Thermophysical characterization of Brazil nut oil in pressurized solvents: Density modeling and barocaloric effect for sustainable process development
Caracterização termofísica do óleo de castanha-do-pará em solventes pressurizados: modelagem de densidade e efeito barocalórico para o desenvolvimento de processos sustentáveis
Autores:
- Irede Dalmolin,
Camila da Silva,
Fernando Augusto Pedersen Voll,
Gustavo Rodrigues Borges,
Flavio Clareth Colman*,
Lúcio Cardozo-Filho,
Cláudio Dariva
* Pesquisador NAPI EZC
Received 2 April 2025,
Revised 19 June 2025,
Accepted 29 June 2025,
DOI: https://doi.org/10.1016/j.supflu.2025.106711
Abstract
In this work, we present a comprehensive thermophysical characterization of Brazil nut oil, emphasizing its potential for sustainable applications involving pressurized fluids. Density measurements were conducted for the binary systems of Brazil nut oil + n-propane and Brazil nut oil + ethanol using a vibrating tube densimeter. The measurements were taken at elevated pressures, varying temperatures, and different mass ratios. Systems with ethanol showed higher absolute densities, and increasing the oil mass fraction led to a consistent rise in system density. The experimental data were accurately described using the Peng–Robinson equation of state with volume translation, reinforcing their applicability in designing and optimizing high-pressure extraction processes. Beyond density modeling, Brazil nut oil was found to exhibit a large barocaloric effect, with an isothermal entropy-driven temperature change (ΔTs) of approximately (12 at 323) K and 174 MPa and a merit index of 65 K·GPa⁻¹ . This remarkable barocaloric behavior reveals this natural oil’s previously unexplored thermophysical feature. The combined analysis of high-pressure density behavior and barocaloric response highlights the dual potential of Brazil nut oil as a feedstock for green extraction technologies using pressurized solvents such as n-propane and ethanol and as a promising candidate for solid-state refrigeration systems. These findings offer novel insights into the valorization of Brazil nut oil and support its integration into environmentally conscious process development within the scope of biorefinery and clean technology platforms.
Resumo
Neste trabalho, apresentamos uma caracterização termofísica abrangente do óleo de castanha-do-pará, com ênfase em seu potencial para aplicações sustentáveis envolvendo fluidos pressurizados. Foram realizadas medições de densidade para os sistemas binários óleo de castanha-do-pará + n-propano e óleo de castanha-do-pará + etanol utilizando um densímetro de tubo vibratório. As medições foram feitas em pressões elevadas, diferentes temperaturas e proporções mássicas variadas. Os sistemas com etanol apresentaram densidades absolutas mais altas, e o aumento da fração mássica de óleo levou a um aumento consistente da densidade do sistema. Os dados experimentais foram descritos com precisão utilizando a equação de estado de Peng–Robinson com tradução de volume, reforçando sua aplicabilidade no projeto e na otimização de processos de extração em alta pressão.
Além da modelagem de densidade, verificou-se que o óleo de castanha-do-pará apresenta um elevado efeito barocalórico, com uma variação isotérmica de temperatura impulsionada por entropia (ΔTs) de aproximadamente 12 K a 323 K e 174 MPa, e um índice de mérito de 65 K·GPa⁻¹. Esse notável comportamento barocalórico revela uma característica termofísica até então inexplorada desse óleo natural.
A análise combinada do comportamento de densidade sob alta pressão e da resposta barocalórica destaca o duplo potencial do óleo de castanha-do-pará como matéria-prima para tecnologias de extração verde com solventes pressurizados, como n-propano e etanol, e como candidato promissor para sistemas de refrigeração em estado sólido. Esses resultados oferecem novos insights sobre a valorização do óleo de castanha-do-pará e apoiam sua integração no desenvolvimento de processos ambientalmente conscientes no âmbito de biorrefinarias e plataformas de tecnologias limpas.
Essa pesquisa
contribui para as seguintes ODS:
