Roteiro práticas Lab II

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<p>ENSAIOS DE FILTRAÇÃO A VÁCUO</p><p>1 - OBJETIVO</p><p>Pretende-se através do ensaio de filtração a vácuo determinar as características</p><p>fluidodinâmicas durante o processo de formação de uma torta de filtração, à pressão</p><p>constante, através do estudo da velocidade de filtração de uma suspensão aquosa ou de</p><p>outro diluente.</p><p>Determinar alguns parâmetros característicos dessa torta de filtração, como:</p><p>Constante de filtração, Porosidade intrínseca da torta, Resistência específica da torta e</p><p>observação de propriedades como: compressibilidade, plasticidade e tixotropia (mudança</p><p>de viscosidade, característica de um fluido não-newtoniano ou pseudoplástico).</p><p>Entender o dimensionamento de áreas de filtração em filtros industriais e quais</p><p>meios filtrantes mais adequados para cada suspensão.</p><p>2 - INTRODUÇÃO</p><p>Filtração é o nome atribuído à operação de separação de um sólido de um fluido</p><p>onde está suspenso, pela passagem da suspensão através de um meio poroso capaz de</p><p>reter as partículas sólidas. Recentemente, tem sido utilizada na separação entre duas fases</p><p>líquidas imiscíveis (POMBEIRO, 1991).</p><p>A filtração baseia-se em princípios de escoamento em meios porosos. O estudo da</p><p>filtração tem como finalidades dentre outras:</p><p>• decidir sobre o tipo de filtração e de filtro a ser usado;</p><p>• dimensionar o filtro;</p><p>• estabelecer as condições de operação do filtro;</p><p>• predizer as consequências da variação nas condições de operação do filtro.</p><p>As aplicações industriais da filtração são muitas, sendo as mais usuais:</p><p>• A filtração e sistemas de purificação eficientes para tratamento de água,</p><p>tecnologias de tratamento da água incluindo físico, químico, biológico,</p><p>evaporação e recuperação em indústrias alimentares e farmacêuticas;</p><p>• Separação do óleo da água, tratamento biológico, clarificação, sistemas de</p><p>reciclagem e reutilização, manipulação de sólidos, sistemas de filtração para</p><p>tratamento de resíduos químicos despejados em indústrias químicas;</p><p>• Controle de resíduos perigosos e não perigosos provenientes da produção de</p><p>hidrocarbonetos;</p><p>• Filtragem de água, ar, ar comprimido, óleo lubrificante e óleo hidráulico para as</p><p>indústrias siderúrgicas, nomeadamente nos fornos de alta temperatura e</p><p>equipamentos de produção de metais;</p><p>• Filtração de ar para turbinas, alimentação de caldeiras e tratamento de resíduos e</p><p>reciclagem de água utilizada na produção de energia;</p><p>• Sistemas de filtração e purificação de ar para salas estéreis na produção de</p><p>componentes micro-eletrônicos e indústria bioquímica.</p><p>Industrialmente, a filtração depara-se com dificuldades relativas ao manejo</p><p>mecânico de elevadas quantidades de suspensão. Deste modo, é necessária a formação</p><p>inicial de uma camada mais espessa de sólidos (torta de filtração) e utilização de maiores</p><p>pressões, a fim de alcançar uma velocidade elevada de passagem do líquido através dos</p><p>sólidos. Em alternativa, será necessário aumentar consideravelmente a área de filtração</p><p>(COULSON e RICHARDSON, 1965).</p><p>Uma das grandes dificuldades enfrentadas para a especificação e</p><p>dimensionamento de sistemas filtrantes, de modo a atingir um certo grau de performance</p><p>dos equipamentos e conseguir-se a pureza do filtrado necessário ao processo, está em</p><p>conseguir identificar as melhores condições de funcionamento.</p><p>Entende-se por especificação, como uma escolha e identificação do tipo de filtro</p><p>a ser utilizado, seu princípio de funcionamento, vantagens e cuidados que devem ser</p><p>considerados para que na aplicação, o equipamento escolhido desempenhe com facilidade</p><p>e economia, o trabalho exigido pelo processo. Por dimensionamento entende-se como a</p><p>adequação do filtro especificado às condições de operação do processo.</p><p>Seja qual for o tipo de equipamento usado, acumula-se gradualmente uma torta de</p><p>filtração sobre o meio filtrante e a resistência ao fluxo aumenta progressivamente durante</p><p>a operação. No que se refere à variação de pressão no decorrer da filtração, podemos ter:</p><p>• Filtração à pressão constante;</p><p>• Filtração com vazão constante e</p><p>• Filtração mista.</p><p>No primeiro caso a vazão vai diminuindo à medida que cresce a espessura da torta,</p><p>sendo utilizado para precipitados pouco compressíveis. Quando se trata de um precipitado</p><p>compressível, é preferível começar a filtrar com uma pressão baixa para não tornar o</p><p>precipitado pouco permeável, sendo a pressão aumentada à medida que aumenta a</p><p>espessura da torta (e, portanto, a resistência à filtração), mantendo-se constante a vazão</p><p>do filtrado (PERRY, 1999).</p><p>De acordo com Coulson e Richardson (1965) a velocidade de filtração é</p><p>influenciada por esta acumulação entre outros fatores como:</p><p>• A queda de pressão (ΔP) entre a alimentação e o lado de jusante do meio filtrante;</p><p>• A área da superfície de filtração (A);</p><p>• A viscosidade do filtrado (μ);</p><p>• A resistência específica ou resistividade da Torta à filtração (α);</p><p>• A resistência do Meio filtrante (Filtro e camada inicial da torta sobre o filtro)</p><p>(Rm).</p><p>Escoamento Laminar: Os canais da torta são de pequeno diâmetro.</p><p>Velocidade = Força Propulsora (ΔP) / Resistência total</p><p>Resistência:</p><p>• Da torta: Varia com o tempo porque a espessura aumenta;</p><p>• Do meio filtrante e canais do filtro.</p><p>Tipos de Torta:</p><p>• Sólidos cristalinos: Tortas abertas que facilitam o escoamento;</p><p>• Precipitados gelatinosos: Tortas pouco permeáveis.</p><p>O tipo da torta depende da natureza do sólido, da granulometria, da forma das</p><p>partículas e do grau de heterogeneidade do sólido;</p><p>• Tortas Deformáveis ou Compressíveis;</p><p>• Tortas Indeformáveis ou Incompressíveis.</p><p>2.1. Equações para Filtração com Formação de Torta Incompressível</p><p>Figura 1</p><p>- Velocidade (q):</p><p>(1)</p><p>- Cálculo de ΔP1:</p><p>Admitindo fluxo unidimensional.</p><p>Equação da continuidade:</p><p>q independe da posição (2)</p><p>Equação do movimento (Lei de Darcy):</p><p>q tem sentido inverso a x (3)</p><p>onde K é a Constante de Filtração ou Permeabilidade da Torta.</p><p>Sendo a massa de sólidos dm na camada da torta:</p><p>(4)</p><p>onde ε - Porosidade intrínseca da Torta,</p><p>A - Área de filtração e</p><p>ρS - densidade do sólido da Torta.</p><p>(5)</p><p>Manipulando estas equações resulta em:</p><p>onde α é a resistividade (resistência específica) da torta [α] = L.M-1</p><p>Integrando:</p><p>(6)</p><p>- Cálculo de ΔP2:</p><p>(7)</p><p>Sendo lm a espessura da Torta; Rm é a resistência do meio filtrante [Rm] = L-1</p><p>(8)</p><p>Seja C = concentração da suspensão.</p><p>(9)</p><p>Equação fundamental da filtração (10)</p><p>A integração conduz à relação t x V:</p><p>Figura 2</p><p>A relação l (espessura) x t (tempo):</p><p>(11)</p><p>- Filtração à ΔP constante com formação de torta indeformável:</p><p>(12)</p><p>- Filtração à vazão (Q) constante:</p><p>(13)</p><p>(14)</p><p>3 - EQUIPAMENTOS E MATERIAIS</p><p>O Módulo é composto pelos seguintes itens, identificados no próprio equipamento:</p><p>• Reservatório para preparo da suspensão (de 20 litros), com sistema de agitação</p><p>mecânica;</p><p>• Bomba centrífuga;</p><p>• Módulo de Filtração, que recebe a alimentação da suspensão;</p><p>• Conexão e Suporte do Meio filtrante;</p><p>• Módulo de Coleta graduado, onde se mede o volume do líquido filtrado;</p><p>• Frasco “trap”, para evitar eventuais vazamentos de líquidos para o sistema de</p><p>vácuo;</p><p>• Coluna de Desumidificação com Sílica-gel, para evitar umidades excessivas no</p><p>sistema de vácuo;</p><p>• Bomba de Vácuo;</p><p>• Vacuostato, onde se regula e mede o vácuo que de se deseja trabalhar;</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>53</p><p>ENSAIO DE CINÉTICA QUÍMICA</p><p>Hidrólise de Acetato de Etila</p><p>1 - OBJETIVO</p><p>Determinar a constante da taxa da reação de hidrólise do acetato de etila em meio</p><p>alcalino a diferentes temperaturas, o fator de frequência e a energia de ativação da reação,</p><p>verificando a validade do modelo proposto.</p><p>2 - INTRODUÇÃO TEÓRICA</p><p>A hidrólise de um éster em meio aquoso alcalino pode ser representada pela</p><p>seguinte equação global:</p><p>Éster + OH- → álcool + ânion ácido (1)</p><p>A + B → produtos (1.a)</p><p>Esta reação, embora representada de forma aparentemente simples, é na realidade</p><p>uma reação complexa, pois possui uma série de etapas intermediárias de reações</p><p>elementares. A partir do mecanismo de reação apresentado na literatura, obtém-se a</p><p>expressão da taxa da reação dada por:</p><p>r = -k.CA.CB (2)</p><p>onde r é a velocidade de reação e CA e CB representam as concentrações molares dos</p><p>reagentes A e B, respectivamente.</p><p>A velocidade específica da reação, k, pode ser considerada como uma função da</p><p>temperatura. Assume-se que é válida a Lei de Arrhenius, segundo a qual a constante da</p><p>taxa apresenta uma variação exponencial com a temperatura:</p><p>k = A.e[-Ea/(RT)] (3)</p><p>onde A é o fator de frequência, Ea é a energia de ativação, R a constante universal dos</p><p>gases e T a temperatura medida em escala absoluta.</p><p>Para testar o modelo proposto para a equação da taxa da reação e determinar os</p><p>parâmetros cinéticos, pode-se utilizar um reator tanque descontínuo operando</p><p>isotermicamente. A análise dos resultados experimentais para este tipo de reator é feita</p><p>de acordo o modelo de mistura perfeita, que conduz a seguinte equação de balanço de</p><p>massa:</p><p>54</p><p>dnj/dt = V.rj = Vj.r (4)</p><p>onde, nj é o número de moles do componente j presente no reator no instante t; V é o</p><p>volume da massa reacional; rj é a taxa de formação do componente j; e j é o coeficiente</p><p>estequiométrico do componente j na reação.</p><p>Nos casos em que a massa específica do reagente não é significativamente alterado</p><p>(permanece constante), a equação (4) se torna:</p><p>dCj/dt = j.r (5)</p><p>Para acompanhar a progressão da reação com o tempo, recorrer-se-á, nesta</p><p>experiência à medida da concentração dos íons ácidos ao longo do tempo, empregando-</p><p>se a titulação volumétrica.</p><p>3 - EQUIPAMENTOS E MATERIAIS</p><p>- Dois reatores, de 0,5 litros de capacidade;</p><p>- Dois béqueres ou erlenmeyers com capacidade para 0,5 L para o reagente A;</p><p>- Dois béqueres ou erlenmeyers com capacidade para 0,5 L para o reagente B;</p><p>- Um banho termostatizado;</p><p>- Dois agitadores magnéticos;</p><p>- Solução de acetato de etila 0,02 M (reagente A);</p><p>- Solução padronizada de hidróxido de sódio 0,01 M;</p><p>- Solução padronizada de hidróxido de sódio 0,02 M (reagente B);</p><p>- Solução de ácido clorídrico padronizada 0,01 M;</p><p>- 20 Erlenmeyers de 100 mL;</p><p>- Indicador (fenolftaleína)</p><p>- 1 buretas de 50 mL;</p><p>- 1 Peras de sucção,</p><p>- 1 termômetros;</p><p>- 2 provetas;</p><p>- 2 pipetas volumétricas de 10 mL.</p><p>4 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>4.1 Estudar cuidadosamente a montagem experimental e a técnica experimental;</p><p>55</p><p>4.2 Encontram-se preparadas uma solução 0,02 M de NaOH padronizada, uma solução</p><p>aquosa de acetato de etila 0,02 M, uma solução de HCl 0,01 M e uma solução padronizada</p><p>de NaOH 0,01 M;</p><p>4.3 Em cada um dos erlenmeyers disponíveis, adicionar 30 mL do HCl 0,01 M</p><p>padronizado;</p><p>4.4 A experiência deverá ser realizada a duas temperaturas diferentes: ambiente e acima</p><p>da ambiente (± 10 °C). Deixar um banho termostático preparado para o aquecimento;</p><p>4.5 Manter à temperatura ambiente 100 mL da solução de acetato de etila 0,02 M e 100</p><p>mL da solução de hidróxido de sódio 0,02 M em béqueres separados, até a temperatura</p><p>de reação desejada (temperatura ambiente). Com o agitador ligado, misturar estas duas</p><p>soluções no reator de 0,5 L, coletar a alíquota do tempo zero e em seguida acionar o</p><p>cronômetro;</p><p>4.6 Retirar alíquotas da solução do reator com uma pipeta de 10 mL, anotando o tempo</p><p>de reação. Imediatamente, transferi-la para um dos erlenmeyers contendo 30 mL de HCl</p><p>0,01 M. ATENÇÃO - Esta operação deve ser a mais rápida possível. Os tempos de</p><p>amostragem sugeridos são: 0, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40 e 50 minutos (10 pontos);</p><p>4.7 Titular as amostras acidificadas com uma solução de hidróxido de sódio padronizada</p><p>0,01 M usando fenolftaleína como indicador;</p><p>4.8 Repetir o procedimento para a outra temperatura. Pré-aquecer 100 mL da solução de</p><p>acetato de etila e 100 mL da solução de hidróxido de sódio 0,02 M, em béqueres</p><p>separados, até a temperatura de reação desejada (aquecimento). Com o agitador ligado,</p><p>misturar estas duas soluções no reator e seguir o procedimento como descrito</p><p>anteriormente.