Relatório 01 Levantamento Curva de Saturação

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Disciplina: Laboratório de Fenômenos de Transporte 
 
 
 
Levantamento da Curva de 
Saturação da Água 
 
 
Lucas de Campos Martins RA: 120774-5 
 Maria Júlia Xavier Belém RA: 126473-8 
 Milena Cristina Gutzlaff RA: 122468-2 
 Renata Damasceno Moreira RA: 126042-1 
 Wellington Oliveira RA: 126106-4 
 
 
 
 
Santa Bárbara d’Oeste - SP 
Fevereiro 2014 
 Faculdade Engenharia e Arquitetura – FEAU “Campus” Santa 
Bárbara d’Oeste 
 
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Resumo 
 
O termo temperatura de saturação designa a temperatura na qual ocorre a 
vaporização a uma dada pressão, e esta pressão é chamada de pressão de 
saturação para a dada temperatura. Para uma substância pura há uma relação 
definida entre a pressão de saturação e a temperatura de saturação. Este relatório 
apresenta experimentalmente a curva de saturação da água, na qual foi utilizado um 
conjunto, composto por um reservatório que contém água que será aquecida através 
de uma resistência elétrica, um medidor de pressão (manovacuômetro), medidor de 
temperatura (microvoltímetro) e uma ventoinha para forçar o resfriamento do 
sistema. Foi possível prever o comportamento da água dentro de um recipiente 
fechado, a partir do momento em que a substância começou a ser 
aquecida/resfriada. Utilizando medidores de pressão e temperatura, foram coletados 
dados que posteriormente foram utilizados para traçar a curva de saturação da 
água. Os resultados obtidos no experimento foram comparados com dados teóricos, 
com utilização de tabelas e gráficos. 
 
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1. Introdução 
Em uma caixa fechada contendo metade do volume em água e metade em ar, 
quando a água começa a evaporar, detecta-se um pequeno aumento na pressão do 
ar, como resultado do movimento das moléculas de vapor de água adicionadas ao ar 
pela pressão de vapor. Quanto mais moléculas escapam da superfície de água, a 
pressão de vapor no ar aumenta e estas moléculas retornam para o estado líquido. 
Eventualmente o número de moléculas de vapor retornando à superfície equilibrará 
o número das que a deixam. Neste ponto o ar está saturado. Se a temperatura da 
água for aumentada, contudo a energia cinética das moléculas aumenta e elas 
poderão escapar da superfície de água como vapor mais facilmente. Inicialmente a 
evaporação prevalece, mas eventualmente um novo estado de equilíbrio é atingido. 
Mas agora, numa temperatura mais alta que antes, a concentração de vapor d’água 
é maior de forma que a pressão de vapor de saturação é maior. Em outras palavras, 
em temperaturas maiores é necessário mais vapor d’água para atingir a saturação. 
Experimentalmente, teve-se a pressão em mmHg que posteriormente foi 
convertida em kPa para fins comparativos com a teoria. Para melhor coleta dos 
dados do experimento, o sistema foi aquecido até 123°C que corresponde a 1000 
mmHg e a partir disso disparado o cronômetro. O resfriamento do sistema aconteceu 
naturalmente até atingir 400 mmHg (111°C) e após essa temperatura o resfriamento 
foi forçado para acelerar o processo. Com todos os dados de temperatura e pressão 
obtidos no experimento foi traçado o gráfico de saturação da água. 
 
1.1. Justificativa 
Em muitas situações existem um equilíbrio de duas fases de uma mesma 
substância pura. Pode-se observar isso em uma caldeira e em um condensador de 
uma central térmica a vapor, onde existe uma mistura de vapor e de água líquida. 
Outro caso conhecido é o que acontece em uma serpentina do evaporador de um 
frigorífico, onde um fluido passa de líquido a vapor. 
A água, por ser uma substância muito comum, é utilizada para estudar os 
princípios básicos de suas alterações de estado. Para melhor compreender as 
mudanças de fases de uma substância pura, foi realizado um experimento tendo 
como objetivo, obter a curva de pressão de vapor e temperatura do vapor d’ água 
em um sistema fechado. 
 
