ESTABILIDADE DAS EMULSÕES

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UNIVERSIDADE TIRADENTES
ENGENHARIA DE PETRÓLEO
JAMIEL MENEZES OLIVEIRA
JHONATAN TAVARES OLIVEIRA
LUANA SILVA SANTOS PEREIRA
LUCAS DO VALE SAMPAIO
PAULO OTÁVIO SOUZA SANTANA
RODOLFO MENEZES SANTOS
PRÁTICA 05: TESTE DE ESTABILIDADE DE EMULSÃO
ARACAJU - SE
2015
JAMIEL MENEZES OLIVEIRA
JHONATAN TAVARES OLIVEIRA
LUANA SILVA SANTOS PEREIRA
LUCAS DO VALE SAMPAIO
PAULO OTÁVIO SOUZA SANTANA
RODOLFO MENEZES SANTOS
PRÁTICA 05: TESTE DE ESTABILIDADE DE EMULSÃO
Relatório de experimento, apresentado como avaliação parcial da disciplina Processamento em Petróleo e Gás, ministrada pela professora Marcela Hardman, turma E03, 2015/2.
ARACAJU - SE
2015
INTRODUÇÃO
Compreende-se que a estabilidade da emulsão dependerá de fatores que afetem-na, tais como: temperatura, substância química presente, ph da água, viscosidade, entre outros, podendo existir três tipos de estabilidade: química, física e microbiológica. Como definição, temos que a estabilidade de uma emulsão é a capacidade de manter-se de tal forma que a mistura líquido/líquido (água/petróleo ou água/óleo de cozinha, por exemplo) mantém sua homogeneidade por um certo período de tempo.
A emulsão é um sistema coloidal constituído por dois líquidos imiscíveis, sendo um disperso no outro. A estabilidade das emulsões pode ser considerada com base em três processos distintos: creaming, processo que é o oposto da sedimentação, no qual o resultado é obtido na diferença de densidade entre as fases (lei de Stokes); floculação ou coagulação, processo que ocorre quando há a união de duas ou mais gotas sem que haja mudança na área superficial e coalescimento, processo que ocorre quando duas ou mais gotas se fundem para formar uma gota maior. É de extrema importância que se conheça a estabilidade da emulsão trabalhada para que possa ajudar no tratamento da quebra desta emulsão.
Neste presente trabalho, foi realizada a geração de quatro emulsões O-A, duas com petróleo e duas com óleo de cozinha, e cronometrando o tempo, com a finalidade de testar a estabilidade das emulsões.
RESUMO
Estabilidade de uma emulsão é a capacidade de dois fluidos imiscíveis manterem-se em fase homogênea por um determinado tempo. Podem-se atribuir três processos para explicar a emulsão: creaming, floculação ou coagulação e coalescimento. Estabilidades de emulsão costumam ser divididas em química, física e microbiológica. 
	Palavras-chave: estabilidade, fluidos imiscíveis.
ABSTRACT
Stability of an emulsion is the ability of two immiscible fluids remain in homogeneous phase for a certain time. They can assign three processes to explain the emulsion: creaming, flocculation or coagulation and coalescence. Emulsion stabilities are usually divided into chemical, physical and microbiological. 
	Keywords: stability, immiscible fluids.
OBJETIVO
Geral: Testar a estabilidade de emulsões óleo-água com petróleo e um óleo tratado.
Especifico: Testar a estabilidade de emulsões óleo-água com petróleo e um óleo tratado, ambos apresentando 20% e 30% de TOG.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A palavra emulsão vêm do latim emulgeo, que significa ordenhar, e pode se referir a todas as preparações de aspecto leitoso com as características de um sistema disperso de duas fases líquidas (BONTORIM, 2009).
Sendo sistemas termodinamicamente instáveis, emulsões não se formam espontaneamente, sendo necessário fornecer energia para formá-las através de agitação, de homogeneizadores, ou algum outro processo mencionado na Tabela 2.2. 
Para manter um alto grau de dispersão, é necessário introduzir barreiras à agregação e à consequente separação de fases. Nesse caso, costuma-se dizer que o sistema apresenta estabilidade cinética (MIRHOSSEIN et al., 2007).
Um emulsificante também tem o papel importante de reduzir a tensão interfacial, que vai favorecer a quebra e formação das gotas no processo de formação da emulsão durante a homogeneização do sistema. Esse fato vai auxiliar na distribuição de partículas menores e mais estreita (WALSTRA, 2003).
