Autores
Durães, B. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO) ; Baratto, A.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO) ; Roldão, M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO) ; Valverde, M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO) ; Galiassi, G. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO)
Resumo
Este trabalho trata do resultado experimental da análise e comparação da
capacidade calorífica de um fluido refrigerante e água com sal. A análise da
avaliação experimental foi realizada com o instrumento denominado calorímetro e
água com adição de cloreto de sódio (NaCl) e o etilenoglicol, que é um fluido
presente em aditivos para radiadores de carro. O levantamento de dados
realizados, são de caráter quantitativo com coleta de dados em triplicata. Os
resultados encontrados demonstram resultados esperados em relação a como os dois
aditivos escolhidos influenciam na diminuição do tempo de ebulição bem como a
capacidade térmica.
Palavras chaves
Fluidos refrigerantes; Calorífico ; Temperatura
Introdução
Durante a transferência de calor ocorre o fenômeno relacionado à energia
térmica, na qual baseia-se na agitação de moléculas de um corpo, e a energia
térmica quando entra em trânsito é denominado de calor (GASPAR, 2014). A massa e
a composição química estão relacionadas à capacidade térmica e ao calor
específico, que são grandezas que indicam como um corpo recebe ou perde calor
(LIVRAMENTO, 2017). De acordo com Halliday e Resnick (2013), a capacidade
térmica se compara à quantidade de energia transferida para um corpo na forma de
calor em um processo qualquer com a sua variação de temperatura. O calor
específico relaciona a quantidade de calor fornecida à unidade de massa da
substância com a elevação da temperatura. Assim sendo, a mudança de temperatura
está diretamente relacionada à capacidade coligativa do fluido em questão. As
propriedades de uma solução dependem do número de partículas de um soluto em
dado volume, independente da natureza química desse soluto. De acordo com
Livramento (2017), quando deseja-se realizar um estudo deste levantamento de
dados sobre o comportamento dos materiais em relação a transferência de calor,
utiliza-se o equipamento calorímetro. Que é um recipiente termicamente isolado,
na qual evita que ocorra troca de calor entre o seu conteúdo e o meio externo.
Além disso, Wallas (1985) explica que essas mudanças de fases estão diretamente
ligadas aos componentes químicos de cada fluido. Diante disso, o objetivo do
presente trabalho é usar um calorímetro para realizar avaliação experimental
quantitativa da capacidade calorífica de fluido refrigerante e de água com sal
em diferentes temperaturas.
Material e métodos
Materiais utilizados: béquer de 250 mL, funil de vidro, pisseta para água, 1
calorímetro (250mL), 1 termômetro, Bico de Bunsen, Balança analítica, 100 mL de
água destilada, 15 g de NaCl e 40 mL de etilenglicol. O calor de reação (Q) foi
medido utilizando a equação 1. (Q=m.Cp. (T2-T1)). A temperatura foi registrada a
cada 10 segundos, para se ter leitura dos dados em função do tempo de agitação.
Os experimentos para cada aditivo foram feitos em triplicata para observar a
estabilidade da temperatura tanto no aquecimento, quanto no resfriamento. Foi
misturado água e os aditivos: cloreto de sódio (NaCl) e solução arrefecedora que
contém etilenoglicol. A solução foi aquecida até a sua temperatura estabilizar
por mais de 30 segundos. Ao estabilizar a temperatura, cessou o aquecimento.
Após atingir o ponto de ebulição, o fluido foi despejado no calorímetro, para
observar a estabilidade da temperatura no resfriamento. A massa do calorímetro e
da água foram medidas usando balança analítica. A primeira análise experimental
foi com água pura. Depois, avaliou-se água + sal em duas quantidades (5g e 10g
de sal). Então, avaliou-se a adição do fluido refrigerante (10mL e 30mL) à água.
