ROTEIRO_ Equilíbrio Líquido-Vapor - ELV

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Universidade Estadual de Campinas
Faculdade de Engenharia Química
Departamento de Processos Químicos
Roteiro: EQ-801 - Laboratório de Engenharia Química III
Equilíbrio Líquido - Vapor do Sistema 
 Ciclo-hexano - Tolueno
Download do roteiro (arquivo Acrobat Reader): elv.pdf
1. Introdução
Dentre os processos de separação empregados na indústria química, a destilação é considerado como um dos mais importantes. A
separação dos componentes de uma mistura nestes processos requer um íntimo conhecimento do comportamento das fases líquida e
vapor em equilíbrio. Uma etapa cada vez mais necessária aos processos se refere à modelagem e simulação dos mesmos, eliminando
operações onerosas no desenvolvimento industrial.
A modelagem e simulação, bem como o projeto de uma planta, requerem propriedades termodinâmicas, como coeficientes de
atividade, que permitam caracterizar e descrever o comportamento do sistema como um todo. Para que essa etapa ocorra de modo
satisfatório é de suma importância que todas as suas análises e decisões se baseiem em dados da maior confiança, entre eles os de
Equilíbrio Líquido-Vapor (ELV).
A obtenção deste tipo de informação é, na maioria das vezes, demorada e bastante onerosa. Ainda assim, a aquisição de grandezas
termodinâmicas obtidas à partir de dados de equilíbrio líquido-vapor torna-se um processo necessário e, por mais dados catalogados
que se obtenham, dificilmente será um tarefa considerada dispensável.
Os equipamentos necessários para a coleta destes dados são denominados ebuliômetros que podem tanto operar a temperatura como
pressão constantes. As técnicas de ebuliometria datam deste início de século. Vários métodos e equipamentos foram desenvolvidos,
cada qual com suas vantagens e desvantagens. No experimento a ser realizado será empregado o ebuliômetro "Fischer", que trabalha
à pressão constante (atmosférica).
2. Objetivo
Determinar dados de equilíbrio líquido-vapor (composição da fase líquida e vapor) de uma mistura binária (tolueno/ciclo-hexano)
através de um ebuliômetro "Fischer". Avaliar a consistência termodinâmica dos dados obtidos. Calcular, a partir dos dados
experimentais, os parâmetros de interação binária para o cálculo do coeficiente de atividade. Determinar a curva de equilíbrio
líquido-vapor do sistema estudado.
3. Teoria
As equações de equilíbrio líquido-vapor para um sistema fechado à temperatura (T) e pressão (P) constantes, contendo C
componentes, são dadas pela igualdade das pressões, das temperaturas e dos potenciais químicos para todos os componentes em
ambas as fases:
equilíbrio mecânico 
equilíbrio térmico (1)
equilíbrio termodinâmico 
Porém, os potenciais químicos não são variáveis mensuráveis nem fáceis de manipular. É preferível expressar o equilíbrio
termodinâmico em função das fugacidades:
(2)
As fugacidades podem ser expressas através de coeficientes de fugacidade (f), preferentemente para a fase vapor, ou de coeficientes
de atividade (g), mais usados para a fase líquida. Enstão, numa abordagem gamma-phi, a equação de isofugacidade pode ser escrita
como:
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(3)
onde yi é a fração molar do componente i na fase vapor, é o coeficiente de fugacidade na fase vapor do componente i, xi é a
fração molar do componente i na fase líquida, é a pressão de vapor do componente i puro, é o coeficiente de fugacidade do
vapor do componente i puro, é o volume do líquido saturado do componente i puro, e R é a constante universal dos gases. O
termo exponencial é conhecido como correção de Poynting, e expressa os desvios da fase líquida devidas ao efeito da pressão. Se a
pressão de trabalho é baixa ou próxima da pressão de vapor, este termo é usualmente desprezado.
Para o estudo de processos de separação (como a destilação, por exemplo), fica evidente que os dados de pressão de vapor de
componente puro são tão importantes quanto os de misturas binárias de equilíbrio líquido vapor. É fundamental contar com dados de
boa qualidade para uma adequada representação das condições do equilíbrio, já que pode resultar numa substancial economia de
energia e equipamentos. Para se ter uma idéia, 40-50% dos equipamentos de uma planta química se referem a equipamentos de
separação, e 70% dos custos de energia são empregados nestes processos; desta energia gasta, 95% vão para operações de destilação.
