O que é pressão – Física – Definição

O que é pressão

Pressão é uma medida da força exercida por unidade de área nos limites de uma substância. A unidade padrão de pressão no sistema SI é o Newton por metro quadrado ou pascal (Pa) . Matematicamente:

p = F / A

Onde

• p é a pressão
• F é a força normal
• A é a área do limite

Pascal é definido como a força de 1N exercida na área da unidade.

• 1 Pascal = 1 N / m ²

Balanças de pressão – Unidades de pressão

Pascal – Unidade de Pressão

Como foi discutido, a unidade SI de pressão e estresse é o pascal .

• 1 pascal 1 N / m ² = 1 kg / (ms ² )

Pascal é definido como um newton por metro quadrado. No entanto, para a maioria dos problemas de engenharia, é uma unidade relativamente pequena, portanto, é conveniente trabalhar com múltiplos do pascal: o kPa , a barra e o MPa .

• 1 MPa 10 ⁶ N / m ²
• 1 bar 10 ⁵ N / m ²
• 1 kPa 10 ³ N / m ²

A unidade de medida denominada atmosfera padrão ( atm ) é definida como:

• 1 atm = 101,33 kPa

A atmosfera padrão aproxima-se da pressão média ao nível do mar na latitude de 45 ° N. Observe que há uma diferença entre a atmosfera padrão (atm) e a atmosfera técnica (em).

Uma atmosfera técnica é uma unidade de pressão não SI igual a um quilograma-força por centímetro quadrado.

• 1 a = 98,67 kPa

Libras por polegada quadrada – psi

A unidade padrão no sistema inglês é a libra-força por polegada quadrada (psi) . É a pressão resultante de uma força de uma libra-força aplicada a uma área de uma polegada quadrada.

• 1 psi 1 lbf / in ² = 4,45 N / (0,0254 m) ² ≈ 6895 kg / m ²

Portanto, uma libra por polegada quadrada é aproximadamente 6895 Pa.

A unidade de medida denominada atmosfera padrão (atm) é definida como:

• 1 atm = 14,7 psi

A atmosfera padrão aproxima-se da pressão média ao nível do mar na latitude de 45 ° N. Observe que há uma diferença entre a atmosfera padrão (atm) e a atmosfera técnica (em).

Uma atmosfera técnica é uma unidade de pressão não SI igual a um quilograma-força por centímetro quadrado.

• 1 a = 14,2 psi

Bar – Unidade de Pressão

A barra é uma unidade métrica de pressão . Não faz parte do Sistema Internacional de Unidades (SI). A barra é comumente usada na indústria e na meteorologia , e um instrumento usado na meteorologia para medir a pressão atmosférica é chamado barômetro.

Uma barra é exatamente igual a 100 000 Pa e é ligeiramente menor que a pressão atmosférica média na Terra ao nível do mar ( 1 bar = 0,9869 atm). A pressão atmosférica é geralmente dada em milibares, onde a pressão padrão do nível do mar é definida como 1013 mbar, 1,013 bar ou 101,3 (kPa).

Às vezes, “Bar (a)” e “bara” são usados ​​para indicar pressões absolutas e “bar (g)” e “barg” para pressões de manômetro.

Pressão absoluta vs. pressão manométrica

A pressão como discutido acima é chamada pressão absoluta . Frequentemente, será importante distinguir entre pressão absoluta e pressão manométrica . Neste artigo, o termo pressão refere-se à pressão absoluta, a menos que seja explicitamente indicado o contrário. Porém, na engenharia, geralmente lidamos com pressões medidas por alguns dispositivos. Embora pressões absolutas devam ser usadas em relações termodinâmicas, os dispositivos de medição de pressão geralmente indicam a diferença entre a pressão absoluta em um sistema e a pressão absoluta da atmosfera existente fora do dispositivo de medição. Eles medem a pressão do manômetro .

• Pressão absoluta. Quando a pressão é medida em relação a um vácuo perfeito, é chamada pressão absoluta (psia). Libras por polegada quadrada absoluta (psia) são usadas para deixar claro que a pressão é relativa ao vácuo e não à pressão atmosférica ambiente. Como a pressão atmosférica ao nível do mar é de cerca de 101,3 kPa (14,7 psi), isso será adicionado a qualquer leitura de pressão feita no ar ao nível do mar.
• Pressão manométrica. Quando a pressão é medida em relação à pressão atmosférica (14,7 psi), é chamada pressão manométrica (psig). O termo pressão manométrica é aplicado quando a pressão no sistema é maior que a pressão atmosférica local, p _atm . A última escala de pressão foi desenvolvida porque quase todos os manômetros registram zero quando abertos para a atmosfera. As pressões do manômetro são positivas se estiverem acima da pressão atmosférica e negativas se estiverem abaixo da pressão atmosférica.

