Noções de Grandezas

Presso

Caldeirassoequipamentosdestinadosaproduzireacumularvaporaumapressomaiordoqueapressodaatmosfera.Paraproduzirovapor,umafontedecaloraqueceguasobcondiescontroladas.

Quemoperacaldeirasevasosdepressoprecisasaberbemcomoelesfuncionamparaobteromelhordesempenhopossveldoequipamentosobsuaresponsabilidade.Paraisso,almdarotinanormaldetrabalho,ooperadordeveconheceralgumasnoessobreosfenmenosfsicosquepermitemqueessesequipamentosoperemdemaneiraprodutivaesegura.

Porisso,nestemdulo,falaremossobrefenmenosfsicoscomopresso,calor,transfernciadecalor,tiposdevapor,bemcomosobreasunidadesdemedidaqueosrepresentam.

Presso

Seumapessoapisarnalamaounaareiafofa,nelaserdesenhadaamarcadassolasdeseussapatos.Issoaconteceporqueospsdapessoaexerceramumaforasobreasuperfcieemqueseapoiaram.

Poisbem,todafora,quandoaplicadasobreumareatemcomoresultadoumagrandezafsicachamadadepresso.Issoquerdizerquepressoaforadistribudaporumadeterminadarea.

Porserumagrandezafsica,apressopodeserrepresentadamatematicamente,ou

A,naqualPapresso;FaforaeAarea.

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Treinamentodesegurananaoperaodecaldeiras-Noesdegrandezasfsicaseunidades

Essaexpressonosajudaacalcularapressosobreoscorpos.UmaunidadedemedidachamadapascalerepresentadapelosmboloPaexpressanumericamenteessarelao.Assim,

1Pascal

1Newton1m2

Nessaexpresso,newtonaunidadedemedidadeforaemaunidadedemedidaderea,segundoosistemaSI.

ObservaoOsistemaSIumsistemainternacionalquepadronizaousodasunidadesdemedida.SeuusonoBrasilregulamentadoporlei.

Assim,porexemplo,sequisermossaberqualapressoexercidapelafacedeumparaleleppedoquetemumareade0,24meexerceumaforade24Nsobreasuperfciesobreaqualeleseapoia,teremos:

P

FA

24N0,24m2

P=100Pa

Issosignificaqueesseparaleleppedoexerceumapressode100Pasobreasuperfciesobreaqualeleestapoiado.

Pressoatmosfrica

ATerraestenvoltaporumacamadadearchamadaatmosfera.Oardaatmosferaemtornodenstolevequepodemosnosmoveratravsdelesemfazermosesforo.Noentanto,esseartempeso.Comoeleatradopelagravidade,fazforasobrensemtodasasdirees,exercendoumapressodevriastoneladassobrenossocorpo.Nopercebemosessaforaporqueapressodoardentrodosnossospulmesigualdaatmosfera.

Essapressosechamapressoatmosfrica.Elapodesercomprovadapormeiodeumaexperinciasimples:molha-seabordadeumdesentupidordepiaquecomprimidocontraumasuperfcieplana.Issoexpulsaamaiorpartedoarquehaviadentrododesentupidoreserprecisofazermuitaforapararetir-lodolugar.


Issoaconteceporque,semarnoseuinterior,odesentupidorsofreumapressoexternamuitomaiordoqueapressointerna.

Apressoatmosfricavariadeacordocomaaltitude,ouseja,elamaiornoslocaismaisbaixosemenornoslocaismaisaltos.

QuemcomprovouissopelaprimeiravezfoiumfsicoitalianochamadoEvangelistaTorricelli.Emborcandoemumacubacheiademercrioumtubodevidrode1mdecomprimento,fechadoemumadasextremidades,etambmcheiodemercrio,eleobservouque,aonveldomar,acolunademercriocontidadentrodotubodesciaatatingir760mmdealtura(0,76m).

Comisso,elecomprovouqueapressoatmosfrica,agindosobreasuperfcielivredomercrioqueestavadentrodacuba,equilibrouapressoexercidapelacolunademercriocontraofundodacuba.Paraessevalorde76cm(760mm)dealturademercrio(Hg),eledeuonomedeatmosfera(atm).


