Tipos de Pressão Estática Atmosférica Relativa e Absoluta com Exercício Resolvidos-2023-1

1 2 Tipos de pressão estática: atmosférica, relativa e absoluta Pressão atmosférica (patm)  Causada pelo peso da coluna de ar atmosférico sobre determinado local de medição. Como o peso depende da massa específica e esta grandeza varia com a temperatura e com a própria pressão, a pressão atmosférica em dado local costuma não ser constante.  É medida com um Barômetro.  O valor da “atmosfera padrão”, 1 atm, equivale a patm = 101,3 kPa e está associado à pressão atmosférica de referência ao nível do mar. Pressão relativa ou pressão manométrica (pm ou pr)  Qualquer pressão medida (ou expressa) em relação à pressão atmosférica.  Pode ser positiva ou negativa, representando um adicional ou um deficit de pressão em relação a patm. Também pode ser nula. É o único tipo de pressão que admite valores negativos, os quais indicam vácuo parcial.  É medida com um Manômetro. Pressão absoluta (pabs)  Soma das pressões atmosférica e relativa, ou seja: pabs = patm + pm  Seu valor nulo está associado ao conceito de vácuo absoluto (total ausência de matéria). 3 Unidades de pressão Pa = Pascal hPa = hectoPascal kPa = kiloPascal atm = atmosfera padrão física at = atmosfera técnica mmHg = milímetro de coluna de mercúrio mH2O = metro de coluna de água (m.c.a.) mbar = milibar psi = libra-força por polegada quadrada (pound per square inch) kgf.cm-2 = kilograma-força por centímetro quadrado (kgf = kp) Torr = Torricelli Fatores de conversão 1 Pa = 1 N.m-2 (S.I.) 1 hPa = 100 Pa 1 kPa = 1000 Pa 1 atm = 101,3 kPa 1 atm = 1,033 at 1 atm = 760 mmHg 1 atm = 10,33 mH2O 1 atm = 1013 mbar 1 atm = 14,70 psi 1 atm = 1,033 kgf.cm-2 1 Tor = 1 mmHg 2 4 Hidrostática  Estudo dos fluidos em repouso.  Condição na qual um fluido está sujeito somente aos efeitos de seu peso próprio  esforços normais. O peso é um tipo de força de campo.  Sem escoamento  sem esforços tangenciais.  Estudam-se os efeitos sobre superfícies sólidas, como paredes de recipientes e corpos flutuantes ou submersos.  Conceitos fundamentais: postulados de Arquimedes, teorema de Stevin, princípio de Pascal, consideração do meio contínuo (sugere-se estudo assíncrono mais detalhado – teoria e deduções de equações). Neste início de Cap.2, o enfoque está em:  Em um fluido em repouso, a pressão estática sobre uma superfície situada a dada profundidade se deve ao peso da coluna desse fluido que se encontra acima de tal área (coluna real ou projetada, incidência perpendicular).  Pontos situados à mesma elevação, no mesmo recipiente e mesmo fluido têm a mesma pressão (independentemente da forma do recipiente).  Em um fluido em repouso, a pressão se distribui igualmente em todas as direções. Com isso, é uniforme (isotrópica) a distribuição de pressões ao redor de um ponto qualquer desse fluido. 5  Considere um recipente cilíndrico contendo um líquido e aberto para a atmosfera, conforme ilustrado abaixo. Note que a pressão estática relativa no fundo do recipiente pode ser calculada multiplicando-se o peso específico desse líquido pela profundidade. H H p A gAH p AH V V m V m A mg p            Em que: p = pressão estática (Pa) m = massa do líquido (kg) g = aceleração devido à gravidade (m.s-2) A = área do fundo do recipiente (m2)  = massa específica do líquido (kg.m-3) V = volume do líquido (m3)  = peso específico do líquido (N.m-3) H = profundidade (m) h = eixo coordenado vertical apontado para baixo (origem na superfície livre) h A ,  g 3 6 2  Considere os pontos 1 e 2 situados em um recipente contendo um líquido e aberto para a atmosfera, conforme ilustrado abaixo. Note que a diferença de pressão estática entre eles pode ser calculada multiplicando-se o peso específico do fluido pela diferença de profundidade entre os pontos. h2 1 h1 h = h2 – h1  Para a direção h em questão, a análise diferencial de um elemento de fluido em repouso leva ao mesmo resultado. Nota-se que a pressão estática varia linearmente com a variação da profundidade.  Com base nisso, pode-se considerar: pabaixo = pacima + .h h g ,  h p p h p p h h p p h p h p                  1 2 1 2 1 2 1 2 2 2 1 1 7  Com base no teorema de Stevin, note que tal cálculo também se aplica ao caso de um recipiente de formato qualquer.  Note, ainda, que é igual a pressão dos pontos 2 e 2’, pelo fato de estarem situados à mesma profundidade, no mesmo recipiente e mesmo fluido.  Isso ocorre mesmo com a coluna de fluido não estando diretamente acima do ponto 2’! Para cálculo da pressão estática, importa a distância vertical entre a cota de um ponto e uma cota de referência – como da superfície livre ou de outro ponto. h2 2 1 h1 h Recipiente de formato qualquer (vista em corte) aberto para a atmosfera 2’ 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 2 1 1 p p h p p h p p h h p p h p h p '                   h g ,  4 8 1  Se o ponto 1 estiver situado na superfície livre do líquido, tem-se a equação: p2 = p1 + h2  Resolvendo por pressões absolutas: p2 = patm + h2  Resolvendo por pressões relativas: p2 = h2 (lembrando que a pressão relativa na superfície livre é nula, por definição, estando o recipiente aberto para a atmosfera local)  Na resolução de problemas, é importante ter clareza e consistência quanto à consideração de pressões absolutas ou relativas, nos cálculos. g h2 2 2’ h ,  Recipiente de formato qualquer (vista em corte) aberto para a atmosfera Exercícios propostos: 12, 1, 4, 5 9 Exercícios A B h p p acima abaixo    Pressão em qualquer ponto situado na face inferior do cilindro = peso do cilindro / área de contato entre o cilindro e o óleo Pressão em qualquer ponto situado na face inferior do êmbolo = (peso do êmbolo + força F) / área de contato entre o êmbolo e o óleo Pressão causada pela coluna de 1,5 m de óleo entre B e a face inferior do êmbolo óleo 5 10 Exercícios Hg hHg h p p acima abaixo    11 Exercícios h p p acima abaixo    h p p acima abaixo    Parcelas de pressão causadas pelas colunas de 0,6 m de água (entre D e a superfície livre) e 1,8 m de ar (entre C e a superfície livre)