Fluido supercríticoOrigem: Wikipédia, a enciclopédia livre.

Parte ou a integralidade do conteúdo desta página resulta da tradução deuma página originalmente presente numa Wikipédia noutra língua. Apágina correspondente pode ser conferida aqui.Data da tradução: 14 de Abril de 2013.

As fontes foram verificadas.

Lugares relacionados: Wikipédia:Café dos tradutores,Wikipédia:Projetos/Tradução

Fluido supercrítico, é qualquer substância em uma temperatura e pressão acima do seu Ponto Crítico, no qualnão existe mais distinção entre as fases líquida e gasosa. Ele sofre efusão através de sólidos como um gás, epode dissolver materiais como um líquido. Além disso, perto do seu Ponto Crítico, pequenas mudanças em suapressão ou temperatura resultam em grandes mudanças de densidade, permitindo que sejam feitos pequenosajustes nas propriedades de um fluido supercrítico. Eles são também um adequado substituto a solventesorgânicos em uma variedade de processos industriais e laboratoriais. Dióxido de Carbono e água são os fluidossupercríticos mais comumente usados, para descafeinação e geração de eletricidade, respectivamente.

Índice

1 Propriedades2 Diagrama de fase3 Ocorrências Naturais

3.1 Vulcões submarinos3.2 Atmosferas planetárias

4 Aplicações4.1 Lavagem a seco4.2 Fluidos supercríticos na geração de energia4.3 Produção de biodiesel4.4 Refrigeração

5 História6 Referências7 Ver também

Propriedades

Em termos gerais, fluidos supercríticos tem propriedades entre a de um gás e a de um líquido. Na Tabela 1, aspropriedades críticas de alguns componentes que são comumente usados como fluidos supercríticos sãomostradas.

Tabela 1. Propriedades críticas de vários solventes (Reid et al., 1987)

SolventePeso molecular Temperatura Crítica Pressão Crítica Densidade Crítica

g/mol K MPa (atm) g/cm3

Dióxido de Carbono (CO2) 44.01 304.1 7.38 (72.8) 0.469

Água (H2O) 18.015 647.096 22.064 (217.755) 0.322

Metano (CH4) 16.04 190.4 4.60 (45.4) 0.162

Etano (C2H6) 30.07 305.3 4.87 (48.1) 0.203

Propano (C3H8) 44.09 369.8 4.25 (41.9) 0.217

Etileno (C2H4) 28.05 282.4 5.04 (49.7) 0.215

Propileno (C3H6) 42.08 364.9 4.60 (45.4) 0.232

Metanol (CH3OH) 32.04 512.6 8.09 (79.8) 0.272

Etanol (C2H5OH) 46.07 513.9 6.14 (60.6) 0.276

Acetona (C3H6O) 58.08 508.1 4.70 (46.4) 0.278

A Tabela 2 mostra densidade, coeficiente de difusão e viscosidade para gases, líquidos e fluidos supercríticostípicos.

Comparação de gases, fluidos supercríticos e líquidos[1]

Densidade (kg/m3) Viscosidade (µPa∙s) Coeficiente de difusão (mm²/s)

Gases 1 10 1–10Fluidos supercríticos 100–1000 50–100 0.01–0.1

Líquidos 1000 500–1000 0.001

Além disso, não há tensão superficial em um fluido supercrítico, já que não há uma divisão entre as faseslíquida e gasosa. Mudando a pressão e temperatura do fluido, as propriedades podem ser ajustadas para seremmais parecidas com as de um líquido ou de um gás. Uma das mais importantes propriedades é a solubilidade domaterial no fluido. Solubilidade num fluido supercrítico tende a aumenta com a densidade do fluido (à umatemperatura constante). Já que a densidade aumenta com a pressão, solubilidade tende a aumentar com apressão. A relação com a temperatura é mais complicada. À uma densidade constante, a solubilidade iráaumentar com a temperatura, no entanto, perto do ponto crítico, a densidade pode cair abruptamente com umpequeno aumento de temperatura. Portanto, perto da temperatura crítica, a solubilidade geralmente cai com umaumento de temperatura e então cresce de novo.[2]

Todos os fluidos supercríticos são completamente miscíveis uns com os outros, então para uma mistura umaúnica fase pode ser garantida se o seu ponto crítico for excedido. O ponto crítico de uma mistura de doiselementos pode ser estimada através da média aritmética das temperaturas e pressões críticas dos doiscomponentes.[3]

onde:

e são as frações molares dos componente A e B e, e : são suas respectivas Temperaturas Críticas.

Figura 1. Diagrama de fase de pressão portemperatura do Dióxido de Carbono

Figura 2. Diagrama de fase de densidade porpressão do Dióxido de Carbono

Para uma maior precisão, o ponto crítico pode ser calculado usando equações de estado, como as de PengRobinson, ou métodos de contribuição de grupo. Outras propriedades, como a densidade, podem ser calculadasusando equações de estado.