</p><p>5 - CÁLCULOS E ANÁLISES DOS RESULTADOS</p><p>5.1 Usando as referências bibliográficas, apresentar o mecanismo da hidrólise em meio</p><p>alcalino dos ésteres, e deduzir a equação da taxa de reação.</p><p>5.2 Com base no procedimento experimental, deduzir a expressão matemática para a</p><p>relação da concentração de acetato de etila no reator (CA) com o volume de hidróxido de</p><p>sódio utilizado na titulação da amostra (Vam), a sua molaridade (Mb), o volume de</p><p>hidróxido de sódio utilizado na padronização do HCl (Vp) e os volumes das alíquotas</p><p>empregadas.</p><p>56</p><p>5.3 A partir das equações 2 e 4 (ou 5), obter a equação diferencial que deve descrever a</p><p>variação da concentração de acetato de etila com o tempo e a equação base para análise</p><p>dos resultados (determinação das constantes da taxa para cada temperatura);</p><p>5.4 A partir dos resultados experimentais (CA = CA(t)), determinar as constantes da taxa</p><p>para cada temperatura de reação;</p><p>5.5 Determinar a energia de ativação e o fator de frequência da reação;</p><p>5.6 Construir os gráficos a partir dos quais, através de regressão linear, foram obtidos os</p><p>fatores de frequência e a energia de ativação. Apresente no próprio gráfico o coeficiente</p><p>de correlação obtido para cada reta.</p><p>5.7 Analisar os resultados obtidos, procurando abordar os seguintes tópicos principais:</p><p>discutir a validade da equação da taxa deduzida a partir dos modelos propostos</p><p>(mecanismo cinético e expressão que exprime a dependência da constante da taxa em</p><p>função da temperatura).</p><p>5.8 Discutir e tentar estimar a ordem de grandeza das principais fontes de incertezas</p><p>experimentais. IMPORTANTE: Aborde e discuta qualquer outro ponto que julgar</p><p>pertinente.</p><p>6 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>FOGLER, H. S. Elementos de Engenharia das Reações Químicas, 4° Ed., editora LTC,</p><p>2009.</p><p>LEVENSPIEL, O. Engenharia das Reações Químicas. 1ª. Edição, Edgard Blücher,</p><p>2000.</p><p>ROBERTS, G. W. Reações químicas e reatores químicos. 1ª. Edição, Editora LTC,</p><p>2010.</p><p>57</p><p>LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II</p><p>FOLHA DE DADOS</p><p>EXPERIÊNCIA: Ensaio de Cinética Química – Hidrólise de Acetato de Etila</p><p>Professoras: Ana Paula Capelezzo DATA: ......../........../.........</p><p>Equipe: ________________________________________________________________</p><p>____________________________________________________________________</p><p>Temperatura Ambiente: Temperatura superior:</p><p>tempo</p><p>(min)</p><p>Volume</p><p>titulante (mL)</p><p>tempo</p><p>(min)</p><p>Volume</p><p>titulante (mL)</p><p>0 0</p><p>2 2</p><p>5 5</p><p>10 10</p><p>15 15</p><p>20 20</p><p>25 25</p><p>30 30</p><p>40 40</p><p>50 50</p><p>OBS.: Demais informações referentes ao experimento:__________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>58</p><p>LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II</p><p>FOLHA DE DADOS PROFESSOR</p><p>EXPERIÊNCIA: Ensaio de Cinética Química – Hidrólise de Acetato de Etila</p><p>Professoras: Ana Paula Capelezzo DATA: ......../........../.........</p><p>Equipe: ________________________________________________________________</p><p>____________________________________________________________________</p><p>Temperatura Ambiente: Temperatura superior:</p><p>tempo</p><p>(min)</p><p>Volume</p><p>titulante (mL)</p><p>tempo</p><p>(min)</p><p>Volume</p><p>titulante (mL)</p><p>0 0</p><p>2 2</p><p>5 5</p><p>10 10</p><p>15 15</p><p>20 20</p><p>25 25</p><p>30 30</p><p>40 40</p><p>50 50</p><p>OBS.: Demais informações referentes ao experimento:__________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>59</p><p>TRATAMENTO DE ÁGUA – Coagulação / Floculação</p><p>1. OBJETIVO</p><p>Os ensaios de floculação (Jar-Test) tem como finalidade a determinação das</p><p>dosagens ótimas dos reagentes coagulantes/floculantes (sulfato de alumínio, cloreto</p><p>férrico, cal, polietrólito, etc) e, consequentemente, a determinação do pH de floculação</p><p>para remoção da turbidez da água. As dosagens ótimas dos floculantes são as dosagens</p><p>mais indicadas, processual e economicamente, para obtenção de uma boa clarificação da</p><p>água bruta. O pH ótimo de floculação é o pH desenvolvido na água em consequência da</p><p>aplicação das dosagens ótimas.</p><p>2. INTRODUÇÃO TEÓRICA</p><p>A água pode conter uma variedade de impurezas, destacando-se partículas</p><p>coloidais, substâncias húmicas (mistura complexa, dispersa e heterogênea de vários</p><p>compostos orgânicos sintetizados a partir de restos de matéria orgânica decomposta por</p><p>microrganismos) e organismos em geral. Tais impurezas apresentam carga superficial</p><p>negativa impedindo que as mesmas se aproximem umas das outras permanecendo no</p><p>meio líquido se suas características não forem alteradas. Para que as impurezas possam</p><p>ser removidas é preciso alterar algumas características da água e consequentemente, das</p><p>impurezas, por meio da coagulação, floculação, sedimentação (ou flotação) e filtração.</p><p>A coagulação geralmente, realizada por sais de alumínio e de ferro, resulta de dois</p><p>fenômenos:</p><p>• Essencialmente químico: consiste nas reações do coagulante com a água e na</p><p>formação de espécies hidrolisadas com carga positiva, que depende da</p><p>concentração do metal e pH final da mistura;</p><p>• Fundamentalmente físico: consiste no transporte das espécies hidrolisadas para</p><p>que haja contato entre as impurezas presentes na água.</p><p>A coagulação depende fundamentalmente das características da água e das</p><p>impurezas presentes, conhecidas por meio de parâmetros como pH, alcalinidade,</p><p>cor, turbidez, temperatura, condutividade elétrica, tamanho e distribuição dos</p><p>tamanhos das partículas em estado coloidal e em suspensão, etc.</p><p>60</p><p>Na floculação, as interações ocorrem entre impurezas desestabilizadas e entre o</p><p>precipitado do metal formado espécies hidrolisadas positivas e as partículas para</p><p>formação de aglomerados que posteriormente serão removidos, não havendo necessidade</p><p>de agitação tão intensa quanto aquela observada na mistura rápida para coagulação.</p><p>Cada água tem seu pH ótimo, e esse pH pode variar para a mesma água desde que</p><p>ocorram variações em sua composição. O descontrole desse pH comprometerá a</p><p>eficiência do tratamento resultando em maior consumo de floculante, menor remoção de</p><p>cor e turbidez, pior decantação com consequente sobrecarga dos filtros, aumentando a</p><p>alumina residual e até a dissolução completa dos flocos formados.</p><p>3. EQUIPAMENTOS E MATERIAIS</p><p>O aparelho de Jar-Test consta de um misturador com cinco pás (uma para cada</p><p>béquer de 1000 mL), com velocidade de agitação regulável, onde será adicionada a água</p><p>a ser tratada.</p><p>Serão utilizadas as soluções:</p><p>a) Sulfato de alumínio a 3% (30 g/L);</p><p>b) Cloreto férrico a 3% (30 g/L);</p><p>Cada mL dessas soluções, juntando a 1 litro de água, correspondente à 30 ppm;</p><p>c) Ácido sulfúrico (1 M e 0,1 M);</p><p>d) Hidróxido de sódio (1 M e 01 M);</p><p>e) pHmetro e condutivímetro;</p><p>f) Turbidímetro.</p><p>g) Proveta de 1000 mL e pipetas de 2, 5, 10 e 20 mL</p><p>h) 5 béqueres de 1 L.</p><p>Figura 1 – Esquema do Equipamento Jar-Test.</p><p>61</p><p>4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>4.1- Determinação do pH ótimo</p><p>1) Medir a turbidez, pH e condutividade elétrica da água bruta (in natura).</p><p>2) Numerar de 1 a 5 os béqueres de prova e colocar em cada um deles 1 L de água em</p><p>análise.</p><p>3) Iniciar a agitação. Ajustar o pH de cada béquer de acordo com a tabela, os valores</p><p>podem ser aproximados.</p><p>4) Ajustar a agitação (130 – 150 rpm) e colocar com a pipeta volumes iguais de coagulante</p><p>(sulfato de alumínio ou cloreto férrico) em cada béquer.</p><p>Amostra pH Coagulante</p><p>1 3 1 mL</p><p>2 5 1 mL</p><p>3 7 1 mL</p><p>4 9 1 mL</p><p>5 11 1 mL</p><p>5) Manter a agitação intensa (entre 130 e 150 rpm) por 30 s.</p><p>6) Após, prosseguir a agitação por 15 minutos, porém com agitação lenta (entre 20 e 40</p><p>rpm). Observar e anotar o tempo de início de formação de flocos em cada béquer.</p><p>7) Parar a agitação e deixar em repouso. Anotar os tempos de decantação.</p><p>8) Retirar, cuidadosamente, alíquota do líquido clarificado para determinação de turbidez,</p><p>pH e condutividade elétrica.</p><p>9) Repetir as etapas 1 a 8 para o segundo coagulante.</p><p>4.2- Determinação da dosagem de coagulante</p><p>1) Determinar a turbidez, pH e condutividade elétrica da água bruta (in natura).</p><p>2) Numerar de 1 a 5 os béqueres de prova e colocar em cada um deles 1 L de água em</p><p>análise.</p><p>3) Iniciar a agitação. Ajustar o pH de cada béquer para o melhor valor determinado na</p><p>etapa anterior.</p><p>62</p><p>4) Ajustar a agitação (130 – 150 rpm) e colocar com a pipeta os diferentes volumes de</p><p>coagulante (sulfato de alumínio ou cloreto férrico) em cada béquer.</p><p>Amostra pH Coagulante</p><p>1 0,3 mL</p><p>2 0,5 mL</p><p>3 0,7 mL</p><p>4 1,0 mL</p><p>5 1,5 mL</p><p>5) Manter a agitação intensa (entre 130 e 150 rpm) por 30 s.</p><p>6) Após, prosseguir a agitação por 15 minutos, porém com agitação lenta (entre 20 e 40</p><p>rpm). Observar e anotar o tempo de início de formação de flocos em cada béquer.</p><p>7) Parar a agitação e deixar em repouso. Anotar os tempos de decantação.</p><p>8) Retirar, cuidadosamente, alíquota do líquido clarificado para determinação de turbidez,</p><p>pH e condutividade elétrica.</p><p>9) Repetir as etapas 1 a 8 para o segundo coagulante.</p><p>5. CÁLCULOS E ANÁLISES DOS RESULTADOS</p><p>5.1 - Monte tabelas que mostrem o tempo de decantação dos flocos e discuta comparando</p><p>os floculantes.</p><p>5.2 - Construa gráficos de turbidez, condutividade elétrica e pH final da amostra em</p><p>função do pH inicial e da concentração de coagulante utilizada.</p><p>5.2 - Avalie e indique as condições ótimas de operação.</p><p>5.3 - Compare os resultados obtidos com artigos.</p><p>5.4 – Calcule a eficiência de remoção de turbidez</p><p>63</p><p>6. BIBLIOGRAFIA</p><p>RICHTER, C. A., NETTO, J. M. de A. Tratamento de água: tecnologia atualizada.</p><p>São Paulo: E. Blucher, 1991-2000. 332 p. ISBN 85-212-0053-6.</p><p>SPERLING, M. V. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. 3.</p><p>ed. Belo Horizonte: UFMG, 2005. 452 p. (Princípios do tratamento biológico de águas</p><p>residuárias.</p><p>NUNES, J. A. Tratamento físico-químico de águas residuárias industriais. 4. ed.</p><p>Aracaju, SE: J. Andrade, 2004. 298 p.</p><p>DI BERNARDO, L., DI BERNARDO, A., CENTURIONE FILHO, P. L. Ensaios de</p><p>tratabilidade de água e dos resíduos gerados em estações de tratamento de água. São</p><p>Paulo Rima, 2002. 237 p. ISBN 8586552313</p><p>LIBÂNIO, M. Fundamentos de qualidade e tratamento de água. 2. ed. Campinas:</p><p>Átomo, 2008. 444 p. ISBN 9788576700838 (broch.).</p><p>SILVA, S. A. OLIVEIRA, R. de. Manual de análises físico-química de águas de</p><p>abastecimento e residuárias. Campina</p><p>Grande, PB: O Autor, 2001. 266 p. ISBN</p><p>8590194310 (broch.)</p><p>64</p><p>LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II</p><p>FOLHA DE DADOS</p><p>EXPERIÊNCIA: Tratamento de Água – Coagulação/Floculação</p><p>Professoras: Ana Paula Capelezzo DATA: ......../........../.........</p><p>Equipe:.................................................................................................................................</p><p>.............................................................................................................................................