3.1. Cálculos das propriedades termodinâmicas do ELV
Coeficiente de fugacidade
O coeficiente de fugacidade, tanto na fase vapor quanto do componente puro, pode ser calculado pela equação do virial:
(4)
com B, o segundo coeficiente do virial para o componente puro, dado pela correlação de Tsonopoulos:
(5)
(6)
O segundo coeficiente do virial para a mistura é dado pela regra de mistura
(7)
e o segundo coeficiente do virial cruzado Bij, é dado pelas mesmas equações de Tsonopoulos para B, porém, com as propriedades
críticas da mistura:
(8) (9) (10)
 
(11) (12)
O coeficiente de fugacidade do componente i na saturação se reduz a expressão
(13)
Coeficiente de atividade
A prática usualmente empregada para o cálculo dos coeficientes de atividade da fase líquida, faz uso de modelos derivados de
expressões dadas para a energia livre de Gibbs excedente, que relacionam-se com a composição e temperatura através da expressão:
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(14)
Modelos para a energia livre de Gibbs excedente podem ser encontrados na literatura (Reid et all, 1988). Muitos deles são empíricos,
alguns possuindo certo embasamento teórico. A uma dada temperatura, a energia livre de Gibbs excedente de uma mistura depende
da composição e, em menor grau, da pressão do sistema. A baixas e médias pressões é aceitável desprezar a dependência da energia
de Gibbs em relação a pressão, já que o efeito é suficientemente pequeno. Dessa forma, os modelos adotados para a representação do
coeficiente de atividade da fase líquida, também ficam como função da temperatura e composição. Estes modelos levam em
consideração a energia de interação entre as moléculas, expressa na forma de parâmetros de interação binários. No presente trabalho,
adotaram-se três modelos para a representação dos coeficientes de atividade da fase líquida nos cálculos do equilíbrio líquido-vapor:
os modelos de Wilson, UNIQUAC e NRTL. Suas expressões foram retiradas de Gmehling (1977) e são mostradas na Tabela1.
Tabela 1: Modelos de coeficientes de atividade da fase líquida
Modelo Parâmetros lng i =
Wilson
 1)
NRTL
 2)
 
UNIQUAC 
3)
sendo,
1) º volume molar do componente i líquido
 l ij º energia de interação entre os componentes i e j; l ij = l ji
2) gij º parâmetro de interação entre os componentes i e j; gij = gji
 a ij º parâmetro não randômico; a ij = a ji
3) qi º parâmetro de área do componente i
 ri º parâmetro volumétrico do componente i
 uij º parâmetro de interação entre os componentes i e j; uij = uji
 z º número de coordenação
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º fração de área do componente i
 º fração volumétrica do componente i
Como exemplo, vamos explicitar o cálculo para o coeficiente de atividade, g, de um mistura binária. O modelo empregado será o
UNIQUAC [Abrams e Prausnitz, 1975], que, para um sistema binário é expresso na seguinte forma:
(15)
 
(16) (17)
 
(18) (19)
onde r e q são parâmetros de área e volume, z é o número de coordenação (=10), Du é a energia de interação entre as moléculas 1 e 2.
O volume líquido pode ser calculado pela equação de Rackett-Spencer-Danner, que é:
(20)
onde ZRA é uma constante, única para cada substância.
Pressão de vapor
Existem na literatura vários tiposde correlação para cálculo de pressão de saturação em função da temperatura, como pode ser visto
em Reid et all (1988). Algumas correlações são a DIPPR, Antoine e Antoine estendido. A equação DIPPR permite representar faixas
de temperatura maiores, bem como permite extrapolações mais seguras. Ela possui a forma:
(21)
sendo A, B e C, D e E as constantes ajustadas a dados experimentais de pressão de vapor.
4. Materiais e métodos
O equipamento empregado para a obtenção dos dados de equilíbrio líquido-vapor será um ebuliômetro "Fischer" modelo 0602
acoplado a um controlador "M101". Para a determinação da composição das fases em equilíbrio (líquida e vapor condensada) será
utilizado um refretômetro, operado a temperatura de 20° C.
