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Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 56 1. Introdução Plásticos: todo plástico é um polímero, porém nem todo polímero é um plástico A palavra polímeros é derivada do grego: poli => muitos(as) meros => partes 1.1 Termos importantes Monômeros => compostos químicos que irão reagir para formar polímeros Oligômeros => moléculas de massa molecular intermediária, contendo número relativamente baixo de meros Meros => unidades químicas que se repetem em um polímero Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 57 Polímeros são moléculas com elevada massa molecular relativa, em cuja estrutura há repetidas unidades químicas simples (meros). Polimerização => nome particular dado à reação de obtenção de polímeros Homopolímeros => polímeros derivados de uma única espécie de monômero ~~-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-~~ Copolímeros => polímeros derivados de mais de uma espécie de monômero. Podem ser: ~~-A-A-B-A-B-B-A-B-A-A-B-A-A-A-A-B-B-A-B-B-B-~~ ~~-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A-~~ ~~-A-A-A-A-A-A-A-A-A-B-B-B-B-A-A-A-A-A-A-A-A-~~ monômero ou mistura de monômeros polimerização Polímero aleatórios alternados em blocos graftizados Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 58 1.2 Nomenclatura Em geral, é dada de acordo ao monômero que deu origem ao polímero Exs.: Polietileno Poli(tetrafluoretileno) 1.3 Características gerais � Massa molecular => é elevada; depende da etapa de obtenção, portanto pode variar para um mesmo tipo de polímero � Capacidade de formar filmes (exs.: tintas, revestimentos, etc) etileno polietileno “mero” do polietileno tetrafluoretileno PTFE (teflon) “mero” do PTFE Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 59 � Solubilidade não solubilizam como as moléculas de baixo peso molecular inchamento solubilização � Polímeros são mais leves que materiais como a madeira, metais e cerâmicas; são processados em temperaturas inferiores às do processamento de alumínio e aço. � A aditivação pode conferir novas propriedades, ampliando a possibilidade de aplicações � É possível obter materiais com características diferentes a partir do mesmo polímero, apenas alterando-se as condições reacionais e/ou o(s) aditivo(s) utilizados As propriedades (mecânicas, térmicas, resistência a solventes, ópticas elétricas, etc) apresentadas pelo polímero determinam sua aplicação. Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 60 2. Classificação dos Polímeros 2.1 Quanto à ocorrência � naturais => amilose e amilopectina (polissacarídeos), celulose, amido, ácidos nucléicos, proteínas, borracha natural OBS.: O diamante é uma macromolécula natural inorgânica, com milhões de átomos de carbono fazendo ligações covalentes em arranjo tetraédrico � sintéticos (nylon, poliestireno) 2.2 Quanto à estrutura química relativa aos grupos funcionais presentes nas cadeias poliméricas (poliamidas, poliésteres, poliéteres, etc). 2.3 Quanto ao método de preparo (tipo de reação de polimerização) � polímeros de adição (reação sem formação de subprodutos) Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 61 � polímeros de condensação (reação com formação de subprodutos como HCl, H2O, KCl) 2.4 Quanto à estrutura das cadeias � Lineares (as cadeias não apresentam ramificações) � Ramificados (as cadeias são ramificadas) � Reticulados (as cadeias são ligadas entre si, por meio de ligações cruzadas) Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 62 2.5 Quanto às características tecnológicas (fusibilidade) � termoplásticos (fusão por aquecimento) => possuem ligações químicas fracas entre as cadeias, que são facilmente rompidas com aplicação de energia (calor). Ex.: garrafas de PET. � termorrígidos (infusíveis e insolúveis) => possuem estrutura reticulada (tridimensional) com ligações químicas covalentes entre as cadeias (ligações cruzadas), cujo rompimento implica em fornecimento de grande quantidade de energia. Essa energia aplicada acaba por romper também as ligações das próprias cadeias, degradando o material. Ex.: borracha vulcanizada (pneus) OBS: o termo plástico deriva do grego plastiko, que significa “que pode ser moldado” 2.6 Quanto ao comportamento mecânico � Borrachas ou elastômeros => polímeros que exibem elasticidade em longa faixa à temperatura ambiente. Capazes de sofrer grandes deformações sem se romper, pois possuem ligações cruzadas (em número menor Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 63 que nos termorrígidos), o que lhes permite grande flexibilidade. Ex.:poli(butadieno). OBS: ao cessar a tensão, a deformação cessa e o corpo recupera as dimensões originais � Plásticos (termoplásticos) => plásticos rígidos suportam elevados graus de tensão à Tamb , rompendo-se após pequena deformação; plásticos flexíveis deformam-se mais, sendo mais resistentes à ruptura. Ex.: polietileno � Fibras => materiais que possuem elevada razão entre seu comprimento e suas dimensões laterais, composto de moléculas lineares, orientadas longitudinalmente. Apresentam grande resistência à tração na direção em que estão orientadas, com baixa deformação. Ex.: nylon. 2.7 Quanto à estrutura molecular � amorfos => o arranjo das cadeias apresenta-se de maneira aleatória (forma enovelada). Exs.: poliestireno, poli(metacrilato de metila), poli(cloreto de vinila) Esquema representativo de cadeias de um polímero amorfo Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 64 � semicristalinos => cadeias estão parcialmente organizadas. Exs.: polietileno, poli(óxido de etileno). Esquema representativo de cadeias de um polímero semicristalino A cristalinidade é responsável pela opacidade dos polímeros; o grau de cristalinidade pode variar com o tratamento que o material recebe (térmico, por exemplo) e afeta propriedades como resistência à tração e solubilidade 3. Reações de Polimerização 3.1 Poliadição � três processos cinéticos sucessivos: iniciação propagação terminação � normalmente requer um iniciador para formar os centros ativos (íons ou radicais) que iniciam Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 65 e propagam a polimerização rapidamente; os monômeros empregados devem possuir ligações duplas ou triplas (também ocorrendo com determinados monômeros cíclicos). � ocorre molécula a molécula (reação entre o centro ativo e o monômero). � para cada centro ativo que desaparece é gerado outro (reação em cadeia) � o crescimento do polímero cessa quando se destrói o centro ativo. � as cadeias crescem rápido até atingir o peso máximo. � não há geração de subprodutos. � tempos de reação mais prolongados dão maior rendimento, mas não maior massa molecular. � A iniciação pode ocorrer através de calor, radiação, catalisadores ou agentes químicos (iniciadores). Pode ser realizada: Via radicais livres (homólise) peróxidos, hidroperóxidos ou azocompostos Via aniônica ou via catiônica (heterólise) Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 66 Ex. de polimerização via radicais livres Iniciação (ataque do centro ativo ao monômero; fase mais lenta) Propagação (aumento do tamanho dascadeias e conseqüentemente da massa molecular) Terminação (por consumo de todo o monômero ou por adição de um agente que interrompe a reação em cadeia ou encontro de dois centros ativos quaisquer) Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 67 � Policondensação � cada reação entre os grupos funcionais de duas moléculas quaisquer é uma reação completa e independente (reação em etapas), não havendo distinção entre início, crescimento e final � a reação ocorre entre os grupos funcionais dos monômeros, formando dímeros, trímeros, tetrâmeros, oligômeros e polímeros. � moléculas de qualquer tamanho (monômeros, oligômeros ou polímeros), iguais ou diferentes, podem reagir entre si. � cada cadeia cresce lentamente; altos pesos moleculares são obtidos apenas com altas conversões. � há geração de subprodutos. � a polimerização normalmente acaba pela diminuição da concentração dos grupos funcionais, por aumento na viscosidade ou propositadamente. Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 68 � tempos de reação mais prolongados geram polímeros de maior massa molecular e maior rendimento. Ex. de policondensação - H2O 4. Alguns dos polímeros de interesse no mercado Polietileno (PE) => é um dos termoplásticos mais comuns, apresentando baixo custo. É semi-cristalino, não higroscópico, apresenta alta resistência à umidade e ao ataque químico, boa flexibilidade, baixa resistência mecânica, fácil processamento, atóxico e inodoro. Seu mero é o etileno (eteno): Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 69 Há quatro tipos básicos: Polietileno de Baixa Densidade (PEBD) (0,910- 0,925g/cm3) => moléculas com alto grau de ramificações, sendo mais leve e flexível. Aplicações: filmes, laminados, embalagens, brinquedos, isolamento de fios, etc. Polietileno de Baixa Densidade Linear (PEBDL) (0,918-0,940g/cm3) => apresenta moléculas com menos ramificações, que são mais regulares e mais curtas do que no PEBD. Aplicações: bolsas de gelo, utensílios domésticos, canos, tubos etc. Polietileno de Alta Densidade (PEAD) (0,935- 0,960g/cm3) => estrutura praticamente isenta de ramificações, constituindo um plástico rígido. Aplicações: bombonas, garrafas, tanques de combustível automotivo, material hospitalar, etc. Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular (PEUAPM) => é praticamente infusível e de difícil processamento. Aplicações: engrenagens, revestimentos de pistas, componentes para bombas de líquidos corrosivos, implantes de ossos artificiais, etc. Polipropileno (PP) => polímero incolor e inodoro, não higroscópico, com baixa densidade, semi-cristalino, com elevada resistência química, boa resistência ao impacto e Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 70 térmica, propriedades mecânicas moderadas, fácil moldagem e baixo custo. Aplicações: tapetes, fibras para roupas, cordas, material isolante, bandejas, baldes, potes, prateleiras, pára-choques de automóveis, carcaças de eletrodomésticos, válvulas para aerossóis, brinquedos, seringas, utilidades domésticas, dutos, peças técnicas, filmes, revestimentos, etc. Seu mero é o propileno (propeno): Poli(cloreto de vinila) (PVC) => plástico amorfo ou de baixa cristalinidade, com facilidade de processamento e baixo custo, resistência à queima, propriedades mecânicas e rigidez elevadas. Aplicações: tubulações para água e esgoto, perfis, pisos, capas de chuva, garrafas plásticas, toalhas de mesa, cortinas de chuveiro, filmes (finas películas) para embalar alimentos, calçados, solados, bolsas e roupas imitando couro, carteiras transparentes para identificação, bonecas, desentupidores de pia, bolas, etc. Seu mero é o cloreto de vinila: Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 71 Poliestireno (PS) => termoplástico amorfo, duro, quebradiço, não higroscópico, baixo custo, de fácil processamento, com transparência e alta versatilidade, resistente aos ácidos e bases, possui baixa resistência aos solventes orgânicos e propriedades mecânicas moderadas. Aplicações: copos, pratos, xícaras, jarras, brinquedos, embalagens para cosméticos e alimentos, grades de ar condicionado, peças internas e externas de eletrodomésticos e aparelhos eletrônicos, circuladores de ar, ventiladores e exaustores, peças termoformadas, saltos de sapato, etc. Seu mero é o estireno: Policarbonato (PC) => apresenta excelente resistência ao impacto e estabilidade térmica e boas características de isolamento elétrico.Tem uma estrutura amorfa e é transparente. Aplicações: compact-discs (CDs), janelas de segurança, chapas, óculos de segurança, bandejas, jarros, tigelas, escudos anti-choque, aquários, lentes de faróis de carros, capacetes, etc. É um poliéster aromático sendo o mais comum derivado do fosgênio e do bisfenol-A: Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 72 Poli(tereftalato de etileno) (PET) => o homopolímero cristaliza-se com facilidade (ficando mais opaco); os copolímeros de PET se cristalizam mais lentamente (produto com boa transparência). Esse copolímero é especialmente adequado para moldagem por injeção, na produção de pré-formas para o sopro de garrafas. Apresenta boa resistência mecânica, térmica e química, bem como boas propriedades de barreira a gases. Aplicações: garrafas para bebidas carbonatadas, óleos vegetais, produtos de limpeza, fibras para tecidos, películas transparentes, chapas, isolamento de capacitores, películas cinematográficas, fitas magnéticas, filmes e