PET 006 - Composição do petróleo: hidrocarbonetos

O petróleo é basicamente formado por hidrocarbonetos, juntamente com pequenas frações de compostos orgânicos contendo oxigênio, nitrogênio e enxofre na estrutura molecular. Também aparecem grupos de substâncias de elevados pesos moleculares classificadas como resinas e asfaltenos.

Considerando apenas os hidrocarbonetos, substâncias contendo apenas carbono e hidrogênio, o petróleo é formado principalmente por hidrocarbonetos pertencentes a três séries:

1. Parafinas 15% até 60%

2. Naftenos 30% até 75%

3. Aromáticos 6% até 30%

As parafinas são hidrocarbonetos saturados de cadeia aberta, podendo ser de cadeia linear ou ramificada. Pertencem a série homologa dos alcanos. Os quatro alcanos com até quatro carbonos, metano, etano, propano, butano e isobutano, são gasosos. Isso significa que são gasosos nas CNTP, 0°C e 1 atm. As parafinas de cinco a quinze carbonos são líquidas e acima disso são sólidas. No petróleosão encontradas parafinas com até quarenta carbonos.

As parafinas se caracterizam pelo grande número de isômeros. O pentano, que é a parafina líquida mais leve, tem três isomeros, o pentano, o isopentano e o neopentano. O pentadecano que é a parafina líquida mais pesada, com quinze carbonos, tem 4347 isômeros. Já o tetracontano, com quarenta carbonos, tem 62.491.178805.831 isômeros. Felizmente, a maior parte das parafinas presentes no petróleo são lineares e as parafinas ramificadas tem cadeias com ramificações curtas com um ou dois carbonos.

Os naftenos são hidrocarbonetos saturados de cadeia fechada. Pertencem a série dos ciclanos. Os membros menores desta série o ciclo propano e o ciclo butano e seus homologos não são encontrados no petróleo. Os naftenos mais leves são, portanto, o ciclopentano e o ciclohexano. No petróleo aparecem naftenos policíclicos, mas não com mais de seis anéis. Exemplos de naftenos diciclicos são o pentalano, o hidrindano e a decalina.

Cicloexano

Os aromáticos são hidrocarbonetos constituídos por anel benzenicos. O membro mais simples é o próprio benzeno, mas inclui também o tolueno e os três isômero do xileno. Substâncias aromáticas policiclicas também aparecem no petróleo.

Tolueno

Hidrocarbonetos hibridos também aparecem nos petróleos. Tanto os ciclanos como os aromáticos podem ter cadeia laterais longas dando um caracter hibrido. Por exemplo, o hexilciclohexano. Nos hidrocarbonetos policiclico um anel pode ser saturado e outro ser o anel benzenico, por exemplo a tetralina.

Tetralina

Considerando os hidrocarbonetos puros, o hidrocarboneto será considerado aromático se contiver um anel benzênico na sua estrutura. Basta a existência de um anel benzênico para ser considerado aromático. Se na estrutura do hidrocarboneto não existir um anel benzênico, mas existir um anel ciclânico ele será um hidrocarboneto naftênico. Basta a existência de um anel saturado. Se nenhum anel existir na estrutura do hidrocarboneto ele será parafínico. Esta regra simplifica bastante a classificação.

Hidrocarbonetos da série homologa dos alcenos e alcinos não são encontrados no petróleo bruto. Se aparecem nas frações é porque foram formados durantes o processamento especialmente em operações de craqueamento.

Se dependesse dos hidrocarboneto o petróleo seria um líquido claro e transparente.

Reatores químicos

Os reatores químicos são equipamentos que realizam reações em escala industrial para transformação de matérias primas em produtos. Esta definição exclui os equipamentos e vidrarias de laboratórios que realizam reações como parte de procedimentos analíticos e sintéticos ou como parte de determinações de propriedades físico-química de materiais. Isso exclui os béqueres, balões, calorímetros e assemelhados. São exceções as réplicas em pequena escala de reatores industriais destinados à simulação, pesquisa e desenvolvimento do equipamento.

Também não são considerados reatores químicos os equipamentos que realizam reações em escala industrial com a finalidade exclusiva de produção de energia. Por exemplo, a fornalha que queima óleo para produção de vapor não é um reator, mas a fornalha que queima óleo para a produção de negro de fumo é.