4.1. Princípio de funcionamento do ebuliômetro "Fischer"
O ebuliômetro "Fischer" (Fig. 1) opera com a recirculação das fase líquida e vapor que são mantidas em contato, até que se atinja o
estado de equilíbrio (estacionário). A mistura líquida é colocada no frasco (1.1). Ela é aquecida até entrar em ebulição na câmara
(1.3). O vapor desprendido, carrega gotículas da fase líquida. Ambas as fases (vopr+gotículas do líquido) e sobem juntas através do
tubo (1.2), denominado de 'bomba cotrell". Durante o percurso pelo tubo, se dá o íntimo contato entre o vapor e as gotículas de
líquido, promovendo as trocas de energia e massa, necessárias para a caracterização do estado de equilíbrio. Um termopar (7),
localizado no final da "bomba cotrell" registra a temperatura de "equilíbrio" naquele momento. O vapor continua a subir e,
posteriormente, atravessa o condensador (1.19) e retorna ao frasco da mistura. As gotículas de líquido retornam ao frasco de mistura
através do tubo (1.14).
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Após algum tempo, quando ambas as fases estiverem recirculando continuamente e não houver mais variação sensível na
temperatura de equilíbrio, são retiradas amostras da fase líquida (frasco 5) e vapor (frasco 5.1) simultaneamente, através do
acionamento das válvulas (11) e (12). Essas amostras serão analisadas através de um refratômetro para que sejam determinadas suas
composições. Dessa maneira teremos obtidas todas as propriedades necessárias para a caracterização do sistema: a pressão
(atmosférica), a temperatura de equilíbrio - dada pelo termopar (7), e as composições das fases líquida e vapor.
Figura 1 - Esquema do ebuliômetro "Fischer", modelo 0602.
4.2 Refratômetro
O refratômetro mede a composição de uma amostra através do valor do índice de refração da mesma a uma temperatura constante,
que é comparado com uma curva de calibração padrão do sistema.
No nosso experimento, a curva de calibração para o sistema ciclo-hexano-tolueno foi obtida a 20°C e pode ser vista na Figura 2
abaixo:
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Figura 2 - Curva de calibração do refratômetro para o sistema tolueno/ciclo-hexano (20°C)
IMPORTANTE: Antes de iniciar as análises das misturas, certifique-se de que os índices de refração dos componentes puros
(medidos a temperatura de 20°C), estejam coincidindo com os previstos pela equação de regressão da curva de calibração. Para Y=0
(tolueno puro) o índice deverá estar próximo a 1,4965. Para Y=1 (ciclo-hexano puro) o valor do índice deverá estar próximo a
1,4267. Caso os valores estejam muito diferentes, corre-se o riso de obter um resultado errôneo no cálculo das composições da
mistura. Se os valores de índice de refração dos componentes puros estiverem muito diferentes dos dados fornecidos, será necessário
obter uma nova curva de calibração com os componentes atualmente empregados no experimento. Neste caso, procure o professor
ou monitor para mais detalhes sobre os procedimentos a serem adotados.
4.3 Procedimento experimental
Antes de iniciar o experimento deve-se ter em mãos o valor da pressão atmosférica local no horário do experimento. Procurar este
dado no barômetro situado no Laboratório de Propriedades Termodinâmicas - Barracão, sala 15, ou através da home-page do
CEPAGRI no endereço: http://orion.cpa.unicamp.br/
IMPORTANTE: O grupo deverá fazer os cálculos da quantidade de solução que deverá ser retirada do equipamento para que se
possa obter os pontos experimentais próximos as concentrações molares 0,1 - 0,3 - 0,5 - 0,7 - 0,9 além dos pontos com os
componentes puros (0,0 - 1,0). O item 6 contém os procedimentos necessários para estes cálculos. Os cálculos exemplificados foram
elaborados para um equipamento com um volume de 250 ml. Refazer os cálculos com o volume correto do ebuliômetro Fischer (100
ml).
Como nosso equipamento não possui sistema para controle de pressão, iremos operá-lo a pressão atmosférica, que será considerada
constante durante todo o experimento..
