Exemplo de cálculo de pressão

Em Física, pressão é a força exercida em uma determinada área. O caso mais comum de Pressão é o Peso de um corpo na superfície que ocupa no planeta.

A pressão pode ser exercida pela matéria nos três estados físicos: sólido, líquido e gasoso.

Manifestação de Pressão

A pressão pode ocorrer em circunstâncias muito diferentes:

• Em uma coluna, pode haver diferentes líquidos que não se misturam, repousando uns sobre os outros. Cada líquido exercerá pressão sobre o líquido abaixo dele. Quem está embaixo receberá a pressão conjunta de todos os que estão acima.
• Em um recipiente fechado, como um balão, pode haver um gás ou mistura de gás que vai exercer uma pressão em suas paredes.
• Em um motor de combustão interna, o o pistão descendente gera uma pressão na mistura de gasolina-ar. Conforme a faísca entra no sistema e explode, a reação química colocará pressão no pistão, levantando-o novamente.
• Todos os gases presentes na atmosfera geram uma pressão na superfície da Terra. Esta pressão é chamada Pressão barométrica ou pressão atmosférica.

Pressão Barométrica ou Atmosférica

A pressão real da atmosfera é medida com um instrumento chamado Barômetro, idealizado por E. Torricelli em 1644. O cientista fez este instrumento usando um tubo de 1 metro de comprimento, selado em um dos lados. Ele encheu o tubo com Mercúrio e mergulhou o lado aberto em um tanque cheio de mais Mercúrio.

O Mercúrio no tubo desceu por gravidade, até se ajustar a um nível de 760 milímetros. A pressão da atmosfera subjugou o Mercúrio em Cuba, empurrando-o até que o tubo se ajustasse àquela altura. Desde então, foi estabelecido que a Pressão Atmosférica Padrão tem um valor de 760mmHg.

A pressão barométrica ou atmosférica é medida com o instrumento Barômetro, ou também com o chamado Barógrafo, que além do A medição da pressão inclui uma caneta de tinta para rastrear o valor da pressão atmosférica em um gráfico ao longo do clima.

Pressão manométrica

A pressão manométrica é aquela que é exercida nas paredes de um recipiente fechado. Geralmente se refere àquela exercida por gases, uma vez que eles têm a propriedade de cobrir todo o volume do recipiente que os contém.

Dependendo da massa de gás contida, será a quantidade de partículas de gás que aplicam força nas paredes do recipiente e, portanto, a magnitude da pressão manométrica a ser medida.

O gás pode estar em estado de repouso em um tanque, ou em movimento, movendo-se constantemente ao longo de um sistema de tubulação.

Medidor de pressão é medido com dispositivos chamados Medidores, que são circulares como um relógio, e têm no mostrador a escala nas unidades em que a pressão é medida. O manômetro responde ao impulso do fluido ou gás e retorna uma leitura com sua agulha indicadora.

Unidades de medição de pressão

Milímetro de mercúrio (mmHg): Foi a primeira unidade de Pressão Barométrica graças ao design do Barômetro Torricelli. A pressão barométrica padrão corresponde a 760mmHg.

Pascal (Pa): É a unidade estabelecida para Pressão em geral, de acordo com o Sistema Internacional de Unidades. De acordo com seu conceito de "Força sobre Área", é equivalente a 1 Newton sobre metro quadrado (1 Pa = 1 N / m²). A equivalência em Pascais da Pressão Atmosférica é 101.325,00 Pascals.

Libras na polegada quadrada (lb / pol.², psi): É a unidade do Sistema Inglês de Unidades de pressão. É o mais utilizado para calibrar medidores de pressão industriais e aparelhos de uso convencional. É chamado de “psi” de seus termos ingleses: “libras polegadas quadradas”. A equivalência em psi da pressão atmosférica é 14,69 lb / in².

Barras (bar): Bar é uma unidade alternativa para medição de pressão. É usado na literatura para se referir a grandes magnitudes de pressão, de modo a não usar números tão grandes. O bar equivalente à pressão atmosférica é 1.013 bar.

Atmosferas (atm): É a unidade estabelecida para a pressão atmosférica, localizada exatamente na pressão barométrica medida na área em que são feitos os cálculos. Seu valor é sempre definido como 1 atm, e tem equivalências diferentes com outras unidades. Obviamente, se a pressão atmosférica for medida em outras unidades, os dados numéricos serão diferentes.

Cálculos de pressão

A pressão será calculada de forma diferente, dependendo do estado físico da substância que a exerce: sólida, líquida ou gasosa. É claro que as fórmulas podem ser utilizadas para todos os casos, mas para ser mais bem explicado, recorremos a classificar os cálculos desta forma.

Pressão exercida por sólidos:

Para sólidos, a fórmula é usada

P = F / A

Defina a pressão como uma força exercida em uma área. Os sólidos abrangem naturalmente uma área definida, de modo que a força a ser exercida será seu Peso, a menos que uma força adicional também esteja agindo sobre o sólido.

Para obter a pressão em Pascals (Pa = N / m²), é necessário que a Força esteja em Newton (N) e a Área em metros quadrados (m²).