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1.2. Objetivo 
Determinação da curva de pressão de vapor e temperatura do vapor d’água. 
 
2. Revisão Bibliográfica 
 
2.1. Propriedades de uma substância pura 
Uma substância pura é aquela que tem composição química invariável e 
homogênea. Pode existir em mais de uma fase, mas a composição química é a 
mesma em todas as fases. Assim, água líquida, uma mistura de água líquida e vapor 
d’água ou uma mistura de gelo e água líquida são todas substâncias pura, assim 
cada fase tem a mesma composição química. No entanto, uma mistura de ar líquido 
e gasoso não é uma substância pura, pois a composição da fase líquida é diferente 
daquela da fase gasosa. Uma mistura de gases, como o ar, é considerada uma 
substância pura, desde que não haja mudança de fase [1]. 
 
2.1. Equilíbrio de fases vapor-líquido em uma substância pura 
O equilíbrio vapor-líquido ocorre no interior de um sistema fechado, no qual não 
há fluxo de massa através das fronteiras que definem o sistema, podendo variar a 
pressão, a temperatura ou o volume, mantendo sempre o estado de equilíbrio [2,3]. 
No estado de equilíbrio líquido-vapor existe sempre uma associação entre a 
pressão e a temperatura do sistema em questão. 
Esse equilíbrio termodinâmico está relacionado com o movimento relativo das 
moléculas em relação à película (interface) que divide a fase líquida e a fase vapor. 
Por causa do efeito da temperatura, as moléculas movimentam-se aleatoriamente 
umas em relação às outras, e nas imediações da interface líquido-vapor não é 
diferente, de forma que a todo o momento há moléculas que atravessam a interface, 
tanto indo da fase líquido em direção à fase vapor como do vapor ao líquido. O 
equilíbrio líquido-vapor ocorre quando as taxas (isto é, a quantidade por unidade de 
tempo) das moléculas que atravessam a interface em um sentido (do líquido ao 
vapor) e no outro (do vapor ao líquido) se igualam [3]. 
Se o equilíbrio líquido-vapor se referir ao equilíbrio de uma substância pura, 
diz-se que a substância está saturada. 
 
 
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2.2. Propriedades independentes de uma substância pura 
O estado de uma substância pura simples compressível (substância pura na 
ausência de movimento, ação da gravidade e efeitos de superfície, magnéticos ou 
elétricos) é definido por duas propriedades independentes. 
Duas propriedades independentes, tais como pressão e volume específico, ou 
pressão e título, são requeridas para especificar um estado de saturação de uma 
substância pura. 
O estado do ar, que é uma mistura de gases de composição definida, é 
determinado pela especificação de duas propriedades, desde que permaneça na 
fase gasosa e desta forma pode ser tratado como uma substância pura [1]. 
 
2.3. Tabelas de propriedade termodinâmicas 
Existem tabelas de propriedades termodinâmicas de muitas substâncias e, em 
geral, todas elas são apresentadas com mesmo padrão, temperatura versus 
pressão. 
 
3. Metodologia 
A figura 1 apresenta o conjunto utilizado para realização do experimento. A 
figura 2 mostra medidores de pressão, temperatura e umidade relativa do ar.
 
Figura 1. Equipamentos utilizados no experimento Figura 2. Medidores de pressão, 
temperatura e umidade relativa do 
ar. 
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3.1. Materiais Utilizados 
 2 litros de água; 
 Manovacuômetro; 
 Termopar tipo T; 
 Microvoltímetro; 
 Resistência; Gelo; 
 Cronômetro. 
 
