Aula 4 Balnce de Matria

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<ul><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Gases e Vapores </p><p>Na maioria das presses e temperaturas, uma substncia pura no </p><p>equilbrio existe inteiramente como um slido, um lquido ou um gs. </p><p>Contudo, em certas temperaturas e presses, duas ou mesmo trs fases </p><p>podem coexistir simultaneamente. </p><p>Exemplo 1) gua pura um gs a 130C e 100 mmHg, e um slido a -</p><p>40C e 10 atm, mas a 100C e 1 atm pode ser um gs, um lquido ou uma </p><p>mistura dos dois, e aproximadamente a 0,0098 C e 4,59 mmHg pode ser </p><p>um slido, um lquido, um gs ou qualquer combinao dos trs. </p><p>1 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Gases e Vapores Diagrama de Fases </p><p>2 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Gases e Vapores Diagrama de Fases </p><p>Termos importantes que podem ser definidos em </p><p>referncia ao diagrama de fases: </p><p>1. Se T e P correspondem a um ponto sobre a curva </p><p>de equilbrio lquido-vapor para uma determinada </p><p>substncia, P a presso de vapor da substncia </p><p>temperatura T, e T o ponto de ebulio (mais </p><p>precisamente, a temperatura do ponto de </p><p>ebulio) da substncia presso P. </p><p>2. O ponto de ebulio de uma substncia a P = 1 </p><p>atm seu ponto de ebulio normal. </p><p>3. Se (T,P) cai sobre a curva de equilbrio slido-</p><p>lquido, ento T o ponto de fuso ou ponto de </p><p>congelamento P. 3 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Gases e Vapores Diagrama de Fases </p><p>4. Se (T,P) cai sobre a curva de equilbrio slido-</p><p>vapor, ento P a presso de vapor do slido </p><p>temperatura T e T o ponto de sublimao </p><p>presso P. </p><p>5. O ponto (T,P) no qual a fase slida, lquida e </p><p>vapor podem coexistir chamado ponto triplo </p><p>da substncia. </p><p>6. A curva de equilbrio lquido-vapor termina na </p><p>temperatura crtica e na presso crtica (Tc, Pc) </p><p>Acima e direita do ponto crtico nunca podem </p><p>coexistir duas fases separadas. </p><p>4 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Gases e Vapores Diagrama de Fases </p><p>Lquido </p><p>Vapor </p><p>Lquido-</p><p>Vapor </p><p>Gs </p><p>A Curva T1 representa uma isoterma a alta </p><p>temperatura, e nesta condio a substncia </p><p>est longe da regio de condensao. A </p><p>medida que a temperatura diminui, as </p><p>isotermas se aproximam da regio de </p><p>condensao, representada pela curva </p><p>ACB. </p><p>As substncias com isotermas </p><p>representadas pelas temperaturas T3 e T4, </p><p>que alcanam a curva ACB, apresentam </p><p>trs regies distintas: regio de vapor </p><p>direita de ACB, regio de lquido </p><p>esquerda de ACB e regio de duas fases </p><p>abaixo de ACB. </p><p>5 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Gases e Vapores Diagrama de Fases </p><p>Lquido </p><p>Vapor </p><p>Lquido-</p><p>Vapor </p><p>Gs Quando uma massa de um lquido puro </p><p>mantida a temperatura constante sofre </p><p>uma reduo de presso, este lquido </p><p>comea a entrar em ebulio quando um </p><p>certa presso alcanada. Esta presso </p><p>variar com a temperatura constante em </p><p>que o lquido mantido, mas para cada </p><p>temperatura haver apenas uma presso </p><p>em que a ebulio do lquido ocorrer. </p><p>6 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Gases e Vapores Diagrama de Fases </p><p>Se o lquido no ponto P temperatura T4 </p><p>tiver sua presso reduzida at alcanar o </p><p>ponto D na curva AC, este ponto </p><p>representar o incio da ebulio do lquido. </p><p>Neste processo, enquanto existir lquido a </p><p>temperatura e a presso permanecem </p><p>constantes. A presso correspondente linha </p><p>horizontal DE chamada de presso de </p><p>vapor do lquido a T4. </p><p>H uma presso de vapor correspondente </p><p>para cada temperatura at que o ponto C seja </p><p>alcanado. Este ponto chamado de ponto </p><p>crtico. Em temperaturas acima de Tc </p><p>somente a fase gasosa pode existir. </p><p>Lquid</p><p>o Vapor </p><p>Lquido-</p><p>Vapor </p><p>Gs </p><p>7 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Gases e Vapores Diagrama de Fases </p><p>O ponto D representa o ponto de bolha </p><p>da substncia, ou seja, o ponto onde </p><p>aparece a primeira bolha de vapor do </p><p>lado do lquido. </p><p>O ponto E representa o ponto de orvalho </p><p>da substncia, ou seja, o ponto onde </p><p>aparece a primeira gota de lquido do lado </p><p>do vapor. </p><p>Lquid</p><p>o Vapor </p><p>Lquido-</p><p>Vapor </p><p>Gs </p><p>8 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Presso de Vapor </p><p>1L gua </p><p>1L ter </p><p>t2 </p><p>t1 </p><p>t2 &gt; t1 </p><p>O ter evapora mais rpido do que </p><p>a