Embed Size (px)
Citation preview
ANEXO V
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE Ficha de Expectativa de Resposta da Prova Escrita
Departamento Acadêmico ou
Unidade Acadêmica Especializada
INSTITUTO DE QUÍMICA
Questão 01: (Valor 0,00 a 2,00 pts).
O tipo de ligação química é o principal responsável pelas propriedades dos compostos. Responda
os itens abaixo com base nas teorias referentes à ligação iônica e covalente.
a) Cloreto de Cálcio é um aditivo empregado na cimentação de poços. Identifique o tipo de
ligação neste composto. Explique esse tipo de ligação relacionando com a energia de ionização, a
afinidade eletrônica e eletronegatividade dos átomos envolvidos. Dados: Eletronegatividade do
Cálcio = 1,1 e eletronegatividade do Cloro = 2,9.
b) Preveja a estrutura molecular, a polaridade da molécula e dê a hibridização do átomo
central dos seguintes contaminantes do gás natural: H2S e CO2.
c) Os diagramas de níveis de energia de orbitais moleculares do O2 e do N2 estão
representados abaixo.
O2 N2
2p
2s2s
2p
2s
2s*
2pz
2pz*
2px
2px*2py*
2py
2p
2s2s
2p
2s
2s*
2pz
2pz*
2px
2px*2py*
2py
Sabendo que a força de uma ligação química é quantificada pela sua energia de dissociação
(energia requerida para separar dois átomos ligados) explique através da TOM (Teoria do Orbital
Molecular) o aumento de Energia de Dissociação observado nas moléculas O2-, O2, N2 e N2
+.
Molécula Energia de Dissociação
(kJ/mol)
O2- 393
O2 498
N2+
842
N2 946
EXPETATIVA DE RESPOSTA:
a) CaCl2. – Ligação Iônica.
Ligação Iônica – Atração eletrostática entre cátion e ânion.
Para ocorrer uma ligação iônica um dos átomos deve apresentar baixa energia de ionização
(energia requerida para retirar um elétron do átomo), favorecendo a formação do cátion.
M → M+ + 1e EI
O outro átomo deve apresentar elevada afinidade eletrônica (energia liberada quando um
átomo recebe um elétron), favorecendo a formação do ânion.
X + 1e → X- AE
A ligação é considerada iônica quando a diferença de eletronegatividade dos átomos
(capacidade de cada átomo de atrair elétrons da ligação) for superior a 1,7.
b) H2S
S
HH- Estrutura Molecular = Angular
Polar.
Hibridização = sp3 (4 pares de elétrons, 2 pares de elétrons ligados em ligações sigma e 2 pares
de elétrons livres)
CO2
O=C=O – Estrutura Molecular = Linear.
Apolar
Hibridização = sp (2 pares de elétrons ligados em ligações sigma e 2 pares ligados em ligações
pi).
c) Quanto maior a ordem de ligação maior a energia necessária para separar os átomos
(energia de ligação).
O2-
2p
2s2s
2p
2s
2s*
2pz
2pz*
2px
2px*2py*
2py
O2-
13 elétrons
O
2s22p4
O
2s22p4
(2s)
2(2s)
*2(2pz)
2(2px)
2(2py)
2(2px)
*2(2py)*1
(2pz)*
Ordem de Ligação ½(n de elétrons orbitais ligantes - n de elétrons orbitais anti-
ligantes)
OL = ½(8-5) = 1,5
O2
2p
2s2s
2p
2s
2s*
2pz
2pz*
2px
2px* 2py*
2py
O2
12 elétrons
O
2s22p4
O
2s22p4
(2s)
2(2s)
*2(2pz)
2(2px)
2(2py)
2(2px)
*1(2py)*1
(2pz)*
Ordem de Ligação = ½(8-4) = 2
N2+
2p
2s2s
2p
2s
2s*
2pz
2pz*
2px
2px*2py*
2py
N2+
9 elétrons
N
2s22p3
N
2s22p3
(2s)
2(2s)
*2(2pz)
2(2px)
2(2py)
1(2px)
*(2py)
*(2pz)
*
Ordem de Ligação = ½(7-2) = 2,5
N2
2p
2s2s
2p
2s
2s*
2pz
2pz*
2px
2px*2py*
2py
N2
10 elétrons
N
2s22p3
N
2s22p3
(2s)2(2s)*2(2pz)2(2px)2(2py)2(2px)*(2py)*(2pz)*
Ordem de Ligação = ½(8-2) = 3
A ordem de ligação cresce na seguinte ordem: O2-, O2, N2
+, N2, o que justifica o
aumento de energia de ligação na mesma ordem.
