A Relação entre pressão de vaporização e a temperatura de um fluido

[pic 1]     UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLANDIA   [pic 2]

CAIO FRANCO RODRIGUES

Prof. Dr. Daniel Dall’Onder dos Santos

Relaçao entre pressao de vaporizaçao e a temperatura de um fluido

Uberlandia, Março 2015

Resumo

Em qualquer temperatura que for analisada, as moléculas de qualquer fluido estão em constante movimento. Algumas destas moléculas possuem energia cinética maior que as demais por isso conseguem mudar de estado físico. Um exemplo desde fenômeno são as roupas secando no varal ou uma poça d´água que vai desaparecendo. Quando um fluido é aquecido, a quantidade de vapor tende a aumentar com o aumento do tempo, o que fará com que a pressão de vapor também aumente.  Isso acontece porque o aumento da temperatura causa agitação das moléculas e o líquido evapora mais fortemente. Experimentalmente tem-se observado que a pressão de vapor depende exclusivamente da natureza do líquido e de sua temperatura, assim como será observado na pratica realizada por nós, onde o fluido utilizado era a agua.

Objetivo

        O objeto desta pratica era estudar acerca da relação entre pressão de vaporização e temperatura de um fluido. O fluido utilizado durante a nossa pratica foi a agua.

Metodologia

        Aquecimento de uma massa de agua contida em um recipiente de volume com constante variação da medição destas diferentes pressões com o consequente valor de temperatura. Vale ressaltar que o valor de temperatura era obtido através de um PT-100 (resistência elétrica) cujo valor será corrigido e transformado para unidades de temperatura.

Fundamentação Teórica

        Com os primeiros ensinamentos da disciplina fomos capazes de desmistificar que a agua por exemplo ferve a 100°C, mas devemos sim levar em consideração a pressão à qual ela está submetida. Essa relação entre temperatura e pressão pode ser estendida e expressa graficamente. A linha resultante é chamada de linha de saturação, a qual pode ser obtida para qualquer fluido – neste experimento, foi utilizado água. Quando expressa em um gráfico de pressão versus temperatura, o resultado é uma curva suave, que pode ser matematicamente modelada por diferentes equações. Neste experimento, utiliza-se a relação:

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Onde Po é a pressão local cujo valor iremos considerar como sendo 101,8KPa.

A Figura 1 é a curva que assumimos que a equação acima pode representar para a agua e para outros fluidos.

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Figura 1 – Gráfico: Temperatura x Pressão

Esta relação é válida somente para uma determinada faixa de pressão, pois ela não deriva de nenhuma teoria ou lei física mas é apenas uma aproximação. O erro cometido entre a equação e os pontos experimentais diminui através de uma dada combinação dos coeficientes  e , cuja determinação dos mesmos pode ser realizada pela linearização da curva. Aplicando ln aos dois lados da equação, obtém-se[pic 5][pic 6]

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onde  e , são, respectivamente, a inclinação da reta e o intercepto com o eixo T. [pic 8][pic 9]

O chamado ponto de saturação é o ponto no qual a uma dada pressão e temperatura de saturação tem-se o início da vaporização. A Figura 2 mostra a relação entre pressão, volume e temperatura.

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Figura 2 – Gráfico que relaciona pressão, volume e temperatura.

O gráfico apresentado acima para o nosso fluido utilizado, ou seja a agua, notamos que a medida que a pressão aumenta, precisamos de uma temperatura maior para poder iniciar a vaporização. Quando a pressão atinge aproximadamente 22 MPa não há mais uma linha de transformação líquido-vapor, mas sim um ponto. Este é o ponto crítico e é onde os pontos de líquido saturado e vapor saturado se encontram.

Na figura abaixo temos um diagrama completo com as fases sólido, líquido e vapor o qual já foi discutido nas aulas teóricas.

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Figura 3 – Diagrama completo com as fases sólido, líquido e vapor

Procedimento Experimental

        Os passos seguidos para a realização da pratica foi dar a partida na bancada, estimando a Pressão atmosférica de Uberlândia, dado obtido do aeroporto. A agua dentro do recipiente foi deixada com que aquecesse durante um momento, afim de estabilizar todo o aparato e leu-se o primeiro valor de resistência informado pelo dispositivo. Após isso, aumentávamos o valor da pressão, e para cada valor tomava-se nota do valor de resistência. Após ter pego alguns pontos, foi montada as tabelas de resistência, resistência corrigia, temperatura, pressão (bar) e pressão (absoluta).