Expansão de Gases

UNIVERSIDADE TIRADENTES – UNIT

GRADUAÇÃO ENGENHARIA DE PETRÓLEO

Calibração de Volume por Expansão de Gases

                                                                               Alunas: Andressa Hayanne Argolo de Souza

                                                                                            Ilze Mirella Silva Gois

                                                                                            Larissa Gardêneya Trindade

Aracaju/SE

2016

Índice

 

                                                                                 

1. INTRODUÇÃO

Os gases são constituídos de átomos isolados, as moléculas encontram-se muito mais separadas uma das outras do que os líquidos e sólidos. As suas características físicas fundamentais são a capacidade de expansão e a grande compressibilidade. Os gases se misturam em qualquer proporção e não tem volume fixo.

Segundo Luiz (2012, p. 4), um sistema gasoso pode ser considerado como um gás ideal quando a pressão P do gás for suficientemente baixa. Quando a pressão é baixa, a energia potencial das moléculas constituintes do gás pode ser desprezada porque as distâncias entre essas moléculas são relativamente grandes quando compradas com o diâmetro de uma molécula. Portanto, podemos dizer que gás ideal é todo o sistema gasoso para o qual desprezamos as interações entre suas partículas constituintes.

A equação do gás ideal ou gás perfeito pode ser escrita da seguinte forma:

PV = nRT (1.1)

Onde: P é pressão, V é o volume, n indica o número de mols, R é a constante dos gases ideais (R= 8,314 J/mol ∙ K).

Um gás perfeito é aquele em que a única contribuição para a energia vem da energia cinética do movimento das moléculas, nãos havendo nenhuma contribuição para a energia total, da energia potencial que surge da interação entre as moléculas. Na realidade, no entanto, todas as moléculas interagem umas com as outras desde que elas estejam suficientemente próximas, de forma que o modelo que tem “somente energia cinética” é apenas uma aproximação. (ATKINS, 2009 p.24)

No gás real a pressão é muito maior do que a pressão ambiente (1 atm), na temperatura ambiental. Conforme a pressão do gás aumente, na temperatura ambiente, o comportamento do gás se afasta mais do gás ideal.

A equação do gás real é dada por:

PV = ZnRT (1.2)

Onde o Z é o fator de compressibilidade (valor tabelado), indica o afastamento do gás real em relação ao gás ideal.    

Para encontra o valor de Z é necessário encontrar o valor das coordenadas reduzidas. Que são, pressão reduzida ([pic 1][pic 2]), volume reduzido ([pic 3][pic 4] e temperatura reduzida ([pic 5][pic 6], que são definidas através das seguintes relações:

[pic 7][pic 8]   (1.3)

[pic 9][pic 10] são coordenadas críticas, referente ao ponto critico do respectivo gás, esse valor é tabelado.

As transformações gasosas acontecem quando duas das variáveis do gás, podendo ser isotérmica, isocórica e isobárica.

Mantendo a temperatura constante, a pressão e o volume de uma amostra de gás variam de modo inversamente proporcional, fato conhecido com Lei de Boyle.

[pic 11]

Figura 1: Diagrama P x T – Transformação Isotérmica.

[pic 12][pic 13]  (1.4)

Os índices 1 e 2 representam os estados inicial e final de uma transformação isotérmica, ou seja, uma transformação que ocorre com temperatura constate. Quanto menos o volume, maior será a interação molecular (número de colisões das moléculas ).

Transformação isocórica ocorre quando o volume se mantem constante, nesse tipo de transformação, um aquecimento provoca um aumento de pressão da amostra gasosa e o resfriamento, a diminuição da sua pressão. Isso porque a temperatura de uma substancia molecular expressa o grau de agitação térmica das moléculas dessa substancia, fazendo com que as colisões sejam de maior violência com a parede do recipiente.

[pic 14]

Figura 2: Diagrama P x T – Transformação Isocórica.

Com a pressão constante, essa transformação é chamada de isobárica. Com o aquecimento da amostra gasosa, a colisão das moléculas contra a parede aumenta, mas é compensado pela diminuição da frequência com que essas colisões ocorrem.

[pic 15]

Figura 3: Diagrama V x T – Transformação Isobárica.

De acordo com a lei de Charles e Gay-Lussac a pressão é diretamente proporcional à temperatura em kelvin, como mostra a equação (1.5) e o volume é diretamente proporcional à temperatura na escala em kelvin, equação (1.6):

[pic 16][pic 17]    (1.5)

[pic 18][pic 19]    (1.6)

Sendo assim, essa lei por ser escrita em uma única equação:

[pic 20][pic 21]     (1.7)

1. OBJETIVOS

• Calibrar o volume de tubulação pela técnica de expansão de gases.
• Analisar o processo de expansão de um gás;
• Determinar o volume final nas linhas pelos métodos de Gás Ideal, Virial e Teoria dos Estados Correspondentes (TEC).

1. METODOLIGIA

1. Materiais

• Cilindro (1 L);
• Conjunto de linhas;
• Transdutor de pressão;
• Indicador de pressão;
• Gás Carbônico.

1. Procedimento Experimental

Com o sistema montado (cilindro, linhas, transdutor e indicador de pressão), fez-se a liberação do gás carbônico. A partir disso, foram analisados os valores de pressão inicial e final em relação ao volume de gás carbônico liberado e que se encontrava no cilindro e nas linhas, a fim de se obter um equilíbrio mecânico.