tensão superficial - Universidade Federal de Campina Grande
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE
Centro de Ciências e Tecnologia Agroalimentar
Unidade Acadêmica de Ciências e Tecnologia Ambiental
Fenômenos de Transporte I
Aula teórica 04
Professora: Érica Cristine ([email protected] )
Curso: Engenharia Ambiental e de Alimentos
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Propriedades dos Fluidos
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VIMOS QUE:
Fluido ideal
OU
PERFEITO
A viscosidade é zero ou desprezível
e o fluido é incompressível
O que significa
fluido
incompressível?
É aquele cujo
volume não varia
com a pressão
3
Fluidos incompressíveis
Os
líquidos
geralmente
são
considerados
incompressíveis, pois, o volume V de uma amostra de
líquido de massa m é praticamente independente da
pressão, o que leva a uma massa específica constante
ρ=m/V=cte
Já os gases, são fortemente compressíveis, sendo sua
massa específica dependente da pressão. Quando a
relação entre a pressão e a massa específica é constante
(p/ρ=cte), o gás é denominado de perfeito ou ideal.
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Gás ideal ou perfeito
É aquele que obedece à seguinte lei de estado:
p=ρRT
Onde:
p=pressão absoluta (Pa)
ρ=massa específica (kg/m³)
R=constante do gás (Rar=287m.N/Kg.K)
T=temperatura absoluta (K)
Obs.: R pode ser
obtida por: R=8312/M
m.N / Kg.K
Onde M é a massa
molecular do gás
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Não confunda!
Fluido perfeito:
Não tem
viscosidade e é
incompressível
Gás perfeito:
Tem viscosidade
e é compressível
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Módulo de Elasticidade
Volumétrica
Já vimos que:
Na maioria das aplicações, os líquidos podem ser
considerados incompressíveis
Mas:
Nas situações onde existem variações bruscas ou
elevadas na pressão, a compressibilidade dos líquidos
torna-se importante
Módulo de Elasticidade
Volumétrica
Usualmente, a compressibilidade de um líquido é
expressa pelo seu Módulo de Elasticidade
Volumétrica
P +dP
Para um aumento de pressão
de P para P+dP o volume do
fluido diminui de V para V-dV
V -dV
Módulo de Elasticidade
Volumétrica
Ou seja, para um acréscimo de pressão ocorrerá
um decréscimo de volume vice-versa
Estabelece-se a relação
Módulo de elasticidade volumétrica:
E
dP
dV / V
Unidades de pressão
Pressão de Vapor
De acordo com a teoria cinética molecular as
moléculas são dotadas de energia suficiente para
romper as forças de atração intermoleculares
Por isto, são capazes de movimentar-se no interior da
porção líquida em que se encontram imersas
As forças de atração intermoleculares conseguem
ainda mantê-las ligadas à porção líquida
Por essa razão, os líquidos possuem a forma dos
recipientes que os contém, mas seus volumes são
praticamente constantes
Pressão de Vapor
Se deixarmos certa porção de
líquido dentro de um recipiente,
algumas de suas moléculas
conseguirão, em certos instantes,
obter velocidade, direção e sentido
adequados e serão capazes de
vencer as forças de atração
intermoleculares
Evidentemente com o passar
do tempo, todas as moléculas
líquidas terão adquirido tais
condições e o líquido evaporarse-á completamente
Pressão de Vapor
Se o recipiente estiver tampado
as moléculas de vapor passarão
a bombardear as paredes do
recipiente, a tampa e a
interface ar-líquido
Determinadas
moléculas
conseguirão
em
certos
instantes, obter velocidade,
direção e sentido adequados e
serão capazes de penetrar a
interface
ar-líquido,
retornando, então ao estado
líquido
Pressão de Vapor
Após certo tempo, o número de moléculas que passa
do estado líquido para o estado de vapor será igual ao
número de moléculas que passa do estado de vapor
para o estado líquido
Atinge-se então o equilíbrio dinâmico
A pressão resultante dos choques entre as moléculas
de vapor com as paredes do recipiente, sua tampa e a
superfície líquida denominamos pressão de vapor
PRESSÃO DE VAPOR: é a pressão parcial
exercida no ambiente devido a presença
das moléculas de vapor
Pressão de Vapor
Quanto maior a temperatura, maior será a pressão de
vapor do líquido. Quando a pressão de vapor do
líquido torna-se igual à pressão reinante sobre a
superfície líquida, o líquido entra em ebulição
Isto significa que as forças de atração intermoleculares
não são mais capazes de segurar as moléculas líquidas.
