sábado, 24 de março de 2012

Equação de Redlich-Kwong-Soave

O certo seria dizer equação de Redlich-Kwong modificada por Soave. A modificação foi necessária porque a equação de Redlich-Kwong não se saia bem na fase líquida. A forma da equação modificada é

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A melhor forma de perceber as alterações é comparar as duas equações.

sexta-feira, 23 de março de 2012

Diferença entre grau de avanço e conversão

O grau de avanço é uma propriedade da reação. Ele mede a extensão da reação. Aliás alguns preferem este nome. A conversão está relaciona a um componente chave, geralmente o componente medido ao longo da reação. É interessante que este componente seja o componente limitante cuja exaustão na mistura para a reação. Dada uma reação genérica

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e considerando um componente limitante k, o grau de avanço é dado pela relação

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Já a conversão é dada por

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O valor grau de avanço independe do componente usado no cálculo. Já a conversão varia de componente para componente. A relação do conversão com o grau de avanço é

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A conversão é um atributo de reagente e não deve ser aplicada a produtos sem uma longa meditação sobre as implicações. O sinal negativo decorre dos coeficientes estequiométrico dos reagentes serem negativos. Para tudo que foi dito acima ser válido a reação precisa ser isocórica.

quinta-feira, 22 de março de 2012

Equação de Colebrook

Esta equação é usada no cálculo do fator de fricção de D’Arcy-Weisbach, k, em tubos no regime turbulento

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Como não dá para explicitar k, o cálculo deve ser feito por via numérica. Outro parâmetro que aparece na equação acima é o diâmetro hidráulico, que corresponde ao quadruplo da área transversal dividido pelo perímetro molhado. O perímetro molhado é um parâmetro importante, ele considera apenas a parte do perímetro do cano molhada pelo fluido. Isso permite estender os cálculos para tubos que não estão completamente cheios e canais. Serve para calcular o número de Reynolds e o fator de fricção em tubo de qualquer seja a geometria do tubo.

Matemática em Java

Uma das grandes vantagens do Fortran, mencionada por todos os usuários, é que é uma linguagem voltada para formulas matemáticas.  Ela foi criada voltada para aplicativos voltados para ciência e engenharia. Ela é otimizada para resolver seguidamente formulas matemáticas, partindo de poucos dados para produzir poucos dados. Isso implica em que o processamento de dados deve ser o mais rápido possível.

Nos cálculos contábeis, o volume de dados alimentados descarregados é enorme. Neste caso, a entrada e saída de dados deve ser o mais rápido possível, mas o processamento nem tanto. A linguagem adequada neste caso é o Cobol.

O Java é uma linguagem voltada para redes. Então fica a questão: Como o Java processa dados? Muitos pensam que esta possibilidade nem existe nesta linguagem, mas existe.

As operações matemáticas básicas em Java são: soma (+), subtração (-), multiplicação (*), divisão (/) e modulo (%). O módulo é o resto da divisão de um número pelo outro.  Não há necessidade de maiores explicações. Praticamente todas as linguagens tem estes operadores. O Java tem vários operadores de atribuição. Aqui é bom explicar direito. São operadores de atribuição:

  1. atribuição simples  x = y + z;
  2. atribuição aditiva  x+=y     x = x + y;
  3. atribuição subtrativa  x-=y    x = x – y
  4. atribuição multiplicativa  x*=y     x = x*y
  5. atribuição divisiva  x/=y     x = x/y;

No caso de incrementos, geralmente escrito desta forma

number = number + 1

em Java pode ser escrito da seguinte forma

number+=1

Pulando para as funções matemáticas do Java. Elas estão no pacote Math que deverá ser chamado. Então vamos lá

  1. Raiz quadrada       Math.sqrt(x)  retorna a raiz quadrada de x;seno    Math.sin(x)      retorna o seno do angulo x em radianos;
  2. cosseno Math.cos(x)   retorna o cosseno do angulo x em radianos;
  3. tangente Math.tan (x)    retorna a tangente do angulo x em radianos;
  4. arco do seno  Math.asin(x)    retorna o arco do seno x;
  5. arco cosseno Math.acos(x)    retorna o arco do cosseno x;
  6. logaritmo natural Math.log(x)  retorna o logaritmo natural de x;
  7. potenciação  Math.pow(x,y)  retorna x elevado a y;
  8. máximo   Math.max(x,y) retorna o maior valor x ou y;
  9. mínimo   Math.min(x,y) retorna o menor valor x ou y;
  10. numero randômico     Math.random(x)

Quem quiser mais fundo no Java deve procurar um bom livro.

quarta-feira, 21 de março de 2012

Reações irreversíveis de primeira ordem

A forma geral das reações irreversíveis de primeira ordem é:

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Nesta expressão os coeficientes estequiométricos dentro do somatório são positivos ou nulos. A expressão cinética da reação acima em fase líquida, desprezando a variação de volume é:

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A condição inicial apropriada para este problema é:

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Este problema de Cauchy pode ser resolvido por várias rotas. Como as variáveis estão separadas a equação doe ser escrita da seguinte forma:

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Considerando a condição inicial e integrando resulta:

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Outra forma de escrever este mesmo resultado é

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Isso para o componente um, para os demais componentes o coeficiente estequiométrico deve ser considerado. Desta forma

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A principal característica da reação reversível de primeira ordem, quando um dos componentes é acompanhado versus tempo, é a linearidade entre concentração e tempo num gráfico semilog

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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