Questão 02: (Valor 0,00 a 2,00 pts).
Os gases reais exibem um comportamento muito próximo do ideal em determinadas condições de
pressão e temperatura.
a) Que condições são essas?
b) Justifique o desvio do comportamento ideal em outras condições de pressão e
temperatura?
c) Sabendo que a temperatura crítica do CO2 é 31 ºC e do H2S é 100 ºC, qual destas espécies
apresenta, a 40 ºC, maior desvio da idealidade. Justifique.
EXPETATIVA DE RESPOSTA:
a) Os gases reais têm comportamento ideal a baixas pressões e altas temperaturas.
b) Altas pressões e/ou Baixas temperaturas provocam desvio do comportamento ideal pois
tanto altas pressões como baixas temperaturas provocam aumento das interações
intermoleculares, que devem ser desprezíveis para que os gases tenham comportamento
ideal. Além disso, a altíssimas pressões o volume molecular do gás passa a não ser
desprezível também provocando desvio do comportamento ideal.
c) Quanto mais baixa a temperatura crítica (temperatura máxima que se pode condensar
um vapor) menor o desvio da idealidade. Sendo assim o vapor de H2S (Temperatura
crítica superior a Temperatura de trabalho) apresenta maior desvio do comportamento
ideal que o gás CO2 (Temperatura crítica inferior a de trabalho).
Questão 03: (Valor 0,00 a 2,00 pts).
O petróleo pode ser classificado em função da composição, da densidade e da quantidade de
enxofre presente. Com relação às classes de hidrocarbonetos, presentes no petróleo, explique:
a) Quais são essas classes;
b) Como se classificam os petróleos, em função das classes de hidrocarbonetos presentes;
c) Descreva o método do densímetro de vidro utilizado para determinar a densidade de
óleos crus.
EXPETATIVA DE RESPOSTA:
a) CLASSES
O petróleo apresenta duas classes principais de hidrocarbonetos, as quais são baseadas nos
tipos de ligações carbono-carbono presentes:
• Hidrocarbonetos saturados (S), que contêm apenas ligações simples carbono-carbono e são
conhecidos como parafinas (P, ou alcanos), se forem acíclicos, ou naftenos (N, ou cicloalcanos),
se forem cíclicos;
• Hidrocarbonetos aromáticos (A), que são uma classe especial de compostos cíclicos
relacionados na estrutura ao benzeno.
A - Parafinas
Também conhecidas como alcanos, são compostos saturados que têm a fórmula geral CnH2n+2,
em que n é o número de átomos de carbono. O alcano mais simples é o metano (CH4), que
também é representado como C1. As parafinas podem ser lineares (normal) ou ramificadas (iso).
B - Naftenos (cicloalcanos)
Também conhecidos como cicloalcanos, são hidrocarbonetos saturados que têm pelo menos um
anel de átomos de carbono;
Eles têm a fórmula geral CnH2n, e um exemplo comum é o ciclohexano (C6H12);
Os naftenos comumente presentes no óleo cru são anéis com cinco ou seis átomos de carbono, e
os com vários anéis estão presentes nas partes mais pesadas do óleo cru.
