Análise comparativa de fervura em recipiente metálico e recipiente vítreo / Comparative analysis of boiling in metal container and glass container

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 9, p.64941-64948 ,sep. 2020. ISSN 2525-8761

Análise comparativa de fervura em recipiente metálico e recipiente vítreo

Comparative analysis of boiling in metal container and glass container

DOI:10.34117/bjdv6n9-070

Recebimento dos originais: 08/08/2020 Aceitação para publicação: 03/09/2020

Levy Galas Jacob

Graduando em Engenharia mecânica pela Universidade de Fortaleza Instituição: Universidade de Fortaleza (UNIFOR)

Endereço: Rua Osvaldo Cruz, 1170, Ap 11- Meireles, Fortaleza – CE, Brasil - 60125150 E-mail: levygjacob@gmail.com

João Batista Furlan Duarte

Doutor em Física pela Universidade Federal do Ceará Instituição: Universidade de Fortaleza (UNIFOR)

Endereço: Av. Washington Soares, 1321, Edson Queiroz, Fortaleza, Ceará, 60811905 E-mail: furlan@unifor.br

Edson Augusto Soares Lopes

Endereço: Av. Rui Barbosa, 1450 - apto 1301 - Meireles, Fortaleza - CE, Brasil E-mail: edsonaslopes@gmail.com

Ricardo Gomes Félix Júnior

Endereço: Rua Luiza Miranda Coelho 703, Fortaleza – CE, Brasil E-mail: ricardo.felix@edu.unifor.br

Claudio Matheus Silva Lobato Ferreira

Endereço: Av Lineu Machado 1140, joquei clube, Fortaleza – CE, Brasil - 60520102 E-mail: claudiomatheus@gmail.com

Romário Nogueira Monteiro

Graduando em Engenharia de Produção pela Universidade de Fortaleza Instituição: Universidade de Fortaleza(UNIFOR)

Endereço: Rua Rio da Prata, 208, José de Alencar, Fortaleza-Ceará Cep: 60830535 E-mail: romarioengprod@edu.unifor.br

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 9, p.64941-64948 ,sep. 2020. ISSN 2525-8761 RESUMO

O objetivo deste trabalho é detalhar e comparar o processo de ebulição, destacando como ele é afetado pelo material em que a fervura ocorre e reforçando que a água não ferve apenas a 100 ° C, como amplamente acreditado pela população em geral. Os testes foram realizados usando uma panela de ferro revestida com Teflon, uma proveta de capacidade de 1L, um fogão Samoa Esmaltec de seis queimadores, um multímetro Minipa ET-2082C e um fio de termopar cobre-constantan. Todos os testes foram feitos no mesmo queimador do fogão, com uma potência média de 1,45 kW; a análise mostra que o fluido atingiu 101.666 ° C em 25 minutos quando fervido em vidro e 96.666 ° C em 12 minutos quando cozido em um recipiente metálico. Além disso, por causa do revestimento de teflon quando fervido usando o metal, houve maior formação de bolhas e uma maior perda de volume de líquido no final da fervura.

Palavras-chave: ABSTRACT

The purpose of this paper is to detail and compare the boiling process, highlighting how it is affected by the material in which the boiling occurs and reinforce that the water does not boil only at 100°C as largely believed by the general population. The tests were performed using an iron pan coated with Teflon, a 1L capacity beaker, a six-burners Samoa Esmaltec cooker, a Minipa ET-2082C multimeter and a copper-constantan thermocouple wire. All the tests were made in the same burner of the stove, with a average power of 1.45 kW; the analysis shows that the fluid reached 101.666 °C in 25 minutes when boiled in glass and 96.666 °C in 12 minutes when boiled in a metallic container. Also, because of the teflon coating when boiled using the metallic vassel, there were higher amouts of bubbles formation and a higher loss of

liquid volume at the end of the boiling. Keywords:

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 9, p.64941-64948 ,sep. 2020. ISSN 2525-8761 1 INTRODUÇÃO

Desde as nossas primeiras aulas de física na escola um dado que nos é exposto como certo é o ponto de ebulição da água. Ele é usado como referência ao estudar química, as escalas de temperatura (100°C, 373 K, 80°R etc...), termodinâmica, entre outros. Assume-se que a temperatura de ebulição só varia ao variar a pressão na qual se encontra o líquido.

Empiricamente, sabe-se que diversos fatores influenciam no processo de ebulição da água, como: concentração de sais dissolvidos neste, velocidade do aquecimento, altitude e pressão atmosférica nos quais o líquido se encontra, nível de aeração do fluido e o material do recipiente no qual a ebulição está ocorrendo. (Marcet, 1842)

No século XIX, Louis Joseph Gay-Lussac realizou experimentos onde ele analisava as diferenças de temperatura ebulição da água em recipientes de diferentes materiais. Nesse experimento ele chegou à conclusão que a ebulição está relacionada diretamente com as forças intermoleculares entre o fluido e a parede do recipiente ao qual foi alocado o fluido, entre outros fatores. Assim como Louis Joseph Gay-Lussac, outros cientistas também dedicaram suas vidas ao estudo da ebulição, como o Jean-André de Luc, que estudou a relação entre o grau de aeração da água e a temperatura de ebulição desta. Neste artigo se busca detalhar a comparação da ebulição em diferentes recipientes. (Chang, 2004).

