Cómo: Analizar datos isotérmicos de OIT (tiempo de inducción de oxidación) y crear predicciones de OIT
Introducción
Para cada medición isotérmica es importante el valor del tiempo hasta el evento: es el punto temporal en el que el material presenta cambios definidos.
Ejemplos típicos son:
- OIT (Oxidation Induction Time) -el tiempo de inicio de la oxidación para el material almacenado en aire
- rotura de la muestra bajo tensión mecánica, como en las pruebas DMA isotérmicas
- parte inicial de la degradación térmica de los envases con pérdida de masa en torno al 5-10%.
De cada medición se toma el par de valores para el análisis:
- temperatura
- tiempo hasta el evento.
El análisis muestra el registro gráfico del tiempo hasta el suceso frente a la temperatura inversa como una línea recta. La energía de activación y el preexponencial se calculan a partir de la pendiente y la intersección de esta línea.
Ventaja de este método:
- No se requiere una medición completa, sólo el tiempo hasta el suceso.
Desventajas de este método:
- sólo para reacciones de un paso, para reacciones complejas los puntos no están en la línea recta
- sólo para el conjunto de varias mediciones isotérmicas
- sólo se evalúa un punto, el resto de la información se pierde.
Fuente del método: ASTM 2070, Método D.
Crear un proyecto Kinetics Neo para el análisis isotérmico de la OIT
Crear nuevo proyecto de tipo DSC. Para otros eventos como TGA o DMA se puede crear otro tipo de proyecto.
1. Inicie el software Kinetics Neo. Haga clic en la pestaña azul"Archivo" para abrir el menú de la aplicación.
2. En el menú azul Aplicación seleccione Nuevo y haga clic en"DSC".
3. IMPORTANTE - Vuelva atrás para introducir los datos manualmente. Haga clic en el botón"Atrás" en la parte superior izquierda.
4.añada el primer punto de datos: temperatura isotérmica y tiempo OIT correspondiente.
En el árbol de la izquierda seleccione Proyecto --> Análisis --> Sin modelo --> Arrhenius isotérmico y pulse Añadir punto en el panel Propiedades:
5. Tipo temperatura 230°C y tiempo 16,4 min.
6. Utilizando el punto Añadir, añada tres más a los valores de tiempo hasta el suceso para las temperaturas:
- 220°C - 35 min
- 240°C - 8,2 min
- 250°C - 4,1 min
Haga clic en la cabecera de la columna Temp para suavizar la tabla incrementando los valores de temperatura.
Haga clic en Mostrar gráfico:
7.haga clic en el botón Análisis para calcular el diagrama de Arrhenius y los parámetros cinéticos:
Aquí, la energía de activación se calcula a partir de la pendiente del gráfico de Arrhenius, y el factor preexponencial se calcula bajo el supuesto de la reacción de primer orden y una conversión del 5% en el punto OIT.
8. Ahora bien, estos parámetros cinéticos pertenecen a Arrhenius isotérmico y pueden utilizarse para cualquier predicción.
Seleccione Isotérmico en la sección Simulación - Predicciones del panel Proyecto. A continuación, seleccione Tiempo como eje X y Conversión como eje Y.
Compruebe que Arrhenius Isotérmico está seleccionado en la lista Método / Modelo y haga clic en Calcular:
Cambie los parámetros de la predicción isotérmica como se muestra a continuación:
- Temperatura mínima: 220 °C
- Temperatura máxima: 250 °C
- Paso de temperatura: 10 °C
- Tiempo: 50 min.
Haga clic en Calcular.
Arrastre el borde superior de la barra de desplazamiento del gráfico vertical hacia abajo para ajustar el valor Y máximo a aproximadamente 0,05.
Aquí la Conversión y se amplía de 0 a 5%. Vemos que las predicciones isotérmicas para 220°C, 230°C, 240°C y 250°C por el método isotérmico de Arrhenius muestran un 5% de conversión de 4,8 a 35 minutos.
Predicción de la vida útil isotérmica: Predicción del OIT (tiempo de inducción a la oxidación)
1. Utilizaremos el proyecto de ejemplo Kinetics Neo OIT_Data.kinx2.
Haga clic en Archivo en la cinta principal y luego en Abrir. Seleccione Muestras en el panel derecho.
Vaya a la carpeta DSC_OIT y abra el archivo OIT_Data.kinx2.
En el panel izquierdo del Proyecto seleccione Arrhenius Isotérmico en la sección Modelo Libre para mostrar los datos experimentales de OIT.
Se trata de cuatro experimentos a temperaturas de 230°C, 230°C, 240°C y 250°C con el tiempo de inducción de oxidación (OIT) medido para cada una de estas temperaturas. Haga clic en Análisis para ver el gráfico de Arrhenius para estos datos.
Este modelo Arrhenius isotérmico se puede utilizar para la isotérmico Tiempo de vidaisotérmico con el fin de predecir el tiempo hasta el evento (OIT) para otras temperaturas.
En el árbol de la izquierda, seleccione Simulación → Predicción → Tiempo de vida isotérmico. A continuación, en el menú desplegable del modelo seleccione Arrhenius isotérmico, establezca
- Temperatura mínima a 220°C,
- Temperatura máxima a 250°C,
pulse Calcular.
Ahora vemos el mismo gráfico de Arrhenius que en el paso 1. Pero aquí cada punto es simulado.
Si queremos encontrar el tiempo de OIT a 200°C, entonces debemos establecer la Temperatura Mínima = 200°C, y el tiempo, que es lo suficientemente largo para alcanzar la OIT a una temperatura más baja.
Haga clic en Calcular:
El último punto muestra el tiempo de OIT para la medición isotérmica a 200°C. Esto significa que la OIT para 200°C es de casi 3 horas.
Para ver los valores de tiempo previstos, haga clic en el botón Exportar datos de la barra de herramientas.