</p><p>- Água Bruta:</p><p>pH: ________ condutividade elétrica:_______ turbidez:_______</p><p>- Determinação de pH</p><p>Cloreto Férrico Sulfato de Alumínio</p><p>Amostra</p><p>pH</p><p>inicial</p><p>pH</p><p>final</p><p>Condutividade Turbidez</p><p>pH</p><p>final</p><p>Condutividade Turbidez</p><p>1 3</p><p>2 5</p><p>3 7</p><p>4 9</p><p>5 11</p><p>- Determinação da dosagem de coagulante</p><p>Cloreto Férrico Sulfato de Alumínio</p><p>Amostra</p><p>Dose de</p><p>coagulante</p><p>pH Condutividade Turbidez pH Condutividade Turbidez</p><p>1 0,3 mL</p><p>2 0,5 mL</p><p>3 0,7 mL</p><p>4 1,0 mL</p><p>5 1,5 mL</p><p>6 2,0 mL</p><p>OBS.: Demais informações referentes ao experimento:</p><p>____________________________________________________________</p><p>____________________________________________________________</p><p>____________________________________________________________</p><p>65</p><p>LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II</p><p>FOLHA DE DADOS PROFESSOR</p><p>EXPERIÊNCIA: Tratamento de Água – Coagulação/Floculação</p><p>Professoras: Ana Paula Capelezzo DATA: ......../........../.........</p><p>Equipe:.................................................................................................................................</p><p>.............................................................................................................................................</p><p>- Água Bruta:</p><p>pH: ________ condutividade elétrica:_______ turbidez:_______</p><p>- Determinação de pH</p><p>Cloreto Férrico Sulfato de Alumínio</p><p>Amostra</p><p>pH</p><p>inicial</p><p>pH</p><p>final</p><p>Condutividade Turbidez</p><p>pH</p><p>final</p><p>Condutividade Turbidez</p><p>1 3</p><p>2 5</p><p>3 7</p><p>4 9</p><p>5 11</p><p>- Determinação da dosagem de coagulante</p><p>Cloreto Férrico Sulfato de Alumínio</p><p>Amostra</p><p>Dose de</p><p>coagulante</p><p>pH Condutividade Turbidez pH Condutividade Turbidez</p><p>1 0,3 mL</p><p>2 0,5 mL</p><p>3 0,7 mL</p><p>4 1,0 mL</p><p>5 1,5 mL</p><p>6 2,0 mL</p><p>OBS.: Demais informações referentes ao experimento:</p><p>____________________________________________________________</p><p>____________________________________________________________</p><p>____________________________________________________________</p><p>66</p><p>ENSAIOS DE EQUILÍBRIO LÍQUIDO-VAPOR</p><p>1 - OBJETIVO</p><p>Realizar ensaios de equilíbrio de fases Líquido-Vapor (ELV), a baixas e altas</p><p>pressões, avaliando a influência da temperatura no sistema. Vamos determinar a pressão</p><p>de vapor envolvida com o equilíbrio líquido e seu vapor.</p><p>2 - INTRODUÇÃO</p><p>Seja para substâncias puras, ou uma mistura delas, o conhecimento da pressão de</p><p>vapor, ou das pressões parciais de vapor, são de suma importância para processos</p><p>industriais. A determinação de dados de pressão de vapor está envolvida com o equilíbrio</p><p>do líquido e seu vapor.</p><p>O estudo e conhecimento dos equilíbrios entre as fases líquido-vapor, em qualquer</p><p>condição de T e P, tornou-se uma ferramenta clássica para o engenheiro químico devido</p><p>à sua formulação bem definida e suas aplicações nos inúmeros processos de separação,</p><p>tal como a destilação, que é considerada como um dos mais importantes dentre os</p><p>processos de separação.</p><p>A separação dos componentes de uma mistura neste processo requer um íntimo</p><p>conhecimento do comportamento das fases líquido e vapor em equilíbrio. Uma etapa cada</p><p>vez mais necessária aos processos se refere à modelagem e simulação dos mesmos,</p><p>eliminando operações economicamente desfavoráveis no desenvolvimento industrial.</p><p>2.1 – Fundamentos do Equilíbrio Líquido-Vapor (ELV)</p><p>Para se determinar dados de equilíbrio líquido-vapor (composição nas fases</p><p>líquida e vapor, temperatura e pressão) em condições, geralmente dinâmica de ebulição,</p><p>utiliza-se, normalmente: Ebuliômetros de Fischer, Othmer ou Cottrell.</p><p>Para se determinar ELV em temperaturas abaixo do ponto de ebulição e/ou a</p><p>qualquer pressão se pode utilizar células de equilíbrio adaptadas e em condições estáticas.</p><p>O equilíbrio líquido-vapor para um sistema isolado é definido na termodinâmica quando</p><p>os potenciais mecânicos (𝑃𝑉 = 𝑃𝐿); térmico (𝑇𝑉 = 𝑇𝐿) e químico (μ𝑉 = μ𝐿); são iguais nas</p><p>duas fases.</p><p>67</p><p>As quantidades intensivas observadas de um sistema líquido-vapor para</p><p>caracterizar o equilíbrio são a pressão, a temperatura e as composições molares das fases</p><p>líquida e vapor. Para se determinar curvas de equilíbrio de misturas binárias ou</p><p>multicomponentes, é importante se conhecer os dados de equilíbrio de cada substância</p><p>pura, como a pressão de vapor em função da temperatura.</p><p>2.1.1 – Determinação do ELV de substâncias puras pelas fugacidades</p><p>A Figura 1 apresenta algumas curvas típicas de pressão de vapor versus</p><p>temperatura para substâncias puras.</p><p>Figura 1 - Variação da Pressão de Vapor, de Algumas Substâncias, com a Temperatura</p><p>Para uma substância pura, nas condições de saturação (ou de equilíbrio), o</p><p>equilíbrio entre a fase líquida (l) e a fase de vapor (g) à temperatura T e à pressão de</p><p>equilíbrio Pσ</p><p>* (pressão de vapor ou pressão de saturação) é traduzida sob o ponto de vista</p><p>termodinâmico pela igualdade das fugacidades:</p><p>𝑓∗,𝑙 = 𝑓∗,𝑔 (equação Fugacidade) (1)</p><p>Como as fases líquida e gasosa estão necessariamente à mesma pressão, Pσ</p><p>∗,</p><p>conclui-se que:</p><p>𝑓∗,𝑙 = 𝑓∗,𝑔 → 𝜑∗,𝑙.𝑃𝜎∗ = 𝜑∗,𝑔.𝑃𝜎∗ → 𝜑∗,𝑙=𝜑∗,𝑔 (≡𝜑∗) (coeficiente de Fugacidade) (2)</p><p>Sendo que φσ* representa o coeficiente de fugacidade da substância pura (líquida</p><p>ou gasosa), nas condições de equilíbrio (T, Pσ*). Quer dizer a condição de equilíbrio</p><p>termodinâmico da igualdade das fugacidades é equivalente à igualdade dos coeficientes</p><p>de fugacidade. O coeficiente de fugacidade pode ser determinado a partir de uma equação</p><p>68</p><p>de estado. A função φ* depende da temperatura, da pressão e do volume molar, Vm. Por</p><p>exemplo para a Equação 3, de Redlich-Kwong.</p><p>ln 𝜑∗ = (𝑧∗ − 1) − ln(𝑧∗ − 𝐵) – 𝐴/𝐵 ln (1 + 𝐵/𝑧∗) (3)</p><p>(4)</p><p>(5)</p><p>Sendo A e B parâmetros da equação de Redlich e Kwong. Na Equação 3, z é o</p><p>fator de compressibilidade definido pela relação z = (Pσ</p><p>* . Vm) / (RT).</p><p>A Equação 2 pode ser escrita de uma forma mais conveniente para o cálculo da</p><p>pressão de vapor como:</p><p>(6)</p><p>O valor da pressão de vapor Pσ</p><p>* resultará da resolução da Equação 4 à temperatura</p><p>de equilíbrio T genérica.</p><p>2.2 – Determinação do ELV de misturas pelas fugacidades</p><p>Para uma mistura (N componentes de espécies i), em sistema fechado, o equilíbrio</p><p>entre a fase líquida (l) e a fase de vapor (g) a temperatura T e a pressão constantes é</p><p>traduzida, também, sob o ponto de vista termodinâmico, pela igualdade dos potenciais</p><p>químicos e, portanto, das fugacidades, tendo em vista que, o estado estável de um sistema</p><p>fechado é estabelecido pela minimização de Gibbs (dG = 0) a T e P constantes.</p><p>(7)</p><p>(8)</p><p>As fugacidades podem ser expressas através de coeficientes de fugacidade (�̂�),</p><p>para a fase vapor, ou de coeficientes de atividade i, mais usados para a fase líquida.</p><p>Então, em uma abordagem gamma-phi, a igualdade das fugacidades pode ser escrita</p><p>como:</p><p>69</p><p>(9)</p><p>(10)</p><p>(11)</p><p>O termo exponencial da Equação 11, é conhecido como correção de Poynting, e</p><p>expressa os desvios da fase líquida devidos ao efeito da pressão. Se a pressão de trabalho</p><p>é baixa ou próxima da pressão de vapor, este termo é usualmente desprezado.</p><p>O coeficiente de fugacidade, tanto na fase vapor quanto do componente puro, pode</p><p>ser calculado pela equação do virial:</p><p>(12)</p><p>A prática usualmente empregada para o cálculo dos coeficientes de atividade da</p><p>fase líquida faz uso de modelos derivados de expressões dadas para a energia livre de</p><p>Gibbs excedente, que se relacionam com a composição e temperatura através da</p><p>expressão:</p><p>(13)</p><p>A pressão de saturação pode ser calculada por vários tipos de correlação em</p><p>função da temperatura. Algumas correlações são a DIPPR, Antoine e Antoine estendido.</p><p>A equação DIPPR permite representar faixas de temperatura maiores, bem como permite</p><p>extrapolações mais seguras. Ela possui a forma:</p><p>(14)</p><p>A Figura 2 apresenta o Diagrama de equilíbrio LV (t, x, y) esquemático de uma</p><p>mistura binária, a pressão constante.</p><p>70</p><p>Figura 2 - Diagrama (T,x,y) de uma Mistura Binária</p><p>É interessante analisar a sucessão de fenômenos que se observam quando se faz</p><p>variar a temperatura numa mistura binária a pressão constante. De fato, este fenômeno é</p><p>o cerne das separações líquido/gás.</p><p>Tipo de problemas do equilíbrio líquido-vapor: A condição geral de equilíbrio</p><p>termodinâmico em sistemas heterogêneos fechados com c componentes, como já foi visto</p><p>anteriormente, é a condição de igualdade dos potenciais químicos (μ) e, portanto, das</p><p>fugacidades fi do componente i genérico em todas as fases do sistema, conforme Equação</p><p>7 e Equação 8.</p><p>O cálculo do equilíbrio LV consiste em resolver a Equação 8 de forma a encontrar</p><p>os valores das variáveis termodinâmicas que funcionam como incógnitas do problema, a</p><p>partir das propriedades que se conhecem à partida. As situações neste tipo de cálculos, de</p><p>acordo com os dados e as incógnitas de cada caso específico são as seguintes:</p><p>- BUBLP - cálculo dos valores da pressão de equilíbrio, P, e da composição do</p><p>vapor, yi, sendo dadas a temperatura, T, e a composição do líquido, xi;</p><p>- BUBLT - cálculo de T e yi sendo os dados P e xi;</p><p>- DEWP - cálculo de P e xi, partindo do conhecimento de T e yi;</p><p>- DEWT - cálculo de T e xi, sendo os dados P e yi.</p><p>- FLASH - cálculo das composições do líquido (xi) e do vapor (yi) em equilíbrio,</p><p>conhecendo à partida P e T, a composição global (l+g) e a quantidade total de substância</p><p>no sistema.</p><p>71</p><p>A fugacidade fi do componente i genérico é, em regra, uma função analiticamente</p><p>complexa de P, T, xi ou P, T, yi.</p><p>3 - EQUIPAMENTOS E MATERIAIS</p><p>3.1 ENSAIO A BAIXA PRESSÃO: Será utilizada a Célula de equilíbrio de vidro de</p><p>volume nominal de 250 mL.</p><p>Figura 3 – Módulo de Equilíbrio Líquido-Líquido</p><p>- Materiais Necessários:</p><p>• Água destilada;</p><p>• Pipeta;</p><p>• Proveta.</p><p>II - ENSAIO A ALTA PRESSÃO: Será utilizada a Célula de equilíbrio de inox, de</p><p>volume nominal de 250 mL (medir o volume real na célula).</p><p>72</p><p>Figura 4 - Válvulas da Célula de Alta Pressão</p><p>Figura 5 - Volume Interno da Célula de Alta Pressão</p><p>4 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>4.1 - ENSAIO A BAIXA PRESSÃO</p><p>4.1.1 Colocar 150 mL de água destilada/deionizada (ou Etanol), a critério do professor,</p><p>no interior da Célula. Em seguida fechá-la devidamente; conectá-la ao vacuômetro de</p><p>tubo U, ou ao vacuômetro Bourdon, e conectar a válvula da Célula de Vidro (VC) ao</p><p>circuito de vácuo, conforme Figura 3.</p><p>Nota:</p><p>- Colocar água com gelo no “trap” para condensar os vapores antes da bomba de vácuo,</p><p>para protege-la dos vapores.</p><p>- Será monitorado apenas a variação da pressão versus temperatura.</p><p>4.1.2 Colocar a célula na chapa aquecedora com agitação magnética.</p><p>73</p><p>4.1.3 Com as válvulas da célula (VC) e do vácuo (VV) abertas, regular a temperatura da</p><p>chapa de aquecimento para atingir temperatura de ebulição da substância escolhida. Em</p><p>seguida, ligar a agitação magnética e ligar o sistema de vácuo regulando a válvula VV</p><p>apenas para succionar vapores para o trap.</p><p>4.1.4 Manter a ebulição, sob leve vácuo (com monitoramento dos vacuômetros), deixar a</p><p>ebulição ocorrer por, aproximadamente 1 minuto, para purgar todo ar atmosférico de</p><p>dentro da Célula.</p><p>4.1.5 Em seguida, desligar o aquecimento da chapa; desligar a agitação; fechar as válvulas</p><p>VC e VV e desligar a bomba de vácuo.</p><p>4.1.6 Retirar a célula de cima de chapa de aquecimento e colocar sobre a bancada.