OaparelhosimplesqueTorricelliinventouparafazeressaexperinciachama-sebarmetro.Quandoaexperinciafoirepetida,comoauxiliodobarmetroemlocaisdealtitudesvariadas,ficoucomprovadoqueaalturadacolunademercriotambmvariava.

Comisso,concluiuqueapressoatmosfricavariaemfunodaaltitude.Issopodeserdemonstradonosexemplosdoquadroaseguir:

AltitudePressoatmosfricaemmmdemercrio(mmHg)

0m760mmdeHg

100m750mmdeHg

500m710mmdeHg

1000m660mmdeHg

Pressomanomtricaepressoabsoluta

Comojfoivistonoiniciodestemdulo,caldeiraumequipamentodestinadoaproduzireacumularvaporaumapressomaiordoqueapressoatmosfrica.


Comoessefatorcriticoparaaoperaodoequipamento,seriainteressanteestudaroqueacontececomovaporencerradoemumrecipientefechado.

Paraooperadordecaldeira,hdoisfatoresmuitoimportantesaseremobservados:1.Gasesencerradosemrecipientes,mesmosemaquecimento,exercempressoigualemtodosossentidossobreasparedesdovasoqueoscontm.Umexemplodissoopneudoautomvel.2.Essapressoseelevasemprequeatemperaturaaumenta.Issosignificaque,seumadona-de-casadescuidadaedistradacolocaraofogoumapaneladepressocomasvlvulasentupidas,oaumentodatemperaturalevaraumaumentoconstantedapressointernadapanela,atelaexplodir.issooqueacontececomacaldeira,seessapressointernanoforcontrolada.

Essapresso,quemedidadentrodeumrecipientefechado(caldeira,porexemplo)etendocomorefernciaapressoatmosfricadolocalondeorecipienteest,chamadadepressorelativaoumanomtrica.Apressorelativapodeserpositivaounegativa.

Seapressorelativapositiva,ouseja,seelaformaiorquezero,elamedidapormeiodeuminstrumentochamadodemanmetro.comomanmetroqueooperadorverificaosnveisdepressodentrodacaldeiraeosmantmdentrodefaixassegurasdeoperao.

Seapressorelativafornegativa,isto,seelaformenorquezero,ovacumetrousadonamedio.


Senolocalondefeitaamedioapressorelativa(oumanomtrica)forsomadacomapressoatmosfrica,obteremosapressoabsoluta.

Correspondnciaentreunidadesdemedida

Parainterpretarosdadosdomostradordomanmetro,precisoconheceracorrespondnciaentreasunidadesdemedidasdeforaerea,umavezqueelasvariamdeacordocomasnormasdecadapase,portanto,variamdeequipamentoparaequipamento,dependendodopasondefoifabricado.

Asnormasbrasileiras,estabelecidaspelaABNT(AssociaoBrasileiradeNormasTcnicas)recomendamautilizaodasunidadesdoSistemaInternacional(SI).Oquadroaseguir,apresentaacorrespondnciaentrevriasunidadesdemedidadepresso.

kPa(KN/m)*barKgf/cmpsi(lbf/pol)atmmmHg(torr)mH20(mca)10011,01971614,5030,9869750,06210,1971698,06650,980665114,22330,967841735,55610,006,89470,0689470,07030710,06804651,7150,70307101,3251,013251,0332314,6959176010,33226133,3221,333221,359519,3681,31579100013,599,806650,098060,10001,422330,0967773,556110,01000,010190,145030,0098697,500620,10197

*UnidadedoSistemaInternacional

ObservaoDeacordocomosistemaSI,umaatm(atmosfera)correspondea101.325Pa.


Calor

Tudooquenoscercaformadodepartculas-chamadasdemolculas-queestoemconstantemovimento,emboraissonosejavisvel.Essefenmenoaconteceporqueasmolculassodotadasdeenergiadeagitaochamadadeenergiatrmica.