Este artigo é baseado em um artigo do mesmo autor, porém extendendo o ensaio a o dobro do volume de líquido a ser fervido, com o objetivo de traçar projeções para dados de volumes maiores de água nesta comparação.

2 MATERIAIS UTILIZADOS PARA A REALIZAÇÃO DO ENSAIO

Para os experimentos foi usada uma panela de ferro(de mesmas características e especificações da panela usada no artigo anterior, porém com capacidade maior), um becker com capacidade de 2L, um fogão Esmaltec modelo Samoa de seis bocas, um multímetro Minipa ET-2082C, um conjunto de termopares cobre-constantan, uma haste de metal e uma proveta com capacidade de 2 L e água.

3 METODOLOGIA

Todos os testes foram realizados no menor queimador do fogão, com potencia de 1,45kW ( NBR 13932, 1997) com o menor fluxo de gás permitido pelo regulador do queimador; 2L de água foi medido na proveta e transferido para o recipiente de fervura; o termopar foi posicionado no centro do volume líquido e ligado ao multímetro para a medição de temperatura. As temperaturas

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foram anotadas a cada minuto até 3 medidas após sua estabilização(quando se define a fervura plena, pois só o calor latente se manifesta). Após o resfriamento da água foi medido seu volume remanescente. Foram feitos três testes em cada recipiente e tiradas as médias de todas as variáveis do processo de fervura que foram listados em uma planilha no software Excel. Após o registro dos dados foi feita a análise destes, calculadas as médias de temperatura e foi elaborado um gráfico comparativo.

Imagem 1 – teste de fervura em recipiente metálico

Fonte: O Autor

Imagem 2 – teste de fervura em recipiente vítreo

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 9, p.64941-64948 ,sep. 2020. ISSN 2525-8761 4 RESULTADOS

Após os testes com o dobro do volume de líquido, pode-se observar que a água continuou a atingir temperaturas maiores quando fervida em vidro (103,333°C). Esta, porém atingiu ebulição plena em média dois minutos mais rápido(ao invés de uma diferença de, porém a uma temperatura menor (95,333°C), quando fervida em recipiente metálico. Para chegar à ebulição plena, a água levou em média 29 minutos em recipiente metálico e 31 minutos em recipiente vítreo. Houve evaporação média de 293,333 gramas de água nos testes em vaso metálico e 201,666 gramas de água no teste em recipiente de vidro.

Imagem 3 – gráfico de fervura da água

Fonte: O Autor

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 9, p.64941-64948 ,sep. 2020. ISSN 2525-8761 Imagem 4 – dados comparativos da fervura

Fonte: O Autor 5 CONCLUSÃO

Por possuir um ponto de ebulição dependente, entre outros fatores, do material do recipiente em que se encontra, podemos assim, justificar diferentes materiais para diferentes usos da água, ou solução desta. Por exemplo: se faz mais usual para a indústria farmacêutica o uso de reatores de parede cerâmica ou vítrea, pois através do uso deste material é mais preciso o controle da temperatura da mistura ao longo do tempo e se obtem um controle maior do processo, visto que a variação de temperatura é mais uniforme. Já em um recipiente metálico a ebulição é mais rápida, porém se alcança uma temperatura menor. Deve-se também ter em mente a influencia do revestimento teflon aplicado em, por exemplo, panelas. O teflon é uma substancia altamente hidrorepelente, o revestimento do recipiente metálico com este faz com que haja menos forças intermoleculares entre o liquido e a parede do recipiente, diminuindo assim a temperatura de

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ebulição, propicia o aumento da quantidade de bolhas e ocorre uma maior evaporação da água. (Jacob, et. All, 2018)

Era esperado que houvesse um comportamento mais aproximado do que se teve ao se ferver 1L de agua no artigo de JACOB, 2018. Usando o dobro do volume de líquido ocorreu uma estabilização do processo, o que aproximou os tempos destes. Porém, percebeu-se uma diferença de temperatura maior (o intervalo passou de 101,666°C no vidro para 103.333°C e em recipiente metálico de 96,666°C para 95.333°C). O ensaio foi realizado em condições muito similares ao ensaio realizado para o artigo citado.

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 9, p.64941-64948 ,sep. 2020. ISSN 2525-8761 REFERÊNCIAS

JACOB, L; LOPES, E; FELIX R; LOBATO, C; FURLAN, J. Boiling comparative analysis in metallic container and vitreous container. Águas de lindóia-SP: Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering - ENCIT 2018

Çengel, Yunus, 2009. Heat and mass transfer . McGraw-Hill, 3 rd edition.

H. Chang., 2004. Inventing Temperature: Measurement and Scientific Progress . Oxford University Press.

Harper, Charles A., 2003. Petrie Edward M. Plastics Materials and Process: A Concise Encyclopedia . Hoboken: John Wiley & Sons, Inc.

Marcet, F., 1842. “ Recherches sur Certaines Circonstances qui Influent sur la Temperature du Point D’ebullition des Liquides ”

McCann, S.W., Oct. 1935. The History, Development and Manufacture of Glass Lined Steel Equipment for the Brewing and Kindred Industries .