Levantamento da Curva de Saturação da Agua - Apostilas - Quimica, Notas de estudo de Química. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
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Maraca1 de Março de 2013

Levantamento da Curva de Saturação da Agua - Apostilas - Quimica, Notas de estudo de Química. Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)

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Apostilas sobre o estudo da determinação da curva de pressão de vapor e temperatura do vapor d’água.
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INDICE

1. OBJETIVO 4

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 4

2.1 Propriedades de uma substância pura. 4

2.2 Equilíbrios de fases vapor-líquido em uma substância pura. 4

2.3 Propriedades independentes de uma substância pura. 6

2.4 Tabelas de propriedades termodinâmicas. 7

3. PROCEDIMENTO PRÁTICO 8

3.1 Montagens experimentais materiais utilizados e metodologia de ensaio. 8

3.2 Tabelas dos dados coletados 9

3.3 Levantamentos do Gráfico da curva de saturação da água. 11

4. CONCLUSÃO 12

5. BIBLIOGRAFIA 13

1. OBJETIVO

• Determinação da curva de pressão de vapor e temperatura do vapor d’água.

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

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2.1 Propriedades de uma substância pura.

Segundo Van Wyllen:

Uma substância pura é aquela que tem composição química invariável e homogênea. Pode existir em mais de uma fase, mas a composição química é a mesma em todas as fases. Assim, água líquida, uma mistura de água líquida e vapor d’água ou mistura de gelo e água líquida são todas substâncias puras, pois cada fase tem a mesma composição química. Por outro lado, uma misura de ar líquido e gasoso não é uma substância pura, pois a composição da fase líquida é diferente daquela da fase gasosa. Às vezes uma mistura de gases, tal como o ar, é considerada uma substancia pura, desde que não haja mudança de fase. [1]

2.2 Equilíbrios de fases vapor-líquido em uma substância pura.

Consideremos como sistema a água contida no conjunto êmbolo-cilindro como demonstra na Figura 1.

[pic]

Figura 1 - Mudança da fase líquida para vapor de uma substância pura a pressão constante

Van Wyllen explica em sua literatura:

Suponhamos que a massa do líquido seja 1 Kg, que o êmbolo e o peso mantenham a pressão de 0,1 Mpa no sistema e que a temperatura inicial seja 20º C. A medida que é transferido calor à água, a temperatura aumenta consideravelmente, o volume especifico

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aumenta ligeiramente e a pressão permanece constante. Com a transferência de calor a água vai mudando sua fase passando de liquido para vapor.

O termo temperatura de saturação designa a temperatura na qual ocorre a vaporização a uma dada pressão, e esta pressão é chamada de pressão de saturação para a dada temperatura. Assim para a água a 99,6ºC a pressão de saturação é de 0,1 Mpa, e para água a 0,1 MPa a temperatura de saturação e de 99,6ºC. Para uma substância pura há uma relação definida entre a pressão de saturação e a temperatura de saturação. Segue a Figura 2 uma amostra de uma curva típica e que é chamada de curva de vapor. [2]

[pic]

Figura 2 – Curva de pressão de vapor para uma substância pura

2.3 Propriedades independentes de uma substância pura.

Um motivo importante para a introdução do conceito de substâncias pura é que o estado de uma substância pura simples compressível é definido por duas propriedades independentes. Isso significa que, se, por exemplo, o volume específico e a temperatura do vapor superaquecido forem especificados, o estado do vapor estará determinado.

Para entender o significado do termo propriedade independente, considere os estados de líquido saturado e vapor saturado de uma sustância pura. Esses dois estados tem a mesma pressão e a mesma temperatura, mas são definitivamente diferentes. Assim, no estado de saturaão, a pressão e a temperatura não são propriedades independentes.

Duas propriedades independentes, tais como pressão e volume específico, ou pressão e título, são requeridas para especificar um estado de saturação de uma substância pura.

O estado do ar, que é uma mistura de gases de composição definida, é determinado pela especificação de duas propriedades, desde que permaneça na fase gasosa. Por este motivo ele pode ser tratado como uma substância pura.

2.4 Tabelas de propriedades termodinâmicas.

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Existem tabelas de propriedade termodinamicas para todas as substâncias de interesse em engenharia. As tabelas de propriedades termodinâmicas estão divididas em três categorias de tabelas, uma que relacionaas propriedades do líquido comprimido (ou líquido subresfriado), outra que relaciona as propriedades de saturação (líquido saturado e vapor saturado) e as tabelas de vapor superaquecido. Em todas as tabelas as propriedades estão tabeladas em função da temperatura ou pressão e em função de ambas. Para a região de liquido+vapor, (vapor úmido) conhecido o título, x, e as propriedades devem ser determinados através das seguintes equações:

[pic]

Observe que nas tabelas de condições de saturação bastam conhecer apenas uma propriedade para obter as demais, que pode ser temperatura ou pressão, propriedades diretamente mensuráveis. Para as condições de vapor superaquecido e líquido comprimido é necessário conhecer duas propriedades para se obter as demais.

