Estudo sobre a ocorrência natural de fluidos supercríticos no Planeta Vênus

Abstract

Este trabalho teve como objetivo estimar a altitude máxima de ocorrência natural do fluido supercrítico da mistura atmosférica do planeta Vênus, composta por 96,5% CO2 e 3,5% N2. Para isso, foram realizadas estimativas a partir de um modelo de gases ideais, utilizando a Lei de Dalton, e de um modelo de gases reais, utilizando o valor de pressão crítica experimental da mistura CO2−N2, encontrado na literatura recente. Utilizando dois conjuntos de dados atmosféricos distintos (VIRA e VEGA-2), a altitude máxima foi estimada por ajustes “Altitude versus Pressão”, bem como por uma expressão derivada de uma equação barométrica, onde, em ambos os casos, a altitude máxima encontrada é função da pressão necessária para a mistura atingir o estado supercrítico. Os resultados numéricos do limite de ocorrência do ar supercrítico em Vênus, a partir de um ajuste “Altitude versus Pressão” derivado do conjunto de dados VEGA-2, foram de 3,265 km considerando uma mistura pseudopura (Regra de Kay), 2,413 km considerando uma mistura ideal (Lei de Dalton) e 0,5 km considerando uma mistura real (pressão crítica experimental). O valor de 0,5 km deve ser considerado como o limite verdadeiro, porém são necessários mais estudos experimentais para determinação das constantes críticas de diferentes proporções de mistura CO2−N2, bem como uma determinação precisa da composição da mistura atmosférica de Vênus existente nos primeiros 10 km de altitude, pois uma mudança na composição atmosférica influenciará de forma direta na pressão crítica da mistura, e consequentemente, na altitude máxima do fluido supercrítico na atmosfera venusiana.

This work aimed to estimate the maximum altitude height of the natural occurrence of the supercritical fluid of Venus’ atmospheric mixture, composed by 96.5% carbon dioxide and 3.5% nitrogen. Estimates were made using the ideal gas model by Dalton’s Law and from a real gas model, using the experimental critical pressure value of the CO2−N2 mixture, found in recent literature. Using two different sets of atmospheric data (VIRA and VEGA-2), the maximum altitude was estimated by “Height versus Pressure” fittings, as well as by an expression derived from a barometric equation, where, in both cases, the maximum altitude found is a function of the pressure required for the mixture to reach the supercritical state. The final numerical results on the limit of natural occurrence of Venus’ supercritical air were given by the “Height versus Pressure” fit derived from the VEGA-2 data set. When considering a pseudo-pure mixture (Kay's Rule), the maximum height is 3.265 km; when considering an ideal mixture (Dalton's Law), it’s 2.413 km; and when considering a real mixture by using the experimental critical pressure, the limit is 0.5 km. The 0.5 km value should be considered as the real limit, but further experimental studies are very much needed, especially studies fixing the critical constants of different CO2−N2 mixtures and an accurate determination of the composition of Venus’ atmospheric mixture in the first 10 km, as a change in the atmospheric composition will directly affect the critical pressure of the mixture, and consequently, the altitude range of the supercritical fluid in the atmosphere.