p _gauge = p _absoluto – p _{absoluto; atm}

• Pressão atmosférica. Pressão atmosférica é a pressão no ar circundante na – ou “próximo” da – superfície da terra. A pressão atmosférica varia com a temperatura e a altitude acima do nível do mar. A pressão atmosférica padrão aproxima-se da pressão média ao nível do mar na latitude de 45 ° N. A pressão atmosférica padrão é definida ao nível do mar a 273 ^o K (0 ^o C) e é:
  • 101325 Pa
  • 1.01325 bar
  • 14.696 psi
  • 760 mmHg
  • 760 torr
• Pressão negativa do manômetro – Pressão de vácuo. Quando a pressão atmosférica local é maior que a pressão no sistema, o termo pressão de vácuo é usado. Um vácuo perfeito corresponderia à pressão zero absoluta. Certamente é possível ter uma pressão manométrica negativa, mas não é possível ter uma pressão absoluta negativa. Por exemplo, uma pressão absoluta de 80 kPa pode ser descrita como uma pressão manométrica de -21 kPa (ou seja, 21 kPa abaixo de uma pressão atmosférica de 101 kPa).

p _vácuo = p _{absoluto; atm} – p _absoluto

Por exemplo, um pneu de carro bombeado até 2,5 atm (36,75 psig) acima da pressão atmosférica local (digamos 1 atm ou 14,7 psia localmente), terá uma pressão absoluta de 2,5 + 1 = 3,5 atm (36,75 + 14,7 = 51,45 psia ou 36,75 psig).

Por outro lado, as turbinas a vapor de condensação  (em usinas nucleares ) descarregam o vapor a uma pressão bem abaixo da atmosférica (por exemplo, a 0,08 bar ou 8 kPa ou 1,16 psia) e em um estado parcialmente condensado. Em unidades relativas, é uma pressão manométrica negativa de cerca de – 0,92 bar, – 92 kPa ou – 13,54 psig.

Lei do gás ideal

Qualquer equação que relacione a pressão, a temperatura e o volume específico de uma substância é chamada de equação de estado . A equação de estado mais simples e mais conhecida para substâncias na fase gasosa é a equação de estado do gás ideal . Foi declarado pela primeira vez por Émile Clapeyron em 1834 como uma combinação da lei empírica de Boyle, da lei de Charles e da lei de Avogadro. Esta equação prevê o comportamento pvT de um gás com bastante precisão para gases diluídos ou de baixa pressão. Num gás ideal, as moléculas não têm volume e não interagem. De acordo com a lei ideal dos gases, a pressão varia linearmente com a temperatura e a quantidade e inversamente com o volume .

pV = nRT

Onde:

• p é a pressão absoluta do gás
• n é a quantidade de substância
• T é a temperatura absoluta
• V é o volume
• R  é a constante de gás ideal, ou universal,igual ao produto da constante de Boltzmann e da constante de Avogadro,

Nesta equação, o símbolo R é uma constante chamada constante universal de gás que tem o mesmo valor para todos os gases – ou seja, R = 8,31 J / mol K.

O poder da lei do gás ideal está em sua simplicidade . Quando quaisquer duas das variáveis ​​termodinâmicas, p, ve T são dadas , a terceira pode ser facilmente encontrada. Um gás ideal é definido como aquele em que todas as colisões entre átomos ou moléculas são perfeitamente elásticas e nas quais não há forças de atração intermoleculares. Um gás ideal pode ser visualizado como uma coleção de esferas perfeitamente duras que colidem, mas que de outra forma não interagem umas com as outras. Na realidade, nenhum gás real é como um gás ideal e, portanto, nenhum gás real segue completamente a lei ou a equação do gás ideal. Em temperaturas próximas ao ponto de ebulição dos gases, o aumento da pressão causa a condensação e diminui drasticamente o volume. Em pressões muito altas, as forças intermoleculares de um gás são significativas. No entanto, a maioria dos gases está de acordo aproximado a pressões e temperaturas acima do seu ponto de ebulição.

