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Grandezas da Engenharia Química

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Outra grandeza útil é a viscosidade do fluido dividida pela sua massa 
específica, conhecida por viscosidade cinemática. A sua dimensão física é 
L2T-1 (sua unidade é cm2/s), conhecida como STOKE (st). Sendo o centistokes 
(CST = 0,01 st; mm2/s) a unidade mais empregada no SI é o m2/s. 
νννν = µµµµ /ρρρρ ∴∴∴∴ νννν = µµµµ /ρρρρ = (ML-1T-1)/(ML-3)= L2T-1 = L2/T 
 
Exemplo 9: A viscosidade da água a 20ºC é 1mPa.s; calcule o seu valor 
equivalente em centipoise. 
 
 
Gases: 
A Massa específica (ρ), de um gás é definida como a relação entre a massa e o 
volume do gás. Como o volume de um gás varia com a temperatura e a 
pressão, estas duas condições devem ser especificadas para definir 
claramente a massa específica do gás. Caso estas condições não sejam 
especificadas, a massa específica é considerada nas condições-padrão, CNTP, 
273,15 K (0ºC) e 100000Pa ou SC. CNTP: 22,71 m3/kmol. Na Indústria do 
Petróleo e Gás, ainda se encontram as condições conhecidas como SC 
(Standard Conditions) 60ºF e 14,7 psia (1 atm ). 
 
ρ = massa do gás = (quantidade de matéria) (massa molar)= NM = Mp= M 
 Volume do gás volume V RT Vm 
 
Exemplo 10: Calcule a massa específica do etano nas CNTP, sabendo-se que 
é um gás nestas condições. 
 
Por definição, a densidade é a relação entre as massas específicas de 
duas substâncias, uma delas tomada como padrão. 
dp1,T1/p2,T2 = ρ gás p1,T1 
 ρ ref p2,T2 
(2.4) 
 
 7 
Quando as condições de P e T não são especificadas, considera-se que as 
condições são as mesmas para os dois gases. Esta é normalmente a condição 
mais usual. 
d = ρ gás = Mgás/ Vm,gás 
 ρ ar Mar / Vm,ar 
 
Como Vm,gás = Vm,ar, se o gás e o ar são considerados gases ideais, 
vem: 
 
d = Mgás/ Mar 
 
Exemplo 11: Calcule a densidade do metano em relação ao ar. 
 
 8 
3- Propriedades Básicas do Petróleo e suas Frações 
 A densidade e a curva de destilação são as propriedades básicas 
disponíveis com maior freqüência para o petróleo e frações. Usualmente, para 
frações pesadas à viscosidade também é disponível, tomando o lugar da curva 
de destilação para frações residuais. O índice de refração e a massa molar 
utilizados em algumas previsões só são disponíveis eventualmente, porém as 
correlações disponíveis para os seus cálculos são satisfatórias. A seguir são 
apresentadas as possibilidades de estimativa em geral de propriedades 
básicas do petróleo e derivados. 
3.1 Densidade 
3.1.1 Definição 
 A densidade de uma substância é definida como a relação entre a 
massa específica da substância e a massa específica de um padrão. Sendo a 
massa específica uma função da temperatura, deve-se sempre definir a que 
valores de temperaturas está relacionada a densidade. 
dT1/T2 = 
( )
( )
ρ
ρ
AMOSTRA À T
À T
1
2PADRÃO
 
 
(2.1) 
 Além da densidade relativa, pode-se utilizar outras grandezas para 
exprimir a densidade de um líquido, entre as quais citam-se: 
5,1315,141
F60/60
−=
o
d
APIo 
(2.2) 
oBé = 140 130
60 60
d
F/ o
−
 
 
(2.3) 
 9 
Na indústria do petróleo, a densidade é também expressa em ºAPI. Nos EUA, 
como a temperatura-padrão adotada para os líquidos é de 60ºF, a densidade 
usualmente adotada é a d60/60ºF 
 
3.1.2 Variação da Densidade Relativa com a Temperatura 
 Em alguns casos, pode-se desejar trabalhar com valores de densidade 
relativa, em bases de temperaturas diferentes daquelas que foram observadas 
na análise. 
 Então, torna-se necessário efetuar mudança de base de temperatura. No 
Brasil, a temperatura padrão de medição de líquidos é T1= 20oC exceto para a 
 10 
água T2= 4oC, onde o valor de sua massa específica é 1g/cm3. 
dT1/T2 = 
( )
( )
ρ
ρ
A
H O
1
2 2
T
T
 
(2.4) 
 Em alguns outros países, como os Estados Unidos à temperatura de 
referência de medida de líquidos é T3= 15,6oC e a água também é medida 
nesta mesma temperatura, T2= 15,6oC. 
dT3/T4 = 
( )
( )
4OH
3A
2 T
T
ρ
ρ
 
