Modelagem Matemática de Reatores Químicos: Aplicação do Método de Runge-Kutta de 4º Ordem

A modelagem matemática de reatores químicos é essencial para prever reações e otimizar processos industriais. Este estudo utiliza o método de Runge-Kutta de 4ª ordem (RK4) para resolver equações diferenciais que descrevem a variação da concentração dos reagentes e produtos no tempo ou volume do reator. São abordadas três soluções: conversão em função do tempo, acoplamento com balanço de energia, e variação da conversão com o volume. As equações são baseadas nos princípios de conservação de massa e energia, além das cinéticas da taxa de reação. A aplicação do RK4 com Python permite soluções aproximadas, analisadas por gráficos que evidenciam a influência das variáveis do sistema. A análise mostra que o aumento da temperatura acelera a reação e conversão, mas o balanço de energia pode reduzir a eficiência devido à reversibilidade. Se a remoção de calor for inadequada, a temperatura excessiva pode afetar a constante cinética e diminuir a conversão. Essas observações destacam como técnicas numéricas e Python podem ser valiosas no ensino de projeto de reatores e no aprimoramento das habilidades de engenharia em nível de graduação.