62ª Reunião Anual da SBPC

B. Engenharias - 1. Engenharia - 9. Engenharia Mecânica

ALTERAÇÕES NAS PROPRIEDADES COLIGATIVAS DA ADIÇÃO DE GLICERINA EM SOLUÇÃO COM ÁGUA APLICADA COMO FLUIDO TÉRMICO

Pedro Samuel Gomes Medeiros ¹
Cleiton Rubens Formiga Barbosa ¹

1. Universidade Federal do Rio Grande do Norte / UFRN

INTRODUÇÃO:

A glicerina é um composto orgânico formado pelo glicerol (álcool propano-1,2,3-triol) e certas impurezas concentradas até 5% em massa. Atualmente é o principal subproduto da fabricação do biodiesel, chegando a uma produção de 80.000 toneladas/ano. O excesso de produção da glicerina é um fator apreensivo, pois o mercado não está preparado para absorver tanta quantidade, e há uma grande preocupação sobre o que fazer com este excesso, podendo gerar sérios problemas ambientais. Apesar da crescente demanda, as indústrias não conseguem processar esta grande quantidade disponível de glicerina como matéria-prima. Uma possível alternativa a esse problema é adicionar glicerina como aditivo em solução com a água para compor um fluido térmico, aplicado em processos industriais como fluido primário (sistema de arrefecimento) e fluido secundário (sistemas de refrigeração e transmissão de calor em processos). A adição da glicerina modifica as propriedades coligativas da água pura, onde o maior interesse é alterar os pontos de fusão e ebulição. Esta pesquisa analisa o comportamento das propriedades coligativas em função do acréscimo da glicerina adicionada na água, verificando suas variações, e a possibilidade da aplicação desta solução como fluido térmico em processos industriais.

METODOLOGIA:

Dentro do campo das propriedades coligativas, os efeitos da crioscopia (diminuição do ponto de fusão) e ebulioscopia (aumento do ponto de ebulição) da solução água/glicerina são os objetos de estudo. Por se tratarem das alterações nos pontos de fusão e ebulição, respectivamente, esses efeitos seguem a Lei de Raoult, onde essas modificações são diretamente proporcionais à concentração de um líquido não-volátil, ou seja, dependente da sua pressão de vapor. Para a verificação desses efeitos (crioscopia e ebulioscopia) foram usadas tabelas contendo informações a respeito das temperaturas dos pontos de fusão e ebulição em função da concentração em massa da glicerina em solução com água. O grau de pureza da glicerina analisada é de 99%. Gráficos foram construídos e utilizados para demonstrar, de forma sintética, as variações das propriedades coligativas a partir da adição de glicerina. As concentrações estudadas variam entre 0% (água pura) até 100% (glicerina pura), a fim de avaliar por completo a influência da glicerina em solução com água e sua possível aplicação como fluido térmico.

RESULTADOS:

O glicerol (componente básico da glicerina) é miscível em água. Por possuir três grupos hidroxilas em sua cadeia, o glicerol forma fortes ligações interatômicas com água (ligações de hidrogênio), necessitando de um alto gradiente de energia para mudar o estado físico da solução. O princípio da Lei de Raoult foi obedecido, onde o efeito da ebulioscopia foi verificado para todas as concentrações em massa da glicerina em solução com água, e o da crioscopia para valores abaixo de 90%. A glicerina tem o ponto de ebulição a 290 °C e se trata de um composto com baixa pressão de vapor, fatores que determinaram o acréscimo da temperatura de ebulição. O efeito da crioscopia foi observado para a concentração máxima de 90% em massa de glicerina; acima deste valor o ponto de fusão se torna igual ao da água e aumenta de acordo com o incremento da concentração para o valor máximo de 17 °C, ponto de fusão da glicerina pura. A curva do gráfico ponto de fusão versus concentração em massa de glicerina apresenta uma região decrescente, onde a temperatura do ponto de fusão é inversamente proporcional à concentração, um ponto de inflexão a 67%, e uma região crescente, em que a temperatura de fusão se torna diretamente proporcional à concentração. No ponto de inflexão do gráfico a temperatura de fusão é de -46,5 °C, valor mínimo do ponto de fusão da solução.

CONCLUSÃO:

A partir da análise dos resultados, a modificação das propriedades coligativas comparada as da água pura é confirmada, quando a glicerina forma uma solução com a água. O efeito da ebulioscopia é verificado em todas as concentrações: quando a glicerina é adiciona à água há o aumento do ponto de ebulição. O efeito da crioscopia foi observado para valores de concentrações até 90% em massa, além disso o efeito não é verificado por causa do ponto de fusão da glicerina ser maior que o da água. Como aditivo, a glicerina apresenta características físico-químicas que atendem a necessidade da variação das propriedades coligativas da solução, considerando apenas estas propriedades para aplicá-la como um fluido térmico. Nas aplicações de arrefecimento e transmissão de calor, onde é essencial aumentar o ponto de ebulição da água, a glicerina mostrou que pode ser usado como aditivo para todas as concentrações, apresentando a grande vantagem que o sistema pode não necessitar de altas pressões de trabalho ou não ser pressurizado. Nos processos de refrigeração como fluido secundário, pode-se utilizar a glicerina para valores de concentração abaixo dos 90% em massa, onde a redução máxima do ponto de fusão ocorre a 67%.

Palavras-chave: Glicerina, Propriedades Coligativas, Fluidos Térmicos.