</p><p>4.1.7 Imediatamente proceder ao abaixamento natural e lento da temperatura, do sistema</p><p>monitorando (registrando no manômetro de Tubo em U) os valores da pressão negativa</p><p>versus a temperatura, no intervalo da temperatura da ebulição até a ambiente.</p><p>4.2 - ENSAIO A ALTA PRESSÃO</p><p>4.2.1 Colocar 150 mL de água destilada/deionizada no interior da Célula, da seguinte</p><p>maneira:</p><p>1.a) Com as três válvulas da Célula abertas, inserir o volume com auxílio de</p><p>seringa/agulha através da biqueira de uma das válvulas V2 ou V3; ou</p><p>1.b) Com a válvula de fundo (V2) aberta e a outra V3 e a de topo (V1) fechadas, baixar</p><p>totalmente o embolo da célula (Obs,: o volume interno irá de 250 para 50 mL).</p><p>2.b) Colocar em torno de 150 mL da substância escolhida num béquer e mergulhar a</p><p>biqueira da válvula de fundo neste béquer, conforme Figura 6.</p><p>3.b) Em seguida, levantar o embolo totalmente, ou somente o necessário, afim de sugar</p><p>os 150 ml da substância escolhida para o interior da célula.</p><p>4.2.2 Em seguida, fechar as válvulas de fundo V2 e V3 e abrir a válvula de topo V1.</p><p>Baixar o êmbolo até que o êmbolo encoste na superfície do líquido e todo ar seja expulso</p><p>do interior da célula. Isto será observado quando uma pequena fração de líquido sair pela</p><p>biqueira da válvula V1.</p><p>4.2.3. Colocar a Célula no Banho termostático com agitação magnética e fechar todas as</p><p>três válvulas; medir a temperatura ambiente inicial para a pressão atmosférica (1 bar) ou</p><p>manométrica de 0 bar;</p><p>4.2.4. Regular a temperatura do banho/sistema de aquecimento para atingir temperatura</p><p>de 40 ºC e, no equilíbrio térmico, medir a pressão resultante;</p><p>74</p><p>4.2.5. Em seguida aumentar a temperatura de 10 em 10 ºC (até 90 ºC) e, em cada equilíbrio</p><p>térmico, medir a pressão resultante.</p><p>5 - CÁLCULOS E ANÁLISES DOS RESULTADOS</p><p>5.1. ENSAIOS A BAIXA PRESSÃO: Graficar a Curva de Pressão versus Temperatura e</p><p>comparar com a literatura.</p><p>5.2 ENSAIOS A ALTA PRESSÃO: Graficar a Curva de Pressão versus Temperatura e</p><p>comparar com a literatura.</p><p>6 – BIBLIOGRAFIA</p><p>VAN WYLEN, G. J., SONNTAG, R. E. Fundamentals of Classical Thermodynamics, John</p><p>Wiley, New York, 1985.</p><p>MORAN, M. J., SHAPIRO, H. N. Fundamentals of Engineering Thermodynamics, John</p><p>Wiley, New York, 1996.</p><p>75</p><p>LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II</p><p>FOLHA DE DADOS</p><p>EXPERIÊNCIA: Ensaio de Equilíbrio Líquido-Vapor</p><p>Professoras: Ana Paula Capelezzo DATA: ......../........../.........</p><p>Equipe:.................................................................................................................................</p><p>.............................................................................................................................................</p><p>ENSAIO A BAIXA PRESSÃO</p><p>Medida</p><p>Temperatura</p><p>(°C)</p><p>Altura</p><p>manométrica</p><p>(mm)</p><p>1</p><p>2</p><p>3</p><p>4</p><p>5</p><p>6</p><p>7</p><p>8</p><p>9</p><p>10</p><p>11</p><p>12</p><p>13</p><p>14</p><p>15</p><p>Medida</p><p>Temperatura</p><p>(°C)</p><p>Altura</p><p>manométrica</p><p>(mm)</p><p>16</p><p>17</p><p>18</p><p>19</p><p>20</p><p>21</p><p>22</p><p>23</p><p>24</p><p>25</p><p>26</p><p>27</p><p>28</p><p>29</p><p>30</p><p>OBS.: Demais informações referentes ao experimento:</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>76</p><p>ENSAIO A ALTA PRESSÃO</p><p>Medida</p><p>Temperatura</p><p>(°C)</p><p>Altura</p><p>manométrica</p><p>(mm)</p><p>1</p><p>2</p><p>3</p><p>4</p><p>5</p><p>6</p><p>7</p><p>8</p><p>9</p><p>10</p><p>11</p><p>12</p><p>13</p><p>14</p><p>15</p><p>Medida</p><p>Temperatura</p><p>(°C)</p><p>Altura</p><p>manométrica</p><p>(mm)</p><p>16</p><p>17</p><p>18</p><p>19</p><p>20</p><p>21</p><p>22</p><p>23</p><p>24</p><p>25</p><p>26</p><p>27</p><p>28</p><p>29</p><p>30</p><p>OBS.: Demais informações referentes ao experimento:</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>77</p><p>LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II</p><p>FOLHA DE DADOS PROFESSOR</p><p>EXPERIÊNCIA: Ensaio de Equilíbrio Líquido-Vapor</p><p>Professoras: Ana Paula Capelezzo DATA: ......../........../.........</p><p>Equipe:.................................................................................................................................</p><p>.............................................................................................................................................</p><p>ENSAIO A BAIXA PRESSÃO</p><p>Medida</p><p>Temperatura</p><p>(°C)</p><p>Altura</p><p>manométrica</p><p>(mm)</p><p>1</p><p>2</p><p>3</p><p>4</p><p>5</p><p>6</p><p>7</p><p>8</p><p>9</p><p>10</p><p>11</p><p>12</p><p>13</p><p>14</p><p>15</p><p>Medida</p><p>Temperatura</p><p>(°C)</p><p>Altura</p><p>manométrica</p><p>(mm)</p><p>16</p><p>17</p><p>18</p><p>19</p><p>20</p><p>21</p><p>22</p><p>23</p><p>24</p><p>25</p><p>26</p><p>27</p><p>28</p><p>29</p><p>30</p><p>OBS.: Demais informações referentes ao experimento:</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>78</p><p>ENSAIO A ALTA PRESSÃO</p><p>Medida</p><p>Temperatura</p><p>(°C)</p><p>Altura</p><p>manométrica</p><p>(mm)</p><p>1</p><p>2</p><p>3</p><p>4</p><p>5</p><p>6</p><p>7</p><p>8</p><p>9</p><p>10</p><p>11</p><p>12</p><p>13</p><p>14</p><p>15</p><p>Medida</p><p>Temperatura</p><p>(°C)</p><p>Altura</p><p>manométrica</p><p>(mm)</p><p>16</p><p>17</p><p>18</p><p>19</p><p>20</p><p>21</p><p>22</p><p>23</p><p>24</p><p>25</p><p>26</p><p>27</p><p>28</p><p>29</p><p>30</p><p>OBS.: Demais informações referentes ao experimento:</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>• Válvula solenóide, comandada pelo vacuostato;</p><p>• Manômetro de Tubo em “U”, contendo Mercúrio metálico, como fluido</p><p>manométrico, para medidas paralelas ou eventual aferição do vacuômetro do</p><p>vacuostato;</p><p>• Reservatório de Filtrado, para posterior descarte;</p><p>• Painel Elétrico e Controle.</p><p>Figura 3 – Bancada de Filtração a Vácuo</p><p>- Materiais Necessários</p><p>• Suspensão para Ensaio: Qualquer material sólido que forme uma fina suspensão</p><p>cristalina ou pastosa/gelatinosa ou mista. Para o caso acadêmico, será utilizado o</p><p>Carbonato de Cálcio, para preparo da suspensão. Obs.: Evitar suspensões que</p><p>tenham pedras ou qualquer sujeira maior indesejáveis.</p><p>• Água destilada ou filtrada para o preparo da suspensão. Não utilizar a água direta</p><p>da rede, pois contém matéria orgânica e já possui certa resistividade à filtração.</p><p>• Papel filtro rápido (faixa preta ou similar);</p><p>• Sílica Gel adsorvente de umidade;</p><p>• Mercúrio, como fluido manométrico do Manômetro em “U”;</p><p>• Cronômetro;</p><p>• Vidraria (béquer de 1 L);</p><p>• Espátula;</p><p>• Balança semi-analítica;</p><p>• Estufa de secagem.</p><p>4 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>4.1. Preparar 10 L de uma suspensão de 15 g/L de carbonato de cálcio e colocá-la no</p><p>reservatório, ligando a agitação mecânica.</p><p>4.3. Colocar o Meio Filtrante (papel) sob a tela suporte de acrílico e molhar com um</p><p>pouco de água limpa para completa aderência do papel sobre a tela. Colocar o conjunto</p><p>sobre o topo do Módulo de coleta graduado;</p><p>4.4. Acoplar (descer) o Módulo de filtração sobre o Módulo de Coleta graduado;</p><p>4.5. Abrir as seguintes Válvulas: de Alívio (VA1), VB2, VB4 e VB5; e fechar as</p><p>Válvulas VB1, VB3, VA2, VT, VF e VL;</p><p>4.6. Ligar a Bomba centrífuga, esperar uns 30 segundos e, em seguida, abrir VB1; e deixar</p><p>o líquido encher o Módulo de filtração até, aproximadamente, 500 mL, conforme o nível</p><p>indicado;</p><p>4.7. Assim que chegar no nível de 500 mL, fechar a válvula VB1; fechar a VA1 e desligar</p><p>a Bomba centrífuga;</p><p>4.8. Rapidamente, marcar o nível inicial no Módulo de coleta graduado; abrir</p><p>imediatamente a válvula VB3 e ligar a Bomba de vácuo.</p><p>Acionar o cronômetro e monitorar o aumento do nível da água, no Módulo de coleta</p><p>graduado, em função do tempo. Sugestão: marcar o tempo a cada 100 mL de volume até</p><p>um volume total de 2 L.</p><p>4.9. Quando faltar, aproximadamente, 500 a 800 mL para encher completamente o</p><p>Módulo de coleta graduado, abrir a VA1 e fechar VB3 e esperar até que toda a água</p><p>filtrada escoe do Módulo de filtração para o Módulo de Coleta graduado;</p><p>4.10. Assim que ocorrer o escoamento total da água; desligar a Bomba de vácuo e deixar</p><p>a pressão interna do Módulo de Coleta graduado se equilibrar com a atmosférica,</p><p>observado no Manômetro de Tubo em “U“.</p><p>Obs.: caso a pressão não equalizar em 1 minuto, abrir lentamente a Válvula VA2.</p><p>4.11. Esvaziar o Módulo de Coleta graduado. Para tanto, abrir a válvula VA2 e a VF;</p><p>4.12. Afrouxar as presilhas do Módulo de Filtração e retirá-lo, cuidadosamente e</p><p>verticalmente, de cima do Módulo de coleta graduado, para poder ter acesso e retirar,</p><p>cuidadosamente, o Meio Filtrante (papel filtro) com a torta formada. Obs.: para não</p><p>danificar a torta, retire o meio filtrante juntamente com a tela suporte de acrílico.</p><p>4.13. Realizar as seguintes medidas/determinações na Torta formada:</p><p>• Medir a Área da Torta (espessura e diâmetro);</p><p>• Transferir, cuidadosamente, a Torta úmida para um pequeno béquer (previamente</p><p>tarado) e pesar (msu);</p><p>• Colocar a Torta com o béquer na estufa a 60 ºC por 24 horas e pesar a massa seca</p><p>(mss).</p><p>5 - CÁLCULOS E ANÁLISES DOS RESULTADOS</p><p>5.1. Construa a Tabela:</p><p>t (s) V (m3) Δt ΔV Δt /ΔV</p><p>5.2. A partir da tabela anterior, faça o gráfico de V versus t e Δt /ΔV versus V. Analise</p><p>estes gráficos e compare com a literatura.</p><p>5.3. Tendo em vista os gráficos do item 2.1 e as equações (10) e (12) e determine:</p><p>• α = resistividade (resistência específica) da torta, que é função do aumento da</p><p>camada (l) de torta e</p><p>• Rm = resistência do Meio filtrante (Filtro e camada inicial da torta sobre o filtro),</p><p>que é uma constante no processo.</p><p>Obs.: para esta suspensão o filtrado é a água; viscosidade (μ) = 0,01 cP = 10-3 Kg/m.s</p><p>5.4. A partir das massas da Torta úmida e seca, calcule a porosidade (ε) da Torta. Tendo</p><p>em vista a equação (5) e a densidade do sólido (ρs), faça o gráfico do aumento da espessura</p><p>da torta (l) em função do tempo (t) e em função do volume de filtrado (V). Analise e</p><p>comente.</p><p>6 – BIBLIOGRAFIA</p><p>GOMIDE, R. Operações unitárias. São Paulo: Ed. do Autor, 1980-2001. 5 v.</p><p>FOUST, A. S., et al. Princípios das operações unitárias. 2. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Dois,</p><p>1982. 670 p. ISBN 85-216-1038-6.</p><p>RICHARDSON, J. F., HARKER, J. H., BACKHURST, J. R. Coulson & Richardson´s chemical</p><p>engineering: Particle technology and separation processes. 5th ed. Oxford: Butterworth-</p><p>Heinemann, 2009. V 2. ISBN 9780750644457</p><p>PERRY, R. H. Chemical Engineer's Handbook (seven Edition ed., Vols. cap.II Liquid-</p><p>Solid Operations and Equipment). New York: McGraw-Hill, 1999.</p><p>POMBEIRO, A. J. Técnicas e operações unitárias em química laboratorial (2ª Edição</p><p>ed.). Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkiam, 1991.</p><p>VOGEL, A. I. Análise Química Quantitativa (5ª Edição ed.). (M. Horácio, Trad.) Rio</p><p>de Janeiro, RJ, Brasil: Guanabara Koogan S.A, 1992.</p><p>LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II</p><p>FOLHA DE DADOS</p><p>EXPERIÊNCIA: Ensaio de Filtração a Vácuo</p><p>Professoras: Ana Paula Capelezzo DATA:......../........../.........</p><p>Equipe:.................................................................................................................................</p><p>.............................................................................................................................................</p><p>t (s) V (m3) Δt ΔV Δt /ΔV</p><p>LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II</p><p>FOLHA DE DADOS PROFESSOR</p><p>EXPERIÊNCIA: Ensaio de Filtração a Vácuo</p><p>Professoras: Ana Paula Capelezzo DATA: ......../........../.........</p><p>Equipe:.................................................................................................................................</p><p>.............................................................................................................................................