Permissividade relativa de misturas de dióxido de carbono e hidrocarbonetos (n-dodecano e 2, 6, 10, 15, 19, 23-hexametiltetracosano)

Abstract

A permissividade relativa consiste em um parâmetro de projeto de sistemas de detecção de fases em escoamentos multifásicos, como sensores capacitivos para a determinação da fração de vazio em escoamentos bifásicos em dutos. O objetivo deste trabalho é empregar um aparato experimental e um procedimento de medição para caracterizar permissividade relativa de misturas de óleos e dióxido de carbono sob condições variadas de pressão e temperatura. A bancada experimental foi validada a partir de dados experimentais de substâncias puras disponíveis na literatura. Resultados foram gerados para misturas contendo CO2 e n-dodecano/esqualano sob condições controladas de temperatura (283 ? 343 K) e solubilidade (0 ? 100 %). A solubilidade e densidade da mistura líquida foram calculadas por meio de uma elaborada estrutura termodinâmica envolvendo a equação de estado PCP-SAFT e uma rotina de flash isotérmico. A qual foi capaz de prever a densidade da mistura líquida com desvios reduzidos em relação aos dados experimentais. Adicionalmente, um novo método de correlação é proposto, no qual a permissividade relativa é calculada como uma soma de contribuições ideais e não-ideais. A parcela ideal da permissividade da mistura líquida é obtida por meio da regra de mistura de Böttcher, que pondera as permissividades dos fluidos puros pela fração volumétrica de cada componente. Nesse caso, a fração volumétrica é definida em função do volume molar parcial de cada componente, obtidos via derivadas numéricas. A parcela não ideal é correlacionada por uma expansão de primeira ordem de Redlich-Kister com um coeficiente empírico dependente da temperatura.

Abstract: Relative permittivity is an input parameter to the design of phase detection systems in multiphase flows, such as capacitive sensors for the determination of the void fraction in ducts two-phase flow. The purpose of this work is to employ an experimental apparatus and a measurement procedure to characterize the relative permittivity of mixtures of oils and carbon dioxide under varying pressure and temperature conditions. The experiment was validated against pure substance experimental data available in the literature. Results were generated for mixtures containing CO2 and n-dodecane/squalane under controlled conditions of temperature (283 ? 343 K) and solubility (0 ? 100 %). The solubility and density of the mixture were evaluated by means of an elaborate thermodynamic structure involving the PCP-SAFT equation of state and an isothermal flash routine. Which was able to predict the mass density of the liquid mixture with small deviations from the experimental data. Additionally, a new correlation method is proposed, in which the relative permittivity is calculated as a sum of ideal and non-ideal contributions. The ideal portion of relative permittivity of the liquid mixture is obtained by the Böttcher mixing rule, which calculate the relative permittivities of pure fluids by the volumetric fraction of each component. The volumetric fraction is defined as a function of the partial molar volume of each component, obtained via numerical derivatives. The non-ideal contribution is correlated using a first-order Redlich-Kister-type expansion to deal with non-ideal mixing effects on a volumetric basis with a temperature-dependent empirical coefficient.