Título: AVALIAÇÃO DE MODELOS TERMODINÂMICOS PARA A ESTIMATIVA DA MASSA ESPECÍFICA DE ÁCIDOS GRAXOS EM FASE LÍQUIDA
Autoria de: Lucas Renato de Oliveira Mourao
Orientação de: Nathan Sombra Evangelista
Presidente da banca: Nathan Sombra Evangelista
Primeiro membro da banca: Renata de Aquino Brito Lima Corrêa
Segundo membro da banca: Gilson Campani Junior
Palavras-chaves: Propriedades termodinâmicas, Massa Específica, Correlações Empíricas, Equações Cúbicas de Estado, Translação de Volumes
Data da defesa: 04/12/2023
Semestre letivo da defesa: 2023-2
Data da versão final: 06/12/2023
Data da publicação: 06/12/2023
Referência: Mourao, L. R. d. O. AVALIAÇÃO DE MODELOS TERMODINÂMICOS PARA A ESTIMATIVA DA MASSA ESPECÍFICA DE ÁCIDOS GRAXOS EM FASE LÍQUIDA. 2023. 71 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.
Resumo: O aumento da demanda de energia e o estudo dos impactos ambientais da matriz energética mundial tem incitado pesquisas por fontes alternativas, tais como o biodiesel, combustível renovável, biodegradável e com baixa emissão de gases poluentes. A simulação de uma planta industrial de produção deste combustível requer o conhecimento da densidade de ácidos graxos em fase líquida, pois valores dessa propriedade são requeridos para o dimensionamento de equipamentos de operações unitárias e o controle de processos envolvendo a transferência de calor e de massa. Embora a literatura possua dados experimentais, estes não suprem toda a demanda industrial, visto que não abrangem todos os compostos nem todas as condições de temperatura e de pressão. Ademais, destaca-se a dificuldade de obtenção de dados para ácidos graxos em sua forma pura, dado que ensaios experimentais demandam tempo, além de envolverem um significativo custo atrelado à aquisição do equipamento de medição. Para contornar este problema, uma alternativa é a aplicação de equações termodinâmicas para estimar esses dados com um certo nível de exatidão. Assim, este trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho de correlações empíricas e de equações de estado cúbicas no cálculo da densidade de ácidos graxos presentes nos óleos vegetais. Foram avaliadas as correlações de Yaws (2003) e a DIPPR105 (AiCHE, 2023), as equações tradicionais de van der Waals (1873), Redlich-Kwong (1949), Soave-Redlich-Kwong (1972) e Peng-Robinson (1976), além de 9 modificações das duas últimas baseadas no conceito de translação de volumes. Para testar os modelos, foi desenvolvido um banco de dados contendo 651 valores experimentais de densidade na pressão atmosférica para 21 ácidos graxos, extraídos a partir da ferramenta ThermoData presente no software AS-PEN PLUS© e 329 dados a altas pressões (até 250 bar), abrangendo 7 ácidos graxos, obtidos através do banco de dados ThermoLit do National Institute of Standards and Technology (NIST). Os modelos foram avaliados por meio de comparações estatísticas entre os dados experimentais e os estimados, mediante três parâmetros desvios relativos (DR), desvios relativos absolutos (DRA) e média dos desvios relativos absolutos (DRMA) para cada modelo. A princípio, estimaram-se os parâmetros das correlações empíricas de DIPPR105 e Yaws (2003) para cada ácido graxo presente nos bancos de dados. A partir dessa estimativa, calculou-se o valor de densidade em fase líquida em amplas faixas de temperatura e pressão e o erro relativo associado. De modo geral, foram retornados desvios médios baixos, na faixa de 0,682 para DIPPR105 e 0,568 para Yaws, quando avaliado dados a pressão atmosférica. Em concomitância, ao aplicar as equações aos dados sob altas pressões, DIPPR105 alcançou um erro de 0,789, enquanto Yaws (2003) foi de 0,756, o que permite a aplicação destas cor-relações em intervalos extensos. Outrossim, os resultados apontaram a viabilidade da aplicação do conceito de translação de volume, uma vez que as equações transladadas ofertaram melhorias consideráveis em comparação às equações cúbicas tradicionais. Como, por exemplo, para a equação original de Peng-Robinson (1976), o desvio relativo médio encontrado foi de 12,81, enquanto a aplicação da modificação proposta por Ungerer-Batut (1997) retornou um erro médio de 5,16. Do mesmo modo, a equação de Soave-Redlich-Kwong (1972), cujo desvio relativo médio foi de 22,14, foi superada pela modificação proposta por Péneloux-Rauzy-Fréze (1982) que produziu um erro médio de 4,92. Além disso, observou-se que para o banco de dados a altas pressões, os desvios foram, em sua maioria, menores do que os dados a pressão atmosférica, o que viabiliza a utilização destas equações para dados em amplas faixas de temperatura e pressão. Para este banco de dados, a equação de Ungerer-Batut (1997) apresentou o menor desvio médio, na ordem de 3,34.