</p><p>t (s) V (m3) Δt ΔV Δt /ΔV</p><p>TROCADOR DE CALOR A PLACAS</p><p>1 - OBJETIVO</p><p>Determinar os Coeficientes convectivos globais de troca de calor, a eficiência de</p><p>troca térmica e a quantidade de calor trocado, levando-se em conta as configurações dos</p><p>escoamentos e as variações de vazão dos fluidos. Dimensionar um trocador industrial.</p><p>2 - INTRODUÇÃO TEÓRICA</p><p>O trocador de calor a placas consiste em uma série de chapas metálicas onduladas,</p><p>providas de gaxetas e de cantos abertos. Estas placas são mantidas apertadas em uma</p><p>estrutura que contém todas as conexões para os fluidos.</p><p>Na montagem do trocador, as placas podem ser arranjadas de várias formas,</p><p>possibilitando encontrar a opção de melhor desempenho. A configuração resultante da</p><p>montagem das placas pode ser em escoamento contracorrente ou concorrente e com passe</p><p>simples (único) ou múltiplos passes, dos fluidos, através das placas.</p><p>Uma vez conectadas as placas, os fluidos passam alternadamente em cada placa.</p><p>Desta forma, em cada passagem, o fluido</p><p>troca calor através das superfícies em contato.</p><p>O trocador a placas permite a recuperação direta de calor. Isto é possível quando</p><p>temos aquecimento e resfriamento de um mesmo fluido no mesmo trocador. Assim,</p><p>combinando-se as placas, o fluido já aquecido pode pré-aquecer o mesmo fluido ainda</p><p>frio. A eficiência na seção de regeneração, ou seja, o percentual de recuperação nesta</p><p>seção é definido como:</p><p>𝐸 =</p><p>𝑇𝑠,𝑓−𝑇𝑒,𝑓</p><p>𝑇𝑒,𝑞−Te ,f</p><p>∗ 100 (1)</p><p>Sendo: Te e Tf as temperaturas de entrada e saída dos fluidos frio (f) e quente (q).</p><p>A equação (1) pode ser usada para comparar a eficiência térmica de um dado</p><p>trocador de calor relativo à configuração contra e concorrente, bem como, relativo a</p><p>outros tocadores de calor.</p><p>O coeficiente global de troca térmica experimental (Uexp) pode ser calculado a</p><p>partir das quantidades de calor trocadas no sistema, por:</p><p>q = Uexp.At.Tln (2)</p><p>Onde: q = (qf + qq)/2, sendo qf a quantidade de calor recebida pelo fluido frio e qq a</p><p>quantidade de calor cedida pelo fluido quente.</p><p>At = área total de troca térmica.</p><p>Tln = média logarítmica de diferença de temperatura.</p><p>OBS.: para os trocadores a placa operando em contracorrente, recomenda-se</p><p>multiplicar o Tln por 0,95.</p><p>Levando-se em consideração as equações e correlações existentes na literatura,</p><p>este coeficiente global de troca térmica pode ser estimado por:</p><p>1/Uest = (1/hf) + (1/hq) + Resistência do metal (3)</p><p>Onde: hf e hq são os coeficientes de película do lado frio e quente, respectivamente, sendo</p><p>que para a transferência de calor num trocador a placas com fluxo turbulento, a</p><p>correlação de Dittus Boelter, apresentada abaixo, é bem aceita.</p><p>h.De /K = 0,28 (G.De /) 0,65 .(Cp .  / K) 0,4 (4)</p><p>sendo: G = fluxo mássico do fluido entre duas placas = (Q/AG); sendo Q a vazão mássica</p><p>total de AG a área total de fluxo.</p><p>De = diâmetro equivalente entre duas placas = (4*Agi/Pi); sendo Agi = área de fluxo</p><p>entre duas placas; Pi = perímetro molhado de cada placa. Para um</p><p>espaçamento entre as placas pequeno, em relação a largura das mesmas, o</p><p>perímetro molhado é dado por (2*Ai/L), onde Ai</p><p>é a área da placa e L o</p><p>comprimento liso da placa na direção do fluxo;</p><p>K = condutividade térmica do fluido, na temperatura média;</p><p> = viscosidade do fluido, na temperatura média e</p><p>CP = calor específico do fluido, na temperatura média.</p><p>Considerando-se que os trocadores de calor a placas não são isolados</p><p>termicamente, existe troca de calor com o ambiente, portanto costuma-se definir alguns</p><p>termos para expressar esta troca térmica, tais como quantidade de calor prático e</p><p>quantidade de calor teórico.</p><p>Como, na maioria dos casos, a diferença de temperatura entre o fluido e o</p><p>ambiente é bem maior que a diferença entre o fluido frio e o ambiente, define-se:</p><p>- Quantidade de calor prático (qp) como a quantidade de calor que o fluido frio</p><p>recebe do fluido quente, ou seja (qf);</p><p>- Quantidade de calor teórico (qt) como a quantidade de calor que o fluido</p><p>quente transferiria ao fluido frio se não houvesse perdas para o ambiente, ou</p><p>seja, (qq).</p><p>Logo, define-se o percentual de perdas térmicas como sendo:</p><p>% P = [ 1- ( qP/qt ) ]. 100 (5)</p><p>3 - EQUIPAMENTOS E MATERIAIS</p><p>O Trocador de calor é constituído por 11 placas metálicas (aço inox) corrugadas,</p><p>com área para troca térmica igual a 0,085 m2 cada, sendo que as demais dimensões podem</p><p>ser observadas nas placas em amostra. O Trocador está montado em configuração de</p><p>passe simples.</p><p>Como acessórios temos termopares ligados a um indicador de temperatura;</p><p>aquecedor de água a gás e medidores de vazão (Placa de orifício) com manômetros</p><p>diferenciais contendo mercúrio metálico como fluido manométrico.</p><p>A água será usada tanto como fluido frio, quanto como fluido quente.</p><p>Figura 1 – Equipamento trocador de calor de placas.</p><p>Onde: 1 = Aquecedor de água à gás;</p><p>2 = Trocador de calor de placas;</p><p>3 = Manômetro de tubo U do fluido frio;</p><p>4 = Manômetro de tubo U do fluido quente;</p><p>5 = Canal n° 1;</p><p>6 = Canal n° 2</p><p>7 = Canal n° 3;</p><p>8 = Canal n° 4;</p><p>4 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>O experimento será realizado para dois arranjos de fluxos: Concorrente e</p><p>contracorrente. Para tanto, o trocador de calor possui quatro válvulas tipo gaveta</p><p>(registros), no circuito da água fria, para ajuste de arranjo e duas válvulas gaveta para</p><p>controle de vazão de água (uma para a alimentação da água que pertencerá ao circuito</p><p>quente e outra para a alimentação da água que pertencerá ao circuito frio) para controle</p><p>de vazão de água.</p><p>O fluido quente só entrará pelo canal no1 e sairá pelo canal no2, enquanto o fluido</p><p>frio poderá entrar pelo canal no3 e sair pelo canal no4 (arranjo concorrente) ou entrar pelo</p><p>canal no4 e sair pelo canal no3 (configuração em contracorrente). Para tanto, basta fazer</p><p>os devidos ajustes nas quatro válvulas do circuito da água fria.</p><p>1o) Para o arranjo em concorrente, temos:</p><p>4.1- Ajustar as quatro válvulas do circuito da água fria;</p><p>4.2- Abrir as duas válvulas de alimentação de água ao máximo possível registrado pelo</p><p>manômetro a fim de expulsar todo o ar do interior das placas;</p><p>4.3- Ajustar a vazão de água do circuito quente para 4 L/min, ligar o aquecedor de água</p><p>e regular o aquecimento para que a água quente fique com uma temperatura em</p><p>torno de 50 a 60 °C ao entrar no canal no1 do trocador de calor. Manter estas</p><p>condições de operação constantes para todos os ensaios.</p><p>4.4- Regular a vazão de água fria para, 1 L/min, deixar o sistema entrar em equilíbrio</p><p>térmico e proceder as leituras de temperatura por meio dos termopares instalados</p><p>no circuito. A seguir, aumentar a vazão da água fria para 2 L/min, deixar o sistema</p><p>entrar em equilíbrio térmico e realizar as leituras de temperatura. Proceder da</p><p>mesma forma para as vazões de água fria de aproximadamente 3, 4, 5 e 6 L/min.</p><p>Ao término, fechar somente a vazão da água fria.</p><p>2o) Para o arranjo em contracorrente, temos:</p><p>4.5- Ajustar as quatro válvulas do circuito da água fria.</p><p>4.6- Regular a vazão de água fria para, 1 L/min, deixar o sistema entrar em equilíbrio</p><p>térmico e proceder as leituras de temperatura por meio dos termopares instalados</p><p>no circuito. A seguir, aumentar a vazão da água fria para 2 L/min, deixar o sistema</p><p>entrar em equilíbrio térmico e proceder as leituras de temperatura.</p><p>E assim por diante para as vazões de água fria de 3, 4, 5 e 6 L/min.</p><p>Ao término, desligar primeiramente o aquecedor e, após certo tempo</p><p>(aproximadamente 5 minutos) pode-se fechar duas válvulas de alimentação das</p><p>águas.</p><p>5 - CÁLCULOS E ANÁLISES DOS RESULTADOS</p><p>5.1- Numa mesma figura, graficar Uexp. versus vazão mássica da água fria para as</p><p>configurações em contracorrente e concorrente. Analise e comente.</p><p>5.2- Compare e analise Uexp. com os Uestimado pelas correlações da literatura, tanto para</p><p>contracorrente como concorrente.</p><p>5.3- Numa mesma figura, plotar o gráficodas curvas de Eficiência de troca térmica, ou</p><p>seja, eficiência versus vazão Mássica de água fria para as duas configurações.</p><p>Analise e comente.</p><p>5.4- Plotar o gráfico da quantidade média de calor trocado (q) versus vazão mássica de</p><p>água fria para as duas configurações. Analise e comente.</p><p>6 - BIBLIOGRAFIA</p><p>*Artigos e Catálogos sobre trocadores de calor a placas.</p><p>LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II</p><p>FOLHA DE DADOS</p><p>EXPERIÊNCIA: Trocador de calor a placas</p><p>Professoras: Ana Paula Capelezzo DATA: ......../........../.........</p><p>Equipe:.................................................................................................................................</p><p>.............................................................................................................................................</p><p>Concorrente Contracorrente</p><p>Vazão</p><p>água</p><p>quente</p><p>Vazão</p><p>água</p><p>fria</p><p>T1</p><p>(°C)</p><p>T2</p><p>(°C)</p><p>t1</p><p>(°C)</p><p>t2</p><p>(°C)</p><p>Vazão</p><p>água</p><p>fria</p><p>T1</p><p>(°C)</p><p>T2</p><p>(°C)</p><p>t1</p><p>(°C)</p><p>t2</p><p>(°C)</p><p>OBS.: Demais informações referentes ao experimento:</p><p>____________________________________________________________</p><p>____________________________________________________________</p><p>____________________________________________________________</p><p>____________________________________________________________</p><p>____________________________________________________________</p><p>LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II</p><p>FOLHA DE DADOS PROFESSOR</p><p>EXPERIÊNCIA: Trocador de calor a placas</p><p>Professoras: Ana Paula Capelezzo DATA: ......../........../.........</p><p>Equipe:.................................................................................................................................</p><p>.............................................................................................................................................</p><p>Concorrente Contracorrente</p><p>Vazão</p><p>água</p><p>quente</p><p>Vazão</p><p>água</p><p>fria</p><p>T1</p><p>(°C)</p><p>T2</p><p>(°C)</p><p>t1</p><p>(°C)</p><p>t2</p><p>(°C)</p><p>Vazão</p><p>água</p><p>fria</p><p>T1</p><p>(°C)</p><p>T2</p><p>(°C)</p><p>t1</p><p>(°C)</p><p>t2</p><p>(°C)</p><p>OBS.: Demais informações referentes ao experimento:</p><p>____________________________________________________________</p><p>____________________________________________________________</p><p>____________________________________________________________</p><p>____________________________________________________________</p><p>____________________________________________________________</p><p>ENSAIO DE DIFUSÃO MOLECULAR EM GASES</p><p>1 - OBJETIVO</p><p>Determinar o coeficiente de difusão molecular (DAB) entre gases utilizando-se a</p><p>célula de Arnold em condição pseudo-estacionária.</p><p>2 - INTRODUÇÃO TEÓRICA</p><p>A velocidade de transporte de massa de um dado componente A através de um</p><p>outro componente B pode ser função de fenômenos convectivos e difusivos.</p><p>Nas situações em que os processos difusivos são predominantes (os convectivos</p><p>são desprezíveis) a velocidade de transporte de massa pode ser dada pela primeira Lei de</p><p>Fick.</p><p>Num processo puramente difusivo entre dois gases, podemos ter:</p><p>- O componente A difundindo-se no componente B, que também se difunde em A</p><p>ou,</p><p>- O componente A difundindo-se num componente B parado (difusão de A através</p><p>de um filme gasoso B estagnado).</p><p>A força motriz para a difusão é o gradiente (dyA /dz) onde: yA é a fração molar ou</p><p>mássica de A e (z) a altura do filme estagnado. Logo, a velocidade de difusão é</p><p>proporcional a este gradiente sendo que, o fator de proporcionalidade é o DAB</p><p>(difusividade de A em B ou coeficiente de difusão de A em B).