Prática 1 Massa Específica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA
CAMPUS FLORESTAL
PRÁTICA 1
MASSA ESPECÍFICA
Relatório de aula prática apresentado à disciplina 
De Laboratório de Fenômenos de Transporte.
Professor: Fábio Takahashi.
Alunos: Clara de Assis – 1134
 Ingrid Harumi – 1166
 Karen Rúbia - 783
 Marina Nogueira – 789
 Victor Saldanha - 1159
	 
Florestal – Minas Gerais
Agosto de 2014.
INTRODUÇÃO
A ciência de fenômenos de transporte verifica como a massa, a quantidade de movimento e energia são transportadas por um meio. Conhecer características desses fatores é de extrema importância para determinados processos dentro da indústria, como por exemplo, em processos que ocorrem transferência de calor e massa.
No caso de massa, determinar massa específica, densidade e peso específico, permite definir diferentes fluidos, cada um com sua característica. As duas primeiras características muitas vezes são interpretadas erradas, confunde-se massa específica com densidade. Essas medidas são influenciadas no caso de fluidos pela concentração da solução e pela temperatura em que se encontram. 
É possível determinar massa específica e densidade através de procedimento experimental ou através de equipamentos como densímetro, lactodensímetro, picnometros, hidrometria, entre outros mais específicos para determinados fluidos. 
Na prática realizou-se o procedimento experimental e com o equipamento, comparando soluções de concentrações diferentes e a água em temperaturas diferentes.
2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A massa específica de um fluido é representada por ρ, sendo a quantidade de matéria em massa que ocupa um volume fixo, portanto a unidade de medida de acordo com o Sistema Internacional SI é Kg/m3. 
A massa específica dos gases varia com a temperatura, aumentando proporcionalmente com a pressão. Já a massa específica dos líquidos é praticamente constante. E, por isso, a maioria dos escoamentos de líquidos é considerada “incompressível” (WHITE, 2011).
A massa específica da água aumenta apenas 1% se a pressão for aumentada por um fator de 220 (WHITE, 2011). Segundo CECCHI (2003), qualquer medida de massa específica é afetada por variação de temperatura. Para água à temperatura ambiente, a densidade decresce cerca de 0,03% por ºC de aumento de temperatura. Essa característica é devida a energia cinética das moléculas do elemento ser aumentada ou diminuída com a temperatura, dessa forma o material tende a ocupar um volume maior ou menor, respectivamente, influenciando o valor da massa específica (e densidade). A figura 1 mostra a variação da massa específica da água com o aumento da temperatura.
Figura 1- Propriedades da água.
Fonte: FOX, R. W.; PRITCHARD, P. J.; McDONALD, A. T., 2010
A densidade é representada por d, e é a relação entre a massa específica do fluido e a massa específica de um fluido padrão de referência, geralmente água a 4 ºC (para líquidos) e o ar (para gases) (WHITE, 2011):
A determinação automática da massa específica de líquidos e da concentração de suspensões líquidas de partículas pode ser de grande utilidade em diversos processos industriais, onde estas variáveis são utilizadas na padronização e no controle do processo e da qualidade do produto processado. Na indústria de alimentos, é comum a utilização da massa específica e da concentração de soluções e de suspensões como parâmetros de controle de processos (PAES et al., 2004). 
Para determinação da massa específica desta solução, existem vários métodos rápidos e precisos. O método mais comum consiste na medida do peso de um volume conhecido do líquido em um frasco. Esses frascos são chamados de picnômetros e são feitos de vidro resistente, com pouca expansão térmica, sendo, portanto precisos. O modelo mais comum é o que tem um formato cônico com um braço lateral para escoar o excesso de líquido, com um termômetro na tampa (CECCHI, 2003). Tal instrumento pode ser visto na figura 2.
Figura 2 – Picnômetro.
Segundo Cecchi, 2003, outros métodos de medida de massa específica são baseados no Princípio de Arquimedes: “um corpo total ou parcialmente imerso em um líquido flutua por uma força igual ao peso do líquido deslocado”. A hidrometria é um deles, seus aparelhos consistem em cilindros ocos de vidro que têm um fundo largo e pesado e uma haste superior estreita. Existem vários tipos de hidrômetros, um de grande importância é o lactodensímetro, usado para determinação de adulteração em leite (CECCHI, 2003). Este pode ser visto na figura 3.