O equipamento já estará preparado com ciclo-hexano puro (ou tolueno) no frasco de mistura (1.1). A água de recirculação nos
condensadores deverá estar fluindo regularmente e as válvulas (1.10), (1.19), (1.8) e (1.16) devem estar abertas. Essa válvulas
deverão permanecer abertas toda vez que se iniciar uma corrida no experimento. Isso é feito para que a pressão no interior do
equipamento se "equalize" com a pressão atmosférica durante os estágios iniciais de vaporização e recirculação das fases. Assim,
garante-se que a pressão no interior do equipamento permanecerá "constante" e igual a pressão atmosférica. O banho termostático do
refratômetro deverá estar ligado e estabilizado a temperatura de 20°C.
Verificado estes itens, o controlador poderá ser ligado (para maiores detalhes sobre as funções e comandos do controlador,
consultar o apêndice C). Deve-se também ligar o agitador magnético (3) para que a mistura no frasco aqueça de maneira uniforme.
Para se obter uma boa recirculação das fases, principalmente da líquida, deve-se regular o agitador magnético (3) de forma a
criar um pequeno vórtice na mistura. A agitação deverá ser suave e contínua. Uma agitação muito lenta poderá dificultar a
recirculação da fase líquida. Caso a agitação seja muito forte, provocará um vórtice muito grande que funcionará como um bomba,
ou seja, irá fazer com que a mistura (líquida) suba rapidamente pelo tubo "cotrell", sem provocar um contato entre as fases por tempo
suficiente para estabelecer o equilíbrio. Depois de se observar todos estes fatos, inicia-se a seguinte sequência para a aquisição dos
dados:
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1. No controlador, escolher uma temperatura ideal para o aquecimento da mistura, através da manta de aquecimento (1.3)
(consultar o apêndice C ou o monitor/professor sobre o modo de programação/operação do controlador). Geralmente ela
deverá ficar em torno de 10°C acima da temperatura de ebulição. Caso inicie o experimento com ciclohexano puro (Teb ~
80°C), colocar a temperatura da manta em torno de 90°C. Se a substância inicial for tolueno (Teb ~ 108°C), manter a
temperatura da manta em torno de 115°C.
2. Apertar a tecla "start" no controlador e aguardar até que a mistura entre em ebulição. Iniciada a ebulição, esperar até observar
uma contínua recirculação da fase vapor no equipamento. Fechar as válvulas (1.10) e (1.19) para isolar o sistema e evitar
oscilações atmosféricas. Regular o agitador magnético, se necessário.
3. Observar, no controlador, a temperatura indicada pelo termopar (7) (referido como "head' no controlador), que é a temperatura
no ponto de equilíbrio entre as fases dentro da câmara. Quando a temperatura estabilizar e houver uma constante
recirculação das fases líquida e vapor, anotar a temperatura de equilíbrio.
4. Apertar a tecla "stop" no controlador e esperar que a mistura pare de "ferver" no frasco de aquecimento (1.3).
5. Observar o nível em quese encontra a mistura no frasco de aquecimento (o nível deverá estar sempre acima da resistência
situada no interior do frasco de aquecimento - 1.3 - e abaixo da câmara de equilíbrio - 1.2). Nota: antes de observar o nível da
mistura lembre-se de desligar o agitador magnético (3). Abrir a válvula (1.4) e retirar uma pequena quantidade da mistura (~
10 ml). Fechar a válvula (1.4), abrir a tampa (1.13) e colocar tolueno (ou ciclohexano, se iniciar o experimento com tolueno
puro) até que seja atingido o nível inicialmente observado.
6. Abrir novamente as válvulas (1.10) e (1.19), ligar o agitador magnético e apertar a tecla "start" para que seja novamente
iniciado o aquecimento da mistura (Nota: Quando a temperatura de ebulição da mistura estiver muito próxima, ou até acima,
da temperatura de aquecimento imposta pelo controlador, deve-se escolher uma nova temperatura para o controlador cuja
diferença fique em torno de 10°C da temperatura de ebulição da mistura.).
7. Após o início da recirculação do vapor, fechar as válvulas (1.10) e (1.19) e regular o agitador magnético, se necessário.
8. Esperar novamente que se estabeleça um fluxo das fases líquida e vapor e que a temperatura no termopar (7) se estabilize.