Pressões típicas em engenharia – Exemplos

O pascal (Pa) como uma unidade de medida de pressão é amplamente utilizado em todo o mundo e substituiu amplamente a unidade de libras por polegada quadrada (psi) , exceto em alguns países que ainda usam o sistema de medição imperial, incluindo os Estados Unidos. Para a maioria dos problemas de engenharia, o pascal (Pa) é uma unidade relativamente pequena, portanto, é conveniente trabalhar com múltiplos do pascal: o kPa, o MPa ou a barra. A lista a seguir resume alguns exemplos:

• Normalmente, a maioria das usinas nucleares opera turbinas a vapor de condensação de vários estágios . Essas turbinas descarregam vapor a uma pressão bem abaixo da atmosférica (por exemplo, 0,08 bar ou 8 kPa ou 1,16 psia) e em um estado parcialmente condensado. Em unidades relativas, é uma pressão manométrica negativa de cerca de – 0,92 bar, – 92 kPa ou – 13,54 psig.
• A pressão atmosférica padrão aproxima-se da pressão média ao nível do mar na latitude de 45 ° N. A pressão atmosférica padrão é definida ao nível do mar a 273 ^o K (0 ^o C) e é:
  • 101325 Pa
  • 1.01325 bar
  • 14.696 psi
  • 760 mmHg
  • 760 torr
• A sobrepressão de pneus de carro é de cerca de 2,5 bar, 0,25 MPa ou 36 psig.
• Caldeira de tubos de incêndio para locomotivas a vapor: 150–250 psig
• Um estágio de alta pressão da turbina a vapor de condensação na usina nuclear opera em estado estacionário com condições de entrada de 6 MPa (60 bar ou 870 psig), t = 275,6 ° C, x = 1
• Um reator de água fervente é resfriado e moderado por água como um PWR, mas a uma pressão mais baixa (por exemplo, 7MPa, 70 bar ou 1015 psig), que permite que a água ferva dentro do vaso de pressão produzindo o vapor que aciona as turbinas.
• Os reatores de água pressurizada são resfriados e moderados por água líquida de alta pressão (por exemplo, 16MPa, 160 bar ou 2320 psig). A essa pressão, a água ferve a aproximadamente 350 ° C (662 ° F), o que fornece margem de sub-resfriamento de cerca de 25 ° C.
• O reator de água supercrítico (SCWR) é operado a pressão supercrítica . O termo supercrítico neste contexto refere-se ao ponto crítico termodinâmico da água (T _CR = 374 ° C; p _CR = 22,1 MPa)
• Injeção direta de combustível em trilho comum: em motores a diesel, ele possui um trilho de combustível de alta pressão (acima de 1 000 bar ou 100 MPa ou 14500 psi).

Perda de pressão – Fluidos

Resumo de: Perda de Cabeça – Perda de Pressão

• Perda de carga ou perda de pressão  são a redução na carga total (soma da cabeça potencial , cabeça de velocidade , e cabeça de pressão ) de um fluido causado pelo atrito presente no movimento do fluido.
• Perda de carga e perda de pressão representam o mesmo fenômeno – perdas por atrito em tubulações e perdas em componentes hidráulicos, mas são expressas em unidades diferentes .
• A perda de carga do sistema hidráulico é dividida em duas categorias principais :
  • Perda de Cabeça Maior – devido ao atrito em tubos retos
  • Menor perda de carga – devido a componentes como válvulas, curvas…

• 

  A equação de Darcy pode ser usada para calcular grandes perdas .

• Uma forma especial da equação de Darcy pode ser usada para calcular pequenas perdas .
• O fator de atrito para o fluxo de fluido pode ser determinado usando um gráfico Moody .
• O fator de atrito  para o fluxo laminar é independente da rugosidade da superfície interna do tubo. f = 64 / Re
• O fator de atrito  para escoamento turbulento  depende fortemente da rugosidade relativa. É determinado pela equação de Colebrook. Deve-se notar que, em números muito grandes de Reynolds , o fator de atrito é independente do número de Reynolds.

• As perdas menores são aproximadamente proporcional ao quadrado da taxa de fluxo e, portanto, eles podem ser facilmente integrados na equação de Darcy-Weisbach através de coeficiente de resistência K .
• Como uma perda de pressão local, a aceleração do fluido em um canal aquecido também pode ser considerada.

Pressão crítica da água

Na pressão, que é  maior que a pressão crítica, a   água está em um estado especial, conhecido como estado de fluido supercrítico . Um fluido supercrítico é um fluido que está sob pressões mais altas que seus valores críticos termodinâmicos. Nas pressões críticas e supercríticas, um fluido é considerado uma substância monofásica, apesar de todas as propriedades termofísicas sofrerem alterações significativas nas regiões críticas e pseudocríticas.

Para a água, os parâmetros críticos são os seguintes:

• P _cr = 22,09 MPa
• T _cr = 374,14 ° C (ou 647,3 K)
• v _cr = 0,003155 m3 / kg
• u _f = u _g = 2014 kJ / kg
• h _f = h _g = 2084 kJ / kg
• s _f = s _g = 4,406 kJ / kg K

Veja também: Ponto crítico da água

Veja também: Fluido supercrítico