NOÇÕES
DE GRANDEZAS FÍSICAS E UNIDADES
Iniciaremos o estudo desta unidade com algumas definições
que consideramos importantes.
Leia atentamente e, caso haja alguma dúvida,
solicite a ajuda de seu professor.
2.1 Pressão
2.1.1 Conceitos Fundamentais
Entendemos por pressão uma força atuando em uma unidade de área.
Observe: P = F/A
Onde:
P = Pressão
F = Força
A = Área
2.1.2 Pressão Atmosférica
É
a força exercida pela atmosfera na superfície terrestre. Esta força equivale ao
peso dos gases que estão
presentes no ar e que compõem a
atmosfera.
A pressão
atmosférica pode variar de um lugar para o outro, em função da altitude e das
condições meteorológicas (como a umidade e a densidade do ar). Ao nível do mar,
esta pressão é aproximadamente de 760 mmHg, ou 1 atm. Quanto mais alto
o local, mais rarefeito é o ar e, portanto, menor a pressão atmosférica. O
instrumento que mede a pressão atmosférica é o barômetro.
2.1.3 Pressão Relativa
É
determinada tomando-se como referência a pressão atmosférica local. Para
medi-la, usam-se instrumentos denominados manômetros; por essa razão, a pressão
relativa é também chamada de pressão manométrica.
Pressão Diferencial
É a diferença entre duas pressões, sendo representada pelo símbolo DP (delta P). Essa diferença de pressão
normalmente é utilizada para medir vazão, nível, pressão, etc.
2.1.4 Pressão Absoluta
É a soma das pressões relativa e atmosférica. No vácuo absoluto, a pressão absoluta é zero e, a partir daí, será
sempre positiva.
Importante: Ao se exprimir um valor de pressão, deve-se determinar se a pressão é
relativa ou absoluta.
Exemplo: 3 Kgf/cm² abs à Pressão Absoluta = 4 Kgf/cm2àPressão Relativa.
O fato de se omitir esta informação na
indústria significa que a maior parte dos instrumentos mede pressão relativa.
Pressão
Negativa ou Vácuo.
É quando um sistema tem pressão relativa menor
que a pressão atmosférica.
2.1.6 Medição de Pressão
A medição de pressão é considerada uma das
mais importantes dentro dos padrões de medida, pois as medidas de vazão e nível
podem ser feitas utilizando-se esse princípio.
2.1.7 Unidades de
Pressão
As unidades de pressão mais usadas são:
}quilograma-força
por centímetro quadrado (kgf/cm2)
}atmosfera (atm)
}libras por
polegada quadrada (psi)
}polegada de coluna
de água (“ca)
}milímetro de
coluna de água (mm H20
ou mm ca)
}bar
}Pascal(Pa)
Como existem muitas unidades de Pressão, é necessário saber a correspondência entre elas, pois nem sempre, na indústria, temos instrumentos padrões com todas as unidades disponíveis. Caso isso ocorra, é necessário saber fazer a conversão.
Converter de
|
Para as unidades abaixo, multiplique
por
|
Kgf/cm2
|
Atm
|
Psi
|
“ca
|
Kpa
|
mm ca
|
Bar
|
Kgf/cm2
|
1
|
0,9678
|
14,223
|
394,70
|
98,0665
|
9996,59
|
0,9806
|
atm
|
1,0332
|
1
|
14,696
|
406,78
|
101,325
|
10328,75
|
1,0133
|
psi
|
0,0703
|
0,0680
|
1
|
27,68
|
6,8948
|
702,83
|
0,0689
|
“ca
|
0,0025
|
0,0024
|
0,036
|
1
|
0,2491
|
25,39
|
0,0025
|
Kpa
|
0,0102
|
0,0099
|
0,145
|
4,02
|
1
|
101,94
|
0,0100
|
mm ca
|
0,0001
|
0,0001
|
0,0014
|
0,04
|
0,0098
|
1
|
0,0001
|
Bar
|
1,0797
|
0,9869
|
14,503
|
402,46
|
100,000
|
10193,68
|
1
|
Exemplo:
10 psi = ? kgf/cm2
1 psi = 0,0703 kgf/cm2 à De acordo com a
tabela
10 x 0,0703 = 0,703 kgf/cm2
As energias
consumidas por um corpo sólido para se transformar em líquido, por exemplo, são
muito grandes e são feitas a custa do calor fornecido ao corpo, sem aumento de
temperatura.
Os casos do gelo e da água são típicos.
Sabe-se que para elevar de 1 grau Celsius, 1 grama de água, consome-se 1
caloria. Entretanto, 1 grama de gelo, a 0° grau Celsius, para se transformar em 1
grama de água a 0° grau Celsius, consome 80 calorias.