Em princípio qualquer equipamento industrial pode ser um reator químico, pois a reação pode ser realizada numa válvula misturadora, numa coluna de destilação, num bico ejetor, etc. Obviamente, a principal restrição é que a reação seja intencional e que vise a transformação química de matérias primas em produtos comercializáveis.

A classificação primária dos reatores químicos pode ser feita com base na forma de energia usada na realização da reação. Por esse critério eles podem ser:

· Termoquímicos – a energia é fornecida ou retirada em forma de calor;

· Eletroquímicos – a reação decorre da passagem de corrente elétrica na mistura;

· Fotoquímicos – a reação ocorre devido à energia fotônica emitida por lâmpadas e

· Bioquímicos – a reação utiliza a energia química proveniente do catabolismo celular.

Os reatores termoquímicos são, de longe, os mais comuns nas indústrias químicas e os mais estudados nos cursos de engenharia química. Estão nesta categoria os polimerizadores, os reatores encontrados nas refinarias como os craqueadores térmico e catalítico, reformador catalítico, etc.

Os reatores eletroquímicos normalmente realizam reações com energia livre desfavorável. A Monsanto, por exemplo, fabrica a adiponitrila a partir da acrilonitrila por via eletroquímica. A fabricação do alumínio a partir da alumina é outro exemplo.

Os reatores fotoquímicos são aqueles que realizam reações usando a energia fotônica emitida por lâmpadas especiais. Por exemplo, a produção do BHC pela cloração do benzeno pode ser feita em reatores fotoquímicos.

Os reatores bioquímicos estão ligados a biotecnologia que utiliza a ação de células vivas para realizar a transformação desejada. Desta forma são produzidos ácidos orgânicos, bebidas, antibióticos, anticorpos monoclonais, etc. As células vivas podem ser microrganismos ou células de tecidos vivos. As dornas de fermentação usadas na produção de etanol são exemplos de reatores bioquímicos.

EDO 008 – Equações homogêneas

Uma função f(t,u) é dita ser homogênea de graus n se

Exemplo: Considere a função

Esta função é homogênea de grau três uma vez que

Se n é igual a zero, a equação é dita homogênea de grau zero.

Uma equação diferencial ordinária de primeira ordem do tipo

é dita ser homogênea se a função no membro a direita for homogênea de grau zero, isto é, se

Neste caso, a transformação

converte a equação numa equação com variáveis separadas. Derivando resulta

que inserida na equação original resulta

onde

A solução do problema de Cauchy é:

ou melhor

A solução pode ser expressa em termos de u se v for substituido por u/t.

Exemplo: – Considere a equação diferencial homogênea

Aplicando o método acima e integrando resulta

Fazendo a substituição chega-se à

TD 017 – Primeiro princípio da termodinâmica

O primeiro princípio da termodinâmica é o princípio da conservação da energia. O seu enunciado é bem simples: a energia não pode ser criada e nem destruída apenas transformada. Es

Considerando um sistema termodinâmico fechado, a única forma possível de variar a quantidade de energia do sistema é através do movimento de energia através da fronteira. Não havendo movimento de material através da fronteira de sistemas fechados, não existe movimento de energia associado.

A energia total do sistema é conhecida como energia interna. Ela inclui todas as formas de energia armazenadas em todos os nichos: no núcleo atômico, na capa eletrônica dos átomos, nos movimentos translacional, vibracional e rotacional das moléculas, etc.

Representando a energia interna por E, o calor por q e o trabalho por w, o primeiro princípio pode ser escrito da seguinte forma

O calor é o movimento de energia entre o sistema e o ambiente cuja causa é uma diferença de temperatura, então só existe um calor. O trabalho, contudo, é o movimento de energia entre o sistema e o ambiente cuja causa é qualquer outra menos diferença de temperatura. Então existem muitos trabalhos cada um com a sua causa. A termodinâmica é construída em cima do trabalho de expansão e contração do sistema. As outras formas de trabalho são ignoradas e adicionadas ao primeiro princípio conforme forem necessárias. Neste caso,

Explicitando o calor tem-se que

Esta expressão tem as seguintes limitações:

· O sistema deve ser fechado;

· O sistema deve permitir troca de energia com o ambiente na forma de calor

· O sistema deve se expandir e contrair e

· O sistema deve ser isolado para todas as outras formas de transferência de energia menos expansão e contração.