Diagrama de fase

As figuras 1 e 2 mostram projeções de diagramas de fase. Nodiagrama de fase de pressão por temperatura (Fig. 1) as faseslíquida e gasosa são separadas pela ebulição até o pontocrítico, onde essas duas fases somem e viram uma única fasesupercrítica. Isso pode ser observado no diagrama de fase depressão por densidade do dióxido de carbono, como mostra aFigura 2. Bem abaixo da temperatura crítica, como, porexemplo, à 280K, conforme a pressão aumenta, o gás écomprimido e eventualmente, a apenas 40 bar, condensa emum líquido muito mais denso, resultando na descontinuidadena linha (linha vertical pontilhada). O sistema consiste deduas fases em equilíbrio, um líquido de alta densidade e umgás de baixa densidade. Conforme se chega próximo àtemperatura crítica (300K), a densidade do gás em equilíbriose torna maior e a do líquido menor. No ponto crítico, (304.1K e 7.38 MPa (73.8 bar)) não há diferença na densidade, e asduas fases se tornam uma única fase fluida. Portanto, acimada temperatura crítica, um gás não pode ser liquefeito atravésde pressão. Um pouco acima da temperatura crítica (310K),nas proximidades da pressão crítica, a linha é quase vertical.Um pequeno incremento na pressão causa um grandeaumento na densidade da fase supercrítica. Muitas outraspropriedades física também mostram grandes gradientes coma pressão perto do ponto crítico, como por exemplo, aviscosidade, a constante dielétrica e a força do solvente, quesão intimamente relacionados com a densidade. Emtemperaturas mais altas, o fluido começa a se comportarcomo um gás, como pode ser visto na Figura 2. Para odióxido de carbono, a 400K, a densidade aumenta quaselinearmente com a pressão.

Muitos gases pressurizados são na verdade fluidossupercríticos. Por exemplo, o Nitrogênio tem um pontocrítico de 126.2K (­147 ºC) e 3.4 MPa (34 bar). Portanto,Nitrogênio (ou ar comprimido) em um cilindro de gás acimadessa temperatura é na verdade um fluido supercrítico. Estessão mais comumente conhecidos como gases permanentes. Em temperatura ambiente, eles estão bem abaixo desua temperatura crítica, e portanto se comportam como um gás, como o CO2 a 400K e acima. No entanto, elesnão podem ser liquefeitos por pressão a não ser que sejam resfriados abaixo de sua temperatura crítica.

Ocorrências Naturais

Vulcões submarinos

Fumarola negra no oceano Atlântico,um tipo de vulcão submarino

Vulcões submarinos são comuns no fundo oceânico. Alguns são ativose, em águas rasas, mostram sua presença através de um jato de vapor edetritos muito acima da superfície do mar. Muitos outros ficam emprofundidades tão grandes que a imensa pressão do peso da água sobreeles previne esses jatos explosivos de vapor e gases. Isso faz com que aágua seja aquecida a mais de 375 ºC, transformando a água nas partesmais quentes do vulcão em um fluido supercrítico, já que a pressãonuma profundidade de 3 km é de mais de 300 atmosferas, bem acimadas 218 atmosferas necessárias.

Atmosferas planetárias

A atmosfera de Vênus é 96.5% dióxido de carbono e 3.5% Nitrogênio.A pressão na sua superfície é de 9.3 MPa (93 bar) e a temperatura é de735K, acima dos pontos críticos dos seus principais constituintes efazendo a superfície de sua atmosfera um fluido supercrítico.

As atmosferas interiores dos gigantes gasosos do Sistema Solar sãocompostas principalmente de Hidrogênio e Hélio a temperaturas muitoacima de seus pontos críticos. As atmosferas gasosas exteriores deJúpiter e Saturno se transicionam suavemente até o interior fluido dosplanetas. Modelos teoréticos dos planetas extra solares 55 Cancri e eGliese 876 d postularam um oceano de água pressurizada e supercrítica com uma camada de gelo sólido a umaalta pressão no fundo.

Aplicações

Lavagem a seco

Dióxido de Carbono supercrítico pode ser usado ao invés de Percloroetileno ou outro solvente indesejável paralavagem a seco. O dióxido de carbono supercrítico às vezes se intercala nos botões, e, quando despressurizado,os botões estouram ou se quebram. Detergentes que são solúveis em dióxido de carbono melhoram o podersolvente do solvente.[4]

Fluidos supercríticos na geração de energia

A eficiência de uma máquina térmica é dependente da diferença de temperatura entre a fonte de calor e a fontefria. Para melhorar a eficiência de usinas, a temperatura de operação precisa ser aumentada. Usando água comofluido funcional, isto a leva a condições supercríticas.[5] Eficiência pode ser aumentada de cerca de 39% paraoperação subcrítica para cerca de 45% usando a tecnologia atual. Reatores de água supercrítica são sistemasnucleares avançados promissores que oferecem um ganho termal de eficiência similar. Dióxido de carbonotambém pode ser usado em ciclos supercríticos em plantas nucleares, com ganhos similares de eficiência.[6]

