Estimação de parâmetros cinéticos da reação de cura do sistema DGEBA – mPDA

Abstract

A estimação de parâmetros é um campo bastante importante na área de engenharia, visto sua relação com o desenvolvimento de modelos matemáticos capazes de representar situações práticas como o projeto, a otimização e o controle dos processos químicos. A reação de cura para produção de materiais compósitos, caracterizada pela grande liberação de energia em moderadas e altas temperaturas, configura-se como um desses processos. Este estudo objetivou a determinação de parâmetros cinéticos de quatro modelos consagrados na literatura, sendo dois mecanicistas e dois empíricos, a partir de dados experimentais isotérmicos e não isotérmicos da reação da resina epóxi diglicidil éter de bisfenol-A (DGEBA) com o agente endurecedor m-fenileno diamina (m-PDA). As condições isotérmicas adotadas foram nas temperaturas de 354,5 K, 364,5 K, 374,5 K e 384,5 K, já as não isotérmicas utilizaram taxas de aquecimento de 2,5 K s-1, 5 K s-1 e 10 K s-1, aplicando a técnica de DSC (Calorimetria diferencial de varredura). Os modelos foram solucionados pela sub-rotina DASSL, estimando os parâmetros por meio do programa ESTIMA, o qual consiste no algoritmo determinístico de Gauss-Newton para encontrar o valor mínimo da função objetivo de mínimos quadrados e no algoritmo heurístico Particle Swarm Optimization (PSO) para estimação dos parâmetros dos modelos propriamente dita. Os valores dos parâmetros mostraram-se em concordância com as faixas comumente relatadas na literatura para todos os modelos. O Modelo de Horie foi o que apresentou resultados mais satisfatórios, principalmente, devido à sua simplicidade e o menor número de parâmetros que descrevem a cinética da reação.