingos de produtos químicos;
  3. conjunto de segurança, formado por calça e blusão ou jaqueta ou paletó, para proteção do tronco e membros superiores e inferiores contra umidade proveniente de operações com uso de água;
  4. conjunto de segurança, formado por calça e blusão ou jaqueta ou paletó, para proteção do tronco e membros superiores e inferiores contra chamas.

H.3 – Vestimenta de corpo inteiro

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  1. Vestimenta de segurança para proteção de todo o corpo contra respingos de produtos químicos;
  2. vestimenta de segurança para proteção de todo o corpo contra umidade proveniente de operações com água.

I – EPI PARA PROTEÇÃO CONTRA QUEDAS COM DIFERENÇA DE NÍVEL

I.1 – Dispositivo trava-queda

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  1. Dispositivo trava-queda de segurança para proteção do usuário contra quedas em operações com movimentação vertical ou horizontal, quando utilizado com cinturão de segurança para proteção contra quedas.

I.2 – Cinturão

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  1. Cinturão de segurança para proteção do usuário contra riscos de queda em trabalhos em altura;
  2. cinturão de segurança para proteção do usuário contra riscos de queda no posicionamento em trabalhos em altura.

sábado, 28 de janeiro de 2012

Reforma catalítica

No craqueamento as moléculas são quebradas visando a produção de moléculas menores do que resultam frações mais leves. Na reforma as moléculas são alteradas estruturalmente sem serem quebradas.  Na reforma catalítica as parafinas são transformadas em naftenos e estes, por sua vez em aromáticos. Nestas transformações há produção de hidrogênio.  As reações pode ser escritas da seguinte forma

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Se a parafina fosse o hexano, a primeira reação a transformaria em ciclo hexano e a segunda transformaria o ciclo hexano em benzeno. Inevitavelmente, ocorrem hidrocraqueamento de parafinas e naftenos. Os aromáticos são estáveis.  Hidrocraqueamento é o craqueamento na presença de hidrogênio que será descrito alhures. A reforma catalítica é praticada com dois objetivos: alterar uma propriedade da fração reformada, por exemplo, a octanagem, ou produzir insumos petroquímicos, por exemplo, benzeno, tolueno, orto, meta e para-xileno, etc. A matéria prima mais usada são as naftas leve e pesada.

A temperatura deve se situar acima de 450º C e não deve exceder  540º C.  Operando no limite superior a 10 atmosfera consegue-se a conversão total dos naftenos em aromáticos. A reação é endotérmica e energia deve ser introduzida no processo. O catalisador é sólido e o reator é de leito fixo. A reação é conduzida numa bateria de reatores de leito fixo

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A nafta é levada para uma fornalha onde é aquecida até alcançar a temperatura máxima e dai segue para o primeiro reator. Como a reação é endotérmica, a temperatura cai com o avanço das reações até atingir a temperatura mínima quando é retirada do reator e levada para a fornalha para retornar a temperatura máxima seguindo para o segundo reator. Onde tudo se repete. Normalmente são necessários três ou mais reatores para alcançar o resultado desejado. Saindo do último reator a fração reformada segue para as fracionadoras se o objetivo for insumos petroquímico. Se o objetivo for aumento do numero de octanas, então a nafta reformada é denominada gasolina de reforma e vai se juntar ao pool de gasolinas da refinaria.