Produção de biodiesel

A conversão de óleo vegetal para biodiesel é feita via uma reação de transesterificação, onde o triglicerídeo éconvertido no metil éster mais glicerol. Isso é geralmente feito usando metanol e um catalisador básico ouácido, mas pode ser feito usando­se metanol supercrítico sem um catalisador. Esse método tem a vantagem depermitir uma maior variedade de material bruto para ser usado, o produto não precisa ser lavado para seremover o catalisador e é mais fácil de ser projetado como um processo contínuo.[7]

Refrigeração

Dióxido de carbono supercrítico é também um importante refrigerante emergente, sendo usando em novassoluções para bombas de calor domésticas. Esses sistemas estão sob contínuo desenvolvimento com bombas decalor com dióxido de carbono supercrítico sendo vendidas com sucesso na Ásia. Os sistemas EcoCute do Japão,desenvolvidos por um consórcio de companhias, incluindo a Mitsubishi, dão água doméstica a altastemperaturas com um pequeno gasto de energia colocando calor dentro do sistema vindo dos seus arredores.Seu sucesso prevê um futuro uso em outras regiões possível.[8]

História

Em 1822, o barão Charles Cagniard de la Tour descobriu o ponto crítico de uma substância em seus famososexperimentos em barris de canhão. Escutando às descontinuidades no som de uma bola de Silex rolando dentrode um canhão selado com fluidos a várias temperaturas, ele observou a temperatura crítica. Acima dessatemperatura, as densidades das fases líquidas e gasosas se tornam iguais e a distinção entre elas desaparece,resultando numa única fase fluida supercrítica.[9]

Referências1. Edit Székely. «Supercritical Fluid Extraction» (http://sunny.vemt.bme.hu/sfe/angol/supercritical.html). BudapestUniversity of Technology and Economics. Consultado em 2013­04­14.

2. «Supercritical Fluid Extraction, Density Considerations» (http://eng.ege.edu.tr/~otles/SupercriticalFluidsScienceAndTechnology/Wc488d76f2c655.htm). Consultado em 2013­04­14.

3. A.A. Clifford (2007­12­04). «Calculation of Thermodynamic Properties of CO2 using Peng Robinson equation ofstate.» (http://www.criticalprocesses.com/Calculation%20of%20density,%20enthalpy%20and%20entropy%20of%20carbon%20dioxide.htm). Critical Processes Ltd. Consultado em 2013­04­14.

4. «Science News Online» (http://www.sciencenews.org/pages/sn_arc97/8_16_97/bob1.htm). Consultado em2013­04­14.

5. Malhotra, Ashok and Satyakam,R, 2000,Influence of climatic parameters on optimal design of supercritical powerplants,IECEC, Energy Conversion Engineering Conference (http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?reload=true&arnumber=870911&contentType=Conference+Publications), pp1053­1058,

6. Dostal, M.J. Driscoll, P. Hejzlar. «A Supercritical Carbon Dioxide Cycle for Next Generation Nuclear Reactors» (http://stuff.mit.edu/afs/athena/course/22/22.33/www/dostal.pdf) (PDF). MIT­ANP­TR­100. MIT­ANP­Series. Consultadoem 2013­04­14.

7. Kunchana Bunyakiat, Sukunya Makmee, Ruengwit Sawangkeaw, and Somkiat Ngamprasertsith (2006). «ContinuousProduction of Biodiesel via Transesterification from Vegetable Oils in Supercritical Methanol». Energy and Fuels[S.l.: s.n.] 20 (2): 812–817. doi:10.1021/ef050329b (https://dx.doi.org/10.1021%2Fef050329b).

8. FAQs ­ Everything R744 (http://www.r744.com/knowledge/faq)9. Berche, Bertrand; Henkel, Malte; Kenna, Ralph (2009). «Critical phenomena: 150 years since Cagniard de la Tour» (http://arxiv.org/abs/0905.1886/). Journal of Physical Studies [S.l.: s.n.] 13 (3): 3.

Ver tambémPonto crítico (termodinâmica)Secagem supercrítica

Obtida de "https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Fluido_supercrítico&oldid=43213959"

Categorias: Termodinâmica Propriedades da matéria Gases

Esta página foi modificada pela última vez à(s) 17h14min de 25 de agosto de 2015.Este texto é disponibilizado nos termos da licença Creative Commons ­ Atribuição ­ Compartilha Igual3.0 Não Adaptada (CC BY­SA 3.0); pode estar sujeito a condições adicionais. Para mais detalhes,consulte as Condições de Uso.