A primeira limitação impede a transferência de matéria entre o sistema e seu ambiente. A segunda estabelece que a vizinhança não pode ser material isolante térmico. Se a vizinhança do sistema for um material isolante térmico

e

As duas últimas limitam o trabalho excluindo todas as formas que não sejam de expansão e contração do sistema. O sistema deve ser, portanto, isolados a todos os campos de força ou, pelo menos não se movimentar nestes campos.

A energia interna é uma função de estado?

Outra forma de enunciar o primeiro princípio é a seguinte: num sistema que sofre uma transformação cíclica, onde o estado inicial é igual ao estado final, o trabalho realizado sobre o sistema é igual calor liberado pelo sistema. Este enunciado decorre da equivalência mecânica do calor . Posto matematicamente resulta

Esta expressão matemática segue a convenção de que a energia ganha pelo sistema é positiva e que a perda de energia é negativa. Passando para o membro a esquerda fica

Olhando na Figura a seguir imagine um processo cíclico que vai de A até B pelo caminho I e de B até A pelo caminho II.

Neste caso

Nesta mesma figura considere outro processo cíclico que iria de A a B pelo caminho III retornando pelo caminho II.

Subtraindo estes processos cíclicos resulta

Traduzindo a soma do calor e do trabalho independe do trajeto sendo, portanto, uma função de estado denominada energia interna do sistema. Ser uma função de estado significa depender apenas dos estados inicial e final e ser independente o trajeto seguido entre estes estados

O valor absoluto da energia interna é desconhecido, por isso se trabalha com variações da energia interna.

Primeiro princípio e entalpia

Aceitando a primeira lei como sendo

é possível expressar o primeiro principio de uma outra forma. Para isso basta definir a função de estado H dada por

Esta função é conhecida como entalpia do sistema. Diferenciando a entalpia resulta:

Explicitando a energia interna resulta

Inserindo a relação acima no primeiro principio obtém-se

Qual a diferença entre elas. Na primeira, que inclui a energia interna, o calor é igual a variação energia interna nos processos isocóricos já que dV é zero. Assim

Neste caso, o calor passa a ser uma função de estado.  Na segunda forma, que inclui a entalpia, o calor é igual a variação da entalpia  nos processos isobáricos dp é zero. Neste caso,

Os engenheiros preferem a forma entálpica do primeiro principio, por que a pressão é mais fácil de ser medida online do que o volume.

Cavitação

Considere a água a 101,33 kpa e 45°C. Nesta pressão a água ferve a 100°C e nesta temperatura a água ferve a 78,7 kPa. Para obter os valores para outras temperaturas basta consultar uma Tabela de Vapor. Então existe duas formas de fazer esta água ferver: subindo a temperatura isobaricamente para 100°C ou abaixando a pressão isotérmicamente para 78,7 kPa.

Considere, agora, que esta água está circulando num duto horizontal numa dada velocidade. Nesta velocidade sua temperatura é 45°C e a pressão é 101,33 kPa. Pela equação de Bernoulli se a velocidade for aumentada a pressão cai, se for diminuida a pressão sobe. Se a pressão cair o suficiente para alcançar a pressão de vapor da água, 78,7 kPa, ela começará a ferver. Este fenômeno chama-se cavitação.

Ela aparece nos pontos em que ocorram estrangulamentos do duto, como, por exemplo, nas válvulas, nos medidores de vazão baseados no estrangulamento como os venturimetros e os medidores de orificio. Pode ocorrer também na seção de sucção de um sistema de bombeamento e nos tanques agitados. Nestes a cavitação ocorre nas paredes do agitador e do rotor. Ela é mais sentida nos sistemas de bombeamento por causar vibração, estalos (rattle sound) e oscilações na pressão de descarga. Neste caso uma atenção deve ser dada ao NPSH da bomba garantindo pelo meno 0,5 m de folga. No caso de misturadores onde agitadores de alta velocidade, hélices e turbinas, são usados, a cavitação também provoca vibração que pode danificar o rolamento e o selo mecânico..

Uma atenção grande quanto a cavitação deve ser dada quando líquidos leves são transportados em dutos. Eles cavitam facilmente e não necessariamenta na bomba. Nesta altura, é bom lembrar que não é só a velocidade que contribui para a cavitação. a perda de carga também. Por isso não é bom colocar acessórios como valvulas na seção de sucção de um sistema de bombeamento.

