CALOR LATENTE DE VAPORIZAÇÃO DE UMA SUBSTÂNCIA PURA

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ
CAMPUS DE TOLEDO
CENTRO DE ENGENHARIAS E CIÊNCIAS EXATAS
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
PRÁTICA 10 – CALOR LATENTE DE VAPORIZAÇÃO DE UMA SUBSTÂNCIA PURA
GABRIELA JULIANI MOREIRA
LUÍSA ROBERTO MARTINS
MARJHORIE THAIS MENEGUZZO DEON
ROBERTA GONÇALVES BENETTI
TOLEDO– PR, 
NOVEMBRO – 2015.
GABRIELA JULIANI MOREIRA
LUÍSA ROBERTO MARTINS
MARJHORIE THAIS MENEGUZZO DEON
ROBERTA GONÇALVES BENETTI
PRÁTICA 10 – CALOR LATENTE DE VAPORIZAÇÃO DE UMA SUBSTÂNCIA PURA
Relatório entregue como requisito parcial de avaliação da disciplina de Laboratório de Engenharia Química I do curso de Engenharia Química da Universidade Estadual do Oeste do Paraná – Campus Toledo.
Prof. Me. Lucas Maycon Hoff Zeni
	
 TOLEDO – PR, 
NOVEMBRO – 2015.
1. EXPOSIÇÃO DO PROBLEMA
Deseja-se determinar a entalpia de vaporização de uma substância pura a partir da curva de pressão de vapor. Para isso, utilizou-se um módulo experimental no qual eram obtidos dados de equilíbrio da curva de pressão de saturação. Além disso, verificar a confiabilidade do método com valores encontrados na literatura.
2. SOLUÇÃO DO PROBLEMA
O conhecimento de dados de pressão de vapor e entalpia de vaporização é fundamental para o desenvolvimento de novos equipamentos industriais, para operações de destilação, arraste de gases e extração supercrítica.
A entalpia de vaporização ou calor latente de vaporização é a quantidade de energia necessária para que uma molécula de um elemento ou de uma substancia que se encontra em equilíbrio líquido-vapor, passe totalmente para o estado gasoso. 
Para a realização do experimento primeiramente colocou-se 300 mL de acetona no balão e conectaram-se as saídas adequadamente. Em seguida, regulou-se a pressão desejada na bomba de vácuo e o banho termostático foi acionado. Mediu-se a temperatura de ebulição do líquido no termostato e a diferença de nível do mercúrio no manômetro em U, com a utilização de uma régua (após o sistema se encontrar em equilíbrio). Sendo assim, esse procedimento foi repetido mais cinco vezes, variando a pressão na bomba. 
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para a determinação da entalpia de vaporização, fez-se necessário montar a curva de pressão de vapor. Os dados experimentais da pressão na bomba, da temperatura de ebulição da acetona e a diferença do nível de mercúrio no manômetro, após o sistema entrar em equilíbrio, foram anotados e estão apresentados na Tabela 1. 
Tabela 1 – Dados experimentais da variação da altura, temperatura da acetona e pressão na bomba.
	Medição
	∆H (mm)
	Temperatura (°C)
	Pressão na bomba (mmHg)
	1
	207
	35,1
	400
	2
	178
	37,7
	360
	3
	139
	39,4
	320
	4
	107
	40,9
	280
	5
	78
	42,2
	240
	6
	44
	43,6
	200
A pressão de saturação é a pressão absoluta sobre o sistema em equilíbrio durante sua fase de vaporização, é dada pela soma das pressões atmosférica e manométrica, conforme a Equação (01). A pressão atmosférica de referência foi considerada 760 mmHg (101325 Pa) e a pressão manométrica é determinada pela Equação (02). 
 (01)
	(02)
Para a determinação da pressão manométrica a massa específica do mercúrio é de 13600 kg/m3 (PERRY, R.H.,1980) e a aceleração da gravidade é 9,81 m/s2. Sendo que, a pressão manométrica do experimento é negativa, já que foi utilizada a bomba de vácuo para diminuir a pressão no sistema. As pressões manométrica e de saturação calculadas estão apresentadas na Tabela 2, para as 6 medidas. 
Tabela 2 - Pressão manométrica e pressão de saturação para cada medição.
	Medição
	(Pa)
	(Pa)
	1
	27617,11
	73707,89
	2
	23748,05
	77576,95
	3
	18544,82
	82780,18
	4
	14275,51
	87049,49
	5
	10406,45
	90918,55
	6
	5870,304
	95454,70
Para representar a pressão de vapor em função da temperatura, a Equação de Antoine (Equação 03) é uma das mais utilizadas.
 