Pressão de Vapor
Existem duas formas de fazer com que um líquido
entre em ebulição:
Aumentar a temperatura, aumentando a energia cinética
das moléculas e, portanto aumentando a pressão de vapor:
quando a pressão de vapor do líquido atingir a pressão
reinante sobre sua superfície = ebulição;
Diminuir a pressão reinante sobre a superfície do líquido:
quando essa pressão atingir a pressão de vapor do
líquido=ebulição
Pressão de Vapor x Cavitação
Pressão de Vapor x Cavitação
Em muitas situações, no escoamento de líquidos, é
possível que pressões bastante baixas apareçam em
certas regiões do sistema
Em tais circunstâncias, as pressões podem ser
iguais ou menores que a pressão de vapor
Quando isso ocorre, o líquido se evapora muito
rapidamente
Pressão de Vapor x Cavitação
Uma bolsa de vapor (ou cavidade), que se expande
rapidamente, é formada e normalmente se desloca
do seu ponto de origem e atinge regiões do
escoamento onde a pressão é maior que a pressão
de vapor ocorre então, o colapso da bolsa
OU SEJA: Cavitação é o fenômeno de formação
e extinção de bolhas de vapor!!!
Pressão de Vapor x Cavitação
A
cavitação
afeta
o
desempenho das bombas e
turbinas hidráulicas e pode
erodir partes metálicas
E a panela de pressão?
E a panela de pressão?
Na panela de pressão, o vapor de
água formado não se dissipa
facilmente para o ambiente, desta
maneira, a pressão interna da
panela aumenta, podendo chegar
a 2atm. Nesta temperatura a água
ferve a aproximadamente 120°C
Em temperatura ambiente a água
ferve a aproximadamente 100°C,
dependendo da altitude. A
pressão atmosférica a nível do
mar é de 1 atm.
E a panela de pressão?
Ou seja, como aumenta a pressão reinante
sobre a superfície do líquido, e como um
líquido só evapora quando a pressão de
vapor atinge a pressão reinante, o líquido
consegue atingir uma temperatura muito
maior, fazendo com que os alimentos
cozinhem mais rápido.
Você pesquisou sobre o lagarto
basilisco?
Popularmente
conhecido como lagarto
Jesus Cristo
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Tensão Superficial
É a tensão que se desenvolve na interface entre um líquido e
um gás, ou entre dois líquidos imiscíveis;
A origem da tensão superficial está nas forças
intermoleculares do líquido que faz com que se crie uma
espécie de membrana elástica em sua superfície.
Tensão Superficial
A questão da molhabilidade dos líquidos se explica pela
diferença entre as forças de atração moleculares do líquido
entre si (forças de coesão) e as forças de atração do líquido
pelo sólido em contato com o líquido (forças de adesão).
A superfície livre de um líquido
tende sempre a se contrair, de
maneira que sua área seja a
menor possível
Tensão Superficial
OU SEJA: TENSÃO SUPERFICIAL é a propriedade do
líquido que possibilita insetos andar sobre a superfície do
líquido e por as gotas de líquido adquirirem forma esférica.
A tensão superficial é ocasionada por as moléculas da
superfície dos líquidos sofrerem uma maior força de fora
para dentro dos líquidos.
Tensão Superficial
Tensão Superficial x Capilaridade
CAPILARIDADE: é o nome dado ao fenômeno de um líquido
se elevar num tubo capilar que está parcialmente imerso no
líquido. A elevação capilar depende da tensão superficial e
da relação entre a adesão e coesão do líquido.
Um líquido que molha o sólido (menisco < 90º) tem uma
adesão maior que a coesão, neste caso, observa-se que o
líquido sobe pala parede co capilar.
Tensão Superficial x Capilaridade
Na engenharia, provavelmente o efeito mais importante da
tensão superficial é a criação de um menisco curvo nos
tubos de leitura de manômetros ou barômetros, causando a
(normalmente indesejável) ascensão (ou depressão) capilar
Tensão Superficial x Capilaridade
Tensão Superficial x Capilaridade
Tensão Superficial x Capilaridade
Outra aplicação prática para engenheiros civis é o de
infiltrações que podem ocorrer a partir de fundações
prediais