3. PROCEDIMENTO PRÁTICO

3.1 Montagens experimentais materiais utilizados e metodologia de ensaio.

[pic]

Segue abaixo os materiais utilizados:

• 2 litro de água

• Manovacuômetro

• Termopar

• Milivoltimetro

• Resistência

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• Gelo

Foi colocada no recipiente uma quantidade de 2 litros de água onde a resistência elétrica foi acionada com a valvulade saida aberta, com o aquecimento da água ela começou a se tornar vapor. O conjunto foi deixado nessa situação por um momento de modo que o ar seja expulso e reste somente vapor. Com a expulsão do ar a valvula foi fechada e a resitência desligada. Com a resistência desligada o sistema começa a esfriar e a partir da pressão de 1000 mm/hg demosntrada no manovacuômetro deve ser pego os dados a cada 1 minuto de temperatura que é dado no mili voltimetro que recebe o sinal do termopar que está com referencia no gelo 0º e também a pressão em mm/Hg que é dado pelo manovacuômetro. Quando chegamos a uma pressão de 400 mm/Hg o ventilador é acionado para que acelere o resfriamento do liquido que se encontre no recipiente de modo que acelere o processo e mantenha o resfriamento até que atinja uma presão de -200 mm/Hg

3.2 Tabelas dos dados coletados

Tabela 1 – Dados coletados

|TEMPO |PRESSÃO |TEMPERATURA |

|(minutos) |(mm/hg) |(mv) |

|0 |1000 |5,37 |

|1 |919 |5,34 |

|2 |874 |5,3 |

|3 |836 |5,26 |

|4 |796 |5,23 |

|5 |757 |5,18 |

|6 |720 |5,14 |

|7 |682 |5,1 |

|8 |646 |5,07 |

|9 |611 |5,03 |

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|10 |577 |5 |

|11 |546 |4,96 |

|12 |515 |4,92 |

|13 |485 |4,89 |

|14 |456 |4,85 |

|15 |426 |4,82 |

|16 |402 |4,78 |

|17 |271 |4,63 |

|18 |157 |4,47 |

|19 |57 |4,3 |

|20 |-32 |4,15 |

|21 |-103 |4,03 |

|22 |-166 |3,87 |

|23 |-224 |3,74 |

Para efeito de comparação com os dados da literatura, os dados coletados foram transformados para as mesmas unidades da literatura onde a pressão é dada em KPa e temperatura em ºC. A pressão foi transferida de Manométrica para absoluta.

Tabela 2 – Dados coletado e convertidos em KPa e ºC.

|TEMPO |TEMPERATURA |PRESSÃO |

|(minutos) |Experimental (C) |Experimental (Kpa) |

|0 |123,00 |234,6583 |

|1 |122,99 |223,8583 |

|2 |121,60 |217,8583 |

|3 |120,80 |212,7917 |

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|4 |120,00 |207,4583 |

|5 |119,00 |202,2583 |

|6 |118,00 |197,325 |

|7 |117,35 |192,2583 |

|8 |116,79 |187,4583 |

|9 |116,00 |182,7917 |

|10 |115,00 |178,2583 |

|11 |114,40 |174,125 |

|12 |113,56 |169,9917 |

|13 |113,00 |165,9917 |

|14 |112,00 |162,125 |

|15 |111,47 |158,125 |

|16 |110,62 |154,925 |

|17 |107,47 |137,4583 |

|18 |104,00 |122,2583 |

|19 |100,45 |108,925 |

|20 |97,25 |97,05833 |

|21 |94,66 |87,59167 |

|22 |91,00 |79,19167 |

|23 |88,39 |71,45833 |

10 Levantamentos do Gráfico da curva de saturação da água.

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[pic]

Figura 3 – Comparação da curva de pressão vapor teórico com pratica

4. CONCLUSÃO

Concluímos que apesar de algumas limitações do experimento pudemos traçar a curva de saturação da água, se continuássemos fazendo o processo de refrigeração iriamos obter uma curva semelhante ao da literatura demonstrada no gráfico. Os desvios podem ser devido às condições em que o experimento foi realizado e também podendo ter desvio de medidas da pessoa em que estava marcando os dados do milivoltimetro e também do manovacuômetro em relação ao tempo.

Podemos observar que em determinados pontos da pressão no experimento ficaram negativa foi devido termos aquecido o recipiente passando do estado líquido para vapor, como o recipiente estava com a válvula de saída aberta o ar foi expulso do recipiente ficando apenas líquido e vapor. Quando o processo começou a ser resfriado o vapor foi transformando em líquido novamente e como o recipiente não se encontrava mais com ar ficou dividido em duas partes, uma parte com água e a outra ficou um vazio (vácuo) devido a isto a pressão passou a ser negativa.

5. BIBLIOGRAFIA

• NICOLAU,V.P., LEHMKUHL,W.A., NETO,B.C.Levantamento da curva de pressão vapor da água-Experimento Didático. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA MECÂNICA (COBEM),BAURÚ – SP, 1996.

• VAN WYLLEN,G.J., SONNTAG,R.E., BORGNAKKE,C., Fundamentos da Termodinâmica Clássica- 4ªEd., São Paulo: Edgar Blutcher, 1998.

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[1] VAN WYLLEN,G.L., SONNTAG,R.E., BORGNAKKE,C., Fundamentos da termodinâmica Clássica- 4ºEd., São Paulo: Edgar Blutcher, 1998. p. 32.

[2] VAN WYLLEN,op. cit., p. 32 a 33.

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[pic]

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