placas para radiografia, carcaças de bombas, carburadores, componentes elétricos de carros, etc. Seu mero é o tereftalato de etileno: Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 73 Poliamidas (PA) => termoplásticos duros, com elevada resistência mecânica e boa resistência à fadiga, à abrasão e ao impacto. Os tipos mais comuns são a poliamida 6.6 e a poliamida 6. Possui estrutura semi- cristalina e apresenta alto grau de higroscopia, Aplicações: buchas, roletes de correias, filamentos, fios, bases de máquinas, engrenagens, tecidos, filmes para embalagens, mecanismos, peças e equipamentos que trabalham em contato com combustíveis, mangueiras para ar comprimido, componentes elétricos, etc. 5. Processamento de Polímeros Depois de obtido, são adicionados ao polímero ingredientes para o preparo da mistura (ou composição) moldável. Técnicas: Com aquecimento e sem pressão Vazamento => a solução do polímero ou os monômeros que o formarão são vertidos diretamente no molde. Ex.: espumas de poliuretanos. Fiação (por fusão) => obtenção de fibras pela passagem do polímero fundido através de uma placa (fieira); o resfriamento promove a solidificação dos filamentos. Uso: termoplásticos. Ex.: fibras de poliéster. Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 74 Com aquecimento e com pressão Extrusão => o material aquecido passa através de um perfil do objeto desejado, solidificando-se com o resfriamento. Exs.: chapas, tubos Injeção => a composição moldável é colocada em um cilindro aquecido e impulsionado por um parafuso até o bico de injeção. Uso: Em geral, termoplásticos. Ex.: tampas de embalagens (como potes de sorvete) Fonte: www.demet.ufmg.br Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 75 Sopro => insuflação de ar no material aquecido, entre as duas metades de um molde. Indicados para produção de peças ocas. Exs.: garrafas de PET ou PVC. Fonte: www.solvayindupa.com Compressão => o material aquecido é comprimido no interior da cavidade do molde. O molde forma o relevoda peça sem muito detalhamento. Uso: Em geral, termorrígidos. Ex.: solado de borracha. Calandragem => o material previamente fundido passa entre calandras (cilindros) que o comprimem formando um filme ou chapa; na calandragem pode-se gerar desenhos em relevo (efeito decorativo) no material. Usos: termoplásticos ou termorrígidos. Exs.: cortina de banheiro (PVC), toalhas plásticas. Fonte: www.albag.com.br Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 76 Termoformação => placas do material termoplástico (previamente produzidas) são submetidas ao calor até seu amolecimento e aplicadas sobre os moldes, nos quais se aplica vácuo ou pressão. Uso: termoplásticos. Exs.: embalagens e descartáveis (copinhos de café de PS). Fonte: www.labinfo.cefetrs.edu.br Sem aquecimento e sem pressão Fiação (sem fusão) seca => a solução concentrada do polímero passa por uma fieira e as fibras se solidificam após a evaporação do solvente. Ex.: poli(acrilonitrila) (PAN) Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 77 úmida => a solução aquosa do polímero passa por uma fieira e as fibras se solidificam após passagem por um meio ácido. Imersão => usado na fabricação de corpos ocos, o molde é imerso em uma solução coagulante e em uma solução do polímero, sendo posteriormente colocado em estufa para completar a polimerização. Ex.: luvas de PVC. 6. Reciclagem de Polímeros Reutilizar vs Reciclar Reutilizar => dar nova aplicação a materiais que ainda estão em condições de uso, evitando jogar no lixo o que ainda pode ser aproveitado. Ex: uso em oficinas de arte e artesanato. Reciclar => transformar o material reciclável em produto útil através de processos industriais. No caso dos plásticos pode ser dividida em: primária, secundária, terciária e quaternária. Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 78 Tipos de Reciclagem Primária e Secundária São recuperações mecânicas; não há reações químicas no processo. São realizadas pelo aquecimento do polímero até a fusão, com posterior reprocessamento. OBS: a reciclagem primária é feita com as peças que ainda não saíram da fábrica. Terciária Reciclagem química que envolve o processo de despolimerização (conversão de polímeros em monômeros). Quaternária Reciclagem térmica envolvendo a incineração do material, com aproveitamento da energia calorífica gerada. Simbologia para polímeros recicláveis Os símbolos usados para identificar os plásticos recicláveis foram padronizados pela ABNT Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 79 7. Borrachas 7.1 Propriedades � capacidade elástica (alcance de altos alongamentos: 500-1000%); � alta dureza; � flexibilidade; � impermeabilidade; � as moléculas devem ter algumas ligações próximas e ligações cruzadas. 7.2 Formulação de borrachas A formulação de uma borracha é composta de vários ingredientes, além da borracha. Cada um dos ingredientes tem uma função específica na formulação. Os principais ingredientes que integram uma formulação são: Elastômero (a borracha propriamente dita); agentes de vulcanização; aceleradores; ativadores; cargas; inibidores, etc. � Sistema de vulcanização ou cura processo irreversível durante o qual um composto de borracha, através de uma mudança em sua estrutura, torna-se menos plástico e mais resistente ao inchamento por líquidos orgânicos, enquanto que as propriedades Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 80 elásticas são conferidas ou aumentadas em uma grande faixa de temperatura. � Fatores envolvidos na seleção dos sistemas de cura: tipo de borracha; tipo e qualidade de ativadores; velocidade de cura; toxidez; facilidade de dispersão e etc. Agentes de vulcanização O agente mais comum é com o enxofre => ajuste mais simples entre o inicio da vulcanização e o patamar de vulcanização; maior flexibilidade na composição; possibilidade de vulcanização por ar quente; melhores propriedades mecânicas; maior economia. Peróxidos orgânicos => fornecem melhor estabilidade ao calor, menor deformação residual e não-corrosão de metais. Aceleradores Compostos orgânicos que aumentam a velocidade de cura e fornecem à borracha vulcanizada propriedades físicas superiores. Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 81 Ativadores Substâncias que aumentam a eficiência dos aceleradores (aumentam a velocidade do sistema de cura com enxofre); formado por compostos de óxidos metálicos, carbonatos, hidróxidos. Inibidores Aditivos adicionados à composição para impedir sua vulcanização prematura sob condições de processamento e estocagem. São usados principalmente a sílica precipitada, o ácido acetilsalicílico ou o ácido benzóico. � Cargas Sólido finamente dividido que é adicionado à composição para facilitar o processamento, modificar as propriedades físicas no artefato e/ou reduzir o “custo” da formulação. A principal carga utilizada é o negro de fumo (material escuro e finamente dividido). Química XI - Profª Flávia Omena Polímeros 82 8. Transições térmicas de polímeros � Temperatura de fusão cristalina (Tm) => temperatura em que os “cristais” de um polímero semicristalino fundem. � Temperatura de cristalização (Tc) => temperatura em que os “cristais” de um polímero semicristalino se formam. � Temperatura de transição vítrea (Tg) => temperatura acima da qual as cadeias poliméricas adquirem mobilidade, passando de um estado vítreo (“congelado”) para um estado viscoso ou borrachoso. Está relacionada à fase amorfa do polímero e é característico para cada um. Ex.: se a Tg do polímero é de 20°C: em um dia de verão no Rio (40°C) ele estará “maleável” e em um dia de inverno em Nova York, ele estará sólido. Química XI - Profª Flávia Omena Combustíveis 83 1. Introdução Definição geral Combustível é qualquer substância capaz de reagir quimicamente com desprendimento de calor (reação exotérmica) O poder calorífico de um combustível é expresso pela quantidade de calor produzido na combustão por unidade de massa deste produto (normalmente expresso em kcal/kg), refletindo a quantidade de energia liberada pela combustão. 