Figura 3 – Lactodensímetro
2 – OBJETIVO
Determinar a massa específica de soluções de sacarose e verificar a influência da temperatura sobre a mesma.
3 – METODOLOGIA
3.1 – MATERIAIS
Béquer;
Espátula;
Balão volumétrico;
Termômetro;
Balança Analítica;
Chapa de aquecimento;
Densímetro.
3.2 – AMOSTRAS
Sacarose;
Água destilada.
3.3 – PROCEDIMENTO
A turma foi dividida em dois grupos, onde um grupo preparou uma solução de sacarose de 0,200Kg/L, enquanto o outro grupo preparou uma solução de sacarose de 0,250 Kg/L. O preparo das soluções ocorreu da seguinte forma: pesou-se 200 gramas de sacarose em um béquer e em outro béquer 250 gramas, adicionou-se água destilada aos béqueres até solubilizar a sacarose para assim verter cada solução em um balão volumétrico de um litro, completando-o com água destilada. 
Depois de as soluções já preparadas, transferiu-se 5 ml de cada solução para um béquer de cada e os pesou, posteriormente anotou-se os valores para os cálculos. A temperatura que a solução se encontrava foi evidenciada por meio de um termômetro e anotada para fins de comparação.
O procedimento anterior se repetiu para água destilada a temperatura ambiente e em torno de 50 °C. Em seguida utilizando um densímetro mediu-se a densidade das duas soluções de sacarose colocando cada solução em uma proveta e mergulhando o densímetro na mesma, a fim de comparar a densidade observada na leitura com a calculada.
4 - Resultados e Discussões
Na tabela 1 e 2, estão apresentados os resultados da prática, que serão posteriormente discutidos.
 Tabela 1 - Resultados do grupo 1.
	Grupo 1
	Massa média (g)
	Massa Específica (g/L)
	Água + sacarose (0,250 Kg/L) a 23°C
	4,93
	0,986
	Água a Temperatura ambiente 21°C
	4,47
	0,894
	Água aquecida 47°C
	4,85
	0,97
	Densímetro
	_
	1,094
 Tabela 2 - Resultados do grupo 2.
	Grupo 2
	Massa média (g)
	Massa Específica (g/L)
	Água + sacarose (0,200 Kg/L) a 23°C
	5,19
	1,038
	Água a Temperatura ambiente 21°C
	4,82
	0,9635
	Água aquecida 47°C
	5,029
	1,006
	Densímetro
	_
	1,075
5.1 SOLUÇÕES DE SACAROSE
A temperatura da solução de sacarose do primeiro grupo foi de 23°C e a massa média do volume de 5 mL da solução foi de 4,93 g. A massa específica pode ser calculada através da relação:
Massa Específica = massa / volume
Comparando-se o valor de massa específica obtido no procedimento, com o valor encontrado através do densímetro que foi 1094 kg/m3, percebe-se que o experimento teve um erro, este erro pode estar relacionado com a pipeta automática que apresentou algumas falhas durante o experimento. Diante da diferença dos resultados calculou-se o erro experimental 
		
A densidade pode ser obtida através da relação: Densidade = massa específica da solução (nesse caso água resfriada) / massa específica da água a 4°C: 
A temperatura da solução de sacarose do segundo grupo foi de 23°C e a massa média do volume de 5 mL da solução foi de 5,1916 g. A massa específica pode ser calculada através da relação:
Comparando-se o valor de massa específica obtido no procedimento com o valor encontrado através do densímetro, da solução de água e sacarose nessa mesma temperatura, que é igual a 1075 kg/m3 percebe-se que o experimento teve um erro. Este erro pode ter ocorrido devido ao manuseio dos equipamentos e as condições laboratoriais. Diante da diferença dos resultados calculou-se o erro experimental 
A densidade pode ser obtida através da relação: Densidade= massa específica da solução (nesse caso água resfriada) / massa específica da água a 4°C: 
Diante dos resultados verificou-se que a concentração da sacarose esta diretamente relacionada com a densidade, como observou-se no teste do densímetro, de modo que o densímetro obteve um maior valor para o grupo 1 do que para o grupo 2, sendo eles 1,094 e 1,075, respectivamente. Entretanto o mesmo não aconteceu na parte experimental o que pode ter ocorrido por diversos motivos, como equipamentos, manuseio e condições laboratoriais, evidenciando um maior erro experimental do grupo 1.
