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<p>17/09/2024, 18:12 PDF.js viewer UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA Curso de Graduação em Engenharia Aeronáutica Curso de Graduação em Engenharia Mecatrônica FEMEC Laboratório de Energia, Sistemas Térmicos e Nanotecnologia RELATÓRIO DA TERCEIRA AULAPRÁTICA DA DISCIPLINA TERMODINÂMICA APLICADA (FEMEC41051) Relação entre a pressão de vaporização e a temperatura de um fluido Prof. Daniel Dall'Onder dos Santos GRUPO 10 Alfredo Custódio Lima Cota (11711EAR013) Diogo Carlos Rodrigues (11711EAR021) Filipe Guilherme Faria França (11811EAR023) José Igor Calsavara Bougo (11711EAR022) Nuno Silas Benrós Santos (11621EAR023) Uberlândia, Abril de 2019. 1/8</p><p>17/09/2024, 18:12 PDF.js viewer 1- Materiais e Equipamentos A seguir é apresentado a lista dos materiais utilizados para a realização do experimento descrito, assim como uma breve descrição de cada componente. Dessa forma, consegue-se melhor ambientar para as secções seguintes onde será descrito o procedimento utilizado. Logo, um conhecimento básico destes componentes se tema fundamental importância para compreensão. Bancada de ensaios termodinâmicos Armfield: armfield Figura 1 - Bancada de estudo Armfield TH3 A bancada de ensino utilizada, mostrada na Figura 1, contém um sensor PT100, resistor térmico variável para medição de temperatura, um resistor variável para aquecimento do fluido de trabalho, uma câmara recipiente (reservatório) para os fluidos, assim como dutos e cilindros contendo válvulas de segurança. A bancada possui também um display, onde pode-se realizar leituras da pressão e temperatura do sistema, podendo a última ser alterada a partir de uma de controle, que modifica o valor da resistência elétrica do resistor, permitindo o aquecimento da água. Termoresistência PT100: Figura 2 - Representação de uma termoresistência do tipo PT100 Esse equipamento, representado na Figura 2, de medição consiste de um resistor elétrico altamente sensível à temperatura à qual é exposta, ou seja, tem valor de resistência 2/8</p><p>17/09/2024, 18:12 PDF.js viewer variável em função da temperatura. A especificação PT100 para termoresistores indica que tal instrumento possui o resistor feito de platina (indicado pelo PT) e que, à temperatura de solidificação da água apresenta uma resistência igual a 100 (valor nominal). Resistência variável Um resistor com resistência variável é um dispositivo elétrico que apresenta a propriedade de resistência elétrica podendo ser alterada a partir de uma pequena variação de posição de seu indicador (posição linear ou angular). Tais dispositivos são, em geral, utilizados em circuitos elétricos como dissipadores de potência, sendo estes dispositivos ativos não armazenadores de energia. Para o experimento realizado, utilizou-se o resistor para o aquecimento da água para estudo, de forma que a energia dissipada foi transferida para o fluido. Uma representação de um resistor com resistência variável por deslocamento angular de um ponteiro. Figura 3 - Resistor de resistência variável ou chamado potenciometro 2- Descrição dos ensaios O experimento consiste em fornecer calor através de um resistor elétrico a uma quantidade de água no estado líquido, a priori. Esse, encontrava-se no interior de um sistema constituído por um vaso rígido com um display que proporcionava a observação da mistura das duas fases da água (consegue-se observar o processo de ebulição dela) e algumas tubulações. Ao variar a potência foi anotado o par de dados de resistência e pressão fornecido pelo sensor PT100 e pelo manômetro, respectivamente. procedimento foi repetido de forma a se obter 9 pares de dados de resistência-pressão manométrica. Com os dados coletados, utilizando a tabela de correções fornecida pelo fabricante, e aplicando os cálculos devidos, é possível relacionar a temperatura com a pressão e assim estudar um trecho da linha de saturação da água. 3- Anatoções dos Ensaios 3/8</p><p>17/09/2024, 18:12 PDF.js viewer Para realização do experimento foram coletados dados da pressão manométrica, a determinada temperatura, a qual era convertida em um valor de resistência. Desse modo, esses dados são apresentados na tabela 1, onde também é mostrado o valor da respectiva pressão absoluta. Vale lembrar que essa é calculada a partir da soma das pressões manométrica e atmosférica (aproximadamente 90 kPa). Tabela 1- Dados de pressão e resistência coletados P manométrica (kPa) P absoluta (kPa) Resistência 14 104 138,3 91 181 143,5 160 250 146,3 235 325 148,7 307 397 150,7 370 460 152,1 429 519 153,3 500 590 154,6 570 660 155,7 638 728 156,8 Fonte: Autores 4- Análise dos Resultados Para o início do