Estudo experimental e teórico de coeficientes de difusão binários envolvendo componentes de óleo essenciais em dióxido de carbono supercrítico

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química.Obtiveram-se coeficientes de difusão binários inéditos de componentes representativos de óleos essenciais de frutos cítricos (d-limoneno, a-pineno, b-pineno, linalol e citral) à diluição infinita em dióxido de carbono supercrítico, utilizando o método cromatográfico. As medições foram efetuadas em três temperaturas (40, 50 e 60 °C) e em cinco pressões (120, 140, 160, 180 e 200 atm). Onze modelos foram avaliados com estes dados experimentais. Também foram obtidos coeficientes de difusão do benzeno e seus valores foram comparados com dados publicados na literatura. O erro médio das medidas de D12 dos cinco componentes foi de 2,2 % (limite de confiança de 95 %). De modo geral, os coeficientes de difusão binários obtidos com os componentes de óleos essenciais diminuem com o aumento da massa molecular na mesma condição experimental, com pequenas irregularidades. A forma e a estrutura desses componentes influenciam suas difusividades. Há uma alta dependência dos coeficientes de difusão com a densidade do solvente resultando numa alta dependência desses coeficientes com a temperatura e a pressão. Os dados apresentam um leve desvio hidrodinâmico quando apresentados em coordenadas de Stokes-Einstein. Entre os modelos de previsão, avaliados com os dados experimentais dos cinco componentes, os que possuem parâmetros ajustados proporcionaram menores desvios médios absolutos que os que não possuem parâmetros ajustados. Entre as equações que não têm parâmetros ajustados, a equação de He-Yu-Su foi a que, de modo geral, apresentou as melhores previsões de coeficientes de difusão. Algumas equações hidrodinâmicas avaliadas são muito satisfatórias para os sistemas estudados neste trabalho. Desenvolveu-se uma solução numérica da equação de difusão-convecção, utilizando volumes finitos, para simular e estudar o fenômeno de dispersão de um soluto dentro de um tubo retilíneo de seção circular onde um fluido escoa em regime estacionário e laminar plenamente desenvolvido. O programa computacional exige que se entre com a velocidade média de escoamento (U), o tipo de fluido (pseudoplástico, newtoniano e dilatante), o comprimento do tubo (L), o raio interno do tubo (R), a concentração inicial de soluto (Co), o coeficiente de difusão binário (D12) e o número de pontos da malha nas direções radial e axial. É possível anular a componente radial da difusão e visualizar seu efeito na dispersão do soluto. Os resultados são comparados com os do método analítico de Taylor-Aris. Verificou-se que esta abordagem numérica apresenta grande flexibilidade para a análise do fenômeno de dispersão de um soluto num tubo circular. O modelo numérico coloca em evidência a importância do comportamento reológico do solvente. A utilização da técnica de abertura de pico cromatográfico deve levar em conta esse comportamento sob pena de produzirem-se erros muito grandes na determinação de coeficientes de difusão binários. Os resultados das simulações do modelo numérico validam a possibilidade teórica de se medir experimentalmente coeficientes de difusão em colunas cromatográficas de poucos centímetros de comprimento pelo método de Taylor e Aris