Planejamentos sequenciais ótimos de experimentos aplicados à adsorção em sistemas líquido-sólido

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Kober, Roger
• Orientador(a): Schwaab, Marcio
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Adsorção; Estimação de parâmetros; Planejamento de experimentos; Modelos matemáticos
• Palavras-chave em Inglês: Adsorption; Parameter estimation; Design of experiments; Model discrimination; D-optimum designs
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/194357

A avaliação de diferentes sistemas de adsorção, no estado de equilíbrio, é geralmente realizada pela estimação dos parâmetros de uma ou mais isotermas de adsorção, sendo as incertezas destas estimativas dependentes das condições experimentais utilizadas. Além disso, pode ser desejada a avaliação de um número de modelos matemáticos rivais para a descrição do sistema avaliado, fazendo com que seja necessária a discriminação entre estes modelos. Dessa forma o presente trabalho tem a finalidade de avaliar planejamentos sequenciais de experimentos para a discriminação entre modelos e para a obtenção de parâmetros para a adsorção em sistemas líquido-sólido. Os planejamentos de experimentos foram realizados considerando a concentração de equilíbrio, Ce, como a variável dependente, de forma que os planos experimentais obtidos consistem na seleção de valores ótimos para a concentração inicial, C0, e para a razão entre o volume de solução, V, e a massa de adsorvente utilizada, M, como variáveis independentes, sendo os critérios de planejamento otimizados pelo uso do método de Enxame de Partículas. Para a avaliação do processo de planejamento de experimentos e a obtenção de parâmetros precisos, foram realizados planos experimentais iniciais D-ótimos para as isotermas de Langmuir, Freundlich, Jovanovich, Sips, Redlich-Peterson e BET, sendo os resultados obtidos comparados com os resultados provenientes de planos D-ótimos utilizando Ce como variável independente e Qe como a variável dependente do sistema. Os resultados obtidos para os planejamentos de experimentos D-ótimos demonstram que, para valores de V/M fixos, os planos experimentais ótimos utilizando C0 como variável a ser otimizada se aproximarão dos planos experimentais obtidos quando Ce é a variável a ser otimizada, sendo estes resultados iguais apenas quando V/M tender ao infinito. Além disso, utilizando C0 e V/M como variáveis de planejamento, foi observado que são obtidos planos D-ótimos ao selecionar valores para C0 iguais a concentração inicial máxima utilizada, enquanto os valores ótimos de V/M são funções dos parâmetros dos modelos. Em todos casos onde Ce foi considerada como sendo a variável dependente do sistema, todos os parâmetros passaram a influenciar os planos D-ótimos obtidos, diferente de quando esta variável é considerada como sendo independente. Além do D-ótimo, foram também realizados planejamentos de experimentos para a discriminação entre os modelos de Langmuir, Freundlich, Sips, Redlich-Peterson, Toth, Jovanovich, Temkin e Khan, utilizando diferentes conjuntos iniciais de dados experimentais da adsorção de Tartrazina em MgO. Verifica-se, nesse caso, que o uso de diferentes conjuntos iniciais de dados pode levar a conclusões diferentes a respeito de qual modelo melhor descreve o sistema estudado. Ainda, observa-se que a hipótese de que o erro experimental é constante não é válida, especialmente quando C0 e V/M atuam como as variáveis de planejamento. Assim, foi realizado o processo de discriminação entre modelos em que a avaliação da variância de Ce foi obtida por uma função em relação a C0, M e V através de uma expansão em série de Taylor. Foi observado que o uso desse modelo permitiu uma discriminação maior entre os modelos avaliados; porém nota-se uma subestimação do erro experimental em valores baixos de C0 e V/M, favorecendo a seleção de experimentos nestas condições.