Viscosidades dos resíduos da destilação molecular

Para determinar as viscosidades dos resíduos obtidos da destilação molecular dos resíduos 400°C+ dos petróleos Gamma+Sigma e Zeta, foi usado o reômetro HAAKE RheoStress 6000, da marca Thermo Scientific, pertencente aos Laboratórios LDPS e LOPCA da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). A unidade de medição é como apresentada na figura IV.3:

Figura IV.3. Reômetro HAAKE RheoStress 6000, para medições das viscosidades dos resíduos da destilação molecular.

Fonte: THERMO SCIENTIFIC, 2007a p.3

1 -Suporte de medição fixo constituído por: Motor para a rotação, Sistema de amortecimento de ar,

Controlador de temperatura, Medidor da força normal; 2 -Sensor de placa (rotor); 3 -Placa mãe; 4 - Controlador de temperatura; 5 -Controlador elétrico.

O reômetro é constituído de um sensor placa-placa. O equipamento está projetado para fazer medições de deflexão da amostra quando uma força (torque) é aplicada. Opera num amplo intervalo de taxas de cisalhamento, e em especial, é adequado para medições a baixas taxas de cisalhamento e altas viscosidades, como as apresentadas nas frações e cortes pesados de petróleo.

Para os ensaios de resíduos de petróleos foi usado o sistema de sensor placa- placa PP35, que está constituído do rotor, com especificação PP35H e a placa mãe, com especificação MP35. Entre as placas, se manteve uma distância de 1 mm, e foi usado um volume de amostra de 1 mL.

Todas as funções do equipamento foram estabelecidas e controladas através do software RheoWin 3 (versão 1.0), que opera com elementos de trabalho (Job Elements), com funções específicas, as que permitem definir a metodologia da análise, a partir de uma seqüência de passos estabelecidos pelo usuário.

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As análises forma realizadas na faixa de temperatura entre 100°C e 150°C, e taxa de cisalhamento no intervalo de 0,00 s-1 até 150,00 s-1. Este intervalo de taxa de cisalhamento foi escolhido após uma análise previa do comportamento reológico de cada resíduo. Pôde-se observar que, para taxas superiores aos 150,00 s-1, a maioria dos resíduos apresentou variação da viscosidade com a taxa de cisalhamento, (especificamente comportamento Pseudo-plástico) enquanto para taxas inferiores a 150,00 s-1, a viscosidade se manteve constante (comportamento Newtoniano). Em geral, para materiais altamente viscosos, é recomendado realizar determinações a baixos valores de taxa de cisalhamento, para garantir resultados mais confiáveis (REOTERM, 2009). Com fins de determinação da viscosidade destas amostras, na região de viscosidade linear, decidiu-se fazer as análises na faixa acima indicada.

Metodologia experimental 1. A seguir, são descritas as etapas do procedimento experimental estabelecido para as análises:

• Etapa 1: Estabelecimento da temperatura do ensaio. Foi estabelecida a temperatura do ensaio através do elemento de trabalho Temperature setting do RheoWin 3. Esta temperatura foi mantida constante, com desvio máximo de ± 0,20°C. Também, a taxa de cisalhamento foi mantida constante em zero (0,00) s-1.

• Etapa 2. Fundição da amostra. Após as placas atingirem a temperatura do ensaio, foi colocada a amostra de resíduo a ser analisada. Devido às características físicas das amostras, as quais eram sólidas à temperatura ambiente, foi necessário esperar um tempo de 30 minutos aproximadamente, para atingir ao ponto de fluidez requerido para iniciar a medição.

• Etapa 3. Homogeneização da amostra à temperatura do ensaio. Nesta etapa, a temperatura foi mantida constante, enquanto a taxa de cisalhamento foi de 5 s-1, durante um tempo de 600 segundos. Este procedimento permitiu uma distribuição homogênea do calor na amostra e por tanto uma temperatura

• Etapa 4. Variação da taxa de cisalhamento a temperatura constante. Durante esta etapa de processo, a taxa de cisalhamento foi aumentada continuamente, a temperatura constante, desde 0,00 s-1 até 150,00 s-1 no máximo. Para isto, foi usado o elemento de trabalho CS/CR-Rotation Ramp do RheoWin 3. • Etapa 5. Regressão. Para a determinação do valor de viscosidade à

temperatura do teste, o elemento de trabalho Regression do RheoWin 3 fez o ajuste dos dados gerados de tensão versus taxa de cisalhamento, usando a equação de Newton (equação IV.1). Um total de 50 dados de tensão de cisalhamento e viscosidade, versus a taxa de cisalhamento foram gerados para determinar a viscosidade do resíduo.

ηγ

τ = (IV.1)

Onde τ é a tensão de cisalhamento em Pa, η é a viscosidade dinâmica em Pa.s e γ é a taxa de cisalhamento em s-1

Na tabela IV.3 são apresentados os valores de viscosidade dos resíduos da destilação molecular dos resíduos 400°C+ dos petróleos Gamma+Sigma e Zeta, às condições das análises:

Tabela IV.3. Valores de viscosidade dos resíduos da destilação molecular dos resíduos 400°C+ dos petróleos Gamma+Sigma e Zeta.

Resíduo PEV Resíduo (°C) TDM (°C) Temperatura do ensaio (K) Intervalo de taxa de cisalhamento (s-1₎ Viscosidade dinâmica (Pa.s) Coeficiente de determinação R 537°C+ 210 4,460 0,9999 554°C+ 230 8,691 0,9998 584°C+ 260 0,00 – 150,00 22,520 0,9940 620°C+ 290 373,15 0,00 – 30,00 83,610 0,9970 Gamma+Sigma 400°C+ 670°C+ 325 423,15 0,00 – 10,00 2,527 0,9999 537°C+ 210 4,142 0,9999 554°C+ 230 0,00 – 150,00 13,510 0,9992 584°C+ 260 373,15 0,00 – 30,00 42,110 0,9985 620°C+ 290 2,335 0,9989 Zeta 400°C+ 670°C+ 325 423,15 0,00 – 10,00 9,585 0,9995

Como se observa na tabela, os resultados de viscosidade indicam que esta propriedade aumenta com o aumento da temperatura da destilação molecular, para ambos os resíduos. Também, os resultados mostram que os resíduos da destilação molecular do petróleo Zeta são mais viscosos, que os resíduos do petróleo Gamma+Sigma. Vemos que a uma condição específica, por exemplo, a 423,15 K a viscosidade do resíduo à TDM 325 °C do petróleo Zeta é quase quatro vezes maior à viscosidade do resíduo à TDM 325 °C do petróleo Gamma+Sigma. Estes resultados são conformes com o esperado. Na seção IV.3.1 se observou que os cortes de destilados do petróleo Zeta apresentaram uma menor concentração dos componentes de alta massa molar como resinas e asfaltenos. É natural portanto, que estes componentes formem parte dos resíduos da destilação, como foi o apresentado.

IV.3.3 Desenvolvimento de uma correlação para o cálculo da viscosidade em função