</p><p>O coeficiente de difusão para gases pode ser encontrado experimentalmente com</p><p>o uso de uma célula de Arnold [1 e 2]. Ela consta de um tubo capilar preenchido com um</p><p>líquido A puro e um gás B que flui no extremo aberto deste tubo.</p><p>Ao circularmos cuidadosamente uma corrente gasosa B pelo topo da célula,</p><p>ocorrerá uma camada estacionária deste gás entre o extremo aberto do tubo e a superfície</p><p>do líquido A. Deste modo a substância A se vaporiza e difunde-se nesta camada</p><p>estagnada, devido ao gradiente de concentração de A no gás. Além disto, a finalidade</p><p>desta corrente gasosa B é manter sempre a extremidade aberta do capilar isenta de vapores</p><p>de A.</p><p>Com a difusão de A no gás, a distância entre a extremidade do capilar e o nível do</p><p>líquido irá variar com o tempo (difusão pseudo-estacionária através de um filme gasoso</p><p>estagnado). A partir dos dados experimentais desta variação podemos determinar a</p><p>difusividade de A em B a uma dada temperatura.</p><p>A teoria nos fornece a seguinte expressão da variação da distância com o tempo</p><p>[2]:</p><p>Z 2 - Z0</p><p>2 = (2.DAB.MA.P/R.T.A). Ln(P/P - PV).t (1)</p><p>onde: Z e Z0 - distância entre a extremidade aberta do capilar e o nível do líquido no</p><p>tempo t;</p><p>MA - massa molecular de A;</p><p>P - pressão atmosférica local;</p><p>PV - pressão de vapor de A;</p><p>R - constante dos gases;</p><p>T - temperatura absoluta;</p><p>DAB - coeficiente de difusão de A em B e</p><p>A - massa específica de A</p><p>Existem na literatura, correlações baseadas na teoria cinética dos gases para estimar</p><p>DAB, [1, 2 e 3].</p><p>3 - EQUIPAMENTOS E MATERIAIS</p><p>O equipamento é constituído por:</p><p>- Célula de Arnold;</p><p>- Banho termostático;</p><p>- Mini-soprador de ar;</p><p>- Coluna de desumidificação de ar com sílica gel;</p><p>- Medidor de vazão tipo "bolhômetro".</p><p>Figura 1 – Equipamento para difusão molecular em gases.</p><p>Onde: 1 = Célula de Arnold;</p><p>2 = Coluna de desumidificação de ar;</p><p>3 = Bolhômetro;</p><p>4 = Resistência com soprador de ar.</p><p>4 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>O experimento deve ser realizado em duas temperaturas diferentes (como</p><p>sugestão: 40 e 50 oC, Obs: medir com o termômetro), sendo que para cada temperatura:</p><p>4.1 - Regular a temperatura do banho termostático para a desejada;</p><p>4.2 - Preparar a célula de Arnold com o líquido em estudo (acetona), sendo que o nível</p><p>inicial do líquido deve ficar, a aproximadamente, 5 mm abaixo da extremidade</p><p>superior do tubo capilar, OBS: a válvula da célula deve ficar aberta;</p><p>4.3 - Colocar a célula de Arnold no banho termostático e regular a vazão do ar de</p><p>arraste (que passa pela extremidade superior do tubo capilar) em,</p><p>aproximadamente, 2 mL/minuto, de modo a evitar fenômenos de turbulência no</p><p>interior do capilar (Obs: utilizar para tal o cronômetro e a bureta do sistema de</p><p>bolhômetro).</p><p>4.4 - Anotar a variação da altura do nível do líquido com o tempo. (Sugestão: anotar o</p><p>tempo a cada variação de 0,5 mm até uma variação total de, no mínimo, 5 mm).</p><p>5 - CÁLCULOS E ANÁLISES DOS RESULTADOS</p><p>5.1- Faça o gráfico de (Z2 – Z0</p><p>2) em função do tempo e determine a valor de DAB,</p><p>para cada temperatura, com o uso da Equação (1);</p><p>5.2 - Faça o gráfico de DAB em função da temperatura e analise;</p><p>5.3-Compare os valores da difusividade encontrada experimentalmente com os dados</p><p>fornecidos ou calculados através de correlações ou equações da literatura.</p><p>6 - BIBLIOGRAFIA</p><p>SHERWOOD, T. K., PIGFORD, R. L., WILKE, C. R., Mass Transfer, McGraw-Hill,</p><p>Kogakusha, 1975.</p><p>WELTY, J. R., WICKS, C. E., WILSON, R. E., RORRER, G. L. Fundamentals of</p><p>Momentum, Heat and Mass Transfer. 4. ed. John Wiley & Sons, Inc., 2001.</p><p>BENNETT, C. O., MYERS, J. E. Fenômenos de Transporte, McGraw-Hill, São</p><p>Paulo, 1978.</p><p>CREMASCO, M. A. Fundamentos de Transferência de Massa, 2. ed. Editora São Paulo,</p><p>2003.</p><p>LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II</p><p>FOLHA DE DADOS</p><p>EXPERIÊNCIA: Ensaio de difusão molecular em gases.</p><p>Professoras: Ana Paula Capelezzo DATA: ......../........../.........</p><p>Equipe:.................................................................................................................................</p><p>.............................................................................................................................................</p><p>...........................................................................................................................................</p><p>Temperatura 1</p><p>___________</p><p>Temperatura 2</p><p>___________</p><p>Tempo ( ) Atura (mm) Tempo ( ) Altura (mm)</p><p>0 0</p><p>Vazão do gás de arraste:_________________________________________________</p><p>OBS.: Demais informações referentes ao experimento:</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>____________________________________</p><p>LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II</p><p>FOLHA DE DADOS PROFESSOR</p><p>EXPERIÊNCIA: Ensaio de difusão molecular em gases.</p><p>Professoras: Ana Paula Capelezzo DATA: ......../........../.........</p><p>Equipe:.................................................................................................................................</p><p>.............................................................................................................................................</p><p>...........................................................................................................................................</p><p>Temperatura 1</p><p>___________</p><p>Temperatura 2</p><p>___________</p><p>Tempo ( ) Atura (mm) Tempo ( ) Altura (mm)</p><p>0 0</p><p>Vazão do gás de arraste:_________________________________________________</p><p>OBS.: Demais informações referentes ao experimento:</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>____________________________________</p><p>TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONVECÇÃO FORÇADA</p><p>1 - OBJETIVO</p><p>Determinar o coeficiente convectivo médio de transferência de calor (h) em</p><p>escoamentos forçados, de um fluido, sobre uma superfície sólida aquecida e compará-lo</p><p>com os calculados por correlações da literatura.</p><p>2 - INTRODUÇÃO TEÓRICA</p><p>Quando uma superfície sólida, quente ou fria, está imersa em um fluido, a</p><p>transferência convectiva de calor pode ocorrer de dois modos básicos: por convecção livre</p><p>ou forçada.</p><p>A convecção é chamada “forçada” quando é forçado um escoamento, laminar ou</p><p>turbulento, do fluido sobre a superfície do sólido.</p><p>A Lei de Newton do resfriamento propõe a seguinte expressão para o cálculo do</p><p>calor transferido por convecção:</p><p>dq = hL . (Ts - T) dA (1)</p><p>onde: dq - quantidade de calor trocada entre a superfície e o fluido no elemento de área</p><p>(dA) do sólido; Ts - temperatura da superfície da área considerada; T - temperatura do</p><p>fluido, medida em um ponto onde não há influência da superfície sólida; hL - coeficiente</p><p>local de transferência de calor por convecção.</p><p>Para um escoamento externo forçado normal à superfície de um cilindro ou esfera,</p><p>a literatura oferece a seguinte equação, do tipo:</p><p>Nud = b . (Red)</p><p>n .Pr1/3 (2)</p><p>onde: Nud - número de Nusselt, definido como: (h.d)/k, sendo (h) o coeficiente convectivo</p><p>médio para toda superfície do sólido (cilindro ou esfera); (d) é o diâmetro externo do</p><p>sólido e (k) a condutividade térmica do fluido; Pr - número de Prandt; Red - número de</p><p>Reynolds de percolação, definido como: (V.d.)/ , sendo (V) a velocidade da corrente</p><p>fluida não perturbada pelo sólido; () a massa específica do fluido e () a sua viscosidade</p><p>e b e n são constantes dependentes do Re.</p><p>OBS: As propriedades do fluido devem ser tomadas na temperatura média aritmética</p><p>entre a temperatura da corrente fluida livre e a da superfície do sólido.</p><p>3 - EQUIPAMENTOS E MATERIAIS</p><p>- Cilindro de alumínio de comprimento igual a (medir com uma régua) e diâmetro</p><p>externo de (medir diretamente com paquímetro), dotado de uma resistência elétrica</p><p>ôhmica de 220  em seu interior e termopares na superfície; - Voltímetro e potenciômetro</p><p>(variador de voltagem); - Tubo de vento e soprador; - Termopares com indicador de</p><p>temperatura e chave seletora e - Medidor de vazão (equação de calibração anexada ao</p><p>medidor).</p><p>Figura 1 – Equipamento para o experimento de convecção forçada</p><p>Figura 2 – Equipamento para o experimento de convecção forçada</p><p>Onde: 1 = Soprador centrífugo;</p><p>2 = Manômetro inclinado para medição da vazão;</p><p>3 = Potenciômetro;</p><p>4 = Voltímetro;</p><p>5 = Cilindro de alumínio com resistência interna.</p><p>4 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL</p><p>4.1 - Inicialmente, ligar o medidor de temperatura e potenciômetro regulando-o para</p><p>fornecer, aproximadamente, uma voltagem nominal de 150 Volts, para aquecer</p><p>rapidamente a resistência elétrica do interior do cilindro.</p><p>4.2 - Simultaneamente, acompanhar o aumento de temperatura da superfície do cilindro</p><p>até que esta esteja em torno de 110 oC.</p><p>4.3 - Ajustar a voltagem nominal para 110 Volts (a Voltagem real para os cálculos é de</p><p>70 Volts) e ligar o soprador regulando-o para uma vazão de ar mínima que o sistema</p><p>permite e deixar estabelecer o equilíbrio térmico na superfície do cilindro e anotar a</p><p>temperatura.</p><p>4.4 - Aumentar, regularmente, a vazão de modo que se obtenha uma diferença de</p><p>temperatura média na superfície do cilindro, entre uma vazão e outra, de no mínimo 3 oC.</p><p>4.5 - Realizar dez medidas de reprodutividade de dados.</p><p>Diâmetro Tubo Externo (Dt): 0,289 m</p><p>5 - CÁLCULOS E ANÁLISES DOS RESULTADOS</p><p>5.1 - Calcule os coeficientes convectivos médios de transferência de calor utilizando o</p><p>princípio da equação de Newton (1), para cada vazão e compare com os valores</p><p>calculados pela expressão (2) com as constantes b e n tomadas da literatura.</p><p>5.2 - Fazer um gráfico de Ln (Nud/Pr1/3) versus Ln Red e determinar as constantes</p><p>experimentais b e n.</p><p>5.3 - No mesmo gráfico do item 5.2, faça Ln (Nud/Pr1/3) versus Ln Red usando-se as</p><p>constantes b e n da literatura. Calcule os erros obtidos e compare os valores.</p><p>5.4 Plote Nu versus Re téorico e experimental, calcule o erro envolvido e discuta os que</p><p>você observou.</p><p>5.5 Calcule o erro entre o coeficiente convectivo de transferência de calor teórico e</p><p>experimental. Discuta os valores obtidos.</p><p>6 – BIBLIOGRAFIA</p><p>BENNETT, C. O., MYERS, J. E. Fenômenos de transporte: quantidade de movimento, calor</p><p>e massa. São Paulo: Makron Books, 1978. 812 p.</p><p>KREITH, F. Princípios da transmissão de calor. São Paulo: Edgard Blucher, [19 ]. 650 p.</p><p>FOUST, A. S., et al. Princípios das operações unitárias. 2. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Dois,</p><p>1982. 670 p. ISBN 85-216-1038-6.</p><p>COULSON, J. M., RICHARDSON, J. F. Coulson & Richardson´s chemical engineering: Fluid</p><p>flow, heat transfer and mass transfer. 6th ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2010. V 1.</p><p>ISBN 9780750644440</p><p>RICHARDSON, J. F., PEACOCK, D. G. (Ed.). Coulson & Richardson´s chemical</p><p>engineering: Particle technology and separation processes. 3th ed. Oxford: Butterworth-</p><p>Heinemann, 2009. V 3. ISBN 9780080410036</p><p>RICHARDSON, J. F., HARKER, J. H., BACKHURST, J. R. Coulson & Richardson´s chemical</p><p>engineering: Particle technology and separation processes. 5th ed. Oxford: Butterworth-</p><p>Heinemann, 2009. V 2. ISBN 9780750644457</p><p>SINNOTT, R. K. Coulson & Richardson´s chemical engineering: Chemical Engineering</p><p>design. 4th ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2008. V 6. ISBN 9788131204511</p><p>GOMIDE, R. Operações unitárias. São Paulo: Ed. do Autor, 1980-2001. 5 v.</p><p>INCROPERA, F. P., DEWITT, D. P., BERGMAN, T. L., LAVINE, A. S. Fundamentos de</p><p>Transferência de Calor e de Massa. