relatorio OPU 2 finalizado

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UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES
APLICAÇÃO DO ESTUDO DE BALANÇO DE MASSA EM REGIME TRANSIENTE UTILIZANDO UM SEDIMENTADOR
Mogi das Cruzes, SP
2018
UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES
Allan Rocha Cruz
Carolina Inácio de Almeida
Irene Lopes Mangabeira
João Paulo Dias de Oliveira
Josyane Oliveira dos Santos 
Ketlin Marques Yufra
Lucas Felipe Silva dos Santos 
Vitor Correia Gonçalvez
Vitoria Regina Teixeira Gomes
APLICAÇÃO DO ESTUDO DE BALANÇO DE MASSA EM REGIME TRANSIENTE UTILIZANDO UM SEDIMENTADOR
Profº.: Nam Ting Kwok
Mogi das Cruzes, SP
2018
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO TEÓRICA
pH
O pH corresponde ao potencial hidrogeniônico de uma solução. Ele é determinado pela concentração de íons de hidrogênio (H+) e serve para medir o grau de acidez, neutralidade ou alcalinidade de determinada solução.
O pH é representado numa escala que varia de 0 a 14. Ela mede a acidez e basicidade de uma solução. Sendo assim, o pH 7 representa uma solução neutra (por exemplo, a água pura). Já os que estão antes dele são consideradas soluções ácidas (pH ácido), e os que estão após o 7 são as soluções básicas (pH alcalino).
Os chamados indicadores ácidos-bases são utilizados para medir o pH de uma solução. Eles são substâncias que mudam de cor indicando o caráter da solução. Os indicadores mais utilizados são: o tornassol e a fenolftaleína.
Além dos indicadores, o pH de uma solução pode ser medida através de um instrumento chamado de parâmetros. São aparelhos eletrônicos que medem a condutividade elétrica da solução e contém uma escala dos valores do pH.
Regime Transiente
Processos que envolvem mudanças no volume de controle com o tempo são chamados de processos em regime transiente.
Quando um processo em regime transiente é analisado, é importante manter o controle da quantidade de energia do volume de controle, bem como as trocas de energia entre ele e sua vizinhança.
Ao contrário de processos em regime permanente, processos transientes começam e terminam durante algum período de tempo finito em vez de continuar indefinidamente. Portanto, lidamos com as mudanças que ocorrem ao longo de um intervalo de tempo Δt.
Um sistema transiente, em alguns aspectos é semelhante a um sistema fechado, exceto que a massa dentro da fronteira do sistema não permanece constante durante o processo.
Processos em regime transiente no geral são difíceis de analisar, porque as propriedades da massa nas entradas e saídas podem se alterar durante o processo.
Em sua maioridade, podem ser razoavelmente bem representados por processos de fluxo constante, o qual envolve a seguinte idealização: a vazão mássica em qualquer entrada ou saída é uniforme e constante, e as propriedades do fluido não se alteram com o tempo, ou posição ao longo da secção transversal de uma entrada ou de saída.
Escoamento não-permanente, não-estacionário ou transiente é o escoamento em que as propriedades variam em função do tempo (SANTOS, 2018).
Esse procedimento é utilizado, por exemplo, em partidas de poços, em retirada de fluidos de perfuração, entre outros. O procedimento consiste em se bombear um “fluido x” com propriedades distintas do que o “fluido y” se encontra originalmente na tubulação até a sua completa retirada do duto. Esse processo é caracterizado por um transiente e foi estudado na linha vertical (SUGUIMOTO, 2016). 
No presente trabalho foi realizado o processo descrito anteriormente, porém, o “fluido y” encontrava-se em um reservatório, ao invés de uma tubulação e a propriedade distinta refere-se ao tipo de solução, sendo a contida no reservatório uma solução de Hidróxido de sódio (NaOH), pH ≅ 11,0, preparada pelos integrantes do grupo no laboratório industrial da Universidade de Mogi das Cruzes e o fluido bombeado, água de torneira. 
A propriedade acompanhada no decorrer desta atividade foi a variação do pH no reservatório a medida em que se misturava a água na solução preparada.