(2.5) 
 Desejando-se alterar a base de referência deve-se converter através de 
uma das seguintes equações: 
 
d20/4 = - 0,0166 . 2 60/60d + 1,0311 . d60/60 - 0,0182 
para 0,644 ≤≤≤≤ d60/60 ≤≤≤≤ 0,934 
(2.6) 
d20/4 =1,2394 . 3 60/60d - 3,7387 . 
2
60/60d + 4,7524 . d60/60 - 1,2566 (2.7) 
para 0,934 <<<< d60/60 ≤≤≤≤ 1,060 
d60/60 = 0,0156 . ( )d 20 4 2/ + 0,9706 . ( )d 20 4/ + 0,0175 (2.8) 
para 0,644≤≤≤≤ d20/4 ≤≤≤≤ 0,931 
d60/60 = 0,0638 . ( )d 20 4 2/ + 0,8769 . ( )d 20 4/ + 0,0628 (2.9) 
Para, 0,931 <<<< d20/4 ≤≤≤≤ 1,060 
 
Exemplo 13: Um derivado de petróleo tem o ºAPI igual a 34,31. Calcule a 
sua densidade d60/60ºF e estime a sua d20/4ºC. 
Tabela 1: Classificação de Petróleos segundo a Densidade. 
DENSIDADE (º API) CLASSIFICAÇÃO 
API > 40 EXTRA-LEVE 
40 > API > 33 LEVE 
33 > API > 27 MÉDIO 
27 > API > 19 PESADO 
19 > API > 15 EXTRA-PESADO 
API < 15 ASFÁLTICO 
 
 11 
Misturas de Líquidos Ideais: 
Uma mistura de líquidos é dita ideal quando: 
Vmistura =Σ Vcomponentes = Σ Vi (não existindo contração nem expansão) 
Para efeitos práticos, uma mistura líquida de hidrocarbonetos de uma mesma 
família pode ser considerada como uma mistura ideal. 
A) A massa específica e a densidade da mistura são obtidas pelo somatório 
das multiplicações das massas específicas e densidades dos 
componentes pelas respectivas frações volumétricas. Assim, para uma 
mistura de k componentes, temos: 
ρmist = mmist / Vmist = / = / 
 / = Φi ρmist = Φi 
 dmist = ρmist / ρágua = Φi/ Φi/ 
dmist = Φi 
B) O ºAPI da mistura é obtido pelo somatório da multiplicação do ºAPI dos 
componentes pelas respectivas frações mássicas, para uma mistura de 
“k” componentes. 
 ºAPImist= / …= 
APImist=∑APIifi 
 
Exemplo 12: Calcule a densidade d20/4ºC de uma mistura líquida com a 
seguinte composição volumétrica: n-heptano= 40%; n-octano= 60%. 
Dados: 
Componente n-heptano n-octano 
Massa específica, ρ a 
20ºC, kg/m3 
683,74 702,5 
ρ H2O= 1000 kg/m3 
 
 12 
Exemplo 13: Calcule o ºAPI médio de uma mistura líquida com a seguinte 
fração mássica: n-heptano= 45%; n-octano= 55%. 
 
A figura 2.1, permite estimar a densidade a uma outra temperatura 
conhecendo-se a densidade dT3/T4, considerando-se T4 = 15,6
oC. 
 O API - Technical Data Book - Petroleum Refining (2001) apresenta 
método mais rápido e preciso, que leva em consideração também as 
características do derivado. Este método é apresentado na figura 2.2, onde a 
massa específica à uma dada temperatura é função do oAPI da fração e de seu 
PEMe ou do fator de caracterização K, calculados pelo método API. Por este 
método obtem-se a massa específica do produto a qualquer temperatura. 
 13 
 
Figura 2.1 - Variação da densidade com a temperatura 
 
 
 14 
 
Co6,15/6,15
5,141
ρ
=APIo
DENSIDADE
 
CARACTERIZAÇÃO DE PETRÓLEO E PRODUTOS
 
 
SIMPLES OBTENÇÃO E DAS MAIS USADAS NA CARACTERIZAÇÃO. 
FÁCIL OBTENÇÃO EXPERIMENTAL 
 
 (PRODUTO A 20oC/ REFERÊNCIA ÁGUA A 4oC) 
 
 
 
Caagua
s
o0
20,
4/20 ρ
ρ
=d 
 
 
 - 131,5 (PRODUTO E ÁGUA A 15,6oC) 
 
 
 
Figura 1 - Densidade de petróleo e frações 
 
Exercício: Um derivado de petróleo tem o ºAPI igual a 34,31. 
Calcule a sua densidade d60/60ºF e estime sua d20/4ºC.