Anotar a temperatura de equilíbrio.
9. Retirar, simultaneamente, amostras da fase líquida e vapor apertando os controles das válvulas (11) e (12). Nota: ao se
acionar as válvulas para amostragem, o sistema que está em equilíbrio sofre uma perturbação. Para que não se retire
amostras do sistema perturbado, deve-se tentar obter, o mais rápido possível, amostras de ambas as fases ao mesmo tempo.
Para tanto, é extremamente necessário que a fase vapor e, principalmente a fase líquida, estejam recirculando com um fluxo
constante.
10. Apertar a tecla "stop" no controlador e abrir as válvulas (1.10) e (1.19).
11. Retirar os frascos de amostras (5) e (5.1) e analisar suas composições através do refratômetro.
12. Esperar que a mistura para de "ferver" no frasco de aquecimento (1.3) e repetir os itens 5, 6, 7, 8, 9, 10 e 11 até que se obtenha
praticamente o tolueno (ou ciclohexano) puro no frasco de mistura.
OBSERVAÇÕES:
As substâncias empregadas neste experimento são tóxicas. Durante o manuseio das mesmas ou se permanecer à frente do
equipamento, utilize sempre óculos de segurança, máscara contra gases e luvas.
NUNCA abra a válvula de descarga (1.4) com o controlador no modo de aquecimento (tecla "start" ativa)
SEMPRE verificar a velocidade de agitação da mistura pelo agitador magnético. A mistura deverá sempre conter um pequeno
vórtice e a agitação deverá ser constante e suave.
Qualquer dúvida sobre o modo de operação do equipamento procurar o monitor/professor da disciplina.
5. Tarefas Sugeridas para o Relatório
1. Faça um gráfico T-x-y (diagram de fases) com seus pontos experimentais e compare com o gráfico (Figura 3) elaborado a
partir dos dados da Tabela 1. Foi notada alguma diferença entre os gráficos (dados)? Caso positivo, qual ou quais as possíveis
origens destas diferenças? Nota: os dados da Tabela 1 foram retirados no mesmo equipamento utilizado neste experimento.
2. Critique o método experimental, apontando falhas e/ou virtudes. O equipamento, na forma como se encontra no laboratório,
pode ser empregado para a obtenção da curva de pressão de vapor de um componente puro? Caso seja possível, que
procedimento poderia ser adotado? Em caso negativo, quais os possíveis motivos que tornariam este experimento inviável?
3. Utilizando o programa THERTEST, verifique a consistência termodinâmica dos seus dados experimentais. Comente os
resultados. Nota: o programa está disponível para download na home-page do curso. O uso do programa está detalhado no
apêbdice A.
4. Empregue o programa REGRESS utilizando os seus dados experimentais e as propriedades listadas na Tabela 2, para calcular
os parâmetros de interação binária para os modelos de coeficiente de atividade UNIQUAC e NRTL. Compare e comente os
diagramas experimentais e calculados. Nota: o programa REGRESS também pode ser obtido na home-page do curso. Um
pequeno roteiro de como utilizar o programa encontra-se no apêndice B. Todas as propriedades necessária para se rodar o
programa se encontram na Tabela 2.
5. Calcule o diagrama de fases para o sistema tolueno/ciclo-hexano a pressão de operação do experimento considerando a fase
líquida e vapor ideiais e compare os resultados com os do item anterior.
6. Qual a consequência de assumirmos a não-idealidade das fases no projeto de um sistema industrial de separação de uma
mistura, por exemplo, de tolueno/ciclo-hexano?
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Figura 3 - Diagrama binário de temperatura vs composição para o sistema ciclo-hexano(1)-tolueno(2) à pressão 716 mmHg.
