Construção dos Diagramas de Fases

Nos diagramas de fases são representadas as composições do sistema nas quais é possível obter limites de transição entre as regiões de instabilidade e estabilidade das emulsões. Nesta etapa foram construídos diagramas de fases para determinação da região de emulsão estável em diferentes sistemas emulsionados.

O método experimental para obtenção dos diagramas de fases consistiu em duas etapas, segundo metodologia descrita por Barros Neto (1996). Na primeira etapa, fez-se um preparo da solução a ser titulada: soluções constituídas de fase oleosa e surfactante,

Estudo de Composição e Estabilidade em Emulsões formuladas a partir de Óleos Lubrificantes Vegetais

nas razões de 9:1, 8:2, 7:3, 6:4, 5:5, 4:6, 3:7, 2:8, 1:9, respectivamente para serem tituladas com a fase aquosa.

Na segunda etapa, foi realizada a determinação da região de emulsão estável através da titulação com fase aquosa. Realizou-se a titulação até o ponto em que a emulsão produzida tornou-se estável, ou seja, não quebra, denominou-se esta região como região de emulsão estável. Então, continuamos a titulação até um novo ponto em que a emulsão apresentou separação de fases, isto é, a emulsão passou a ser instável. Em todos os pontos em que a emulsão produzida apresentou-se instável, denominou-se esta região como região de emulsão instável.

Os Diagramas de Fase auxiliaram nesse trabalho a estudar as regiões de estabilidade para diferentes sistemas emulsionados. Dentro da região de estabilidade determinou-se em cada diagrama os pontos que produzam as emulsões com melhores características para formulações de Fluidos de Corte.

3.2.6.1 Influência de alguns parâmetros sobre as regiões de emulsões estáveis Além das composições dos sistemas influenciarem na estabilidade das emulsões, estas regiões de estabilidade também podem ser afetadas por diversos fatores tais como: natureza do surfactante, BHL do blend surfactante, natureza da fase oleosa. Com isso foram construídos diagramas de fases, para que estes fatores pudessem ser avaliados.

No estudo da influência do BHL do blend surfactante sobre as regiões de emulsão estável, fez-se o emprego do melhor blend determinado na etapa anterior deste estudo, o blend T80/S40, variando, então, o seu BHL. Os BHLs empregados foram também os melhores BHLs determinados na etapa anterior, ou seja, 9, 10, 11 e 12. Foram construídos os diagramas de fases pseudoternários para cada BHL em estudo, com o blend T80/S40, já a fase oleosa (biolubrificante) e a fase aquosa (água destilada) foram mantidas fixas. Os diagramas construídos são denominados pseudoternários por representarem um sistema com quatro constituintes em um diagrama triangular.

Construiu-se um diagrama ternário utilizando o sabão de mamona (sabão de ácido graxo) como surfactante para analisar o seu efeito na região de estabilidade do

Estudo de Composição e Estabilidade em Emulsões formuladas a partir de Óleos Lubrificantes Vegetais

sistema composto pelo sabão de mamona como surfactante, biolubrificante como fase oleosa e água destilada como fase aquosa.

Com o propósito de realizar uma comparação entre o resultado obtido neste trabalho e o resultado obtido no trabalho de mestrado de De Lima (2004) em que foram produzidas emulsões a partir de óleo mineral naftênico NH-20, construiu-se um diagrama pseudoternário representando o melhor sistema determinado por De Lima (2004) em seu estudo. O sistema era constituido por óleo mineral NH-20 como fase oleosa, T20/S20 BHL 12 ,como blend surfactante, e água destilada como fase aquosa.

3.2.7. Planejamento Experimental

Apresenta-se neste item uma análise dos parâmetros a serem otimizados, através do planejamento experimental, a fim de estabelecer a melhor localização na região de estabilidade, que apresentem as melhores condições para futura formulação de fluidos de corte. O blend surfactante T80/S40 BHL 10 foi definido neste estudo como o melhor blend surfactante compondo o sistema blend-biolubrificante-água que foi utilizado neste etapa de otimização.