tratamento de dados, somou-se à leitura de pressão obtida pela leitura do manômetro o valor de 90 kPa, correspondente da pressão atmosférica da região onde foi realizado o experimento, obtendo, desta forma, a pressão absoluta. Outra medição passível de correção é a da resistência, cujo valor também foi disponibilizado pelo controlador. Essa alteração se deve ao desbalanceamento da ponte, a qual conecta os sistemas. O valor então obtido para a resistência é resultado da conversão conforme a tabela disponibilizada pelo professor Daniel Dall'Onder dos Santos. Como as resistências medidas não estão apresentadas na tabela, foi necessário fazer a interpolação com os números fornecidos a fim de obter os verdadeiros valores de resistência do experimento. Com esses novos resultados encontrados, é possível descobrir os valores de temperatura na escala Kelvin para cada medição. A relação de valores de resistência e temperatura também foi disponibilizada no anexo enviado pelo professor. Assim como 4/8</p><p>17/09/2024, 18:12 PDF.js viewer no caso anterior, é necessária a interpolação dos dados para encontrar fielmente os respectivos valores de cada medição. Apenas para fins didáticos, também foram calculadas essas temperaturas na escala Celsius. Os valores obtidos depois dos cálculos acima estão mostrados na tabela a seguir: Tabela 2 Correção dos valores experimentais por meio de tabelas. Pabs [kPa] Rcorrigida Temperatura [K] Temperatura [°C] 104 138,95 374,33 101,18 181 144,16 388,11 114,96 250 147,68 397,44 124,29 325 150,78 405,70 132,55 397 153,43 412,75 139,6 460 155,31 417,79 144,64 519 156,94 422,15 149,00 590 158,74 426,96 153,81 660 160,29 431,12 157,97 728 162,00 435,72 162,57 Fonte: Autores A partir de então, iniciou-se o processo matemático com o intuito de encontrar uma equação relacionando pressão e temperatura. Como proposto durante a aula, uma equação genérica é mostrada a seguir: Equação 1 Para se obter os valores das incógnitas 'b' e 'a', aplicou-se o logaritmo natural em ambos lados da equação, resultando em: = Equação 2 Com a Equação 2, é possível realizar uma regressão linear a partir dos dados de pressão e temperatura da Tabela 2. Os valores foram dispostos em um gráfico e os coeficientes na tabela posterior. Como o valor encontrado durante a regressão para a intersecção no eixo y corresponde a Inb, elevou-se ambos os lados da equação pelo número neperiano, a fim de obter 5/8</p><p>17/09/2024, 18:12 PDF.js viewer Figura 4 - Regressão linear para obtenção dos coeficientes GRÁFICO CORRELACIONANDO LN P X 1/ T 14 13,5 13 d 12,5 IN 12 11,5 11 0,00225 0,00235 0,00245 0,00255 0,00265 1/T[K] Tabela 3 - Valores encontrados para os coeficientes angulares e lineares Incógnita Valor a 25,3 0,2 b Com a Equação 1 completa, traçou-se a linha correspondente à linha de saturação da água por meio da plotagem de coordenadas de temperatura, valores correspondentes à Tabela 2, e pressão, resultado encontrado pela Equação 1 para a respectiva temperatura. Para fins comparativos, também é demonstrado na figura a seguir, a linha correspondente aos pontos relativos à pressão e temperatura medidos pela interpolação dos valores expostos no Apêndice B, da edição do livro Fundamentos da Termodinâmica de Van Wylen 6/8</p><p>17/09/2024, 18:12 PDF.js viewer Figura 2 - Comparação dos valores calculados sobre a fase de saturação Linha de saturação da água 800 700 600 500 400 300 Equação 1 200 Tabela 100 0 370 380 390 400 410 420 430 440 Temperatura [K] Pela simples observação da figura acima, observa-se que há uma boa aproximação dos resultados experimentais frente aos teóricos quanto a temperaturas mais baixas. Entretanto, à medida em que os valores das abscissas aumentam, as divergências entre os valores de pressão passam a ser significativos. 5- Conclusões Infere-se, portanto, que os erros foram minimizados durante o experimento, já que pôde ser obtida uma curva de vaporização da água bastante próxima da encontrada em Van Wylen et al. No entanto, é perceptível que à medida que a temperatura da água se eleva, a discrepância entre a curva obtida e a curva de referência aumenta, dentre os possíveis erros associados a isso estão as regressões lineares realizadas para encontrar a temperatura na tabela do controlador, assim como as leituras serem realizadas antes de atingir o equilíbrio, já que não há tempo hábil para esperar ele, além de erros associados à calibração do equipamento. Para uma melhor precisão, é necessário que o fabricante forneça uma curva de temperatura do controlador e as leituras sejam realizadas após o sistema alcançar o equilíbrio, ademais, checar a calibração do equipamento. 7/8</p><p>17/09/2024, 18:12 PDF.js viewer 8/8</p>