3.2. Métodos 
Para realizar o experimento, foi colocado no cilindro hermético dois litros de 
água, no qual estava ligado a uma resistência elétrica. Ligou-se a resistência para 
que a água fosse aquecida. Com o aquecimento, a água começou a liberar vapor. 
Em seguida manteve-se a saída superior aberta com a finalidade de expulsar o ar 
presente no cilindro hermético, para que reste somente vapor d’água. Após o ar ser 
purgado do interior do reservatório, a saída superior foi fechada e a resistência 
desligada. 
O conjunto apresentou uma pressão de 1000 mmHg indicada no 
manovacuômetro. Com a resistência desligada, consequentemente o sistema passa 
a perder calor, devido a redução de temperatura e de pressão. 
Os dados de pressão indicados no manovacuômetro, e de tensão indicados no 
microvoltímetro (que recebe o sinal do termopar referenciado no gelo a 0ºC), foram 
anotados a cada um minuto, usando um cronômetro. 
Ao chegar a uma pressão de 400 mmHg, uma ventoinha foi acionada para 
forçar o resfriamento do sistema, pois no começo do processo (a 123 ºC) o 
resfriamento é mais rápido e ao chegar a 111ºC o processo é mais lento. Com o 
acionamento da ventoinha as características da água não se alteram. O resfriamento 
forçado foi mantido até que atinja uma pressão de -200 mmHg. 
Com os dados obtidos no experimento foi possível traçar posteriormente a 
curva de equilíbrio líquido-vapor. 
Para melhor análise comparou-se os valores de pressão teórica e 
experimental. No entanto, foi necessária a conversão dos valores práticos em 
pressão absoluta. 
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A figura 3 mostra esquematicamente o sistema utilizado para a realização do 
experimento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3. Esquema do equipamento utilizado no experimento. Adaptado de [4]. 
 
 
3.3. Equacionamento 
A partir da equação 1 foi realizado a conversão de pressão de mmHg em kPa. 
 (
 
 
) Eq. 1 
X = indica pressão em mmHg experimental 
Y = indica pressão no Sistema Internacional de Medidas 
Z = indica pressão em mmHg no Sistema Internacional de Medidas 
 
 A partir da equação 2 foi realizado a conversão de pressão manométrica em 
pressão absoluta para fins comparativos com a teoria. 
[ (
 
 
)] Eq. 2 
 
Os dados de pressão atmosférica utilizado para fazer as conversões das 
equações 1e 2 são apresentados na tabela 2. 
 
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Tabela 2. Tabela com dados obtidos através de medidores de pressão (figura 2). 
 
Temperatura do ar 29 C 
Pressão Atmosférica 727 mmHg 96,925 kPa 
Umidade Relativa do Ar 65% 
 
A partir da equação 3, calculou-se o erro percentual das pressões práticas e 
teóricas 
100(%) 


teóricoValor
práticoValorteóricoValor
Erro
 Eq. 3 
 
4. Resultados e Discussões 
 Os dados obtidos no experimento estão expressos na tabela 3, em que 
a temperatura em microvoltímetro e a pressão em mmHg foram convertidos 
respectivamente em graus Celsius e KPa. 
 Tabela 3. Dados obtidos experimentalmente 
 
Tempo Temperatura Pressão 
(minutos) (mv) ºC (mmHg) (kPa) 
0 5,37 123 1000 230,25 
1 5,34 122 923 219,98 
2 5,29 121 882 214,52 
3 5,25 120 840 208,92 
4 5,21 120 799 203,45 
5 5,16 119 761 198,38 
6 5,13 118 722 193,18 
7 5,09 117 686 188,38 
8 5,05 116 652 183,85 
9 5,01 115 617 179,18 
10 4,98 115 586 175,05 
11 4,94 114 553 170,65 
12 4,91 113 522 166,52 
13 4,87 113 492 162,52 
14 4,84 112 434 154,79 
15 4,80 111 405 150,92 
16 4,77 110 307 137,85 
17 4,66 108 194 122,79 
18 4,49 104 91 109,06 
19 4,34 101 8 97,99 
20 4,20 98 -70 87,59 
21 4,06 95 -134 79,06 
22 3,92 92 -190 71,59 
23 3,80 90 -190 71,59 
24 3,76 89 -200 70,26 
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9 
 
80 90 100 110 120 130
50
100
150
200
250
Temperatura [ºC] 
P s
at
 [k
Pa
]
80 90 100 110 120 130
50
100
150
200
250
Temperatura [ºC] 
P
re
ss
ão
 [k
P
a]
 Com os dados de temperatura experimental apresentados na tabela 3 e com 
os seus respectivos valores de pressão teórica termodinâmica, traçou-se o gráfico 
(figura 4) para obtenção da curva de saturação da água. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4. Gráfico de Pressão x Temperatura utilizando dados teóricos (EES). 
 
