Modelagem e implementação numérica de modelos termodinâmicos para a predição de ponto de fulgor de misturas de biocombustíveis e hidrocarbonetos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Nascimento, Débora Costa do, 1992-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/14213
Resumo: Orientadores: Mariana Conceição da Costa, Antonio Marinho Barbosa Neto
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spelling Modelagem e implementação numérica de modelos termodinâmicos para a predição de ponto de fulgor de misturas de biocombustíveis e hidrocarbonetosModeling and numerical implementation of thermodynamic models for flash point prediction of mixtures involving biofuels and hydrocarbonsPonto de fulgorModelagem termodinâmicaBiodieselHidrocarbonetosFlash pointThermodynamic modelsBiodieselHydrocarbonsOrientadores: Mariana Conceição da Costa, Antonio Marinho Barbosa NetoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: O Brasil é referência mundial quando o assunto é biocombustíveis. Hoje em dia, o biodiesel já é obrigatoriamente adicionado ao óleo diesel que abastece o transporte de cargas no país, e o etanol à gasolina. Para garantir a segurança durante a produção, transporte e armazenamento tanto de biocombustíveis quanto do combustível convencional é necessário conhecer uma série de propriedades termodinâmicas. O ponto de fulgor é uma dessas propriedades, sendo essencial a sua determinação, pois está relacionada à inflamabilidade do material. Quanto mais alto o ponto de fulgor, menor o perigo de incêndios e explosões. Apesar de importantes, dados de pontos de fulgor de misturas são escassos na literatura. Neste sentido, o objetivo deste estudo foi obter uma ferramenta de cálculo de ponto de fulgor através da implementação de modelos termodinâmicos capazes de predizer pontos de fulgor de misturas dos ésteres etílicos e metílicos, substâncias que compõem o biodiesel, e de misturas dos ésteres com etanol e hidrocarbonetos, culminando na predição do ponto de fulgor de biocombustíveis e misturas destes com etanol ou combustíveis derivados do petróleo. Duas abordagens baseadas em modelos de pressão de vapor para cálculo do FP foram implementadas. Uma delas leva em conta a descrição do equilíbrio líquido-vapor pela abordagem gamma-phi, enquanto a outra segue a abordagem phi-phi. A implementação dos modelos foi feita com linguagem de programação VBA (Visual Basic). O algoritmo obtido, o FLAMMA (FLAsh point Multicomponent: Methods and Algorithm), permite calcular o ponto de fulgor de misturas considerando a não-idealidade da fase líquida por meio do modelo Ideal, dos modelos de coeficiente de atividade de Wilson, NRTL, UNIQUAC, UNIFAC original, UNIFAC modificado Dortmund e NIST-UNIFAC, e da equação de Peng-Robinson (78). Além disso, o programa permite realizar ajuste de parâmetros de interação a partir de dados de ponto de fulgor e conta com uma base de dados que inclui propriedades e parâmetros de 60 substâncias. O FLAMMA foi validado através da comparação de valores preditos com dados da literatura e com dados determinados pelo grupo de pesquisa do Laboratório de Equilíbrio de Fases (LEF) usando métodos estatísticos. Um total de 109 sistemas (758 pontos experimentais) envolvendo principalmente biocombustíveis e hidrocarbonetos foram avaliados. Em geral, observou-se conformidade entre valores experimentais e preditos pelo FLAMMA, com RMSE médio inferior a 1,51 K para sistemas binários formados por ésteres, RMSE de no máximo 4,8 K para sistemas formados por biodiesel, diesel e álcoois e de no máximo 3,85 K para sistema formados por dodecano + éster, considerando o modelo UNIFAC original, por exemploAbstract: When it comes to biofuels, Brazil stands out in comparison to most countries in the world. Today, biodiesel is mandatorily added to the petro-diesel that supplies cargo transportation in the country, while ethanol is added to gasoline. In order to guarantee safe production, transportation, and storage of biofuels, as well as petroleum fuel, it is necessary to have information on a series of chemical physical properties. Flash Point is one of them, and its measurement is quite important since it is related to the liquid’s flammability. Higher Flash Point values imply lower fire hazard. Although there is need for Flash Point data of mixtures, those are still scarce in the literature. In this sense, the aim of this study was to create a tool capable of predicting Flash Points of mixtures containing either Fatty Acid Methyl Esters (FAMEs) or Fatty Acid Ethyl Esters (FAEEs), substances that compose biodiesel, and mixtures of FAMEs or FAEEs with ethanol and hydrocarbons, resulting on the prediction of biofuel blends Flash Points. Two approaches based on vapor pressure models for flash point calculation were implemented. One of them accounts for vapor liquid equilibrium description through a gamma-phi approach, while the other one follows a phi-phi approach. The implementation of the models was done in VBA (Visual Basic) programming language. The algorithm FLAMMA (FLAsh point Multicomponent: Methods and Algorithm) allows flash point calculation of mixtures considering liquid phase non idealities through activity coefficient models, such as Wilson’s, NRTL, UNIQUAC, UNIFAC, UNIFAC-Dortmund, and NIST-UNIFAC and Peng-Robinson’s (78) equation. Besides, the algorithms allow parameter adjustment from flash point data and contains a database which includes properties and parameters of 60 substances. FLAMMA was validated through comparison between predicted values and Flash Point data from the literature and from LEF’s database. Overall, 109 systems (758 experimental points) involving especially biofuels and hydrocarbons were evaluated. In general, conformity between predicted and experimental values was observed, with average RMSEs lower than 1.51 K for fatty acid ethyl and methyl esters binary systems, maximum RMSE of 4.8 K for biodiesel + diesel + alcohol systems, and maximum RMSE of 3.85 K for dodecane + ester systems, considering the UNIFAC model, for exampleMestradoEngenharia QuímicaMestra em Engenharia QuímicaCAPES88882.329676/2019-01[s.n.]Costa, Mariana Conceição da, 1977-Barbosa Neto, Antonio Marinho, 1989-Gonçalves, Rogerio dos SantosSantos, Ronaldo Gonçalves dosUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASNascimento, Débora Costa do, 1992-20202020-07-27T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (134 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/14213NASCIMENTO, Débora Costa do. Modelagem e implementação numérica de modelos termodinâmicos para a predição de ponto de fulgor de misturas de biocombustíveis e hidrocarbonetos. 2020. 1 recurso online (134 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/14213. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1371187Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2023-12-04T15:47:08Zoai::1371187Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2023-12-04T15:47:08Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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