C - Aromáticos
São compostos cíclicos insaturados constituídos por um ou mais anéis de benzeno (as 3 ligações
duplas com arranjos de elétrons únicos o tornam bastante estável);
Compostos aromáticos mais complexos são conhecidos como compostos aromáticos
polinucleares e são encontrados nos cortes de petróleo pesado;
A presença deles é indesejável, porque causam a desativação do catalisador e a deposição de
coque durante o processamento, além de causar problemas ambientais quando estão presentes
no diesel e em óleos combustíveis;
A porção mais pesada do óleo contém asfaltenos, que são compostos aromáticos polinucleares
condensados de estrutura complexa.
D – Asfaltenos e resinas
Asfaltenos são sólidos friáveis de cor marrom-escura que não têm ponto de fusão definido e,
geralmente, deixam resíduos carbonosos com o aquecimento, sendo feitos de camadas de
aromáticos polinucleares condensadas unidas por ligações saturadas, que são dobradas, criando
uma estrutura sólida conhecida como micela;
Resinas são moléculas polares na variação de 500-1.000 de peso molecular que são
insolúveis em propano líquido, mas solúveis em n-heptano, sendo responsáveis por solubilizar e
estabilizar as moléculas sólidas de asfaltenos no petróleo;
As moléculas de resina circundam os aglomerados de asfaltenos (micelas) e os suspendem em
petróleo líquido, e, pelo fato de cada asfalteno ser cercado por um número de moléculas de
resina, o conteúdo de resinas em óleos crus é maior do que a dos asfaltenos.
b) CLASSIFICAÇÃO
Pode-se classificar conforme definido por Tissot (1984) ou por Thomas (2001), sendo a de Tissot
a mais usada.
Tissot:
Thomas:
Parafínico: > 75% parafinas
Parafínico-naftênico: 50-70% parafinas e > 20% naftênicos
Naftênicos: > 70% naftênicos
Aromático intermediários: > 50% aromático
Aromático-naftênico: > 35% naftênicos
Aromático-asfáltico: > 35% asfaltenos e resinas
c - O instrumento mede a massa específica dos líquidos, ou seja, a massa dividida pelo volume.
Trata-se de um tubo de vidro com uma certa quantidade de chumbo na base, responsável pelo
seu corpo.
Na parte de cima do tubo há uma escala desenhada.
Ao mergulhar o densímetro no líquido, ele afunda até deslocar um volume de fluido cujo peso se
iguale ao dele.
A superfície do líquido indica na escala sua massa específica, tendo a temperatura do líquido
medida, para correção a 15oC.
A densidade (SG) então é calculada em relação à água a 15oC e o resultado transformado em
oAPI, pela equação:
5,1315,141
SGAPIo
Questão 04: (Valor 0,00 a 2,00 pts).
A quantidade de óleo que pode ser retirada de um reservatório unicamente às expensas de suas
energias naturais é chamada de recuperação primária. Uma vez que esta energia é dissipada,
métodos secundários são necessários serem aplicados. Nos casos onde estes métodos
convencionais falhariam ou não apresentam resultados satisfatórios empregam-se métodos de
recuperação avançada.
a) Em relação aos métodos secundários, explique os objetivos práticos básicos destes métodos e
como se classificam estes métodos.
b) Entre os métodos de recuperação avançada de petróleo podemos encontrar os chamados
métodos térmicos, métodos químicos, métodos miscíveis, entre outros. Descreva os chamados
métodos miscíveis, explicando seu princípio de funcionamento e citando os principais fluidos
empregados para esta finalidade.
EXPECTATIVA DE RESPOSTA:
a) OBJETIVOS: Aumento da eficiência de recuperação: A eficiência de recuperação primária é
geralmente baixa. A depender do mecanismo de produção, das características do reservatório e
das propriedades dos fluidos acumulados, tal eficiência pode inclusive ser nula. Apesar do
grande desenvolvimento tecnológico da indústria do petróleo, a maior parte dos volumes
originais de óleo encontrados no mundo é considerada irrecuperável pelos métodos atuais de
produção, incluindo os de recuperação secundária. A eficiência de recuperação dos projetos de
recuperação secundária bem sucedidos pode ser superior a 60%, embora o valor mais freqüente
seja de 30 a 50%, para os métodos convencionais. Esses números chamam a atenção para o
potencial da pesquisa dos métodos de recuperação secundária.
