Variação de volume de misturas

BR/GOP/GEFOPE – 19/05/2014 Avaliação da variação de volume das misturas pseudo-binárias: etanol ani dro + gasolina A e biodiesel de soja + diesel A. Mário Sergio Santos Silva Resumo O objetivo deste trabalho foi avaliar as implicações físico-químicas quando são realizadas misturas de etanol a nidro e g asolina A par a formar a ga solina C, e biodiese l de soja e diesel A para formar diesel B. Os r esultados mostram que ambas as m isturas aumentam de volume em relação à soma dos volumes ini ciais. Para cada 5 .000L de gasolina C teóricos, há um aumento de 17,30L na mistura final; p ara cada 5.000L de diesel B teóricos, há um aumento d e 4,22L na mi stura final. Os percentuais de etanol anidro na gasolina A e de biodiesel no diesel A são 25% (v/v) e 5% (v/v) respectivamente. Como não havia dados disponíveis para gasolina A, o iso-octano foi utilizado como substituto. Palavras-chave: volume em excesso; solução ideal. ______________________________________________________________________ Introdução As propriedades d e misturas são muito importantes no dia a dia. Elas servem, entre outras coisas, para predizer variações nas propriedades termodinâmicas das misturas que são fundamentais para a elaboração de projetos e instalações de equipamentos. Por e xemplo, e xistem m isturas que sã o altamente ex otérmicas, ou seja, libe ram calor ao se m isturarem, elevando, portanto, a temperatura do sistema. Tais variações não previstas podem levar a enormes desastres. Este trabalho t em como objetivo avaliar a variação d e volume da mistura de etanol anidro com gasolina A e biodiesel com diese l A. Para isso, foi necessário encontrar corre lações na literatura que descrevessem os comportamentos dessas m isturas. O volume em ex cesso é, p or definição, a diferença entre o volume real da mistura e o volum e se a mistura se comportasse como uma solução ideal.          Uma solução é dita ideal se os seus componentes possuem natureza química e moléculas semelhantes. Nestas soluções, a variação de volume da mistura é nula. Assim, temos:        Muitas misturas possuem esse comportamento, por exemplo: benzeno e t olueno ou misturas de isômeros. A variação de volume vem das interações entre a s moléculas diferente s na mistura. Se as interações intermoleculares for em f ortes, o volume da mistura diminui, caso contrário, o volume aumenta. As mist uras estudadas estão nesse último caso. Premissas 1. O iso-octano representa a gasolina; 2. A modelagem do V E da mistura etanol-iso-ocatno foi realizada a 25 ºC e 1atm; 3. A modelagem do V E da mistura biodiesel-diesel foi realizada a 20 ºC e 1atm; 4. Somente o biodiesel de soja puro foi utilizado; BR/GOP/GEFOPE – 19/05/2014 5. As curvas foram ajustadas por um polinômio de 5º grau; 6. A variável x1 representa a fração molar dos biocombustíveis; 7. A entalpia de mistura (calor de mistura),       . Definições Para o sistema etanol-iso-octano, temos: - V E é o volume molar em ex cesso em cm 3 /mol. - ∆ V é a variação de volume da mistura em cm³/mol. - ∆ V t é a variação de volume da m istura em cm³. - x1 é a fração mola r de etanol em mol/mol. - x2 é a fração m olar de iso-octano em mol/mol. - n1 é o número de mols de etanol e m mol. - n2 é o núm ero de mols de iso-o ctano em mol. - m1 é a massa de etanol em g. - m2 é a massa de iso-octano em g. - MM1 á m assa molar de et anol em g/mol. - MM2 é a massa molar do iso-octano em g/mol. - ρ 1 é ma ssa e specífica do etanol em g/cm³. - ρ 2 é ma ssa e specífica do iso-oc tano em g/cm³. Cálculo dos volumes em excesso (V E ) Passo 1:         Passo 2:              Passo 3:            Passo 4:                   Passo 5: Substituir o valor  na equação:    !" #   $  #!%&%   '  "!#%(   )  !""   *  !"    ! &( (5) A mesma aborda gem foi realizada para o sistema biodiesel-diesel em que o índice 1 representa o biodiesel, e o 2, representa o diesel. No entanto, a equação agora é:     !(   $   &! (   '  #!"   )   "! "   *  #!("&    !" & Por fim, obtemos a varia ção do volume das misturas pela equação abaixo.  +     ,          -  % Considerações finais O valor calculado para a variação da mistura do sistema etanol- iso-octano mostra que, apesar de n ão ser realizada com gasolina de fato, dá para se ter uma idei a razoável do comportamento da mistura. O sistema biodiesel-diesel apresentou variação de volume de mistura menor que o sistema etanol-iso-octano, pois o percentual na mistura é de apenas 5% (v/v). À medida que esse percentual aumentar, a variação do volume será mais BR/GOP/GEFOPE – 19/05/2014 acentuada. Recomenda-s e que seja feito um estudo com gasolina A para que os resultados sejam mais precisos. Figura 1 . Volume em excesso da mistura etano l-iso- ocano. Figura 2 . V olume em excesso da mistura b iodiesel- diesel. Referências [1] Mesquita, F.M.R.; Feit osa, X.F; Santia go, R.S.; de Sant’An a, H.B. Densit y , Ex cess Volumes, and Partial Volumes of Binar y Mixtures of S oybean Biodiesel Diesel and Soybean Biodiesel n-He xadecane at Different Tem peratures and Atmospheric Pressure. J. Chem. Eng. Data 2011, 56, 153–157. [2] Morávková, L.; Wa gner, Z.; Sedláková, Z .; L inek, J. Volumetric behaviour o f binary and ternary liquid systems composed of ethanol, isooctane, and toluene at temperatures from (298. 15 to 328.15) K. Experimental data and correlation. J. C hem. Thermodynamics 43 (2011) 1906–1916. 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,0 0,5 1,0 V E (cm³/mol) x1, etanol 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,0 0,5 1,0 V E (cm³/mol) x1, biodiesel Dados Resultado Unidades/ Produtos V mistura (L) Percentual (%) V E (cm 3 /mol) MM1 (g/mol) MM2 (g/mol) ./ (g/cm 3 ) .0  (g/cm 3 ) ∆ V t (L) Gasolina C (iso-octano + etanol) 5.000 25 0,39439 46,07 114,23 0,7851 0,6877 17,30 Diesel B (biodiesel+ diesel) 5.000 5 0,18726 291,85 184,43 0,8843 0,8450 4,22

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