As universidades mais antigas

Hoje, em 2004, uma equipe egípcia-polonesa anunciou, numa conferencia na Universidade da Califórnia, a descoberta de 13 salas de aulas da Biblioteca de Alexandria. Estas seriam as salas de aula mais antiga que se conhece. Ai surgiu a questão, quais são as dez universidades mais antigas ainda em operação:

859 – Universidade de Karueein – Marrocos

988 – Universidade de Al-Azhar - Egito

1088 – Universidade de Bolonha – Itália

1150 – Universidade de Paris – França

1167 – Universidade de Oxford – Inglaterra

1209 – Universidade de Cambridge – Inglaterra

1218 - Universidade de Salamanca – Espanha

1222 – Universidade de Pádua – Itália

1224 – Universidade de Nápoles Federico II – Itália

1240 – Universidade de Siena – Itália

1241 – Universidade de Valladolid – Espanha

1290 – Universidade de Coimbra – Portugal

Todos estão com a pergunta na ponta língua: Qual a Universidade brasileira mais antiga? Não quero ser chato pois sou paranaense e estudei lá, mas a universidade brasileira mais antiga é a Universidade Federal do Paraná, fundada em 19 de dezembro de 1912 com o nome de Universidade do Paraná.

Hoje, 14 de maio, por acaso, entrei na TV Senado onde estava passando uma sessão especial pelo centenário da Universidade Federal do Amazonas. A Universidade Federal do Amazonas (UFAM) é, portanto, a Universidade mais antiga do Brasil, tendo sido criada em 17 de janeiro de 1909, três anos antes, portanto, da Universidade Federal do Paraná. Desculpem a nossa falha. Se serve como consolo a pedra fundamental da Universidade do Paraná foi lançada em 1892, por Rocha Pombo, e só não teve êxito imediato por força da Revolução Federalista.

A Universidade mais antiga da América é a Universidade Nacional de San Marcos localizada em Lima Peru, fundada em 12 de maio de 1551, mesmo ano em que foi também fundada, em 21 de setembro, a Universidade Nacional Autônoma do México.

Números adimensionais

Estes números são muito úteis na engenharia química porque estabelecem similaridades e com base nelas o engenheiro realiza “scale up” passando da escala de laboratório via escala piloto para a escala industrial. Por exemplo, para o  desenvolvimento de um novo processo, um engenheiro químico constrói um modelo em pequena escala, denominada escala de laboratório ou escala piloto, onde testa o processo e conclui que o mesmo se qualifica ou não para ser usado em escala industrial. Se for decidido que o processo deve ser levado para a escala industrial, para que funcione da mesma forma que o seu piloto, o protótipo precisa ser similar ao piloto. Isso implica em não apenas similaridade geométrica, mas também hidrodinâmica, térmica, reacional, etc..  Ai é que entram os números adimensionais.

Existem duas formas de se chegar aos números adimensionais, a primeira é a partir das equações básicas dos fenômenos de transferências e reacionais envolvidos no processo. Nada pode ser esquecido.

Considerando a similaridade hidrodinâmica, esta é regida, no caso geral dos fluidos newtonianos, pela equação de Navier-Stokes-Poisson e, no caso particular dos fluidos incompressíveis e/ou uniformes pela equação de Navier-Stokes. A solução geral desta última equação não é conhecida e um polpudo prêmio está a disposição de quem encontra-la. Ela pode ser escrita da seguinte maneira

Esta equação é universal para o movimento dos fluidos incompressíveis e vale tanto vale para escoamentos em tubos como dentro de tanques agitados. Ela deve ser particularizada para cada caso usando hipóteses simplificadoras. Isso não interessa no momento. Se é possível montar e resolver o problema matemático resultante é assunto para outro departamento. Aqui o assunto é similaridade visando a obtenção dos números adimensionais.

Para tornar a equação de Navier-Stokes independente das dimensões ela deve ser adimensionalizada. Para isso, é necessário escolher valores de referência que podem variar de caso a caso. Esta escolha é uma arte. No caso da equação de Navier-Stokes estes valores são uma dimensão geométrica para adimensionalizar as coordenadas e uma velocidade (ou um tempo de referência) para adimensionalizar a velocidade e o tempo. Por sorte, basta isso. Neste caso,

Onde o apóstrofe indica adimensionalidade. Nesta equação

é um número adimensional conhecido como número de Reynolds. O subindice r indica os valores de referência L para dimensão geométrica e v para velocidade. Como a equação foi adimensionalizada, a sua solução independe das dimensões do equipamento ou processo modelado. Então, para que dois escoamentos, que ocorrem em equipamentos geometricamente similares, sejam hidrodinamicamente similares, é necessário que os números de Reynolds sejam iguais. Observe que nenhum outro número adimensional é necessário para garantir a similaridade puramente hidrodinâmica. Esta similaridade independe do problema matemático ser ou não ser resolvível. O fenômeno hidrodinâmico mais notável é a transição do regime laminar de escoamento para o regime turbulento.