Aceleração da produção: Um segundo objetivo dos projetos de recuperação secundária é a
aceleração da produção ou pelos menos a redução da velocidade do seu declínio natural. A
aceleração da produção provoca a antecipação do fluxo de caixa esperado do projeto,
aumentando, portanto, o seu valor presente e conseqüentemente melhorando a economicidade da
explotação do campo ou reservatório.
CLASSIFICAÇÃO: Nas últimas décadas os métodos de recuperação secundária foram
geralmente classificados em métodos convencionais de recuperação secundária (antigamente
conhecidos simplesmente como métodos de recuperação secundária) e métodos especiais de
recuperação secundária (antigamente denominados métodos de recuperação terciária).
Como métodos de recuperação secundária convencionais são normalmente utilizados a injeção
de água e o processo imiscível de injeção de gás. Na injeção imiscível de gás, como indica o
próprio nome, os fluidos não se misturam, ou seja, o óleo do reservatório e o gás injetado
permanecem durante o processo como duas fases distintas. O método convencional de
recuperação secundária mais utilizado no mundo é a injeção de água.
Os métodos especiais de recuperação secundária incluem, entre outros, a injeção miscível de
gás, a injeção de vapor, a injeção de polímeros e a combustão “in situ”.
b - Um dos fatores que podem fazer com que haja uma baixa eficiência nos métodos de
recuperação secundária é a alta tensão interfacial existente entre o petróleo e o fluido utilizado
no deslocamento do óleo para fora dos poros da rocha onde ele se encontra originalmente. Estas
tensões de natureza físico-química também desempenham um papel importante nas interações
entre o petróleo e a rocha, podendo ser mais ou menos intensas dependendo das características
dos fluidos e da rocha.
O princípio dos métodos miscíveis de recuperação se baseia na injeção de fluidos no
reservatório que sejam ou venham a se tornar miscíveis ao petróleo nas condições de
reservatório, de forma que não existam tensões interfaciais significativas entre ambos. Desta
forma, o óleo será mais facilmente deslocado para fora dos poros da rocha pelo fluido miscível
injetado. Assim sendo, o deslocamento miscível pode ser definido como um processo de
recuperação de óleo caracterizado pela ausência de interface entre os fluidos deslocante e
deslocado.
Os fluidos empregados nos métodos miscíveis de recuperação podem divididos em dois grupos
principais: injeção de hidrocarbonetos e injeção de CO2. Na injeção de hidrocarbonetos podem-
se utilizar diferentes misturas de hidrocarbonetos líquidos leves, tais como GLP, naftas,
querosente, etc. ou então injeção de gás enriquecido ou gás pobre. Devido a questões de custos,
a injeção hidrocarbonetos líquidos tem sido pouco usada na atualidade. Uma alternativa que
apresenta excelentes resultados é a injeção alternada de bancos de água e gás, conhecida por
WAG (water-alternating-gas). A injeção de CO2 é baseada na boa miscibilidade do mesmo com o
petróleo. Ocorre uma dissolução deste no óleo, provocando sua vaporização parcial, inchamento
e consequente deslocamento no interior do reservatório.
O processamento primário de petróleo trata das etapas iniciais de separação dos diversos fluidos
produzidos pelos poços produtores. Em grande parte dos casos, a elevação da temperatura dos
fluidos (aquecimento) é operação indispensável para se alcançar esta separação, de modo a
enquadrar o óleo produzido nas especificações requeridas para a sua transferência e
comercialização.
Explique por que este aquecimento é necessário, ou seja, de que forma ele favorece os processos
de separação óleo-água. Discorra ainda sobre as demais opções, além do aquecimento, que
podem ser utilizadas para se alcançar a adequada separação entre o óleo e a água produzida, de
forma a garantir a especificação do óleo tratado.