gua, portanto o ter mais </p><p>voltil que a gua. </p><p>3 2 1 </p><p>1. Comea a vaporizao do lquido; </p><p>2. Alm da vaporizao, temos a </p><p>condensao (a molcula volta para o </p><p>lquido); </p><p>3. A velocidade de condensao iguala-se a </p><p>velocidade de vaporizao, portanto, a </p><p>quantidade de vapor fica constante </p><p>(equilbrio lquido-vapor). </p><p>9 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Presso de Vapor </p><p>O vapor que fica acima do lquido exerce uma presso (registrada em um manmetro), </p><p>chamada de presso de vapor (Pv). </p><p>M </p><p>Vapor dgua </p><p>gua </p><p>20C </p><p>H2O(L) H2O(V) </p><p>Pv = 17,5 mmHg a 20C </p><p>A presso de vapor depende da natureza da </p><p>substncia e da temperatura </p><p>T = 20C gua : PV = 17,5 mmHg </p><p>Etanol : PV = 44 mmHg </p><p>Efeito da Temperatura </p><p>PV </p><p>Temperatura 10 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Presso de Vapor </p><p>Um lquido entra em ebulio quando a presso de vapor iguala-se a presso atmosfrica. </p><p>Lquido </p><p>Vapor </p><p>Patm </p><p>PV = Patm Ponto de Ebulio (PE) = 100C a 760 mmHg </p><p>Observao: Maior altitude Menor Patm Menor PE </p><p>PV </p><p>Temperatura 100C </p><p>760 mmHg </p><p>gua </p><p>11 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Curva da Presso de Vapor da gua </p><p>Esta figura representa a curva de presso </p><p>de vapor da gua em funo da </p><p>temperatura. </p><p>Qualquer ponto sobre a curva PT </p><p>representa uma mistura em equilbrio de </p><p>lquido e vapor. comum chamar esta </p><p>situao de equilbrio entre o vapor </p><p>saturado e o lquido saturado. Lquido </p><p>saturado significa lquido no ponto de </p><p>ebulio e vapor saturado vapor no ponto </p><p>de condensao. </p><p>12 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Curva da Presso de Vapor da gua </p><p>Um ponto acima ou a esquerda da curva de </p><p>presso de vapor, como o ponto P, representa </p><p>lquido em uma presso superior presso de </p><p>saturao (se fixarmos a temperatura) ou em </p><p>uma temperatura inferior temperatura de </p><p>saturao (se fixarmos a presso). Nesta </p><p>condio diz-se que o lquido est sub-</p><p>resfriado. </p><p>Um ponto abaixo ou a direita da curva de </p><p>presso de vapor, como o ponto R ou Q, </p><p>representa vapor em uma presso inferior </p><p>presso de saturao (se fixarmos a </p><p>temperatura) ou em uma temperatura superior </p><p> temperatura de saturao (se fixarmos a </p><p>presso). Nesta condio diz-se que o vapor </p><p>est superaquecido. </p><p>13 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Tabela da Presso de Vapor da gua </p><p>14 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Grfico da Presso de Vapor </p><p>15 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Estimativa da Presso de Vapor </p><p>A estimativa da presso de vapor feita em geral de forma experimental ou atravs de equaes </p><p>empricas. As equaes mais usadas so as de Clausius-Clapeyron e de Antoine. </p><p>BT</p><p>ApB</p><p>T</p><p>Ap ** logou lnClausius-Clapeyron </p><p>CT</p><p>BAp</p><p>CT</p><p>BAp</p><p> ** logou ln</p><p>A, B e C: Constantes com valores diferentes para cada </p><p>substncia; </p><p>T: Temperatura absoluta (K) </p><p>Antoine </p><p>16 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Estimativa da Presso de Vapor </p><p>17 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Aplicao da Estimativa da Presso de Vapor </p><p>A presso de vapor do metanol conhecida nas temperaturas abaixo. Supondo vlida a equao de </p><p>Clausius-Clapeyron, avalie os parmetros da equao e estime o valor da presso de vapor </p><p>temperatura de 400K. </p><p>BT</p><p>ApB</p><p>T</p><p>Ap ** logou lnClausius-Clapeyron </p><p>T (K) 320 360 </p><p>P* (kPa 48,330 229,26 </p><p>Soluo: </p><p>(1) 320977,1240320</p><p>878,3320</p><p>)330,48ln( BABA</p><p>BA</p><p>(2) 360548,1956360</p><p>434,5360</p><p>)26,229ln( BABA</p><p>BA</p><p>A = -4483,6 e B = 17,889 </p><p>kPaepp 32,79668,6889,17400</p><p>6,4486ln 68,6** </p><p>18 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Aplicao da Estimativa da Presso de Vapor </p><p>Estime a presso de vapor do metanol supondo vlida a equao de Antoine temperatura de 400K. </p><p>Soluo: </p><p>CT</p><p>BAp</p><p>CT</p><p>BAp</p><p> ** logou ln</p><p>A, B e C: Constantes com valores diferentes para cada </p><p>substncia; </p><p>T: Temperatura absoluta (K) </p><p>Antoine </p><p>Da tabela de constantes com T em K temos: </p><p>A = 16,5725 </p><p>B = 3626,55 </p><p>C = -34,29 </p><p>kPaepCT</p><p>BAp 46,777656,6</p><p>29,34400</p><p>55,36265725,16ln 656,6** </p><p>19 </p></li><li><p>Balano de Massa e Energia Aula 4 </p><p>Aplicao da Estimativa da Presso de Vapor </p><p>20 </p></li></ul>