1.1 Classificação Uma das classificações é dada de acordo com o estado físico do combustível. Sólidos => Exs.: madeira, carvão vegetal, hulha Líquidos => Exs.: querosene, gasolina Gasosos => Exs.: gás natural, propano, butano Química XI - Profª Flávia Omena Combustíveis 84 2. Combustíveis Sólidos Carvão Vegetal => produzido pelo homem através da queima da madeira; a carbonização é realizada em temperatura próxima a 500°C. Seu principal uso é o doméstico. Mineral (combustível fóssil) => produzido pela queima de florestas há milhões de anos. Possui maior poder calorífico e grande uso industrial. É classificado em função do teor de carbono ( ↑ % C, ↑ poder calorífico), sendo a hulha (80% de C) o tipo mais abundante e consumido. Seu principal uso é o industrial. OBS A principal matéria-prima para a produção de combustíveis líquidos e gasosos é o petróleo. Petróleo e derivados � Petróleo bruto (ou óleo cru ou petróleo) => é o óleo não processado, oriundo da decomposição de matéria orgânica por centenas de milhares de anos. Constituintes principais (% em peso): Química XI - Profª Flávia Omena Combustíveis 85 Hidrogênio 11-14 % Carbono83- 87 % Enxofre 0,06 – 8 % Nitrogênio 0,11 - 1,7 % Oxigênio 0,1 – 2 % Metais até 0,3 % � A principal constituição do petróleo são os hidrocarbonetos (de 1 a 60 átomos de carbono, em média); quanto maior a cadeia carbônica, maior o ponto de ebulição: C1 a C4 (gases) C5 a C17 (líquidos) maior que C18 (sólidos) � Variações na composição ocorrem em petróleos de diferentes campos e profundidades de produção do mesmo poço, e em função da idade dos campos de óleo � Diferentes tipos de petróleo Viscosidade (semelhantes à água ou quase sólidos) Cores (de claro a negro) � Hidrocarbonetos geralmente presentes: parafínicos (alcanos), Naftênicos, Aromáticos, (cicloalcanos), alcenos, dienos e alcinos. Química XI - Profª Flávia Omena Combustíveis 86 � Classificação de petróleos Todos os tipos de petróleo possuem os mesmos hidrocarbonetos, porém em quantidades diferentes °API => reflete a composição do petróleo em termos de frações leves e pesadas; toma por base a densidade do óleo ↑ °API, ↑quantidade de frações leves , melhor qualidade De acordo com o °API, petróleos classificam-se em: � Petróleo leve ou de base Naftênica (ºAPI acima de 30): além de alcanos, contém uma porcentagem de 15 a 25% de cicloalcanos. Produz gasolina com alto índice de octanagem, além de óleos lubrificantes de baixo ponto de fluidez e baixo índice de viscosidade. � Petróleo médio ou de base Aromática (ºAPI entre 21 e 30): além de alcanos, contém de 25 a 30% de hidrocarbonetos aromáticos. � Petróleo pesado ou de base Parafínica (ºAPI abaixo de 21): constituído, praticamente, só de alcanos. Produz gasolina de baixa octanagem, ou seja, de qualidade inferior a produzida pelo petróleo leve, Química XI - Profª Flávia Omena Combustíveis 87 mas produz querosene de alta qualidade e óleos lubrificantes com elevado índice de viscosidade. � Refino do Petróleo (Destilação Fracionada) Algumas frações podem ainda ser convertidas em outras através de processamento químico. Processamento químico => transformação de uma fração de derivado de petróleo em outra. Podem ser: Química XI - Profª Flávia Omena Combustíveis 88 � Craqueamento => processo que quebra grandes cadeias de hidrocarbonetos, convertendo-os em cadeias menores. Pode ser térmico ou catalítico. Térmico Vapor: etano, butano e nafta são convertidos em etileno e benzeno Viscorredução: é feita a partir dos resíduos da torre de destilação, promovendo a redução da viscosidade de óleos pesados e produzindo também alcatrão Coqueamento: conversão dos resíduos da torre de destilação em óleo pesado, gasolina e nafta. O resíduo deste processo (coque) é posteriormente limpo e comercializado. Catalítico Craqueamento Catalítico Fluido (FCC): craqueia gasóleo pesado em gasolina e óleo diesel Hidrocraqueamento: craqueia gasóleo pesado em gasolina e querosene (combustível de aviação) Exemplos de catalisadores: zeólita, hidrossilicato de alumínio, bauxita e alumino- silicatos. Química XI - Profª Flávia Omena Combustíveis 89 � Reforma => combinação de hidrocarbonetos pequenos para formar outros maiores. O principal processo é a reforma catalítica, em que um catalisador transforma nafta de baixo peso molecular em compostos aromáticos. � Alquilação => rearranjo de estruturas moleculares. Compostos de baixo peso molecular, como propileno e buteno, são misturados em presença de catalisador, formando hidrocarbonetos ricos em octanas. 