Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11612/2870
Authors: Sobral, Dhayna Oliveira
metadata.dc.contributor.advisor: Agudelo, Lina María Grajales
Title: Simulação e construção de um protótipo em 3D do equilíbrio líquido-vapor de substâncias puras
Keywords: Superfície 𝑃𝑣𝑇 de substâncias puras;Ensino de termodinâmica;Equação de Estado de Peng-Robinson;Variáveis de Estado
Issue Date: 2020
Publisher: Universidade Federal do Tocantins
Citation: SOBRAL, Dhayna Oliveira. Simulação e construção de um protótipo em 3D do equilíbrio líquido-vapor de substâncias puras. 73f. Monografia (Graduação)- Engenharia de Alimentos, Universidade Federal do Tocantins, Palmas, 2020.
metadata.dc.description.resumo: A utilização de meios computacionais no ensino, para visualização dos diagramas de fases das substâncias puras é limitada a representações bidimensionais, restringindo a interpretação dos dados a duas variáveis (pressão e temperatura ou pressão e volume ou temperatura e volume). Isto dificulta o entendimento dos processos, uma vez que, por definição, a pressão pode ser determinada em função da temperatura e do volume relacionando as três variáveis simultaneamente. Assim, a análise de uma superfície 𝑃𝑣𝑇 é útil para mostrar as relações gerais entre as três fases da matéria a partir do estudo das propriedades da substância no estado de saturação, ponto crítico, dentre outras. Neste trabalho, foi construído um protótipo e feita uma simulação do diagrama tridimensional correspondente à relação 𝑃𝑣𝑇 das substâncias puras, aperfeiçoando a visualização e entendimento dos processos envolvidos para futura aplicação nas disciplinas de Termodinâmica I e II. Para isto, um protótipo foi esculpido sobre um cubo de gesso de 40cm de aresta com auxílio de um martelo e lâminas de aço. A superfície foi polida, lixada e pintada para dar os acabamentos similares aos do modelo 3D. Para a simulação da superfície 𝑃𝑣𝑇 várias Equações de Estado foram analisadas e a Equação de Peng-Robinson foi a que melhor representou a relação entre as propriedades da água pura. O Microsoft Excel foi utilizado como ferramenta, com suporte de dois suplementos: XSEOS e OCTOPUS, mostrando-se como alternativa viável para representação dos dados. Tanto os gráficos bidimensionais quanto as superfícies tridimensionais foram analisados e comparados com informações encontradas na literatura. Além do anterior, as análises possibilitaram o estudo do comportamento volumétrico das isotermas sendo o protótipo um auxiliar à análise integral da superfície 𝑃𝑣𝑇 esperada. Finalmente, foram realizadas algumas propostas para incorporar o protótipo e as rotinas de simulação desenvolvidas na metodologia de ensino das disciplinas de termodinâmica I e II do curso de engenharia de alimentos da UFT.
Abstract: The use of computational means in teaching, to view the phase diagrams of pure substances is limited to two-dimensional representations, restricting the interpretation of the data to two variables (pressure and temperature or pressure and volume or temperature and volume). This makes it difficult to understand the processes, since, by definition, pressure can be determined as a function of temperature and volume by relating the three variables simultaneously. Thus, the analysis of a 𝑃𝑣𝑇 surface is useful to show the general relationships between the three phases of matter from the study of the properties of the substance in the state of saturation, critical point, among others. In this work, a prototype was built and a simulation of the three dimensional diagram corresponding to the PvT relationship of pure substances was made, improving the visualization and understanding of the processes involved for future application in the disciplines of Thermodynamics I and II. For this, a prototype was sculpted on a plaster cube of 40cm edge with the aid of a hammer and steel blades. The surface was polished, sanded and painted to give finishes like those of the 3D model. For the surface simulation 𝑃𝑣𝑇 several State Equations were analyzed, and the Peng-Robinson Equation was the one that best represented the relationship between the properties of pure water. Microsoft Excel was used as a tool, with the support of two supplements: XSEOS and OCTOPUS, showing itself as a viable alternative for data representation. Both two-dimensional graphics and three-dimensionais surfaces were analyzed and compared with information found in the literature. In addition to the previous one, the analyzes made it possible to study the volumetric behavior of the isotherms, the prototype being an aid to the integral analysis of the expected 𝑃𝑣𝑇 surface. Finally, some proposals were made to incorporate the prototype and simulation routines developed in the teaching methodology of the thermodynamics I and II of the food engineering course at UFT.
URI: http://hdl.handle.net/11612/2870
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