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
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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

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