3. Combustíveis Líquidos 3.1 Gasolina Mistura homogênea de hidrocarbonetos, em geral em frações de C5 a C11 , podendo conter ainda etanol e água, além de aditivos. A gasolina representa cerca de 40% do refino do petróleo bruto, portanto são usados métodos químicos de processamento para aumentar a produção. Curva de destilação da gasolina => permite caracterizar o grau de pureza da mistura que constitui a gasolina. A especificação da gasolina assinala, por exemplo, as temperaturas máximas nas quais 10, 50 e 90% do combustível devem estar evaporados sob condições Química XI - Profª Flávia Omena Combustíveis 90 definidas. As características da destilação, juntamente com a pressão de vapor definem e controlam fatores como a partida do motor, aquecimento, aceleração, economia de combustível, bem como a tendência a provocar o congelamento no carburador, que ocorre a baixas temperaturas em determinadas condições de umidade. Também possui tem aplicações para a verificação de contaminações e adulterações propositais. % de leves => responsável pela partida do motor a frio % de intermediários => responsável pelo aquecimento e aceleração do motor % de pesados => contribuem para a economia de combustível, porém tendem a causar uma distribuição deficiente da mistura no coletor de admissão; são também responsáveis por depósitos excessivos na câmara de combustão, formação de vernizes e borra no motor. � Índice de octano (octanagem) Nos cilindros de motores de combustão interna, pode acontecer a detonação (combustão prematura da gasolina, durante a compressão exercida pelo pistão). A escala usada para medir a tendência à detonação de uma gasolina foi atribuída em função da tendência à detonação do isooctano (C8H18) e do n-heptano (C7H16). Química XI - Profª Flávia Omena Combustíveis 90-A Motores de Combustão Interna Ciclo de Otto (Ex: Motor a quatro tempos) 1° Tempo: Admissão 2° Tempo: Compressão 3° tempo: Tempo Motor 4° Tempo: Exaustão Fonte: http://www.rcmasters.com.br Química XI - Profª Flávia Omena Combustíveis 91 Isooctano (2,2,4-trimetilpentano) = 100 (detona apenas em compressões elevadas) n-heptano = zero (detona em compressões muito baixas) Octanagem é a porcentagem de isooctano e n-heptano, que tem as mesmas características de detonação que a gasolina considerada. ↑ índice de octanagem, ↑ compressão suportada pela mistura gasolina-ar no motor, sem detonação prematura: melhor é a qualidade da gasolina. Gasolina Comum, aditivada e “premium” Aditivada => gasolina comum que recebe aditivos com ação detergente/dispersante, mantendo limpo o sistema de alimentação do combustível (incluindo bicos injetores e válvulas de admissão). “Premium” => gasolina com octanagem superior quando comparada à comum. Química XI - Profª Flávia Omena Combustíveis 92 3.2 Querosene Primeiro derivado do petróleo com valor comercial, substitui o óleo de baleia como combustível para iluminação. Usos: iluminação, solvente, combustível de aviação (QAV). 3.3 Óleo Diesel Combustível líquido derivado do petróleo, que também apresenta composição dependente do petróleo que o originou. É usado em geral para veículos pesados, máquinas de grande porte e embarcações marítimas. Em motores diesel, o ar aspirado é comprimido e injetado no combustível; o ar aquecido inflama o combustível espontaneamente. A facilidade de inflamação do combustível é expressa pelo número de cetanos; o cetano é muito inflamável, enquanto o outro extremo é representado pela alfa-metilo-naftalina (muito pouco inflamável). ↑ número de cetanos, ↓ retardo na ignição: melhor capacidade de combustão do diesel. Ponto de névoa => menor temperatura em que há turvação no produto; indica o início da cristalização de parafinas e outras substâncias que tendem a seseparar Química XI - Profª Flávia Omena Combustíveis 93 do diesel, quando este é submetido a baixas temperaturas. Valores do Ponto de Névoa superiores à temperatura ambiente conduzem a maiores dificuldades de partida do motor e perdas de potência do equipamento devido à obstrução das tubulações e filtros do sistema de combustível. 