Pressão exercida por líquidos:

Para líquidos, a fórmula é usada

P = ρ * g * h

Defina a pressão como o produto da Densidade, da Força da Gravidade e da Altura que o líquido cobre na coluna onde está confinado. Se houver dois ou mais líquidos na coluna, separados por densidades, a fórmula funciona para cada líquido ao seu lado.

Para que a pressão seja obtida em Pascals (Pa = N / m²), é necessário que a Densidade seja em Quilogramas por metro cúbico (Kg / m³), gravidade em metros sobre o segundo quadrado (m / s²) e a altura em metros (m).

Pressão exercida por gases:

A pressão de um gás, se ele se comporta como um gás ideal, pode ser calculada com a expressão do gás ideal:

PV = nRT

Tendo os dados de número de moles de gás, Temperatura e Volume Ocupado, pode ser calculado imediatamente. Se for um Gás Real, será necessário recorrer às equações para o Gás Real, que são mais complexas do que a simples relação do gás ideal.

Para que a pressão seja em Pascal, o Volume deve ser em metros cúbicos (m³), a temperatura em graus absolutos Kelvin (K) e a constante de gás ideal deve ser R = 8,314 J / mol * K.

Exemplos de como calcular a pressão

Existe um corpo sólido com um peso de 120 N e cobre uma área de superfície de 0,5 m². Calcule a pressão exercida no solo.

P = F / A

P = (120 N) / (0,5 m²) = 240 N / m² = 240 Pa

Existe um corpo sólido com peso de 200 N e cobre uma área de 0,75 m². Calcule a pressão exercida no solo.

P = F / A

P = (200 N) / (0,75 m²) = 266,67 N / m² = 266,67 Pa

Tem um corpo sólido com um peso de 180 N e cobre uma área superficial de 0,68 m². Calcule a pressão exercida no solo.

P = F / A

P = (180 N) / (0,68 m²) = 264,71 N / m² = 264,71 Pa

Tem um corpo sólido com um peso de 230 N e cobre uma área de superfície de 1,5 m². Calcule a pressão exercida no solo.

P = F / A

P = (230 N) / (1,5 m²) = 153,33 N / m² = 153,33 Pa

Existe uma coluna com dois líquidos, com densidades de 1000 Kg / m³ e 850 Kg / m³. Os líquidos acumulam alturas de 0,30 me 0,25 m, respectivamente. Calcule a pressão no fundo do recipiente.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (1000 Kg / m³) * (9,81 m / s²) * (0,30 m) + (850 Kg / m³) * (9,81 m / s²) * (0,25 m)

P = 2943 Pa + 2085 Pa = 5028 Pa

Existe uma coluna com dois líquidos, com densidades de 790 Kg / m³ e 830 Kg / m³. Os líquidos acumulam alturas de 0,28 me 0,13 m, respectivamente. Calcule a pressão no fundo do recipiente.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (790 Kg / m³) * (9,81 m / s²) * (0,28 m) + (830 Kg / m³) * (9,81 m / s²) * (0,13 m)

P = 2170 Pa + 1060 Pa = 3230 Pa

Existe uma coluna com dois líquidos, com densidades de 960 Kg / m³ e 750 Kg / m³. Os líquidos acumulam alturas de 0,42 me 0,20 m, respectivamente. Calcule a pressão no fundo do recipiente.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (960 Kg / m³) * (9,81 m / s²) * (0,42 m) + (750 Kg / m³) * (9,81 m / s²) * (0,20 m)

P = 3960 Pa + 1470 Pa = 5820 Pa

Existe uma coluna com dois líquidos, com densidades de 720 Kg / m³ e 920 Kg / m³. Os líquidos acumulam alturas de 0,18 me 0,26 m, respectivamente. Calcule a pressão no fundo do recipiente.

P = (ρ * g * h)₁ + (ρ * g * h)₂

P = (720 Kg / m³) * (9,81 m / s²) * (0,18 m) + (920 Kg / m³) * (9,81 m / s²) * (0,26 m)

P = 1270 Pa + 2350 Pa = 3620 Pa

Existem 14 moles de um gás ideal, cobrindo um volume de 2 m³ a uma temperatura de 300 K. Calcule a pressão exercida contra as paredes do recipiente.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (14 mol) (8,314 J / mol * K) (300 K) / 2 m³ = 17459,4 Pa

Existem 8 moles de um gás ideal, cobrindo um volume de 0,5 m³ a uma temperatura de 330 K. Calcule a pressão exercida contra as paredes do recipiente.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (8 mol) (8,314 J / mol * K) (330 K) / 0,5 m³ = 43897,92 Pa

Existem 26 moles de um gás ideal, cobrindo um volume de 1,3 m³ a uma temperatura de 400 K. Calcule a pressão exercida contra as paredes do recipiente.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (26 mol) (8,314 J / mol * K) (400 K) / 1,3 m³ = 66512 Pa

Existem 20 moles de um gás ideal, cobrindo um volume de 0,3 m³ a uma temperatura de 350 K. Calcule a pressão exercida contra as paredes do recipiente.

PV = nRT P = (nRT / V)

P = (20 mol) (8,314 J / mol * K) (350 K) / 0,3 m³ = 193993,33 Pa