A estabilidade física de uma emulsão pode ser influenciada por diversos fatores, tais como (MIRHOSSEIN et al., 2007): Tamanho das gotas geradas: O tamanho de partícula está diretamente relacionado à intensidade de cisalhamento a qual a emulsão foi submetida. Como dito anteriormente, a elevada área gerada pelo grande número de pequenas gotas torna o sistema bastante instável devido à sua elevada energia, favorecendo a coalescência. À medida que as gotas aumentam de tamanho, maior será sua velocidade de sedimentação ou flotação (dependendo da densidade entre as fases dispersa e contínua e da ação da gravidade). Por outro lado, se a distribuição de tamanhos das gotas é larga, há uma maior probabilidade de haver envelhecimento de Ostwald, onde as gotas maiores crescem às custas das menores por difusão da fase oleosa. Assim, para manter o sistema disperso por um maior período, é necessária a presença de surfactantes, para reduzir a energia total do sistema, e é desejável produzir gotas pequenas e de tamanho uniforme. Volume de fase dispersa: a densidade populacional de gotas presentes na fase contínua também tem efeito sobre a estabilidade das emulsões, assim, à medida que se aumenta o teor de óleo na emulsão, aumenta a população de gotas de óleo existentes na emulsão, aumentando-se a probabilidade de colisão e a coalescência entre elas; por conseguinte, pode haver um aumento do tamanho das gotas e, em casos mais extremos, a diminuição da estabilidade da emulsão;
A estabilidade de uma emulsão é governada pela magnitude relativa das forças atrativas de van der Waals e das interações repulsivas (eletrostáticas, estéricas e camada de hidratação) entre as gotículas. Emulsões óleo em água podem ser estabilizadas, por exemplo, por repulsão eletrostática entre gotículas de óleo similarmente carregadas, através do uso de surfactantes iônicos (MIRHOSSEIN et al., 2008).
Comumente, o termo “estabilidade da emulsão” se refere à capacidade de uma emulsão resistir a mudanças nas suas propriedades físico-químicas ao longo do tempo (MCCLEMENTS, 1999)
Os asfaltenos são responsáveis pela formação de emulsões estáveis, no entanto uma alta concentração de asfaltenos pode resultar em petróleos de alta viscosidade (>20.000 mPa.s) que não formam emulsões estáveis. Isto pode ser devido à baixa taxa de migração dos asfaltenos em óleos muito viscosos, a qual é insuficiente para estabilizar as emulsões (Fingas et al., 2000).
Reciprocamente, se as gotas ficam em contato próximo e prolongado devido à flotação/sedimentação ou à floculação, elas ficam mais susceptíveis à coalescência. Sendo assim, o mecanismo de desestabilização responsável pela manifestação visível da separação das fases da emulsão pode não necessariamente ser a razão primária pela qual a emulsão se tornou instável. Outro caso que exemplifica essa questão é que se pode observar que ocorre uma flotação rápida em uma emulsão, mas que pode na verdade ser o resultado do agregamento das gotas, ou seja, de uma floculação. Por isso, em um caso como esse, pode ser mais importante adotar uma estratégia que previna a floculação ao invés de adotar uma estratégia que previna a flotação (MCCLEMENTS, 2007).
A identificação e, principalmente, a compreensão e o controle dos fatores que afetam a estabilidade de emulsões têm sido objeto de intenso estudo desde a década de 1980. A fração de óleo, o tipo e a concentração de agentes surfactantes e estabilizantes e a diferença de densidade entre as fases são algumas das variáveis que exercem maior influência sobre o tempo de vida útil de uma emulsão. Na literatura há vários estudos sobre o efeito dessas variáveis na estabilidade de emulsões para bebidas (MIRHOSSEIN, et al., 2007; NIRAULA et al., 2004; MIRHOSSEIN et al., 2008; TESCH et al., 2002; TADROS, 2004; BONTORIM, 2009)
Diversas metodologias analíticas têm sido utilizadas para monitorar as propriedades de emulsões, dentreas quais se destacam medidas de tensão superficial e interfacial, inspeção visual, análise do tamanho de partícula, determinação do potencial eletrocinético (potencial zeta) e cálculo do índice de separação do óleo da emulsão, recorrentes na maioria das publicações na área, usadas em conjunto ou isoladamente. Mais recentemente, a avaliação da reologia da emulsão também tem sido empregada com este fim, embora a correlação entre as propriedades reológicas e a estabilidade da emulsão ainda esteja longe de ser elucidada (MCCLEMENTS, 1999).
A fase que está presente na forma de gotas, finamente divididas, denomina-se fase dispersa ou interna e a que forma a matriz onde as gotas estão suspensas, fase contínua ou externa. A distinção entre os tipos diferentes de emulsão consiste em notar qual meio é o contínuo e qual é a fase dispersa. A nomenclatura das emulsões inicia-se sempre com a fase dispersa e depois com a fase contínua, portanto, elas podem ser denominadas como água/óleo (a/o), óleo/água (o/a) ou ainda emulsões múltiplas do tipo a/o/a ou o/a/o (CALDERON et al., 2007).