Parasaberquantaenergiatrmicatemumcorpo,mede-sesuatemperatura,quenadamaisqueagrandezaqueindicaonveldeagitaodaspartculas.Assim,quantomaioraagitaodaspartculas,maioratemperaturadocorpo.

Quandodoiscorposcomtemperaturasdiferentessopostosemcontato,aconteceatransfernciadeenergiatrmicadocorpomaisquenteparaocorpomaisfrio,atquesealcanceoequilbriotrmico,ouseja,atqueastemperaturassetornemiguais.

Essaenergiatrmicaquepassadeumcorpoparaoutro,enquantoexistediferenadetemperatura,temonomedecalor.

Escalasdetemperatura

Hvriasmaneirasderepresentaratemperatura:aescalaCelsius,aescalaFahrenheiteaescalaKelvin.

Comopontoderefernciaparaasmedies,asescalasusamatemperaturadogelofundenteeatemperaturadaguaemebulio.

NaescalaCelsius,porexemplo,atemperaturadogelofundentecorrespondea0C,enquantoqueatemperaturadaguaemebuliocorrespondea100Cnaescala.Ointervaloentreessesdoispontosfoidivididoem100partesiguaisecadaumadessaspartescorrespondea1C.


NaescalaFahrenheit,atemperaturadogelofundentecorrespondea32Feadaguaemebuliode212F.Afaixaentreessesdoispontosfoidivididaem180partesiguaisecadadivisoiguala1F.

ParaaescalaKelvin,onmerodedivisesemKcorrespondeaoequivalenteemC,comatemperaturadogelofundente(0C)correspondendoaovalorde+273K.

Transfernciadecalor

Quandoocalorsepropagadeumpontodemaiortemperaturaparaoutrodemenortemperatura,ocorreumfenmenochamadodetransmissodecalor.Ocalorpodepropagar-seatravsdassubstnciascomfacilidadeoucomdificuldade.

Afacilidadeoudificuldadequeocalortemdepropagar-seatravsdassubstnciasrecebeonomedecondutibilidadetrmicaeajudaaclassificarosmateriaisemcondutoreseisolantes.

Osmateriaiscondutoressoaquelesquetransmitemocalorcommaisfacilidade.Osmetaisemgeralsobonscondutoresdecalor.

Osmateriaisisolantes,poroutrolado,somauscondutoresdecalor.Materiaiscomotecidos,papeleamiantosoexemplosdematerialisolante.


Mesmoentreosmateriaiscondutores,aquantidadedecalorquepassaatravsdeumaparedefeitadequalquermaterialdepende:Dadiferenadetemperaturaqueexisteentreambososladosdomaterial;Dotamanhodasuperfciedafaceexpostaaocalor,ouseja,superfciesmaiorestransmitemmaiscalor;Daespessuradaparede;Domaterialdeconstruodaparede.

Apropagaodocaloracontecenosslidos,noslquidos,nosgasesenovcuoepodeocorrerdetrsformas:porconduo,porconvecoeporradiao.

Nosmateriaisslidos,ocalorsepropagaporconduo.Issofacilmenteverificadoaosecolocaraextremidadedeumabarradeferronofogo.Apsumcertotempo,quemestiversegurandoaoutraextremidadedabarra,comearaperceberqueatemperaturaaumentagradativamente,atqueficaimpossvelcontinuarasegur-la.

Noslquidosegases,ocalorsepropagaporconveco,ouseja,asmassasdelquidosegasestrocamdeposioentresi.Issosignificaque,sefosseretiradaafontedecalorofogoqueaqueciaabarradoexemploanterior,esemantivssemosamoaumacertadistnciadomaterialaquecido,seriapossvelperceberseucalor.


Issoaconteceporqueoaremtornodabarraquenteseaquece,ficamaisleveesobe.Oespaolivredeixadopeloarquente,entoocupadopeloarmaisfrio(maisdenso)que,porsuavez,seaquece,repetindoocicloanterior.Dessaforma,estabelece-seumacorrenteascendentedoarquente,queatuacomoveculotransportadordecalordesdeabarradeferroatamo.Empasesdeclimafrio,porexemplo,osistemadeaquecimentodeambientessebaseianaconvecodocalordagua.