EXPECTATIVA DE RESPOSTA:
A elevação da temperatura da mistura de fluidos produzidos pelos poços traz vários benefícios
para o processo de separação óleo-água. Em primeiro lugar, promove uma redução da
viscosidade do óleo, o que tem efeito direto no aumento da velocidade de separação das fases.
Considerando-se uma dispersão de gotículas de água na fase óleo, a velocidade de decantação
destas gotículas de água pode ser dada, dentro de certas condições, pela equação de Stokes:
Nesta equação, g é a aceleração da gravidade, é a massa específica, µ é a viscosidade, d é o
diâmetro da gotícula (considerada esférica) e os subscritos “a” e “o” referem-se à água e ao
óleo, respectivamente. Observa-se assim que a redução da viscosidade, através da elevação da
temperatura, tem efeito direto no aumento da velocidade de decantação das gotículas de água e,
por consequência, na velocidade de separação.
Além da redução da viscosidade, a elevação da temperatura pode ter outros efeitos benéficos no
aumento da velocidade da separação água-óleo: em alguns casos, pode haver um aumento da
diferença entre as massas específicas da água e do óleo devido a diferenças na variação do
volume da água e do óleo com a temperatura. Conforme a equação acima, este aumento da
diferença entre as massas específicas também leva a um aumento da velocidade de separação.
Finalmente, uma temperatura mais elevada pode favorecer os processos de coalescência entre as
gotas de água, quer pelo aumento do número e intensidade de colisões entre elas, quer pela
fragilização da película eventualmente formada na superfície das gotas de água por agentes
emulsionantes presentes no petróleo. A ocorrência do processo de coalescência entre as
gotículas de água leva a um aumento do seu diâmetro, o que aumenta quadraticamente a
velocidade de separação, conforme mostrado na equação de Stokes.
Além do aquecimento, outras opções podem ser empregadas para o aumento da velocidade de
separação óleo-água. Em geral, o que se busca é um aumento do diâmetro médio das gotas de
água dispersas no óleo. Isto pode ser conseguido através da adição de produtos químicos
específicos, denominados desemulsificantes. Estes produtos têm a finalidade de fragilizar a
película superficial que se forma na superfície das gotas de água. Esta película, que bloqueia o
processo de coalescência das gotículas de água, estabiliza as emulsões de água em óleo. Uma
vez que esta película seja desestabilizada e o processo de coalescência desbloqueado pela ação
destes produtos desemulsificantes, haverá aumento do diâmetro médio das gotículas de água e,
consequentemente, aumento na velocidade de separação.
Finalmente, a aplicação de campos elétricos de alta intensidade também pode ser utilizada para
induzir o processo de coalescência e consequente aumento do tamanho médio das gotículas. Sob
a ação de um campo elétrico suficientemente forte as gotas de água tornam-se polarizadas
segundo as linhas de campo. Se este campo for alternado, serão induzidos movimentos de
vibração nas gotículas, o que também poderá atuar fragilizando a película superficial. Este
efeito combinado com o aumento das colisões entre as gotículas leva a um aumento na taxa de
coalescência. Se o campo elétrico for contínuo, o principal efeito observado é o efeito
eletroforético, que fará com que as gotas de água polarizadas migrem sob efeito do campo. Esta
movimentação das gotículas irá induzir colisões entre elas e, em decorrência, aumento da taxa
de coalescência, levando finalmente a um aumento na velocidade de separação óleo-água.
Assinatura dos
Membros da Comissão
1o membro (Presidente):
2o membro:
3o membro:
CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO PARA TODAS AS QUESTÕES
Clareza e propriedade no uso da linguagem;
Coerência e coesão textual, com uso correto da Língua Portuguesa;
Domínio dos conteúdos, evidenciando a compreensão dos temas objeto da prova;
Domínio e precisão no uso de conceitos;
Coerência no desenvolvimento das ideias e capacidade argumentativa.