No caso de um tubo reto, a dimensão geométrica de referência é o diâmetro do tubo, D, e a velocidade de referência é a velocidade média de escoamento do fluido, v. Neste caso, o número de Reynolds fica

Para uma esfera em queda num fluido a dimensão geométrica de referência é o diâmetro da esfera, D, e a velocidade de referência é a velocidade da esfera relativa a um referencial imóvel em relação ao fluido, v. O número de Reynolds fica

expressão bem parecida com a do tubo, só que as dimensões geométricas escolhidas são diferentes. No primeiro caso, é o diâmetro do tubo e no segundo o diâmetro da esfera.

No caso de um tanque agitado, a dimensão geométrica de referência é o diâmetro do agitador, representado também pela letra  D, e a velocidade de referência é a velocidade da extremidade do agitador que pode ser relacionada com a freqüência de rotação, N. Disto resulta o seguinte número de Reynolds

Um procedimento pode semelhante pode ser feito com a equação da energia levando ao número Peclèt (Pe). Fazendo o mesmo com a equação da transferência de massa, chega-se ao número de Bodenstein (Bo), bem semelhante ao número de Peclét e, por isso, confundido com ele. No caso da transferência de massa com reação surge o número de Damkohler.

Esta não é a única forma de se obter números adimensionais, mas é a melhor.

Uma outra forma consiste em levantar todos os parâmetros que importam e usar o teorema de Buckingham. O que este teorema diz é que se selecionarmos n parâmetros relevantes e k forem as unidades básicas envolvidas, então

´

onde p é o número de parâmetros adimensionais.

Considere um tanque agitado onde o interesse está focado no cálculo da potencia do agitador. Obviamente, quem leu o que foi dito acima percebe rapidamente que a potência gasta na agitação de um tanque é um problema relacionado a similaridade hidrodinâmica e, portanto, ao número de Reynolds, mas, por enquanto, esqueça isso.

O caminho alternativo a ser trilhado consiste em fazer uma análise dimensional usando o teorema de Buckingham. Esta trilha começa com uma listagem dos parâmetros dimensionais considerados relevante para o objetivo desejado. No caso dos tanques agitados os parâmetros considerados relevantes são cinco: a densidade e a viscosidade do fluido e o tamanho e a velocidade do agitador, além da potencia do motor usado na propulsão do agitador é claro. Se todas estes parâmetros forem expressos em unidades do SI, então as unidades básicas são três: o metro (m), o quilograma (kg) e o segundo (s). A formula acima nos informa que, neste caso, existem dois números adimensionais. Os números que vão surgir são o número de Reynolds

e número da potência

No caso do cálculo da potência do motor que aciona o agitador existe uma relação entre estes números

Esta relação é totalmente empírica, isto é, tem que ser obtida experimentalmente. Ela permite que se calcule a potencia do motor do agitador a partir do número de Reynolds. Apenas um aviso importante: cada tipo de agitador gera uma função própria e na aplicação devem ser respeitada a similaridade geométrica no “scale-up”. Curvas para os diversos tipos de agitadores podem ser encontradas no livro do Rase “Chemical Reactor Design for Process Plants” da Wiley.

Existem uma infinidade de números adimensionais. No movimento de fluidos devido a diferenças de densidade surge o número de Arquimedes, nos reatores onde ocorrem transferência de massa surge o número de Damkohler, na transferência de calor de uma parede tubular para o fluido surge o número de Brinkman e por ai vai.

TD 016 - Zeroésima Lei da Termodinâmica

Esta deveria ser a primeira lei da termodinâmica já que ela é a mais fundamental das quatro leis numeradas. No entanto, a posição de primeira lei pertence, por usucapião, á lei da conservação da energia.

O termo zeroésima lei da Termodinâmica foi cunhado por Fowler, em 1920. Ela não surgiu de repente na cabeça de alguém. Foi quando os cientistas começaram a construir uma estrutura coerente para a termodinâmica que perceberam a necessidade desta lei.