Chama-se calor latente a quantidade de calor que é preciso
fornecer ao corpo para que ele mude de estado, sem que ocorra aumento de
temperatura.
Quando um corpo
recebe calor e ocorre um aumento de temperatura pelo corpo que é aquecido, esse
calor é chamado de calor sensível.
O calor sensível é responsável pela variação
de temperatura.
2.2.2 Caloria (cal)
É a quantidade de calor necessário para elevar
1 grama de água pura de 14,5ºC até 15,5ºC sob pressão atmosférica normal (760mmHg)
Geralmente expressamos a quantidade de calor
em quilocaloria (Kcal), que corresponde a 1000 calorias.
Usa-se também a BTU (Unidade Térmica
Inglesa) que é igual a 0,252 Kcal.
2.2.3 Transmissão de
Calor
A transmissão de calor pode ser
dividida em três tipos. Observe logo abaixo:
a) Condução
É a transferência de calor de uma parte a outra, em um material ou a um
material contíguo.
Em qualquer material, se o calor fornecido for
constante, a temperatura diminui uniformemente, dos pontos mais quentes para os
pontos mais frios.
A capacidade de
conduzir calor, conhecida por condutibilidade térmica, varia muito entre as
substâncias. Os gases e vapores são os piores condutores de calor, enquanto os
líquidos apresentam-se como bons, e os metais são os melhores.
b)
Convecção
A transferência de calor por condução é um
movimento de energia (calor), através de um material. Em contraste, a
transferência de calor por convecção é efetuada pelo movimento do próprio
material aquecido.
Quando um fluido qualquer é aquecido, a parte
mais fria do fluído está mais pesada e terá a tendência de deslocar a sua parte
aquecida.
As partes mais
frias se aquecem, e por sua vez, são deslocadas. Isto resulta num fluxo
contínuo de frio para a parte aquecida, e de fluído aquecido movimentando-se e
gerando correntes de convecção.
A diferença de temperatura movimenta o fluido,
tornando-se um meio de transferência de calor.
c)
Radiação
Todos os corpos possuem a capacidade de
irradiar energia. A radiação não necessita de um meio de transmissão, ela pode
passar por um meio líquido tão bem quanto através de um gás. A radiação se
desloca como ondas de luz.
Nas aplicações
práticas, encontramos a transferência de calor na qual os três tipos de
transmissão mencionados aparecem.
Veja a seguir:
2.2.4 Equilíbrio
Térmico
Um corpo, quando recebe calor tende a elevar
sua temperatura e quando perde calor, tende a diminuir a sua temperatura.
Dados dois corpos com temperaturas iguais, não
haverá troca de calor entre eles. Quando não existe transferência de calor,
diz-se que eles estão em equilíbrio térmico.
2.3 Temperatura
Sem apresentar uma definição exata para
temperatura, podemos entendê-la como sendo uma variável que exprime as
sensações de quente e frio quando tocamos num corpo.
Para medição de temperatura, utilizam-se
instrumentos chamados termômetros.
Padrões
de Temperatura
Para a confecção de escalas de temperatura,
necessitamos tê-las constante e invariavelmente como referência.
Esses padrões são conseguidos nas mudanças de
estado físico da água, pois essas mudanças ocorrem à mesma temperatura.
EXEMPLO:
Temperatura do gelo fundente.
Temperatura de ebulição da água.
2.3.1 Escalas Termométricas
Os termômetros são instrumentos que medem a
temperatura em valores que são expressos em graus de temperatura.
EXEMPLO:
50 graus de temperatura.
Porém, é necessário exprimir em que escala
está se medindo a temperatura.
Na indústria, existem duas escalas práticas:
Escala de temperatura Celsius (centígrado)
Escala de temperatura Fahrenheit
Escala Celsius
(ºC)
A escala Celsius usa dois pontos como padrão,
a temperatura do gelo fundente que corresponde a 0ºC da escala, e a
temperatura da água fervente que corresponde a 100ºC da escala. O intervalo
entre esses pontos foi dividido em 100 partes iguais, sendo cada divisão igual
a 1ºC .
Escala Fahrenheit
(ºF)
A temperatura do gelo fundente corresponde a 32ºF e a temperatura da água fervente
corresponde a 212ºF. A faixa entre os dois pontos foi dividida em 180 partes
iguais, sendo cada divisão igual a 1ºF .
A relação entre as escalas Celsius a
Fahrenheit pode ser estabelecida pela expressão matemática.
Equações
de conversões
Equação basíca
ºC/100 = ºF
-32/180
Conversão de
Fahrenheit X Celsius
ºC = ºF – 32/1,8
Conversão de
Celsius X Fahrenheit
ºF = 1,8 x ºc + 32