As composições dos pontos da emulsão foram escolhidas baseadas na metodologia experimental, rede Scheffé, cujos pontos constituem um triângulo que representa a rede.

Estes pontos foram escolhidos na região rica em água, com o objetivo de aproximar-se das formulações de fluidos de corte que se constituem em emulsões muito diluídas. Avaliou-se através de modelos de curvas de iso-respostas, a viscosidade de cada emulsão em função da sua composição na região de trabalho, ou seja, a resposta do planejamento foi a viscosidade, visto que a viscosidade é um parâmetro que analisa a reologia de um fluido de corte.

A viscosidade foi medida após o preparo da emulsão referente a cada ponto constituinte da rede Scheffe, utilizou-se para realizar estas medidas, um viscosímetro rotativo Brookfield.

Estudo de Composição e Estabilidade em Emulsões formuladas a partir de Óleos Lubrificantes Vegetais

3.2.7.1 Rede Scheffé

Para delimitação da região do planejamento experimental foram realizados 15 ensaios dentro da região de estabilidade, os quais foram organizados por uma matriz de experiência de acordo com o princípio da rede Scheffé (Goupy, 1988).

O modelo de planejamento experimental, rede Scheffé, baseia-se em variações das propriedades de uma mistura ternária em função das concentrações dos constituintes. O sistema compreende um diagrama de fases representando as zonas de estabilidade e instabilidade. Dentro da região de estabilidade e em uma zona rica em água, construiu-se um triângulo equilátero (rede Scheffé), com o objetivo de se determinar composições que produzissem emulsões com melhores valores de viscosidade. Isto é, as emulsões com valores viscosidades mais apropriados para um fluido de corte. Estes valores dependem do tipo de aplicação deste fluido. Neste trabalho, considerou-se como melhores viscosidades, os valores abaixo de 50 cP, visto que estes valores representam uma boa capacidade de escoamento deste fluido e com isso torna-se possível a lubrificação e o resfriamento da região de corte.

A Figura 3.4 representa os pontos da rede Scheffe para o melhor sistema (água- biolubrificante-Blend T80/S40 BHL 10). Estes pontos constituem a matriz de experiência representada na Tabela 3.5 para o sistema Blend surfactante T80/S40 BHL 10-biolubrificante-água .

Estudo de Composição e Estabilidade em Emulsões formuladas a partir de Óleos Lubrificantes Vegetais

Figura 3.4. Representação da “Rede Scheffe” para o sistema água-biolubrificante-Blend T80/S40 BHL 10.

Tabela 3.5. Matriz Experimental com as respectivas composições dos pontos para o sistema Blend surfactante T80/S40 BHL 10-biolubrificante-água. XF.AQUOSA = fração mássica da fase aquosa, XF.OLEOSA = fração mássica da fase oleosa, X BLEND = fração mássica do blend surfactante.

Pontos XF.AQUOSA XF.OLEOSA XBLEND

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0,9 0,6 0,6 0,75 0,6 0,75 0,7 0,8 0,63 0,72 0,75 0,65 0,64 0,84 0,65 0,07 0,37 0,07 0,22 0,2 0,05 0,13 0,1 0,27 0,18 0,1 0,2 0,08 0,11 0,3 0,03 0,03 0,35 0,03 0,2 0,2 0,17 0,1 0,1 0,1 0,15 0,15 0,28 0,05 0,05

Estudo de Composição e Estabilidade em Emulsões formuladas a partir de Óleos Lubrificantes Vegetais

Para analisar os efeitos de cada uma das variáveis selecionadas em relação a viscosidade, utilizamos como ferramenta o programa computacional STATISTICA versão 6.0. A partir da análise estatística foi possível realizar a modelagem matemática do sistema, ou seja, a viscosidade pode ser escrita em função da composição através de um modelo polinomial. Por fim, realizamos um tratamento estatístico dos experimentos, por meio do teste p, para avaliar a significância das variáveis em relação à resposta considerada, e do teste F para analisar o ajuste do modelo estatístiso em relação aos dados experimentais considerando um intervalo de confiança de 90%.