Ela trata do equilíbrio térmico e vincula este equilíbrio a temperatura, por isso, é também conhecida como lei do termômetro. O enunciado desta lei é o seguinte: se dois sistemas estiverem em equilíbrio separadamente com um terceiro sistema, eles estarão em equilíbrio entre si. Ela sugere que quando dois sistemas estão em equilíbrio termodinâmico deve existir uma parâmetro que tem o mesmo valor nos dois sistemas. Este parãmetro é a temperatura. Sem esta lei, o uso e a construção de escalas termométricas ficaria sem sentido já que a temperatura não é um parâmetro óbvio.

Um corolário desta lei é: se dois sistemas fechados com diferentes temperaturas forem postos em contato vai haver transferência de energia até que as temperaturas se igualem.

Os admiráveis Bernoullis

Tem quem pense que Bernoulli seja uma pessoa. Na verdade são doze, nenhuma família contribuiu com tanto matemáticos quanto esta família. Tanto que um capítulo inteiro do livro “História da Matemática” intitulado “Era Bernoulli” foi dedicado aos membros desta família.

Tudo começou quando Nicolau Bernoulli (1623-1708) migrou para Basiléia na Suíça assustado com a fúria religiosa espanhola. Seus três filhos Jacques I (1654-1705), Nicolau I (1662-1716) e Jean I (1667-1748) constituíram a primeira geração de matemáticos desta família. Jacques I era o quinto filho de Nicolau e Jean I era o décimo, sendo, portanto, o caçula. A numeração é necessária porque os Bernoullis não eram muito criativos na escolha dos nomes de seus filhos. Como sempre acontece, o pai pôs obstáculos a vocação matemática dos filhos, ele queria que Jacques fosse ministro religioso e Jean comerciante ou médico. Nenhum outro Bernoulli, com exceção de Daniel I, conseguiu alcançar a fama destes dois.

 

Jacques I foi o primeiro a usar a resolver equações diferenciais com variáveis separadas. Estudou as curvas transcendentais e a lemniscata de Bernoulli é dele. Foi em homenagem a ele que os números de Bernoulli receberam este nome.

Jean I tem uma história interessante. Sua tese de doutorado foi em efervescencia e fermentação. Quando esteve em Paris, deu aulas particulares ao jovem marques de L’Hospital. Em troca de uma remuneração vitalícia cedeu toda a sua produção futura para o marques que poderia fazer delas o que bem entendesse. Ele é considerado um dos fundadores do cálculo das variações.

A segunda geração de matemáticos é composta por Nicolau II (1687-1759), filho de Nicolau I, juntamente com Nicolau III (1695-1726), Daniel I (1700-1782) e Jean II (1710-1790) filhos de Jean I.

Nesta geração o mais famoso é Daniel I que descobriu a equação conhecida como principio de Bernoulli e usada na hidrodinâmica. Ele tembém fez contribuições pioneiras para a estatistica e probabilidade. Foi um dos primeiro a tentar construir uma teoria cinética dos gases.

A terceira geração é formada pelos filhos de Daniel I, Jean III (1746-1807), Daniel II (1751-1834) e Jacques II (1759). A quarta geração tem apenas um membro Christoph (1782-1863), filho de Daniel II. O filho de Christoph, Jean Gustave (1811-1863) encerra a era Bernoulli.

PET 005 – Análise química elementar do petróleo

Na análise elementar as quantidades dos elementos químicos existentes na amostra são determinadas. No caso de amostras orgânicas, como é o caso do petróleo, os elementos químicos considerados são: o carbono, o hidrogênio, o oxigênio, o nitrogênio e o enxofre. Outros elementos podem ser incluidos conforme for o caso.

Embora o petróleo seja bastante variável em propriedades físicas tais como aparência, densidade, viscosidade, sua análise elementar produz resultados em faixas surpreendemente estreitas como mostra a Tabela a seguir:

1. Carbono                 83% a 87%
2. Hidrogênio             11% a 14%
3. Oxigênio                     até 1%
4. Nitrogênio                até 0,3%
5. Enxofre                       até 6%
6. Outros                     até 0,3%

Pela análise elementar o petróleo é composto principalmente por hidrocarbonetos, juntamente com pequenas porções de compostos nitrados, oxidados e sulfurados.

Em outros estão os demais elementos: metais alcalinos (Na, K); metais alcalinos-terrosos (Ba, Ca, Sr, Mg); metais com estados de oxidação variáveis (V, Ni, Fe, Mo, Co, W, Cr, Cu, Mn, Pd, Ag, Ti); halogênios (Cl, Br, I) e outros (Si, Al, Zn). Foram identificados cerca 60 elementos nos petróleos.