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008.</p><p>LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II</p><p>FOLHA DE DADOS</p><p>EXPERIÊNCIA: Transferência de Calor por Convecção Forçada</p><p>Professoras: Ana Paula Capelezzo DATA: ......../........../.........</p><p>Equipe:.................................................................................................................................</p><p>.............................................................................................................................................</p><p>Leitura ΔH (cm) T∞ (°C) T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C)</p><p>OBS.: Demais informações referentes ao experimento:</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II</p><p>FOLHA DE DADOS PROFESSOR</p><p>EXPERIÊNCIA: Transferência de Calor por Convecção Forçada</p><p>Professoras: Ana Paula Capelezzo DATA: ......../........../.........</p><p>Equipe:.................................................................................................................................</p><p>.............................................................................................................................................</p><p>Leitura ΔH (cm) T∞ (°C) T1 (°C) T2 (°C) T3 (°C)</p><p>OBS.: Demais informações referentes ao experimento:</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>PERFIL DE TEMPERATURA EM BARRAS DE SEÇÃO</p><p>CIRCULAR UNIFORME – CONVECÇÃO NATURAL</p><p>1 – OBJETIVO</p><p>Determinação do perfil de temperatura ao longo de barras de seção circular</p><p>uniforme de mesmo diâmetro, porém de materiais diferentes, bem como a determinação</p><p>do coeficiente convectivo natural médio de transferência de calor entre as barras e o ar</p><p>ambiente.</p><p>2 - INTRODUÇÃO</p><p>A abordagem clássica da literatura para a descrição do comportamento de uma</p><p>barra circular submetida a uma brusca variação de temperatura em seus extremos consiste</p><p>em considerar o fluxo de calor como sendo unidimensional (ou seja, admite-se a</p><p>temperatura da barra como sendo uniforme ao longo de cada seção da mesma),</p><p>desprezando-se a variação das propriedades físicas dos materiais (k (condutividade</p><p>térmica W/m*K), Cp, ) com a temperatura (1, 2, 3, 4, 5, 6). Desta forma, em regime</p><p>transiente, podemos escrever:</p><p>( )−−</p><p></p><p></p><p>=</p><p></p><p></p><p>TT</p><p>AC</p><p>Ph</p><p>x</p><p>T</p><p>t</p><p>T</p><p>p</p><p>x .</p><p>..2</p><p>2</p><p></p><p> (1)</p><p>As condições de contorno adotadas na resolução da equação (1) são: no tempo,</p><p>considera-se T = T, para t = 0; na posição, para x = 0 toma-se T = T0. A segunda condição</p><p>de contorno para a posição (ou seja, para a extremidade oposta da barra) pode ser</p><p>assumida de três formas distintas:</p><p>1o) T = T, para x   (barra semi-infinita), que será chamada condição de contorno de</p><p>primeiro tipo.</p><p>2o) 0=</p><p></p><p></p><p>t</p><p>T</p><p>, para x=L (barra com extremidade isolada); chamada condição de contorno</p><p>de segundo tipo.</p><p>3o) ( )= −=</p><p></p><p></p><p>− TTh</p><p>t</p><p>T</p><p>K Lx em x=L (igualando o calor transmitido por convecção pela</p><p>extremidade com o calor transmitido por condução na barra em x = L, chamada condição</p><p>de contorno de terceiro tipo.</p><p>A solução diferencial da equação (1) toma formas diferentes conforme a condição</p><p>de contorno escolhida. Neste trabalho, limitaremos o estudo às condições de contorno de</p><p>primeiro tipo e segundo tipo, uma vez que a eventual melhora na descrição do perfil de</p><p>temperatura não justifica as complicações matemáticas acrescentadas pela adoção da</p><p>condição de contorno de terceiro tipo, desde que a relação A/L seja pequena (que é o caso</p><p>das barras utilizadas).</p><p>Dentre as soluções da equação (1) apresentadas na literatura, temos:</p><p>1) Para a condição de contorno do primeiro tipo a solução é:</p><p>(T-T) / (T0-T) = ½ { e -x  / . erfc[(x/2 t) - .t ] + e x / .erfc[(x/2 .t) + .t ]} (2)</p><p>Nesta equação, assim como nas equações apresentadas a seguir, admitiu-se um</p><p>coeficiente de transferência de calor (barra-ar) médio (h) constante, ou seja, hx = h =</p><p>constante.</p><p>O parâmetro () relaciona-se com h pela equação:</p><p> = m2. (3)</p><p>onde: m2 = h.P/k.A (4)</p><p>P é o perímetro= πD</p><p>2) A expressão do perfil de temperatura para o regime permanente pode ser obtido</p><p>levando a equação (2) ao limite (t→), ou então integrando-se a equação (1) com T/t</p><p>= 0. Desta forma obtém-se:</p><p>-para a condição de contorno do primeiro tipo:</p><p>(T - T)/(T0 - T) = e - mx (5)</p><p>- para a condição de contorno do segundo tipo:</p><p>(T - T)/(T0 - T) = cos h [ m.(L.x)]/cos h (m.L) (6)</p><p>Utilizaremos a equação 5 para determinar a constante m, a qual se faz necessária</p><p>para o cálculo do coeficiente de transferência de calor médio (h). Linearizando esta</p><p>equação temos que:</p><p>mx = −Ln</p><p>(T − T∞)</p><p>(T0 − T∞)</p><p>y = mx</p><p>3 - EQUIPAMENTOS E MATERIAIS</p><p>Serão utilizadas três barras distintas: uma barra de cobre, de 1/2” de diâmetro</p><p>(barra A); uma barra de alumínio, de 1/2” de diâmetro (barra B); e uma barra de aço inox,</p><p>de 1/2” de diâmetro (barra C), ligadas a um banho termostático.</p><p>Cada barra tem o mesmo comprimento, sendo que uma das suas extremidades</p><p>encontra-se dentro de um banho termostático contendo água.</p><p>A outra extremidade de cada barra pode ser isolada termicamente, através de</p><p>pequenos pedaços de isopor colados nas mesmas, uma vez que deseja-se apenas as</p><p>condições de contorno do primeiro e segundo tipos.</p><p>Os termopares, que serão utilizados nas medidas de (T), são de cobre e encontran-</p><p>se ligados no indicador de temperatura. Os termopares estão dispostos nas barras da</p><p>seguinte maneira: entre o banho e o primeiro temos 2 cm; entre o primeiro e o segundo</p><p>temos 5 cm; entre o segundo e o terceiro, o terceiro e o quarto, o quarto e o quinto, o</p><p>quinto e o sexto, o sexto e o sétimo, intervalos iguais de 7 cm. O oitavo encontra-se no</p><p>final de cada barra. A Figura 1 mostra o aparato experimental.</p><p>Figura 1: Equipamento de convecção natural</p><p>Onde: 1 = Barra de cobre;</p><p>2 = Barra de alumínio;</p><p>3 = Barra de aço inox;</p><p>4 = Banho termostático.</p><p>4 - PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL.</p><p>4.1 - Inicialmente encher o recipiente do banho termostático com água até,</p><p>aproximadamente, ¾ do seu volume. Obs: tomar o cuidado de verificar se todas as</p><p>extremidades das barras estão submersas na água e medir a temperatura do ambiente (T)</p><p>em que estão as barras, tomando-se como padrão a média das temperaturas de todos os</p><p>pontos das barras antes de ligar o banho termostático.</p><p>4.2 - Regular a temperatura do banho termostático (fonte quente) para a temperatura de</p><p>50 oC e, imediatamente, monitorar todas as temperaturas em cada ponto das barras até</p><p>estabilização completa (regime estacionário). Esperar atingir o regime permanente de</p><p>transferência de calor e então começar a registrar as temperaturas em cada posição (x) de</p><p>cada barra inclusive a da fonte quente (T0).</p><p>4.3 - Regular a temperatura do banho termostático (fonte quente) para a temperatura de</p><p>80 oC e proceder tal como no item 4.2.</p><p>Obs.: Evitar deslocamentos de ar nas proximidades das barras a fim de obtermos o</p><p>coeficiente convectivo natural.</p><p>5 - CÁLCULOS E ANÁLISE DOS RESULTADOS</p><p>5.1 - Graficar o perfil de temperatura ao longo das barras para as duas situações de (To)</p><p>realizadas, numa mesma figura, e analise.</p><p>5.2 - Graficar –Ln(T - T)/(T0 - T) versus (x) visando a obtenção do (h) médio</p><p>experimental para cada situação de T0 e analise.</p><p>5.3 - Compare o valor obtido</p><p>para (h) médio experimental com o valor encontrado na</p><p>literatura através de correlações matemáticas e comente sobre possíveis desvios e erros</p><p>cometidos.</p><p>6 - SIMBOLOGIA</p><p>A = área de seção transversal das barras;</p><p>Cp = calor específico;</p><p>D = diâmetro das barras;</p><p>hx = coeficiente local de transferência de calor;</p><p>k = condutividade térmica dos materiais das barras;</p><p>L = comprimento total das barras;</p><p>T= temperatura local;</p><p>M = parâmetro ajustável;</p><p>P = perímetro de seção transversal das barras;</p><p>T0 = temperatura em x=0;</p><p>T = temperatura ambiente;</p><p>t = tempo;</p><p>x = coordenada de posição;</p><p> = difusividade térmica;</p><p> = parâmetro ajustável;</p><p> = massa específica dos materiais das barras.</p><p>7 - BIBLIOGRAFIA</p><p>HOLMAN, J. P. Transferência de calor. São Paulo: McGraw-Hill, 1983. 639 p.</p><p>FOUST, A. S., et al. Princípios das operações unitárias. 2. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Dois,</p><p>1982. 670 p. ISBN 85-216-1038-6.</p><p>COULSON, J. M., RICHARDSON, J. F. Coulson & Richardson´s chemical engineering: Fluid</p><p>flow, heat transfer and mass transfer. 6th ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2010. V 1.</p><p>ISBN 9780750644440.</p><p>RICHARDSON, J. F., PEACOCK, D. G. (Ed.). Coulson & Richardson´s chemical</p><p>engineering: Particle technology and separation processes. 3th ed. Oxford: Butterworth-</p><p>Heinemann, 2009. V 3. ISBN 9780080410036</p><p>RICHARDSON, J. F., HARKER, J. H., BACKHURST, J. R. Coulson & Richardson´s chemical</p><p>engineering: Particle technology and separation processes. 5th ed. Oxford: Butterworth-</p><p>Heinemann, 2009. V 2. ISBN 9780750644457</p><p>SINNOTT, R. K. Coulson & Richardson´s chemical engineering: Chemical Engineering</p><p>design. 4th ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2008. V 6. ISBN 9788131204511</p><p>HOLMAN, J. P. Heat transfer. 4. ed. Tokyo: McGraw Hill, 1976. 530 p.</p><p>HOLMAN, J. P. Experimental methods for engineers. 7th ed. New York: McGraw Hill, 2001.</p><p>698 p. : ISBN 0073660558</p><p>KREITH, F. Princípios da transmissão de calor. São Paulo: Edgard Blucher, [19 ]. 650 p.</p><p>WELTY, J. R. Fundamentals of momentum, heat, and mass transfer. 5th. ed. New York: John</p><p>Wiley & Sons, 2008. 711 p. : ISBN 9780470128688</p><p>GOMIDE, R. Operações unitárias. São Paulo: Ed. do Autor, 1980-2001. 5 v.</p><p>LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II</p><p>FOLHA DE DADOS</p><p>EXPERIÊNCIA: Perfil de Temperatura em Barras de Seção Circular Uniforme</p><p>Professoras: Ana Paula Capelezzo DATA: ......../........../.........</p><p>Equipe:.................................................................................................................................</p><p>.............................................................................................................................................</p><p>.............................................................................................................................................</p><p>Temperatura do Banho: Temperatura do Banho:</p><p>Posição Barra A Barra B Barra C Posição Barra A Barra B Barra C</p><p>T∞ T∞</p><p>OBS.: Demais informações referentes ao experimento:</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>________________________________________________</p><p>LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II</p><p>FOLHA DE DADOS PROFESSOR</p><p>EXPERIÊNCIA: Perfil de Temperatura em Barras de Seção Circular Uniforme</p><p>Professoras: Ana Paula Capelezzo DATA: ......../........../.........</p><p>Equipe:.................................................................................................................................</p><p>.............................................................................................................................................</p><p>.............................................................................................................................................</p><p>Temperatura do Banho: Temperatura do Banho:</p><p>Posição Barra A Barra B Barra C Posição Barra A Barra B Barra C</p><p>OBS.: Demais informações referentes ao experimento:</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________</p><p>________________________________________________</p><p>ENSAIOS DE SOLUBILIDADE GÁS-LÍQUIDO</p><p>1 – OBJETIVO</p><p>Realizar ensaios de solubilidade de gases em líquidos.