A sigla pH significa Potencial Hidrogeniônico, e consiste num índice que indica a acidez, neutralidade ou alcalinidade de um meio qualquer (SOUZA, 2018).
As substâncias que possuem valores de pH 0 a 7, são consideradas ácidas, valores em torno de 7 são neutras e valores acima de 7 são denominadas básicas ou alcalinas. O pH de uma substância pode variar de acordo com sua composição, concentração de sais, metais, ácidos, bases e substâncias orgânicas e da temperatura (SOUZA, 2018).
As soluções são constituídas de dois componentes: o soluto, que é o que se dissolve e se encontra em menor quantidade, e o solvente, que é o componente em maior quantidade e que atua dissolvendo o soluto (ROCHA, 2018). 
A principal característica das soluções é serem homogêneas, pois isso significa que o soluto está dissolvido de modo uniforme por toda a sua extensão (ROCHA, 2018).
A solução preparada e utilizada é classificada como alcalina (pH ≅ 11,0) e homogênea.
2.		OBJETIVOS
2.1.	OBJETIVO GERAL
Obter uma curva tempo x concentração de H+ e comparar com a curva teórica para um sistema de drenagem do tanque do sedimentador.
2.2.	OBJETIVOS ESPECÍFICOS
	Preparar uma solução com pH 11;
	Calcular o volume do tanque;
	Calcular a vazão de saída do tanque;
	Observar o funcionamento de um balanço de massa em regime transiente.
	
	
3.		MATERIAIS E MÉTODOS
Primeira etapa: determinação do volume reservatório.
O volume do reservatório foi definido através do método de inserção de água com volume conhecido por meio de uma proveta, até a margem do mesmo (transbordando).
Segunda etapa: determinação da vazão.
A vazão foi determinada através do tempo x largura do tanque auxiliar. Foi medido a altura do reservatório com a quantidade de água colocada e depois de deixar o sistema rolando por um determinado tempo e desligado o sistema foi medido a altura do tanque. Com a subtração das alturas conseguimos determinar o quanto de água saiu do sistema, determinando a vazão. 
Terceira etapa: Preparo da Solução de pH 11
Primeiramente determinou-se a concentração do NaOH pelo cálculo pH + pOH = 14, obtendo-se uma concentração de 0,001mol.L-1. 
Em seguida foi determinado o volume necessário para o preparo de uma solução de pH 11, sabendo-se que a solução de NaOH que estava disponível era de 0,1 mol.L-1 e que o volume final de solução necessária era de sete litros obteve-se o volume de 70 mL. No término do preparo da solução, medir o pH da solução com um pHmetro aferido e ajusta se necessário até o pH 11. 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Montou-se a aparelhagem utilizando um sedimentador para a determinação de um sistema transiente de um reator com a função apenas de diluição da amostra presente no mesmo, no caso uma solução de hidróxido de sódio (NaOH) de pH 11. Os cálculos utilizados para o preparo da solução estão a seguir.
pH + pOH = 14
pOH = 14 – 11
pOH = 3
pOH = - log [OH-]
[OH-] = 10-3
	Sabendo que o volume do sedimentador é de 6,5L, medido através de uma proveta de 2L, calculou-se a quantidade da solução de NaOH 0,1M deveríamos adicionar para se obter uma solução de pH 11.
VNaOH = C * 6500/ M
Onde: 
V(NaOH): é o volume (mL) de NaOH 0,1 M;
C: é a concentração (mol/L) da solução que se deseja obter;
M: é a molaridade da solução de NaOH.
VNaOH = 0,001 * 6500/ 0,1
VNaOH = 65 mL
Mas devido a água a atuar como um tampão do meio o a quantidade que se deve utilizar é maior, portanto o pH do meio foi ajustado com o auxílio do pHmetro, adicionando-se cerca de 200 mL de NaOH 0,1M para se obter uma solução de pH 11.