Emulsões em bebidas são do tipo óleo em água (o/a) e elas devem ser estáveis tanto na forma concentrada quanto na forma diluída, e no caso de refrigerantes, na forma carbonatada. A manifestação mais comum da deterioração de uma emulsão em bebida é a formação de um anel opaco e/ou oleoso em torno do gargalo do recipiente. Ambos os defeitos são o resultado de uma variedade de mecanismos físico-químicos que ocorrem na emulsão em bebida, incluindo sedimentação, floculação e coalescência (MIRHOSSEIN et al., 2008).
Com o tempo, essas emulsões tendem a retornar para o estado termodinamicamente mais estável, ocasionando uma separação total de fases (MYERS, 1999).
A vasta utilização de emulsões nos processos industriais justifica a quantidade de pesquisas referentes ao entendimento da instabilidade das emulsões e no desenvolvimento e métodos para prevenir a sua desestabilização (TADROS, 2009).
Embora as interfaces/superfícies costumem ser representadas como uma região estática, deve-se ressaltar que à nível molecular existe grande turbulência, como resultado do tráfego entre as moléculas que vão do seio das fases para a interface e vice-versa. O tempo de vida médio de uma molécula na superfície de um líquido é de aproximadamente 10-6 s (SHAW, 1980).
A presença de substâncias ativas na interface água/óleo, surfactantes naturais do petróleo (asfaltenos, resinas, ácidos naftênicos, etc), altera as propriedades superficiais e interfaciais do fluido e propicia a formação de emulsões (THOMAS, 2001).
METODOLOGIA
Formar 4 grupos para geração de quatro testes de estabilidade de emulsões diferentes.
- Grupo 1: Gerar um teste de estabilidade de emulsão O-A com petróleo à 30% de TOG.
- Grupo 2: Gerar um teste de estabilidade de emulsão O-A com óleo de cozinha à 30% de TOG.
- Grupo 3: Gerar um teste de estabilidade de emulsão O-A com petróleo à 20% de TOG.
- Grupo 4: Gerar um teste de estabilidade de emulsão O-A com óleo de cozinha à 20% de TOG.
Colocar a medida de água no béquer utilizando a proveta para medição; 
Colocar a medida de óleo no béquer utilizando a proveta para medição; 
Agitar manualmente por 5 minutos; 
Colocar as emulsões em uma proveta de 100 ml para observação da estabilidade de cada emulsão; 
Cronometrar o tempo de desestabilização de cada emulsão anotando o tempo à medida que o limite óleo/água for subindo na proveta.
MATERIAIS
- 4 Provetas de 100mL
- 4 Béqueres de 250mL
- Petróleo 
- Óleo de Cozinha
- Água destilada
- Cronômetro
RESULTADOS E DISCUSÕES 
Através de gráficos podemos perceber a estabilização da mistura água em óleo utilizando petróleo e óleo de cozinha com 30% e 20%.
Grupo 1
Figura 1: O experimento 1 estabilizou com 90 segundos
30% TOG = Petróleo
30ml de óleo 
70ml de água 
No primeiro experimento não houve muita separação através da gravidade, pois a quantidade de líquidos foi suficiente para ocorrer emulsão. 
Grupo 2 
Figura 1: O experimento 2 estabilizou com 420 segundos
30% TOG = Óleo de cozinha
30ml de óleo 
70ml de água 
A segunda mistura foi o melhor experimento para poder observar a separação através da gravidade.
Grupo 3
Figura 1: O experimento 3 estabilizou com 30 segundos
20% TOG = Petróleo
20ml de óleo 
80ml de água 
Esta mistura foi o experimento que ocorreu mais rápida a separação. Mesmo assim teve uma perda de 22ml de liquido e foi observado por 15 minutos.
Grupo 4
Figura 1: O experimento 4 estabilizou com 60 segundos
20% TOG = Óleo de cozinha
20ml de óleo 
80ml de água 
A mistura 4 não houve uma agitação suficiente para gerar emulsão, sendo assim, a separação ocorreu de forma rápida. 
CONCLUSÕES
Esta prática foi feito com um propósito de testar a estabilidade de emulsões óleo-água com petróleo e um óleo tratado.
Ao longo da pratica foi observado que alguns fatores afetam diretamente na estabilidade das emulsões. Tais fatores são: Temperatura, Agitação, Volume da fase dispersa e continua, Material de acondicionamento, Tempo, Viscosidade, Coagulação. O conhecimento de cada fator sobre a estabilidade de uma emulsão permite otimizar o processo e os equipamentos necessários para a separação da emulsão.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Disponível em: 
<http://www2.dbd.puc-rio.br/pergamum/tesesabertas/0511146_08_cap_02.pdf> Acesso em 15 set. 2015.
Disponível em:
<http://www.anp.gov.br/capitalhumano/arquivos/prh24/patricia-iida_prh24_ufpr_g.pdf> Acesso em 15 set. 2015.