Relembrando:natransmissoporconduo,ocalorpassademolculaparamolcula.Natransmissoporconvecoporsuavez,ocalortransferidojuntamentecomoar,aguaououtromaterial.

Atransmissoporradiaodiferenteporqueocalortransferidosemaajudadenenhummaterial.OmelhorexemplodessetipodetransmissoocalordoSolquechegaTerra:ocalornovemporconduoporquenohcontatofsicoentreosdoisastros;nemvemporconvecoporquenohatmosferaligandoumaooutro.Ocalordosolchegaatnsporondassemelhantessondasderadioequelasquetransmitemaluz.Soaschamadasondasdeenergiaradiante.

possvelsentirosefeitosdessasondas,aproximandoamoporbaixodeumalmpadaeltricaacesa.Amoficarquenteapesardofatodequeoarquentesobe.Naverdade,ocalorsentidofoitransmitidoporradiao.


Ofenmenodetrocadecalormuitoempregadonosprocessosindustriaiseajudaaatendersexignciastecnolgicasdessesprocessos.Nascaldeiras,oprocessodetransfernciadecalorentreaqueimadocombustvelnafornalhaeoaquecimentodaguaeconseqentegeraodevaporpodeocorrerporradiao,convecoouconduo.

Emmuitoscasos,importantequeoaquecimentoocorracomummnimodevariaodetemperatura.Atravsdaregulagemdofluxodevapor,possvelcontrolaregarantirqueoaquecimentodeumcombustvel,porexemplo,sejafeitosobtemperaturaconstante.

Calorespecfico

Algumassubstnciassomaisdifceisdeseaqueceremdoqueoutras.Seumavasilhacomguaforcolocadasobreumachamaeseumblocodeferrodemassaigualforcolocadosobreumachamademesmaintensidade,oferroficarlogotoquentequefarferverqualquergotadeguaquerespinguesobreele.Agua,poroutrolado,continuarfriaosuficienteparaquesepossamergulharamonelasemqueim-la.

Issosignificaqueoferronecessitademenoscalordoqueaguaparaelevarsuatemperatura,ouseja,eletemmenorcalorespecfico.

Ocalorespecficoindicaaquantidadedecalorquecadaunidadedemassadedeterminadasubstnciaprecisaparaquesuatemperaturapossavariarem1oC.umacaractersticadanaturezadecadasubstncia.Portantocadaumatemseuprpriocalorespecfico.Paraosgases,ocalorespecficovariacomapressoeovolume.

AunidadedemedidadocalorespecficoacaloriaporgramaporCelsius.Ocalorespecficodovaporsobpressoconstante0,421cal/gC.

Calorsensvel

Calorsensveladenominaodadaquantidadedecalorabsorvidooucedidoporumcorpoquando,nessatransferncia,ocorreumavariaodetemperatura.


Calorlatente

Calorlatenteadenominaodadaquantidadedecalorabsorvidooucedidoporumcorpo,quandohouverumamudanadeestadosemquehajavariaodetemperatura.Comoexemplo,pode-secitaratransformaodogelo(guaemestadoslido)emguaemestadolquido,comatemperaturasemantendoconstante.

Dilataotrmica

Nestefascculojestudamosquequandoumcorpoaproximadodeumafontedecalor,vriosfenmenosacontecem:atemperaturaseelevaealgumasdesuaspropriedadesecaratersticasfsicas,taiscomodimenses,volumeecalorespecfico,semodificam.

Vimostambmqueocaloraenergiageradapelomovimentodasmolculas.Quandoummaterialaquecido,suasmolculasseagitammaisintensamente.Porcausadisso,elassemovimentameomaterialseexpande,isto,aumentadetamanho.Essefenmenosechamadilataotrmica.

Defato,comoaquecimento,ocomprimento,asuperfcieeovolumedocorpoaquecidoaumentamproporcionalmente.