Tabela 1 - Dados de equilíbrio líquido-vapor para o sistema ciclo-hexano(1)-tolueno(2)
P
(mmHg) T (°C)
X1 Y1
716,0 107,90 0,000 0,000
71,0 106,10 0,043 0,080
716,0 102,40 0,100 0,236
716,0 101,50 0,122 0,272
716,0 95,90 0,272 0,501
716,0 91,90 0,380 0,616
716,0 90,00 0,437 0,666
716,0 86,60 0,566 0,759
716,0 85,60 0,609 0,788
716,0 83,70 0,687 0,845
716,0 81,70 0,795 0,895
716,0 81,40 0,823 0,902
716,0 80,80 0,852 0,923
716,0 80,20 0,895 0,938
716,0 80,00 0,902 0,945
716,0 78,25 1,000 1,000
Tabela 2 - Propriedades dos componentes puros. (reid et al., 1988)
Propriedades Ciclo-hexano Tolueno
Tc (K) 553,50 591,80
Pc (kPa) 4070 4100
Vc (m3/kmol) 0,308 0,316
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w (fator acêntrico) 0,212 0,263
ZRA(Z de Rackett) 0,2729 0,2644
a (Tsonopoulos) 0,0 0,0
b (Tsonopoulos) 0,0 0,0
A (DIPPR) 1,1651E+02 8,0877E+01
B (DIPPR) -7,1033E+03 -6,9024E+03
C (DIPPR) -1,5490E+01 -8,7761E+00
D (DIPPR) 1,6959E-02 5,8034E-06
E (DIPPR) 1,0000E00 2,0000E00
a ij (NRTL)§ 0,3 0,3
r (UNIQUAC) 4,0464 3,9228
q = q’ (UNIQUAC) 3,240 2,968
r (20°/4°) 0,778 0,866
§ Parâmetros de não aleatoriedade. Se I=J, o parâmetro tem valor nulo.
6. Preparando a amostra para uma binário como exemplo
Normalmente, deve-se tentar cobrir toda a faixa da composição da mistura fazendo-se os pontos correspondentes às frações molares
de:
0; 0,05; 0,15; ...........; 0,85; 0,95; 1,0
escolhe-se um dos componentes para ser adicionado ao equipamento (componente A, por exemplo), para facilidade de operação.
Como os componentes são líquidos, é necessário conhecer suas massas específicas (m), além de seus pesos moleculares (PM).
6.1. Preparando a amostra para uma concentração qualquer (xA , xB)
Cálculo dos volumes dos compostos puros e volume total (generalização):
onde,
mi = massa do componente i
xi = fração molar do componente i 
PMi = peso molecular do componente i 
Vi = volume do componente i 
VT = volume total
Cálculo dos volumes do composto A e composto B para se preencher o frasco de volume conhecido (250 ml, neste caso. No
ebuliômetro Fischer, o frasco de aquecimento o volume é de 100 ml) na concentração desejada é necessário fazer
Logo,
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tem-se assim os volumes de A e B para cada concentração, num volume total de 250 ml
6.2. Já temos uma amostra e queremos mudar a concentração.
Para exemplificar, será desenvolvido o procedimento para a obtenção de uma solução com concentraão xA=0.9 a partir de uma
solução de concentração incial xA=0.95
6.2.1. Solução inicial xA = 0,95 xB = 0,05
Partindo das equações 6.1a, 6.1b, 6.1c, 6.1d, 6.1e e calculando o volume dos reagentes presentes no frasco de aquecimento (esse
procedimento nos dá apenas uma aproximação dos volumes presentes)
Para um volume conhecido de 250 ml temos que:
Como não há necessidade de precisão na composição, arredonda-se para efeitos práticos:
6.2.2. Segunda solução xA = 0,90 xB = 0,10
Partindo das equações 6.1a, 6.1b, 6.1c, 6.1d, 6.1e e calculando o volume dos reagentes necessários
Calculandopara um volume conhecido de 250 ml temos que:
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Na segunda solução tem que se retirar uma certa quantia "Q" da mistura inicial e colocar a mesma quantia do componente B puro,
assim obedece a exigência da nova concentração. Calculando em relação ao componente A, temos:
fazendo uma regra de 3, temos que:
aplicando no exemplo temos:
fazendo uma regra de 3, temos que:
portanto retira-se 25 ml da mistura e adicona-se 25 ml do componente B.
7. Referências biliográficas para consulta
FREDENSLUND, A.; GMEHLING, J. E RASMUSSEN, P. Vapor-liquid equilibria using UNIFAC, a group-contribution method.
Amsterdam: Elsevier scientifc Publishing Company, 1977.
HÁLA, E., PICK, J.; FRIEND, V.; VILIM, O. Vapor-liquid equilibrium. 2.ed., Oxford: Pergamon, 1967.
