Fenómenos de transporte em leitos porosos polidispersos

Neste trabalho começou por estudar-se experimentalmente a porosidade e permeabilidade de leitos contendo misturas de esferas de vidro com dois diâmetros diferentes (leitos polidispersos binários). Os estudos foram conduzidos variando a fracção volúmica de esferas de maior dimensão, xD, presentes nos leitos e o rácio δ entre os diâmetros das partículas de menor e maior dimensão. Recorrendo aos valores experimentais da permeabilidade e porosidade, a tortuosidade foi estimada pela equação de Kozeny-Carman, tendo sido então modelada pela função 1/εn, representando ε a porosidade. O coeficiente n dependeu de δ e xD e variou entre 0.4 e 0.5. Uma função de distribuição lognormal descreveu a dependência entre n e δ quando se considerou xD constante. Na região de mínima porosidade (xD ≅ 0.7), os leitos polidispersos binários de esferas de vidro conduziram a permeabilidades e eficácias térmicas superiores às obtidas com leitos contendo apenas o componente de menor dimensão dos leitos polidispersos binários. Para δ ≅ 0.3-0.5 a permeabilidade obtida com os leitos polidispersos binários foi aproximadamente o dobro da obtida com os leitos contendo apenas o componente de menor dimensão dos leitos polidispersos binários. A vantagem hidráulica e térmica dos leitos polidispersos binários foi observada para valores de δ compreendidos entre 0.1 e 1, devendo-se o aumento da eficácia térmica ao incremento da condutividade térmica efectiva e da condutividade de dispersão térmica transversal, sendo estas condutividades dependentes da porosidade dos leitos. O aumento da eficácia térmica referido anteriormente foi confirmado numericamente, recorrendo à dinâmica de fluidos computacional. Para xD ≅ 0.7 a eficiência cromatográfica de leitos polidispersos binários de esferas de vidro foi estudada experimentalmente, utilizando água como fase móvel e recorrendo aos solutos sacarose e dextrano com massa molecular 2000 kDa. Com estes leitos, foram obtidos valores de altura de prato reduzida mínima, hmin, e impedância de separação mínima, Emin, mais baixos do que os obtidos ao usar leitos contendo esferas de vidro de dimensão aproximadamente uniforme (leitos monodispersos). Um leito polidisperso binário com δ = 0.33 deu origem a um valor de hmin de 1.31 e a um valor de Emin de 1261. Quando se utilizou o soluto dextrano com massa molecular 2000 kDa foram geradas velocidades reduzidas elevadas (1000 a 20000). Os valores de altura de prato reduzida, correspondentes às referidas velocidades foram baixos, tendo este comportamento sido explicado por efeitos associados à cromatografia hidrodinâmica (HDC). Utilizando colunas cromatográficas analíticas contendo leitos monodispersos e polidispersos binários de esferas de vidro e usando os solutos dextrano e pululano, os tempos de retenção relativos (RRTs) destes solutos foram bem descritos pelos modelos existentes na literatura para a HDC. Em separações por HDC da amilose da amilopectina, presentes em diferentes amidos comerciais dissolvidos em água, um leito polidisperso binário (xD ≅ 0.7) contendo esferas de vidro de 5 μm e 19 μm apresentou vantagens sobre o leito monodisperso contendo partículas de 5 μm. As resoluções superiores proporcionadas pelo leito polidisperso binário deveram-se ao facto deste possuir um diâmetro médio de poros superior, o que conduziu a RRTs menores para a amilopectina e RRTs maiores para a amilose, efeito que foi observado nas separações envolvendo um amido rico em amilose e nas separações envolvendo um amido rico em amilopectina. As resoluções mais elevadas foram obtidas a uma temperatura baixa (3 ºC), proporcionando os leitos polidispersos binários um arrefecimento mais rápido da fase móvel. Os leitos utilizados no presente trabalho nas separações da amilose da amilopectina são bastante mais simples do que os usados em cromatografia de exclusão molecular, sendo esta técnica bastante empregue nas referidas separações.

Name thesis:degree_name

Doutoramento em Engenharia Química e Biológica (especialidade em Química Física)

Year dc:date.issued

2007

Author dc:creator

• Dias, Ricardo P.

Advisor dc:contributor.advisor

• Mota, M.

Statement dc:rights

• restrictedAccess

Language dc:language.iso

por

Handle dc:identifier.uri

https://hdl.handle.net/1822/8599

OAI record oai:identifier

http://repositorium.sdum.uminho.pt/oai/request?verb=GetRecord&metadataPrefix=dim&identifier=oai%3Arepositorium.uminho.pt%3A1822%2F8599