Issoquerdizerque,dependendodomaterialedascondiesdoaquecimento,adilataopodeser:Linear,ouseja,quandooaumentomaiornosentidodeumadasdimensesdocorpo.Superficial,isto,aexpansoaconteceapenasnasuperfciedomaterial.Volumtrica,querdizer,avariaodetamanhosednovolumedocorpo.

Osmateriaisslidos,quandoaquecidos,podemapresentaressestrstiposdedilatao.Joslquidoseosgases,pornoteremformasprprias,apresentamsomenteadilataovolumtrica.

Cadatipodedilataoapresentaumdeterminadocoeficientededilataotrmica,ouseja,oaumentodetamanhoparacadagraudeelevaonatemperatura.


Nascaldeirasoscoeficientesqueinteressamaooperadorsooscoeficientesdedilataovolumtrica,representadospelarazodavariaodovolumedeumcorpoporunidadedevolume,quandosuatemperaturavariade1C.

Oslquidostmumcoeficientededilataovolumtricamaiorqueosslidoseexercempressoaoseremaquecidosemrecipientesfechados.

Vaporsaturadoevaporsuperaquecido

Quandoumrecipientefechadocontendoguaaquecido,ocalorfazasmolculasdaguasemoveremmaisdepressademodoquesuatemperaturasobe.Aoatingiratemperaturaprximade100oC(considerando-seapressoaonveldomar),aguaentraremebuliocomformaodevapor.Enquantoexistirguadentrodorecipiente,ovaporconsideradosaturadoesuatemperaturanoaumentar.

Mantendo-seoaquecimentoapstodaaguaseevaporar,teremosoquesedenominavaporsuperaquecido,comconseqenteaumentodetemperatura.

Existemprocessosindustriaisqueexigemvaporseco,sempartculasslidasemsuspensoecomtemperaturaelevada.Issoobtidopormeiodaproduodovaporsuperaquecido.Porm,ovaporsaturadoarrastaumidadeegrandepartedasimpurezasnaformadepartculasslidas,causandodanosaoprocesso.Umtratamentoeficazdaguadacaldeirapodediminuiraquantidadedaspartculas,minimizandoesseproblema.

Mostramosaseguirumatabelanaqual,aumdadovalordepressoabsoluta,ouseja,asomadovalordapressomanomtricacomovalordapressoatmosfrica,correspondeumatemperaturadevaporsaturado.

absolutaTemperaturaPressoabsolutaTemperaturaPressoTreinamentodesegurananaoperaodecaldeiras-Noesdegrandezasfsicaseunidades

RelaoentrepressoabsolutaetemperaturadovaporsaturadoPressoabsolutaTemperatura

kgf/cmoCkgf/cm

oCkgf/cm

oC

0,016,72,6128,126225,00,01512,72,8130,528229,00,0217,23,0132,930232,80,02520,83,2135,132236,30,0323,83,4137,234239,80,0428,63,6139,236243,00,0532,53,8141,138246,20,0635,84,0142,940249,20,0841,24,5147,242252,10,1045,45,0151,144254,90,1249,15,5154,746257,60,1553,66,0158,148260,20,2059,76,5161,250262,70,2564,67,0164,255268,70,3068,77,5167,060274,30,3572,28,0169,665279,50,4075,48,5172,170284,50,5080,99,0174,575289,20,6085,59,5176,880293,60,7089,510179,085297,90,8092,911183,290301,90,9096,212187,195305,91,099,113190,7100309,51,1101,814194,1110316,61,2104,215197,4120323,21,3106,616200,4130329,31,4108,717203,4140335,11,5110,818206,1150340,61,6112,719208,8160345,71,8116,320211,4180355,32,,0119,622216,2200364,12,2122,624220,8220373,62,4125,5

ObservaoPressoAbsolutacorrespondepressomanomtrica+pressoatmosfrica


Outrasvariveis

UmadasvariveismaismanipuladaspeloOperadornoseutrabalhodirio,relaciona-secomoescoamentodosfluidosdeumpontoaoutrodoprocesso.

Vazo

Vazoaquantidadedefluidoqueescoaporumatubulaoeseusacessriosduranteumintervalodetempoconsiderado,quepodeserdadoemsegundos,minutos,horas,dias.