PRAUNITZ, J. M.; LICHTENTHALER, R. M.; AZEVEDO, E. G. Molecular thermodynamics of fluid phase equilibria. 2.ed. New
Jersey: Prentice Hall, 1986.
REID, R. C., PRAUSNITZ, J. M.; POLING, B. E. The properties of gases and liquids. 4.ed. New York: McGraw-Hill, 1988.
APÊNDICE
A. Uso do programa THERTEST
O programa THERTES foi desenvolvido segundo procedimentos propostos em Fredenslund et al. (1977) e é utilizado para testar a
qualidade termodinâmica de dados de Equilíbrio Líquido-Vapor (ELV). O programa foi elaborado na linguagem FORTRAN77. Para
utiliza-lo, basta modificar o arquivo de entrada que o acompanha (consist.dat) com os seus dados experimentais, seguindo os
seguintes passos:
1. Abra o arquivo consist.dat em um editor qualquer (recomendado: notepad. Se for abri-lo no Word, salve-o como texto MS-
DOS)
2. Dentro do arquivo, poderão ser observadas algumas linhas com vários números. As linhas de 1 a 7 contém as propriedades das
substancias do sistema (ciclo-hexano-tolueno) necessárias para que o programa possa ser executado. ATENÇÃO: ESTAS
LINHAS NÃO PODEM SER MODIFICADAS!
3. Antes de prosseguir com as modificações necessárias lembre-se de SEMPRE SUBSTITUIR OS NÚMEROS NA MESMA
POSIÇÃO QUE ENCONRADOS NO TEXTO (Os pontos decimais devem ficar nos mesmos locais).
4. Substitua APENAS O PRIMEIRO NÚMERO DA OITAVA LINHA, colocando O NÚMERO DE PONTOS
EXPERIMENTAIS que você conseguiu no experimento.
5. Substitua o valor da linha NOVE pela PRESSÃO DE OPERAÇÃO DO SEU EXPERIMENTO (em mmHg)
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6. A partir da LINHA DEZ você deverá colocar seus dados experimentais da seguinte forma: O PRIMEIRO NÚMERO
corresponde a COMPOSIÇÃO NA FASE LÍQUIDA DO CICLO-HEXANO (fração molar); o SEGUNDO NÚMERO
corresponde a COMPOSIÇÃO NA FASE VAPOR DO CICLO-HEXANO (fração molar); o TERCEIRO NÚMERO
corresponde a TEMPERATURA DE EQUILÍBRIO em que foram obtidas as composições anteriores (EM KELVIN).
7. Salve o arquivo com o mesmo nome (consist.dat) e execute o programa THERTEST.
8. O programa irá gerar um arquivo de nome consist.out com o resultado do teste de consistência termodinâmica.
9. Abra o arquivo consist.out e observe os valores indicados em MEAN DEV IN Y. Os seus dados serão considerados
termodinamicamente consistentes caso alguns dos resultados mostrados em MEAN DEV IN Y esteja com um valor MENOR
DO QUE 0.001.
OBS: Qualquer dúvida, procurar o monitor/professor da disciplina.
B. Uso do programa REGRESS
O programa REGRESS é utilizado para se obter os parâmetros de interação binária necessários para o cálculo do coeficiente de
atividade. Para utilizá-lo execute o programa e entre com os dados pertinentes (ver Tabela 2). Qualquer dúvida, basta recorrer ao
menus de ajuda do programa (teclar F1 a qualquer momento). O programa irá realizar os cálculos necessários para fornecer os
parâmetros de interação, além de mostrar os vários gráficos de equilíbrio. Todos os resultados fornecidos pelo programa, inclusive os
dados necessários para a construção dos gráficos, podem ser obtidos através do arquivo de relatório gerado pelo programa (teclar
F9).
C. Operação do Controlador
O controlador "M101" do ebuliômetro "Fischer" será utilizado para regular o aquecimento da mistura e ler as temperaturas de
equilíbrio do sistema. O aparelho controlador se encontra localizado abaixo do ebuliômetro (Figura 4). Ele consiste de uma chave
geral on/off (O ou I), um visor de cristal líquido e teclas funcionais e numéricas. Quando o aparelho requisitar a entrada de valores
numéricos, as teclas numéricas (canto inferior direito das teclas) são habilitadas automaticamente. Caso contrário elas passam a se
utilizar das funções descritas nas mesmas.