PET 004 - Viscosidade do petróleo

Antes é necessário ressaltar que existem duas viscosidades: a dinâmica e a cinemática.

A viscosidade dinâmica, também conhecida como viscosidade absoluta, é a constante de proporcionalidade que aparece na lei da viscosidade de Newton que afirma que a tensão cisalhante é proporcional a taxa de deformação. Ela mede a resistência oferecida pelo fluido à deformação. Quando alguém diz simplesmente viscosidade está, quase com certeza, se referindo a viscosidade dinâmica. No SI a viscosidade dinâmica é expressa em kg.m-1.s-1 que corresponde a pascal-segundo (Pa.s). Em homenagem a Poiseuille ela recebeu o nome de poiseuille (Ps), mas ninguém usa fora da França. No sistema CGS, a unidade de viscosidade dinâmica é o g.m-1s-1 que se denomina poise (P), também em homenagem a Poiseuille, esta sim uma unidade largamente conhecida. Em todo caso o poise é considerado uma unidade grande e o centipoise (cP) é mais usado.

1P = 1 Pa.s = 10 P = 1000 cP

A viscosidade cinemática é a razão entre a viscosidade dinâmica e a densidade do fluido. No SI a viscosidade cinemática é medida em m2/s. No sistema CGS, a viscosidade cinemática é expressa em cm2/s e recebe o nome de Stokes (St).

A viscosidade dinâmica  da água é 1cP, como a densidade da água é unitária a sua viscosidade cinemática é 1 cSt. Apenas para dar uma idéia relacionamos a viscosidade dinâmica de alguns fluidos conhecidos: querosene (10cP); óleo leve de motor (100 cP); glicerina (1000 cP); mel de milho (10.000 cP) e melaço (100.000 cP). 

É bastante comum a viscosidade ser medida como sendo o tempo de escoamento de um volume prefixado de fluido em condições bem estabelcida por normas. Este tempo em geral guarda uma proporcionalidade com a viscosidade cinemática. É o caso da viscosidade Ford, a viscosidade Zahn usada na industria de tintas e a viscosidade Saybolt usada no caso do petróleo e suas frações.

A viscosidade Saybolt é o tempo necessário para escoar 60 mL de amostra em condições bem determinadas (ASTM D88 – 07). Esta viscosidade é medida em SSU (Segundo Universal Saybolt). Para converter SSU em cSt basta usar a Tabela encontrada na norma ASTM D 2161 que pode ser arimetizada ou computadorizada ao gosto.Existe uma Tabela em

http://www.engineeringtoolbox.com/viscosity-converter-d_413.html

No caso de frações pesadas o orificio da viscosimetro Saybolt é muito estreito, então usa-se um orificio mais largo tambem normatizado. Neste caso tem-se a viscosidade Furol.

Além destas existem as viscosidades Redwood, medida em segundos no viscosimetro Redwood e que é padrão de medida de viscosidade na Inglaterra e a viscosidade Engler, expressa em graus Engler (°E), que é a razão os tempos para 200 mL de um óleo escoar e para 200mL de água escoarem  nas mesmas condições.

Agora é possível falar sobre a viscosidade do petróleo. O petroleo é mais viscoso do que a água, indo de 2 cSt (34 SSU) até cerca de 200 cSt (1000 SSU) a 20°C. Na média a viscosidade dos petróleo raramente excede 60 cSt (320 SSU).

A viscosidade do petróleo decresce com a temperatura. Esta variação é importante no caso de óleos lubrificante e deu origem ao chamado indice de viscosidade. O Índice de Viscosidade (IV) mede a variação da viscosidade com a temperatura. Quanto maior o IV, menor será a variação de viscosidade do óleo lubrificante, quando submetido a diferentes valores de temperatura. O IV é calculado a partir das viscosidades cinemáticas a 40°C e 100 °C conforme manda a norma ASTM D2270 – 04.

Os engenheiros e o carro quebrado

Esta piada é boa. Infelizmente ela perde um pouco da sua força quando traduzida para o português. Apenas aviso que windows em inglês significa janelas. Espero que a ficha caia. Vamos lá.