O objetivo das análises foi observar a estabilidade das temperaturas de
aquecimento e resfriamento, as propriedades químicas e físicas ocorrendo na
transferência de calor e a efetuar do cálculo da capacidade térmica do
calorímetro nas soluções. Anotou-se a temperatura ambiente do calorímetro vazio
em equilíbrio térmico inicial, e então adicionou-se à solução em água na
temperatura em que era conhecida (ex: ebulição - 100°C), e aguardou-se o
equilíbrio térmico. Para determinar a massa da água, pesou-se o calorímetro
vazio e após a adição de água e aplicou-se a equação 2 da figura anexada.
Resultado e discussão
A Lei Zero da Termodinâmica, estabelece que quando dois corpos em temperaturas
diferentes são colocados em contato, o corpo de maior temperatura irá ceder
calor ao de menor temperatura, ou seja, a transferência de energia térmica
ocorrerá até que ambos atinjam a mesma temperatura, alcançando o equilíbrio
térmico (ATKINS, 2014). Nas análises, ao adicionar 5 e 10g de sal, o aquecimento
a temperatura da água se estabilizou com média de 130 segundos mais rápido do
que em água pura. Na adição de 5g de sal a água teve seu ponto de ebulição entre
101,8ºC à 103,2ºC, com a adição de 10g de sal o ponto de ebulição aumenta para
103ºC a 104,5ºC, em água pura essa variação foi de 100,7°C à 102,5°C. No
resfriamento com adição de 5 g de sal, a temperatura se manteve constante entre
87,6ºC à 89,9ºC. Já com a adição de 10 g de sal, a sua estabilidade foi entre
86,3ºC a 87,5ºC. Já nas análises com o fluido refrigerantes para motor de
automóveis ao adicionar 10 mL de aditivo, a solução teve a temperatura de
aquecimento estabilizada entre 101,2ºC à 102 ºC, e na adição de 30 mL, sua
temperatura estabilizou entre 101,8ºC à 102,8ºC. Sendo que com 10ml levou 490
segundos para estabilizar, e com 30mL foram 70 segundos a menos. Já no
resfriamento da solução no calorímetro, com a adição de 10mL de aditivo a
temperatura se estabilizou em torno de 87,1ºC e com 30mL de aditivo em torno de
90,3ºC. Tivemos a obtenção média da capacidade calorífica de água pura em
85,8Cal/ºC, com adição de 5g de sal em 110,47cal/ºC e com 10g em 115,9cal/ºC. Já
capacidade térmica das soluções com etilenoglicol foi calculada e obtivemos
111,6cal/°C com adição de 10mL, e com 30mL em 137,4cal/°C.
Conclusões
Ambas as soluções atingiram o ponto de ebulição em menor tempo ao aumentar a
concentração de aditivo. Isso ocorre pois ao formar a interação de pontes de
hidrogênio com a água, há o abaixamento de temperatura, dificultando a organização
das moléculas para a formação de sólidos, resultando em um ponto de resfriamento
menor, quando considerado as substâncias separadas. As capacidades térmicas do
calorímetro indicam que para cada grau que o calorímetro variar a temperatura,
logo, precisará de uma quantidade de caloria no processo, tirando essa energia da
sua composição interna.
Agradecimentos
Agradecemos a Keyla, Silvio e professor Murilo pelos utensílios para a realização
as analises, bem como o espaço fornecido, e a Gabriela e professora Maribel pelas
apontamentos e orientação.
Referências
ATKINS, P. W. -The Laws of Thermodynamics: A Very Short Introduction - Oxford University Press, 2014
LIVRAMENTO, G. Processo de apreensão de noções teóricas de calorimetria com materiais instrucionais desenvolvidos para a conversão de registros figurais em registros táteis: uma proposta metodológica. 69f. Trabalho de Conclusão de Curso. 2017.
GASPAR, A. Compreendendo a Física: Ondas, Óptica e termodinâmica. 2o ed. São Paulo, Ed. Ática, 2014.
HALLIDAY, D.; WALKER, J.; RESNICK R. Fundamentos de Física. 8. ed., Rio de Janeiro: LTC, 2009.
WALLAS, S. M. Phase equilibria in chermical engineering. Newton-MA. USA. Butterworth-Heinamann. 1985.