Ao se ligar o controlador, acionando a tecla (O/I), aparecerá inicialmente no visor a tela indicada na Figura 4. Após alguns instantes
irá surgir a tela com o menu principal (Figura 5). As opções do menu principal, bem como as dos menus subsequentes, podem ser
selecionadas utilizando-se as tecla UP e DOWN. Entretando, a única opção a ser empregada durante o experimento será a primeira
(item 1 - meas.points). Neste item poderá ser regulada a temperatura da manta de aquecimento da mistura, além de se obter a
temperatura de equilíbrio do sistema. Para selecionar esta opção, deixe as setas sobre o item desejado e tecle ENTER.
 
 
Figura 4 – controlador do ebuliômetro "Fischer"
 
 Figura 5 – Menu principal do controlador
 
Um segundo menu irá aparecer como duas opções: 1 temperatures; 2 vac./pressures. Deixe as setas sobre o item 1 e tecle ENTER
novamente. Deverá surgir o menu com três opções. A primeira é utilizada para o controle da temperatura de ebulição da mistura (2
mantle); está temperatura é fornecida pelo termopar que está em contato com a mistura (vide figura 1, item 15). A Segunda opção é
empregada para o registro da temperatura de equilíbrio (4 head), indicado pela termopar no topo da câmara de equilíbrio (Figura 1,
item 7). A terceira opção (C contr. temp.) não nos interessa.
Ao se entrar no item 2 (mantle) irá surgir uma tela como a da Figura 6. A opção preset é o valor de set-point da manta de
aquecimento, ou seja, a temperatura máxima que a manta deverá atingir. O item act.value é a temperatura da mistura registrada pelo
termopar (Figura 1, item 15). Para que a mistura entre em ebulição é necessário que o valor escolhido como set-point seja SEMPRE
maior que o valor registrado pelo act.value. O ideal é que eles possuam uma diferença em torno de 10°C. Para modificar o valor do
set-point, deixe as setas sobre a opção preset e aperte a tecla MODE. Depois, entre com o novo valor da temperatura e tecle
ENTER. Para voltar ao menu anterior, aperte a tecla MEN-. ATENÇÃO: Nunca deixe a temperatura do set-point (preset) com
uma diferença muito maior do que a de ebulição da mistura(por exemplo 20°C de diferença). Caso isso ocorra, a mistura poderá
ficar superaquecida e indicar valores de temperatura de equilíbrio mais elevados do que os verdadeiros.
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Após regulada a temperatura da manta de aquecimento, o controlador já estará pronto para aquecer a mistura e registrar a
temperatura de equilíbrio. Ao se pressionar a tecla START inicia-se o aquecimento da manta.. Ao escolher a opção 4 (head) do
menu das temperaturas, irá aparecer um tela como a da Figura 7. Nesta tela você poderá observar a temperatura de equilíbrio,
indicada no item act.value. . Será esta temperatura que deverá ser observada até que se estabilize (pelo menos por 10 minutos), sendo
posteriormente anotada como a temperatura de equilíbrio do sistema. O item limit que aparece neste menu, apenas indica um valor
escolhido como temperatura máxima aceita para segurança do aparelho. ATENÇAÕ: NUNCA TOME A TEMPERATURA
INDICADA NO MENU DA MANTA (2 mantle) COMO SENDO A DE EQUILÍBRIO. Ela indica apenas a temperatura de
ebulição da mistura.
Após registrada a temperatura de equilíbrio, pode-se desligar o aquecimento através da tecla STOP, para que a mistura resfrie e se
possamudar a composição da mesma. Após modificada a composição da mistura, repete-se todo o processo descrito acima.
 
Figura 6 – Menu da manta de aquecimento
 
 Figura 7 – Menu da leitura de equilíbrio
NOTAS:
Sempre que se "perder" nos menus, basta apertar a tecla MAIN para voltar ao menu principal
Para voltar a um nível anterior de menus, aperte a tecla MEN-.
Qualquer dúvida, procurar o monitor/professor da disciplina.
http://www.feq.unicamp.br/~mak/eq801.html