Com os dados experimentais de pressão e temperatura, traçou-se o gráfico 
(figura 5) da curva de saturação da água. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5. Gráfico Pressão x Temperatura utilizando os dados coletados durante o 
procedimento experimental. 
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10 
 
50 100 150 200 250
50
100
150
200
250
Pprático [kPa] 
P
te
ór
ic
o 
[k
P
a]
Para comparação de valores teóricos com os valores práticos, traçou-se o 
gráfico (figura 6). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6. Gráfico de Pressãoteórico x Pressãoprático. 
Analisando a figura 5, observou-se que a curva de saturação da água está 
próxima a curva de saturação da água da teoria. (figura 4). E no momento em que 
acionou a ventoinha para acelerar o processo de resfriamento, notou-se uma menor 
aproximação das curvas, pois ao forçar o resfriamento da água o erro percentual 
aumentou do que quando a água foi resfriada naturalmente. 
Analisando a figura 6, no qual apresenta a pressão teórica versus prática, nota-
se que, quanto mais próximo o valor da pressão prática fica em relação à pressão 
teórica, a linha do gráfico tende a uma linearidade. 
A tabela 4 apresenta os erros percentuais de cada pressão. 
 
Tabela 4. Dados obtidos experimentalmente e calculados. 
Temperatura 
[°C] 
Pressão Teórica 
[kPa] 
Pressão Experimental 
[kPa] 
Erro 
[%] 
123 218,1 230,25 5,57 
122 211,4 219,98 4,06 
121 204,9 214,52 4,69 
120 198,5 208,92 5,25 
120 198,5 203,45 2,49 
119 192,3 198,38 3,16 
118 186,2 193,18 3,75 
117 180,3 188,38 4,48 
116 174,6 183,85 5,30 
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11 
 
115 169 179,18 6,02 
115 169 175,05 3,58 
114 163,6 170,65 4,31 
113 158,3 166,52 5,19 
113 158,3 162,52 2,67 
112 153,1 154,79 1,10 
111 148,1 150,92 1,90 
110 143,2 137,85 3,74 
108 133,9 122,79 8,30 
104 116,7 109,06 6,55 
101 105 97,99 6,68 
98 94,3 87,59 7,12 
95 84,53 79,06 6,47 
92 75,61 71,59 5,32 
90 70,12 71,59 2,10 
89 67,5 70,26 4,09 
 
5. Conclusão 
De acordo com o objetivo do procedimento experimental, foi possível através 
dos dados experimentais fazer o levantamento da curva de pressão de vapor e de 
temperatura do vapor d’água. 
Pode-se concluir que ao utilizar os dados experimentais devidamente tratados 
obteve-se uma curva experimental próxima à curva teórica, apesar do resfriamento 
ter sido forçado. 
 
6. Referências Bibliográficas 
[1] VAN WYLLEN,G. J., SONNTAG,R.E., BORGNAKKE, C., Fundamentos da 
Termodinâmica Clássica-4ªEd.,São Paulo: Edgard Blücher, 1998. 
[2] Termodinâmica - Conceitos fundamentais. Disponível em 
<www.tecnicodepetroleo. 
ufpr.br/apostilas/engenheiro_do_petroleo/termodinamica.pdf> Acesso em 25 
de Fev. 2014. 
[3] Unidade 4 –Destilação 
<http://livresaber.sead.ufscar.br:8080/jspui/bitstream/1234567 
89/1912/2/Unidade%204_Texto_Destila%C3%A7%C3%A3o.pdf>Acesso em 
25 Fev. 2014. 
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[4] NICOLAU,V.P., LEHMKUHL,W.A., NETO,B.C. Levantamento da curva de 
pressão de vapor da água–Experimento Didático. In: CONGRESSO 
BRASILEIRO DE ENGENHARIA MECÂNICA (COBEM), BAURÚ – SP, 1996.