Relatório de Termodinâmica expansão de gases

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Já as equações de estado do tipo Virial, pode ser derivada da teoria molecular, no entanto é limitada na aplicabilidade (POLING, et al, 2000). É uma equação polinomial onde os coeficientes são funções relacionadas somente com a temperatura (POLING, et al, 2000; MORAN, et al, 2013). Essa equação visa quantificar o número de relações moleculares, sejam elas 2-2, 3-3 (na maioria dos casos, visto que quanto maior o número de moléculas, maior a interação entre as mesmas). A equação de estado do tipo virial pode ser descrita por: PV = ZNRT, onde Z é o fator de compressibilidade (é calculado por: Z = 1 + B/V + C/V2 + ...).

A teoria dos estados correspondentes (TEC) visa encontrar o valor das interações de modo geral. Quando os pontos estudados possuem uma mesma distância do ponto crítico então apresentam o mesmo número de interações e, consequentemente, as mesmas propriedades. O valor da TEC pode ser encontrado por PV = ZNRT, onde Z = Z0 + ω Z1.

Assim, o objetivo desse relatório é medir o volume de um conjunto de linhas utilizando os modelos de interações intermoleculares para gases. Foram utilizados os modelos do Gás Ideal, Virial e Teoria dos Estados Correspondentes (TEC).

2 OBJETIVOS

O presente trabalho objetivou mostrar na prática conteúdos que foram vistos em sala de aula pelos acadêmicos e a realização dos cálculos referentes a estes conteúdos para fixação dos mesmos.

3 METODOLOGIA

3.1 Equipamento

- Transdutor de pressão; MARCA

- Termômetro

3.2 Materiais

- Cilindro de 1 L;

- Válvula do cilindro;

- Mangueiras ou linhas;

- Válvula das linhas.

Regentes:

- Gás carbônico (CO2).

3.3 Procedimentos

3.3.1 Esvaziamento total das linhas

- Fechar completamente a válvula do cilindro e abrir completamente a das linhas;

- Deixar por aproximadamente 2 (dois) minutos.

3.3.2 Enchimento total do volume das linhas

- Fechar completamente a válvula das linhas e abrir completamente a do cilindro;

- Deixar por um tempo até a pressão se estabelecer;

3.3.3 Realização dos ensaios

- Antes de abrir a válvula do cilindro com as linhas totalmente vazias, anotar a pressão mostrada no transdutor;

- Depois que a válvula tiver sido aberta e a pressão se estabelecer, fechar a válvula do cilindro e anotar a nova pressão;

- Repetir o procedimento acima por 3 vezes.

3.3.4 Cálculo do volume das linhas

- Utilizando dos conhecimentos adquiridos em sala de aula, calcular os valores de Z (coeficiente de compressibilidade) para cada modelo termodinâmico (gás ideal, equações de Virial, teoria dos estados correspondentes e equações cúbicas) e assim descobrir o volume das linhas em cada um.

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Com o que foi mostrado no capítulo anterior “3 METODOLOGIA” discute-se o seguinte e aprensenta-se os resultados obtidos.

Primeiramente era necessário sempre esvaizar bem as linhas para que no seu volume houvesse somente o gás de análise que no caso era o gás carbônico (CO2). Caso estas não fossem totalmente esvaziadas o seu volume estaria parcialmente preenchido com outros gases do ar atmosférico, o que faria com que menos CO2 entrasse nas linhas, implicando uma redução menor de pressão, chegando no final a um volume errôneo das linhas.

Com as linhas totalmente vazias, sua válvula era fechada e a do gás de análise era aberta, anotando a pressão antes e depois da abertura, tais pressões eram tratadas nos cálculos como pressão inicial e final respectivamente. A tabela 1 “Pressões iniciais e finais” trás estes dados de forma mais clara.

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Pressão inicial (bar)

26.5

25.4

24.8

Pressão final (bar)

25.4

24.8

23.9

Tabela 1: Pressões iniciais e finais

Já com os valores das pressões, faltava somente o coeficiente de compressibilidade em cada modelo termodinâmico para a aplicação na equação 1 a fim de encontrar o valor do volume nas linhas. Com base no que foi estudado em sala de aula, sabe-se que para o gás ideal o valor de Z é sempre 1, considerando que não há interações entre as moléculas do gás. Então neste caso a equação toma uma cara diferente: substituindo Vinicial que é 1, Z1 e Z2 que também são 1 a equação vira Vfinal=Pinicial÷Pfinal. Desta forma o cálculo no: ensaio 1 é, Vfinal=26.5÷25.4 → Vfinal=1.0433 L; ensaio 2 é, Vfinal=25.4÷24.8 → Vfinal=1.0242 L; ensaio 3 é, Vfinal=24.8÷23.9 → Vfinal=1.0377 L. Entretanto o cálculo ainda não está finalizado, estes valores foram aplicados na equação 2 e os volumes das linhas encontrados para os ensaios 1, 2, 3 respectivamente foram: 0.0433, 0.0242, 0.0377 L, sendo estes mostrados na tabela 2 “Valores por gás ideal”.

Ensaio 1

Ensaio 2

Ensaio 3

Vinicial (L)

1

1

1

Vfinal (L)

1.0433

1.0242

1.0377