Materiais poliméricos são amplamente utilizados e, atualmente, especificações mais rígidas para aplicações especiais tem sido impostas a esses materiais. A microestrutura, em geral, exerce intensa influência na determinação das propriedades macroscópicas dos materiais, sendo assim, o controle da microestrutura e seu relacionamento com essas propriedades é de interesse estratégico. Modelos matemáticos dos processos de polimerização são importantes para relacionar as variáveis de processo com a produtividade e a microestrutura do polímero. Neste trabalho um modelo matemático do processo de copolimerização em emulsão do acrilato de butila com o acetato de vinila foi elaborado. O modelo matemático gerado constitui-se num sistema que engloba equações algébricas (p.ex., de equilíbrio de fases) e diferenciais ordinárias de primeira ordem (p.ex., os balanços de massa dos componentes), num conjunto algébrico diferencial não linear de primeira ordem (DAE). Esse sistema foi solucionado numericamente utilizando-se, tanto o método BDF (backward differentiation formulas) quanto as NDF (numerical differentiation formulas), implementado em MATLAB 6.5R13; mais especificamente, obtiveram-se bons resultados utilizando-se a ode113. Os resultados mostram que o modelo representa razoavelmente bem os dados experimentais de trabalhos anteriores do grupo de pesquisa, embora um dos três parâmetros de identificação do modelo tenha sido penalizado com valores abaixo daqueles geralmente reportados na literatura. Apesar disso, o modelo mostrou-se funcional e pode ser útil na simulação do processo. Perfis polinomiais de variações temporais de temperatura também foram aplicados na etapa de otimização simples dos parâmetros das equações desses perfis, objetivando melhorias (redução) no tempo de reação. Observou-se, todavia, que o sistema DAE é de implementação complicada e requer cuidados adicionais na etapa de geração da inicialização consistente e de atribuição dos valores iniciais dos parâmetros do modelo, assim como tende a manifestar complicações na etapa de identificação do modelo. / Polimeric materials have been largely used and, today, more stringent specifications have been imposed to these materials for special applications. In general, microstructure exercises intense influence on the macroscopic properties of the polymer: therefore, the control of the microstructure and its relation with these properties is of strategic interest. Mathematical models of the polymerization processes are important tools to predict the effect of process variables with the process productivity and the polymer microstructure. In this work a mathematical model of the emulsion copolymerization process of butyl acrylate and vinyl acetate was elaborated. The resulting model is a system of DAE (differential algebraic equations) and was solved numerically using the function ode113 of the software MATLAB6.5R13, employing both BDF (backward differentiation formulas) and NDF (numerical differentiation formulas) methods. The results show that the model is able to represent reasonably well the experimental data taken from previous works of the research group, although one of the three identification parameters had been adjusted to values lower than those reported in the literature. Nevertheless, the model is functional and can be useful for process simulation. Polynomial curves of temperature versus time variations were also studied for optimizing the polynomial coefficients, seeking the improvement (reduction) of the reaction time. However, it was observed that DAE implementation is complicated and demands further careful procedures for generating consistent initialization conditions for attributing good initial values for the model parameters, presenting difficulties in the model identification step.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-02092011-134741 |
| Date | 05 April 2011 |
| Creators | Leonardo, Marcelo Fábio |
| Contributors | Giudici, Reinaldo |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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