Abstract: The increase in energy demand and the study of the environmental impacts of the worlds energy matrix have prompted research into alternative sources, such as biodiesel, a renewable, biode-gradable fuel with low emissions of polluting gases. The simulation of an industrial plant for the production of this fuel requires knowledge of the density of fatty acids in the liquid phase, as values of this property are required for the dimensioning of unit operations equipment and the control of processes involving heat and mass transfer. Although experimental data is avail-able in the literature, it does not meet all industrial demands, as it does not cover all compounds or all temperature and pressure conditions. Furthermore, it is difficult to obtain data for fatty acids in their pure form, as experimental tests are time-consuming and involve a significant cost associated with acquiring the measuring equipment. To overcome this problem, an alternative is to apply thermodynamic equations to estimate these data with a certain level of accuracy. The aim of this study was to evaluate the performance of empirical correlations and cubic equa-tions of state in calculating the density of fatty acids present in vegetable oils. Therefore, it was evaluated the Yaws (2003) and DIPPR105 (AiCHE, 2023) correlations, the traditional van der Waals (1873), Redlich-Kwong (1949), Soave-Redlich-Kwong (1972) and Peng-Robinson (1976) equations, as well as 9 modifications of the latter two based on the concept of volume translation. To test the models, a database was developed containing 651 experimental density values at atmospheric pressure for 21 fatty acids, extracted from the ThermoData tool in the ASPEN PLUS© software, and 329 data at high pressures (up to 250 bar), covering 7 fatty acids, obtained from the ThermoLit database of the National Institute of Standards and Technology (NIST). The models were evaluated by means of statistical comparisons between the experi-mental and estimated data, using three parameters relative deviations (RD), absolute relative deviations (ARD) and average of the absolute relative deviations (ARD) for each model. First, the parameters of the empirical correlations of DIPPR105 and Yaws (2003) were esti-mated for each fatty acid in the databases. From this estimate, the liquid phase density value was calculated over a wide range of temperatures and pressures and the associated relative error. In general, low average deviations were returned, in the range of 0.682 for DIPPR105 and 0.568 for Yaws, when evaluating data at atmospheric pressure. At the same time, when ap-plying the equations to data under high pressures, DIPPR105 achieved an error of 0.789, while Yaws (2003) was 0.756, which makes it possible to apply these correlations over long intervals. Furthermore, the results showed that it is feasible to apply the concept of volume translation, since the translated equations offered considerable improvements compared to the traditional cubic equations. For example, for the original Peng-Robinson (1976) equation, the average relative deviation found was 12.81, while applying the modification proposed by Ungerer-Batut (1997) returned an average error of 5.16. Similarly, the Soave-Redlich-Kwong (1972) equation, whose average relative deviation was 22.14, was surpassed by the modifi-cation proposed by Péneloux-Rauzy-Fréze (1982), which produced an average error of 4.92. In addition, it was observed that for the database at high pressures, the deviations were mostly smaller than for the data at atmospheric pressure, which makes it feasible to use these equations for data over wide temperature and pressure ranges. For this database, the Ungerer-Batut (1997) equation showed the smallest average deviation, in the order of 3.34.
URI: sip.prg.ufla.br/publico/trabalhos_conclusao_curso/acessar_tcc_por_curso/
engenharia_quimica/20232201810814
URI alternaviva: sem URI do Repositório Institucional da UFLA até o momento.
Curso: G033 - ENGENHARIA QUÍMICA (BACHARELADO)
Nome da editora: Universidade Federal de Lavras
Sigla da editora: UFLA
País da editora: Brasil
Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso
Nome da língua do conteúdo: Português
Código da língua do conteúdo: por
Licença de acesso: Acesso aberto
Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras
URI da licença: repositorio.ufla.br
Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br
Detentores dos direitos autorais: Lucas Renato de Oliveira Mourao e Universidade Federal de Lavras
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