5.2 ÁGUA À TEMPERATURA AMBIENTE (21ºC)
A massa média obtida pelo primeiro grupo foi de 4,47g, de modo que a massa específica pode ser calculada através da relação: Massa Específica = massa / volume.
Comparando o valor de massa específica obtido no experimento com o valor obtido no densímetro, 894 kg/m3 e 1094 kg/m3 respectivamente, percebe-se que o experimento teve um erro. O erro experimental pode ser calculado através da relação: Erro Experimental = (Valor Esperado – Valor Obtido) / Valor Esperado.
A densidade pode ser obtida através da relação: Densidade = massa específica da água a temperatura ambiente / massa específica da água a 4°C: 
A massa média obtida pelo segundo grupo foi de 4,82g, de modo que a massa específica pode ser calculada através da relação: Massa Específica = massa / volume.
Comparando o valor obtido no experimento com o valor tabelado da água a 4°C, 964 kg/m3 e 998 kg/m3 respectivamente, percebe-se que o experimento teve um erro. O erro experimental pode ser calculado através da relação: Erro Experimental = (Valor Esperado – Valor Obtido) / Valor Esperado.
A densidade pode ser obtida através da relação: Densidade = massa específica da água a temperatura ambiente / massa específica da água a 4°C: 
Mesmo sendo a mesma amostra, água, os resultados obtidos foram diferentes o que afirma que não pode-se controlar o erro experimental.
5.3 ÁGUA AQUECIDA (47ºC)
O primeiro grupo teve massa média de volume de 5 mL da solução foi de 4,85g. A massa específica pode ser calculada através da relação:
Comparando-se o valor obtido com o valor da massa específica da água na temperatura de 45ºC igual a 990 kg/m3 percebe-se que o experimento teve um erro. Diante da diferença dos resultados calculou-se o erro experimental
A densidade pode ser obtida através da relação: Densidade = massa específica da água a temperatura ambiente / massa específica da água a 4°C: 
O segundo grupo teve massa média de volume de 5 mL da solução foi de 5,029g. A massa específica pode ser calculada através da relação:
Comparando-se o valor obtido com o valor da massa específica da água na temperatura de 45ºC igual a 990 kg/m3 percebe-se que o experimento teve um erro. Diante da diferença dos resultados calculou-se o erro experimental.
A densidade pode ser obtida através da relação: Densidade = massa específica da água a temperatura ambiente / massa específica da água a 4°C:
Como vimos no experimento acima a densidade varia com a temperatura então quanto maior a temperatura menor a densidade. 
5 – Conclusão
Após a realização dos experimentos, foi concluído que a massa específica e a densidade relativa de materiais podem ser facilmente calculadas na prática, e que tais valores foram diferentes quando comparados a literatura, pois erros de manuseio e até mesmo as condições laboratoriais podem interferir nos resultados. 
A massa específica e temperatura são inversamente proporcionais, ou seja, com o aumento da temperatura a massa específica diminui devido à expansão térmica (aumento do volume). Portanto, a densidade também será menor, pois ela é calculada através da razão entre a massa específica da amostra e massa específica da água a 4°C, tornando a uma medida adimensional.
6 – Referências Bibliográficas
CECCHI, H. M. Fundamentos teóricos e práticos em análise de alimentos. Campinas: Unicamp, 2003. 207 p.
FOX, R.W. ; PRITCHARD, P.J. ; MCDONALD, A. T. ; Introdução à Mecânica dos Fluidos, LTC, 7 ed., 2010.
PAES, S. S. et al. Um dispositivo simples para a determinação simultânea e contínua da densidade de líquidos e da concentração de suspensões líquidas. Ciência e Tecnologia de Alimentos. Campinas. v. 24, n. 2, abr./jun. 2004. Disponível em: http://dx.doi.org/10.1590/S0101-20612004000200017.
WHITE, F. M. Mecânica dos Fluidos. Porto Alegre: AMGH Editora Ltda, 6ª ed. 2011, 880 p.