</p><p>2 - INTRODUÇÃO</p><p>A solubilidade de gases em líquidos destaca-se, também, como um importante</p><p>tema frequentemente encontrado em processos industriais de separação; petrolíferos e nos</p><p>sistemas da indústria química em geral que envolvem solubilização, como a recuperação</p><p>de gases das correntes de processos que envolvem misturas com líquidos, a gaseificação</p><p>de bebidas (refrigerantes) e processos de absorção para tratamento de efluentes gasosos</p><p>industriais.</p><p>Além disso, os processos de absorção e dessorção (stripping) são muito usados na</p><p>concentração de correntes gasosas, na produção de substâncias químicas (ácidos,</p><p>amoníaco, amônia), no tratamento de gases de combustão do carvão e de refinarias do</p><p>petróleo, na remoção de compostos tóxicos ou de odor desagradável (como o gás H2S) e</p><p>na separação de hidrocarbonetos gasosos.</p><p>2.1 – Fundamentos dos Sistemas Gás-Líquido (SLV)</p><p>Ao se colocar um gás em contato com um meio líquido, onde essa substância</p><p>gasosa é solúvel, a composição desse soluto no líquido vai evoluir até atingir um valor de</p><p>equilíbrio, instante a partir do qual o número de moléculas de soluto que passa de uma</p><p>fase para outra (gasosa-líquida) se iguala. A esse ponto atribui-se a definição da</p><p>solubilidade máxima do soluto (gás) no líquido.</p><p>A solubilidade do gás no líquido é função (i) da natureza de ambos os</p><p>componentes, (ii) da temperatura, (iii) da pressão e (iv) da composição do líquido,</p><p>diminuindo em geral com a temperatura e aumentando com a pressão do sistema.</p><p>Em grande parte desses sistemas, a solubilidade é avaliada através da</p><p>determinação da quantidade máxima de gás capaz de solubilizar em uma quantidade de</p><p>líquido previamente conhecida.</p><p>Diversas técnicas encontram-se desenvolvidas e fundamentadas na literatura para</p><p>essa determinação como, por exemplo, a cromatografia gasosa, onde o gás solubilizado</p><p>em uma solução é removido através da passagem de uma corrente gasosa (gás hélio) sobre</p><p>o líquido e essa corrente analisada em um detector.</p><p>Outra técnica que apresenta grande aplicação é a determinação da solubilidade</p><p>através da detecção visual da variação de volume da fase gasosa, onde essa diferença</p><p>caracteriza a solubilização do gás no meio líquido.</p><p>Além dessas, existem equipamentos tradicionais e muito utilizados em diversos</p><p>trabalhos disponíveis na literatura, podendo-se destacar equipamentos que utilizam</p><p>métodos estáticos ou dinâmicos acoplados a métodos contínuos de amostragem para</p><p>determinação da composição das fases presentes, células de equilíbrio PVT (pressão –</p><p>volume – temperatura).</p><p>Por fim, é necessário mencionar a existência de técnicas de determinação indireta</p><p>dessa solubilidade, onde variáveis intermediárias são avaliadas e através de cálculos</p><p>sequenciais, a solubilidade pode ser quantificada. Como um exemplo desse tipo de</p><p>medida, pode-se citar a determinação das pressões inicial e de equilíbrio para um sistema</p><p>gás/líquido, onde através desses valores é possível</p><p>calcular uma diferença de pressão e</p><p>assim a quantidade de gás solubilizada no líquido.</p><p>Do ponto de vista da abordagem termodinâmica há diferenças essenciais entre o</p><p>problema do equilíbrio líquido + gás e o problema do equilíbrio líquido + vapor. A</p><p>diferença, talvez mais importante, é que no equilíbrio líquido + vapor, nas condições P e</p><p>T do sistema, os componentes i da mistura são substâncias em condições subcríticas: P</p><p><Pc,i e T<Tc,i.</p><p>De fato, só nestas condições é que a fase gasosa corresponde a um vapor, isto é a</p><p>uma fase gasosa, pura ou em mistura, que pode coexistir com uma fase condensada,</p><p>líquida.</p><p>O gás é geralmente pouco solúvel na fase líquida, com valores típicos da</p><p>composição no líquido da ordem de 10–2 a 10–5, em fração molar. Isto quer dizer que em</p><p>misturas binárias, por exemplo, um dos componentes da fase líquida − o solvente − está</p><p>presente em quantidade maior do que o outro − o soluto. Aqui, identificamos o solvente</p><p>com o componente 1 e o soluto com o componente 2, conforme apresentado na Figura 1.</p><p>Observando a Figura 1, o ponto (L1,g1) mostra solubilidade do gás a baixa pressão</p><p>e baixa temperatura, o ponto (L2,g2) solubilidade do gás a baixa pressão e a alta</p><p>temperatura e o ponto (L3,g3) solubilidade do gás a alta pressão e a alta temperatura. O</p><p>gás é um componente supercrítico.</p><p>Figura 1 - Condições (P,T) Possíveis para a Solubilidade</p><p>2.1.1 – Cálculo do equilíbrio líquido-gás</p><p>O ponto de partida é sempre o mesmo: é a condição de igualdade das fugacidades</p><p>de cada componente i nas fases presentes (a T=constante), uma vez que o soluto é um gás</p><p>e que o solvente é líquido há vantagem em adotar o modelo heterogêneo:</p><p>𝜑𝑖.𝑦𝑖.𝑃 = 𝛾𝑖.𝑥𝑖.𝑓𝑖0 Equilíbro Líquido Gás (Heterogêneo) (1)</p><p>Em geral a pressão é relativamente baixa e nestas condições o coeficiente de</p><p>fugacidade de saturação e a correção de Poynting tomam valores próximos da unidade,</p><p>ou seja:</p><p>𝑓𝑖0 ≈ 𝑃𝑖,𝜎∗ ⟹ 𝜑𝑖 = 1 (Coeficiente de Fugacidade Igual a 1) (2)</p><p>E se houver semelhança de natureza química entre o soluto ou solutos e o solvente</p><p>pode considerar-se que a fase líquida é uma mistura ideal, tem-se que o coeficiente de</p><p>atividade terá o valor igual a 1.</p><p>Desta forma, a Equação 1 se reduz a:</p><p>𝑦𝑖.𝑃=𝑥𝑖.𝑃𝑖𝜎 (Equilíbrio LG a Baixa Pressão e com Mistura Ideal) (3)</p><p>e como pi= yi*P:</p><p>(Solubilidade) (4)</p><p>ou:</p><p>𝑝𝑖 = 𝑥𝑖.𝑃𝑖𝜎 (Pressão Parcial) (5)</p><p>Ou seja, a solubilidade do componente i na fase líquida (a fração molar xi) pode</p><p>ser obtida a partir do conhecimento da pressão parcial de i na fase gasosa e da pressão de</p><p>vapor do líquido i puro à temperatura, T, de equilíbrio, Pi</p><p>.</p><p>Solubilidade ideal: representa um valor da ordem de grandeza da solubilidade, xi,</p><p>do soluto no líquido considerado obtido da lei de Raoult. Mas à temperatura T o soluto i</p><p>é, geralmente um gás em que T>Tc,i. Então, como à temperatura T o soluto i só pode</p><p>existir como líquido hipotético, põe-se a questão de saber como determinar o valor de</p><p>(Pi</p><p>) de tal “líquido”.</p><p>Convém lembrar que o logaritmo da pressão de vapor das substâncias puras</p><p>diminui aproximadamente de forma linear com o inverso da temperatura.</p><p>Portanto, a pressão de vapor do “líquido” hipotético i a temperatura T do equilíbrio</p><p>líquido + gás pode estimar-se por extrapolação, desde que T não seja muito afastada,</p><p>superior, a Tc,i. Adverte-se desde já que este método de extrapolação não é muito rigoroso.</p><p>Algumas considerações sobre a solubilidade ideal:</p><p>I - Só é uma estimativa razoável se pi for baixa, se a temperatura de equilíbrio não</p><p>for muito superior à temperatura crítica do soluto e se essa temperatura (T) estiver</p><p>suficientemente abaixo da temperatura crítica do solvente. A equação da solubilidade</p><p>ideal só deve ser usada em último recurso, caso não se disponha de outro método mais</p><p>seguro.</p><p>II - A equação da solubilidade ideal tem duas deficiências óbvias:</p><p>a) em primeiro lugar, leva à conclusão de que o soluto (gasoso) deve ter a mesma</p><p>solubilidade (xi) em todos os solventes, desde que a temperatura seja a mesma e a sua</p><p>pressão parcial, pi, também porque na Equação 4 e na Equação 5 só intervêm propriedades</p><p>do soluto. Mas isto é contrário à observação: um determinado gás a uma dada temperatura</p><p>não tem a mesma solubilidade em todos os líquidos.</p><p>b) em segundo lugar, a mesma equação diz que, para a mesma pressão parcial do soluto</p><p>gasoso, pi, a sua solubilidade na fase líquida (xi) deve diminuir sempre que a temperatura</p><p>aumente (porque aumenta a pressão de vapor, Pi</p><p>). Esta conclusão, embora seja</p><p>geralmente verdadeira, tem algumas exceções, conforme Figura 2.</p><p>Figura 2 - Pressão de Vapor pela Temperatura</p><p>Devemos, portanto, encontrar vias alternativas para uma aproximação mais</p><p>rigorosa à solução do problema. É uma constatação experimental de que, quando a</p><p>pressão parcial do soluto na fase gasosa é relativamente baixa, se observa que, em geral,</p><p>a solubilidade de um gás i numa fase líquida é proporcional à sua pressão parcial na fase</p><p>gasosa, pi:</p><p>𝑝𝑖 = 𝑘.𝑥𝑖 (Pressão Parcial (k)) (6)</p><p>A constante de proporcionalidade, k, depende da temperatura para cada par</p><p>soluto/solvente. A lei de Henry escreve com maior rigor, que é uma forma é mais geral</p><p>do que a Equação 6, uma vez que elimina a simplificação (desnecessária, à partida) de</p><p>supor que a fase gasosa é uma mistura perfeita.</p><p>𝑓𝑖 = 𝐻𝑖,𝑗.𝑥𝑖 (Lei de Henry ) (7)</p><p>2.2 – Mistura ideal (Lei de Henry)</p><p>A variação da fugacidade f1 em função da fração molar x1 em uma mistura binária</p><p>é mostrada esquematicamente na Figura 3. Nela temos a variação da fugacidade (linha a</p><p>cheio) do componente 1 da mistura binária {x1HCL+x2N2O} a 182,32 K calculada pela</p><p>equação de Soave em função da composição do mesmo componente (x1).</p><p>As fugacidades podem ser expressas através de coeficientes de fugacidade (�̂�),</p><p>para a fase vapor, ou de coeficientes de atividade i, mais usados para a fase líquida.</p><p>Então, em uma abordagem gamma-phi, a igualdade das fugacidades pode ser escrita</p><p>como:</p><p>Figura 3 - Variação da Fugacidade em Função da Fração Molar</p><p>Algumas observações deste gráfico:</p><p>(i) na vizinhança de x1≈1, i.e. quando o componente 1 está em grande excesso</p><p>sobre o componente 2, a variação de f1, com a composição tem um andamento que segue</p><p>de perto a regra das fugacidades de Lewis e Randall:</p><p>𝑓1 = 𝑥1.𝑓1∗ (Lewis e Randall) (8)</p><p>(ii) quando o componente 1 se encontra muito diluído na mistura e quando x1≈0,</p><p>embora f1 siga uma variação sensivelmente linear com a composição, a constante de</p><p>proporcionalidade é diferente, que é a expressão da lei de Henry. A constante de</p><p>proporcionalidade k1, por vezes identificada pelo símbolo H2,1, denomina-se constante da</p><p>lei de Henry: representa a fugacidade do componente 1, puro, em um estado que é</p><p>hipotético à temperatura T e à pressão P da mistura.</p><p>𝑓1 = 𝑘1.𝑥1 (Lei de Henry) (9)</p><p>2.2.1 – Cálculo da Constante de Henry</p><p>Consideremos um sistema binário em que o componente 1 é o solvente (líquido)</p><p>e o componente 2 é o soluto (gasoso).</p><p>𝑓2 = 𝐻2,1.𝑥2 (Lei de Henry) (10)</p><p>(Constante de Henry)</p>______________________________________________________________________
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76 
 
ENSAIO A ALTA PRESSÃO 
Medida 
Temperatura 
(°C) 
Altura 
manométrica 
(mm) 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
12 
13 
14 
15 
 
Medida 
Temperatura 
(°C) 
Altura 
manométrica 
(mm) 
16 
17 
18 
19 
20 
21 
22 
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OBS.: Demais informações referentes ao experimento: 
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77 
 
 
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II 
FOLHA DE DADOS PROFESSOR 
 
EXPERIÊNCIA: Ensaio de Equilíbrio Líquido-Vapor 
Professoras: Ana Paula Capelezzo DATA: ......../........../......... 
Equipe:.................................................................................................................................
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ENSAIO A BAIXA PRESSÃO 
Medida 
Temperatura 
(°C) 
Altura 
manométrica 
(mm) 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
12 
13 
14 
15 
 
 
Medida 
Temperatura 
(°C) 
Altura 
manométrica 
(mm) 
16 
17 
18 
19 
20 
21 
22 
23 
24 
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OBS.: Demais informações referentes ao experimento: 
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78 
 
ENSAIO A ALTA PRESSÃO 
Medida 
Temperatura 
(°C) 
Altura 
manométrica 
(mm) 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 
12 
13 
14 
15 
 
Medida 
Temperatura 
(°C) 
Altura 
manométrica 
(mm) 
16 
17 
18 
19 
20 
21 
22 
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OBS.: Demais informações referentes ao experimento: 
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