Como analisar dados isotérmicos de OIT (tempo de indução de oxidação) e criar previsões de OIT
Introdução
Para cada medição isotérmica, o valor do tempo até o evento é importante: esse é o ponto de tempo no qual o material tem mudanças definidas.
Exemplos típicos são:
- OIT (Oxidation Induction Time, tempo de indução de oxidação) - o tempo de início da oxidação do material armazenado no ar
- ruptura da amostra sob estresse mecânico, como nos testes isotérmicos de DMA
- parte inicial da degradação térmica de embalagens com perda de massa de cerca de 5 a 10%.
De cada medição, o par de valores é retirado para análise:
- temperatura
- tempo até o evento.
A análise mostra o registro gráfico do tempo até o evento versus a temperatura inversa como uma linha reta. A energia de ativação e o pré-exponencial são encontrados a partir da inclinação e da interseção dessa linha.
Vantagem desse método:
- Não é necessária nenhuma medição completa, apenas o tempo até o evento.
Desvantagens desse método:
- somente reações em uma etapa; para reações complexas, os pontos não estão na linha reta
- somente para o conjunto de várias medições isotérmicas
- apenas um ponto é avaliado, todas as outras informações são perdidas.
Fonte do método: ASTM 2070, Método D.
Criar o projeto Kinetics Neo para análise isotérmica de OIT
Crie um novo projeto do tipo DSC. Para outros eventos, como TGA ou DMA, outro tipo de projeto pode ser criado.
1. Inicie o software Kinetics Neo. Clique na guia azul"File"(Arquivo) para abrir o menu do aplicativo.
2. No menu azul do aplicativo, selecione New (Novo ) e clique em"DSC".
3. IMPORTANTE - Volte para inserir dados manualmente. Clique no botão"Back" (Voltar) no canto superior esquerdo.
4.adicione o primeiro ponto de dados: temperatura isotérmica e tempo OIT correspondente.
Na árvore à esquerda, selecione Project --> Analysis --> Model-Free --> Isothermal Arrhenius e pressione Add point no painel Properties:
5. Temperatura do tipo 230°C e tempo 16,4 min.
6. Usando o ponto de adição, adicione três valores adicionais de tempo até o evento para as temperaturas:
- 220°C - 35 min
- 240°C - 8,2 min
- 250°C - 4,1 min
Clique no cabeçalho da coluna Temp para suavizar a tabela aumentando os valores de temperatura.
Clique em Show Chart (Mostrar gráfico):
7.clique no botão Analysis (Análise ) para calcular o gráfico de Arrhenius e os parâmetros cinéticos:
Aqui, a energia de ativação é calculada a partir da inclinação do gráfico de Arrhenius, e o fator pré-exponencial é calculado sob a premissa de reação de primeira ordem e conversão de 5% no ponto OIT.
8. Agora, esses parâmetros cinéticos pertencem a Modelo Isothermal Arrhenius e podem ser usados para qualquer previsão.
Selecione Isothermal na seção Simulation - Predictions (Simulação - Previsões ) do painel Project (Projeto). Em seguida, selecione Time (Tempo ) como X Axis (Eixo X) e Conversion (Conversão ) como Y Axis (Eixo Y).
Verifique se Isothermal Arrhenius está selecionado na lista Method / Model e clique em Calculate (Calcular):
Altere os parâmetros da previsão isotérmica conforme mostrado abaixo:
- Temperatura mínima: 220 °C
- Temperatura máxima: 250 °C
- Etapa de temperatura: 10 °C
- Tempo: 50 min.
Clique em Calculate (Calcular).
Arraste a borda superior da barra de rolagem do gráfico vertical para baixo para definir o valor Y máximo para aproximadamente 0,05.
Aqui a Conversão é selecionado e, em seguida, ampliado de 0 a 5%. Vemos que as previsões isotérmicas para 220°C, 230°C, 240°C e 250°C pelo método Isothermal Arrhenius mostram 5% de conversão de 4,8 a 35 minutos.
Previsão de vida útil isotérmica: Previsão do OIT (tempo de indução de oxidação)
1. Usaremos o projeto de amostra Kinetics Neo OIT_Data.kinx2.
Clique em File (Arquivo ) na faixa de opções principal e, em seguida, em Open (Abrir). Selecione Samples (Amostras ) no painel direito.
Vá para a pasta DSC_OIT e abra o arquivo OIT_Data.kinx2.
No painel esquerdo do projeto, selecione Isothermal Arrhenius na seção Model Free para mostrar os dados experimentais de OIT.
Esses são quatro experimentos nas temperaturas de 230°C, 230°C, 240°C e 250°C com tempo de indução de oxidação (OIT) medido para cada uma dessas temperaturas. Clique em Analysis (Análise) para ver o gráfico de Arrhenius para esses dados.
Esse modelo Isothermal Arrhenius pode ser usado para o tempo de vida isotérmicoisotérmico para prever o tempo até o evento (OIT) para outras temperaturas.
Na árvore à esquerda, selecione Simulation → Prediction → Isothermal Lifetime. Em seguida, no menu suspenso do modelo, selecione Isothermal Arrhenius, defina
- Temperatura mínima para 220°C,
- Temperatura máxima para 250°C,
pressione Calculate (Calcular).
Agora vemos o mesmo gráfico de Arrhenius como na Etapa 1. Mas aqui cada ponto é simulado.
Se quisermos encontrar o tempo de OIT a 200 °C, devemos definir a temperatura mínima = 200 °C e o tempo que é longo o suficiente para atingir o OIT em uma temperatura mais baixa.
Clique em Calculate (Calcular):
O último ponto mostra o tempo de OIT para medição isotérmica a 200°C. Isso significa que o OIT para 200°C é de quase 3 horas.
Para ver os valores de tempo previstos, clique no botão Exportar dados na barra de ferramentas.