Aquantidadepodeserdadaem:Volume-vazovolumtrica,ouMassa-vazoemmassa.

Avazovolumtricadadapelaseguinteigualdade:

Q=

volumetransferidotempodetransferncia

Vt

Asunidadesdemedidadevazovolumtricasom3/heI/min.

Exemplo:Volumetransferido=2m3Tempo=2horasVazo:2m32h=1m3/h

Avazoemmassaobtidapelafrmula:

W

massatransferidatempodetranferncia

Mt


Asunidadesderepresentaodavazoemmassaso:kg/h,ton/heg/min.

Exemplo:Massatransferida=2toneladasTempo=2horasVazo:2ton2h=1ton/h

EscoamentoEscoamentoocaminhoqueofluidopercorrenoequipamento.Dependendodamaneiracomoofluidoescoa,oescoamentopodeserdedoistipos:escoamentolaminarouescoamentoturbulento.

Noescoamentolaminar,aspartculasdofluidodeslocam-separalelamenteumassoutras,praticamentesemsemisturarem,comoseformassemcamadasdedeslocamentocomsentidopreferencial.Vejarepresentaoesquemticaaseguir.

Noescoamentoturbulento,aspartculasfluememtodasasdireeseprovocamturbilhonamentoeredemoinhos.Issoacontecenaassociaodevelocidadeselevadasassociadasaviscosidadesbaixas.Oescoamentodeguaedegasessempredotipoturbulento.Ailustraoaseguirrepresentaesquematicamenteessefenmeno.

Aturbulnciafavoreceastrocasdecaloreamisturadoprpriofluidonointeriordatubulao,tornando-omaishomogneo.


Vriosfatoresinfluenciamnotipodeescoamento,asaber:Velocidadedofluido;Dimetrodatubulao;Viscosidadedofluido;Densidadedofluido.

VelocidadedeescoamentoVelocidadedeescoamentoavazoquepassaporumatubulaoouporumequipamentoporunidadederea.

Avelocidadedeescoamentopodesermedidadeforma:LineareEmmassa.

Avelocidadelinearaquelapelaqualasmolculasdofluidosedeslocamnatubulao.

Avelocidadeemmassaoprodutodavazoemmassapelareadaseotransversal.muitousadaparagases,cujovolumevariabastante,pormamassa,no.

Perdadecarga

Perdadecargaaquedadepressoqueumfluidosofrequandoescoaporumatubulao,devidoaatritoseacidentesprovocadosporcurvas,vlvulas,derivaeseoutrosacessrios.

Nosequipamentos,asperdasdecargapodemserprovocadaspordefletores,chicanas,recheios.

Exerccios

1.Pressopodeserdefinidapor:a.()foradistribudaporvolumeb.()foradistribudaporreac.()foradistribudaporcomprimentod.()nenhumadasanteriores

2.Sounidadesdepresso:a.()kg/m2b.()lbf/inc.()kgf/cm2d.()g/cm3e.()Newton

3.Pressomanomtricapodeserconsideradacomo:a.()pressoaonveldomarb.()pressodomeioambientec.()pressonointeriordeumvaso,medidapelomanmetrod.()diferenaentreapressointernaeexternadeumvaso

4.1kgf/cm2equivalea:a.()500mmHgb.()14,22lbf/in2c.()1,308bard.()1atm

5.Atransmissodecalorpodesedarpor:a.()conduo,conveco,radiaob.()conduo,conveco,irradiaoc.()conveco,radiao,aquecimentod.()resfriamento,conduo,radiao

6.Oqueacontececomdeterminadomaterial,quandosofreaquecimento?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7.Nacaldeirapodeocorrerostrstiposdedilatao?Exemplifique.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

8.Emquetemperatura(aonveldomar)inicia-seaebuliodagua?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9.Qualadiferenaprincipalentrevaporsaturadoesuperaquecido?______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10.Natabeladevaporquaisastemperaturascorrespondentesspressesabsolutasabaixo:a.()1,0kgf/cm2b.()5,5kgf/cm2c.()12,0kgf/cm2

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