Estavam num carro três engenheiros; um engenheiro elétrico, um engenheiro químico e um engenheiro de computação da Microsoft. O carro para de funcionar e eles estacionam no acostamento. Nenhum deles entende de carro. O melhorzinho é o engenheiro químico que se considera um engenheiro mecânico melhorado. O engenheiro elétrico sugere que o problema seja rastreado no sistema elétrico do carro para que possa ser resolvido e o carro volte a funcionar. O engenheiro químico pondera que talvez o problema esteja no combustível, provavelmente devido ao aditivo usado. O engenheiro da Microsoft entra na conversa dizendo:- Calma amigos!!! Antes de qualquer coisa façamos o seguinte. Fechemos as janelas e saiamos do carro fechando as portas. Ai basta esperar alguns segundos, entrar no carro, abrir as janelas, com isso com certeza o carro vai funcionar.

Engenharia metabólica

Uma célula viva se parece muito com uma indústria química. Ela recebe matérias primas do ambiente, os nutrientes, e descarrega os rejeitos no ambiente. Claro que os rejeitos celulares podem conter substâncias úteis para o homem, por exemplo, o etanol, o ácido acético, etc. Algumas das substâncias excretadas pelas células visa adequar os materiais existentes no meio para a utilização pelas células, este é o caso das exoenzimas, ou hostilizar células invasoras de outras espécies, este é o caso dos antibióticos. É bom ressaltar que, o termo célula viva abrange os microrganismos e as células teciduais.

O número de reações que ocorrem dentro das células é da ordem dos milhares, algo em torno de cinco mil. Praticamente todas as reações são catalisada por enzimas específicos. Dentro das células ocorrem transferencias de materiais por difusão e convecção, mas a maioria dos transportes é mediado por proteinas. É por isso que as células vivas não apenas se parecem com indústrias químicas como foi dito acima, mas são de fato indústrias químicas microscópicas já que o seu tamanho é da ordem do mícron.

A engenharia metabólica mexe com estas reações de forma a colocar o metabolismo celular a serviço do homem. Para isso, é necessário um bom conhecimento do fluxograma metabolismo celular. Acontece, porém, que o fluxograma dos processos que ocorrem no interior das células ainda não está totalmente decifrado, existem buracos, mas o que se sabe são informações de poucas células, a bactéria Escherichia coli e a levedura Sacharomyces cerevisae,  extrapoladas para todos outros tipos de células. Sem estas informações a engenharia metabólica não existe ou existe em bases muito precárias.

Como as alterações promovidas pelo engenheiro metabólico só fazem sentido se forem transmitidas na reprodução celular de uma geração para outra, a engenharia metabólica e a engenharia genética são irmãs siamesas. Desconfio que ninguém vai conseguir separá-las. A melhor forma de mexer na malha de transformações metabolicas é mexendo no DNA.

Regra de Trouton

Regra é uma regra. Não procure explicação. Ela é uma verdade baseada na experiência de muitos investigadores. Na pediatria, a regra do polegar é usada para saber se o bebê já mamou o suficiente para se saciar. Se, depois da mamadeira, o bebê chupa o polegar é por que a mamadeira não foi suficiente.

A regra de Trouton é uma regra que envolve a vaporização de substâncias apolares. Ela afirma que para estas substâncias a entalpia molar de vaporização dividida pela temperatura de ebulição tem um valor entre 75-80 J/mol °K. Como esta razão é a entropia de ebulição, a regra de Trouton pode ser escrita

onde R é a constante dos gases ideais. A regra de Trouton não se aplica a líquidos polares.

Ela é uma regra que facilita as coisas na destilação multicomponente, pois estabelece que a condensação de um mol de vapor acarretará na vaporização de um mol de líquido. Com base nesta regra, as vazão molares do líquido e do vapor não se alteram ao longo da coluna simplificando o balanço global da mesma. Claro, isso só é verdadeiro se todos os componentes da mistura são apolares. Também é obvio que as vazões mássicas variam ao longo da coluna e a regra de Trouton não se aplica ao balanço ponderal, apenas ao balanço molar.

No caso de colunas que processam misturas contendo componentes polares, a regra de Trouton não se aplica e as vazões molares do líquido e do vapor variam ao longo da coluna. O que se faz neste caso, é iniciar o calculo como se tratasse de componentes apolares e corrigir as vazões usando a equação de balanço energético que inclui as entalpias dos componentes.

A regra de Trouton pode ser encontrada no livro do Atkins intitulado “Physical Chemistry” editado pela Oxford University Press.