4. Combustíveis Gasosos Gás Natural Veicular (GNV) => composto de frações de hidrocarbonetos com até 5 átomos de carbono, composto principalmente de metano; trabalha em pressões de aproximadamente 220 bar. Gás Liquefeito de Petróleo (GLP) => mistura de gases, principalmente propano e butano, usado como gás de cozinha; trabalha em pressões de aproximadamente 8 bar. É mais pesado que o GNV e é artificialmente aromatizado por medidas de segurança e seu uso como combustível veicular é proibido. Número de metanos (NM) => indica a capacidade anti- detonante do GN; parâmetro comparavel à octanagem da gasolina, sendo as referências o metano puro (NM = 100) e o hidrogênio (NM = 0). Química XI - Profª Flávia Omena Combustíveis 94 5. Caraterísticas importantes Ponto de fulgor (flash point) => menor temperatura na qual um líquido ou sólido libera vapores com concentração suficiente para formar uma mistura inflamável com o ar próximo à superfície de evaporação. Propriedade mais importante para classificar uma determinada substância, em relação à inflamabilidade, sendo considerado para fins de segurança e aos riscos de transporte, armazenamento e manuseio. Serve de indicativo da presença de contaminantes. No ponto de fulgor, a concentração do vapor inflamável ainda não é suficiente para sustentar a combustão. Ponto de combustão => temperatura acima do ponto de fulgor, onde a concentração de vapores é suficiente para sustentar a combustão, quando há uma fonte externa de calor. Ponto de ignição => temperatura na qual o vapor liberado entra em combustão apenas com o contato do oxigênio do ar, não necessitando de centelhas. Química XI - Profª Flávia Omena Lubrificantes 95 1. Introdução Os óleos lubrificantes têm o objetivo de reduzir o atrito, diminuindo o desgaste e aumentando a vida útil de peças e máquinas. Podem ser gasosos (como o ar), líquidos (óleos em geral), semi-sólidos (graxas), sólidos (grafita, talco); os de maior importância são os das duas últimas classes. 2. Classificação quanto à origem Animais => extraídos de animais (exs.: baleia, cachalote, capivara). Vegetais => extraídos de sementes (exs.: soja, milho, girassol, mamona) Minerais (derivados de petróleo) => parafínicos ou naftênicos Química XI - Profª Flávia Omena Lubrificantes 96 Sintéticos => produzidos através de compostos orgânicos ou inorgânicos (exs.: silicones e glicerinas); elevado custo OBS: Óleos animais e vegetais raramente são usados isoladamente como lubrificantes, por sua baixa resistência à oxidação; são geralmente adicionados aos óleos minerais atuando como agentes de oleosidade. A mistura obtida apresenta características eficientes para lubrificação, especialmente em regiões de difícil lubrificação. 3. Principais características de lubrificantes São determinadas por ensaios físicos: Viscosidade => é a resistência oferecida ao escoamento de um fluido; é conseqüência do atrito interno do fluido. A viscosidade é uma propriedade que varia com a temperatura; para os óleos lubrificantes esses dois parâmetros são inversamente proporcionais (quanto maior a T, mais fácil será o escoamento). Índice de viscosidade => exprime a variação de viscosidade de um óleo quando submetido a diferentes temperaturas. Quanto maior for o IV de um óleo, menor será sua variação de viscosidade entre duas temperaturas. Os óleos minerais parafínicos apresentam Química XI - Profª Flávia Omena Lubrificantes 97 menor variação da viscosidade com a temperatura e, possuindo índices de viscosidade mais elevados que os naftênicos. Densidade relativa => Relação entre a densidade do óleo a 20°C e a densidade da água a 4°C ou a relação entre a densidade do óleo a 60°F e a densidade da água a 60°F. Ponto de fluidez => Temperatura mínima em que há escoamento do óleo por gravidade; é um dado importante quando se lida com óleos que trabalham em baixas temperaturas. Ponto de fulgor => dado importante quando se lida com óleos que trabalham em altas temperaturas. OBS: Graxas Compostos lubrificantes semi-sólidos constituídos por uma mistura de óleo, aditivos e agentes engrossadores chamados sabões metálicos, à base de alumínio, cálcio, sódio, lítio e bário; são utilizadas onde o uso de óleos não é recomendado.
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