Previamente foi se calculada a vazão de entrada da agua no sedimentado utilizando-se do método de diminuição do volume do tanque de armazenamento, medindo o mesmo com o auxílio de uma régua graduada, as dimensões foram de 25cm quadrados de base e 7 cm de altura do liquido totalizando um volume de 4375 cm3 .Após um intervalo de tempo de 5 minutos, mediu-se novamente a altura da agua do tanque, sendo cerca de 5,7cm, totalizandoum volume final de 3562,5 cm3.Os cálculos da determinação da vazão estão a seguir.
cm3
A vazão da bomba calculada foi de 162,5 mL/min
Iniciou-se o experimento no sedimentador com uma solução de pH inicial de 11,3 e a medição de pH com o auxílio do pHgametro a cada 2,5min. A tabela 1 expressa os resultados de pH em cada medição
Tabela 1: Resultados do pH da solução no sedimentador a cada 2,5min.
	Medição
	pH
	1
	10,90
	2
3
4
5
6
7
8
9
10
	10,50
10,58
10,45
10,38
10,25
10,41
10,21
10,04
9,96
Durante a realização do experimento mediu-se novamente a vazão da entrada da água, utilizando o mesmo método, e a vazão encontrada foi de 250 mL.min-1. Alteração causada devido a mudança de vazão de um grupo para o outro.
Com o volume de água de entrada no sedimentador pode-se calcular o pH esperado.
Falta
CALCULOS TEORICOS DE PH 
GRAFICO COMPARATIVO
5. CONCLUSÃO
Através do experimento proposto, é possível compreendermos diversos pontos do planejamento de um experimento, com isso, foram contemplados os equipamentos a serem utilizados e aplicação de conceitos para determinação de variáveis do sistema.
Assim, para determinação da vazão foram utilizadas noções de geometria, determinando o volume do recipiente (reservatório), e através do escoamento, onde levamos em conta a variação de volume em função do tempo determinamos a vazão.
Ainda dentro do experimento é possível verificar a necessidade de conhecermos as variáveis presentes no sistema, um exemplo disso, é o comportamento do reservatório que por apresentar pequenas variações entre o fluxo de entrada e saída pode ser considerado regime permanente.
Todavia, a variável estudada foi o pH a proposta consistia em verificar a variação do pH de acordo com o escoamento com medidas sucessivas do tempo, porém antes disso foi realizado o preparo da solução com pH igual a 11 utilizando a equação do pH ou pOH, assim como exposto no relatório.
Notamos que durante o experimento a solução caso estivesse em fluxo laminar a variação do pH era pequena, quando exposta a um fluxo turbulento eram obtidos valores com maior variação, isso se deve pois a entrada e saída de água na superfície causava o arraste apenas nessa região, enquanto a parte inferior não sofria variações significativas, com o fluxo turbulento temos uma melhor homogeneização do meio, captando as variações do pH com maior precisão, outra situação são as leituras de pH em função do tempo, como a leitura foi realizada em pequenos intervalos temos maior dificuldade em captar variações significativas, caso o intervalo de leitura fosse ampliado teríamos melhor resolução.
Por fim, a partir do experimento proposta observamos o funcionamento do regime transiente na prática, considerando os aspectos observados em aula e consequente aplicação prática do mesmo.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ROCHA, Jennifer (Ed.). Soluções Químicas. Disponível em: <https://manualdaquimica.uol.com.br/fisico-quimica/solucoes-quimicas.htm>. Acesso em: 23 nov. 2018.
SANTOS, Eduardo Dornelles dos (Ed.). Mecânica dos Fluídos - Conceitos Fundamentais. Disponível em: <https://www.coursehero.com/file/p5r11kt/Escoamento-n%C3%A3o-permanente-n%C3%A3o-estacion%C3%A1rio-ou-transiente-%C3%A9-o-escoamento-em-que/>. Acesso em: 23 nov. 2018. 
SOUZA, Lívia Alves de (Ed.). O que significa pH? Disponível em: <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/voce-sabe-que-significa-ph-.htm>. Acesso em: 23 nov. 2018
SUGUIMOTO, Fábio Kenji. Análise Experimental do Escoamento Líquido-Líquido. 2016. 28 f. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2016. Disponível em: <file:///C:/Users/Lilian/Downloads/Suguimoto_FabioKenji_D.pdf>. Acesso em: 23 nov. 2018.