 (03)
Para determinar os parâmetros da Equação de Antoine (03), é necessário fazer a linearização dos dados de versus, sendo que a equação da reta nos fornecerá os parâmetros. O logaritmo natural da pressão de saturação e o inverso da temperatura estão presentes na Tabela 3. 
Tabela 3 – Valores do inverso da temperatura e do logaritmo natural da pressão de saturação para cada medição.
	Medição
	
	1/T (10-3)(K-1)
	1
	11,21
	3,24
	2
	11,26
	3,22
	3
	11,32
	3,20
	4
	11,37
	3,18
	5
	11,42
	3,17
	6
	11,47
	3,16
A partir dos dados da Tabela 3 construiu-se o gráfico de em função do inverso da temperatura, para determinar os parâmetros de Antoine, considerando o parâmetro C=0. A Figura 1 apresenta o gráfico, os dados foram ajustados de forma linear, a fim de obter uma reta do tipo .
Figura 1 - Gráfico de versus 1/T
Comparando o ajuste linear com a Equação de Antoine (03), os parâmetros obtidos foram A=21,11 e B=3055,57. Considerou-se também, um ajuste satisfatório, pois o coeficiente de determinação (R²) foi de 0,97905. 
O parâmetro C pode ser considerado nulo em uma região estreita de temperatura, geralmente do ponto triplo ao ponto de ebulição à condições normais de temperatura e pressão. Porém, a equação de Antoine é mais adequada quando faz-se o uso dos três parâmetros, A,B e C, sendo que os valores teóricos destes são encontrados na literatura. 
Para a determinação dos parâmetros de Antoine com C≠0, foi feito um ajuste não-linear utilizando a ferramenta Solver do programa Microsoft Office Excel®. Os valores obtidos experimentalmente para o ajuste não-linear e para o ajuste linear, bem como os valores encontrados na literatura (PEIXOTO e GAMA, 2006) estão dispostos na tabela 4.
Tabela 4 - Valores para as constantes de Antoine resultantes dos ajustes linear e não-linear e valores obtidos da literatura.
	Constantes
	Ajuste Linear
	Ajuste não-linear
	Valores obtidos da literatura
	Desvio relativo do ajuste linear
	Desvio relativo do ajuste não-linear
	A
	21,11
	21,0400
	14,6363
	0,4423
	0,4375
	B
	3055,57
	2998,5193
	2940,45
	0,0391
	0,0197
	C
	-
	-3,7651
	-35,903
	-
	0,8951
Pela análise da Tabela 4 observa-se um desvio significante dos dados experimentais em relação aos encontrados na literatura, tanto para o ajuste linear quanto para o ajuste não-linear. Essa discrepância se deve a erros instrumentais e do operador, bem como ao módulo utilizado, pois as temperaturas não permaneceram constantes, o que inviabiliza uma medição exata das variações de altura do mercúrio no manômetro.
Pode-se perceber também que o ajuste não-linear obteve menor discrepância para as constantes A e B, do que o ajuste linear. Isso é esperado, uma vez que para as condições de pressão e temperatura utilizadas no experimento é adequado considerar a constante C, como já citado anteriormente.
Tais parâmetros são utilizados para o cálculo da entalpia de vaporização da acetona, a qual é determinada pela equação de Clausius-Clapeyron (04).
 (04)
Pela equação de Clausius-Clapeyron, no equilíbrio, o volume molar do líquido é considerado desprezível em relação ao da fase de vapor longe do ponto crítico. Além disso, considera-se que o vapor saturado comporta-se idealmente, . Então, utilizando-se dos coeficientes linear (A= 21,11) e angular (B= 3055,57) do ajuste linear entre logaritmo da pressão de saturação em função do inverso da temperatura (Figura 1) e considerando o valor de R como 8,314 J/mol.K, tem-se:
A equação Clausius-Clapeyron relaciona diretamente o calor latente de vaporização à curva de pressão de vapor. Uma vez que o ∆Hvap é proporcional a inclinação da reta do gráfico de ln Psat vs 1/T, tem-se que ∆Hvap diminui com o aumento da temperatura do ponto triplo ao ponto crítico, quando se torna igual a zero. Além disso, a equação de Clausius-Clapeyron possui validade apenas para baixas pressões.
Partindo do valor de calor latente encontradona literatura (PEIXOTO e GAMA, 2006), , tem-se uma discrepância de 12,76% do valor obtido experimentalmente pela equação de Clausius-Clapeyron, .
Essa diferença pode estar associada a erros do módulo experimental, uma vez que sua vedação não pode ser considerada perfeita permitindo a evaporação da substância. 
Além disso, uma vez que o critério de determinação da temperatura de equilíbrio era momento em que não mais se visualizava a variação da temperatura, fez-se necessário mensurar temperaturas aproximadas para o equilíbrio do sistema, pois os instrumentos utilizados não proporcionaram tal estabilização. A instabilidade da bomba pode ser levada em consideração como outra fonte de erro, pois não mantinha a pressão fixada, influenciando na altura do mercúrio no manômetro. Desta forma, os valores de temperatura e pressão registrados poderiam não ser a do equilíbrio perfeito do sistema.
Tendo em vista que o valor da discrepância foi irrelevante, o método utilizado para realizar o cálculo da entalpia de vaporização é considerado válido para o sistema trabalhado.
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
PERRY, R. H., CHILTON, C. H., KIRKPATRICK, S. D., Chemical Engineer’s Handkook. 4ª Edição. McGraw-Hill Book Company, 1980.
VEIT, M, T.; POTRICH, L.; BASSI, A. Apostila dos Roteiros da Disciplina de Laboratório de Engenharia Química I – Universidade Estadual do Oeste do Paraná. Toledo, 2015.
SMITH, J. M. VAN NESS, H. C. Introdução à termodinâmica da engenharia química. 5ª ed., LTC, Rio de Janeiro, 2000.
Tabelas termodinâmicas. Peixoto e Gama, 2006. http://www.academia.edu/3855891/REFERENCIA_8_TABELAS_TERMO. Acesso em 10/11/2015.