EFEITOS DA PRESSÃO

Washington Braga

wbraga@mec.puc-rio.br

Histórias

• E. Torricelli (1644): peso do ar da atmosfera – barômetro

• B. Pascal (1650): primeiro a medir altitudes com o barômetro

• Otto von Guericke (1654):– Experimentos com vácuo (hemisférios de

Magdeburg)– Associou pressão às condições ambientais– Começou a bombear ar para mergulhadores

Manometria:

• Supondo a massa específica do ar constante:

• H (himalaia) = 8,8 km

• M (ar)=

• P(Himalaia) = 253 torr

• Sangue “ferve” -19km

kg102,5 18

• Efeitos semelhantes:– Fluido

• H = 8,5 km, P = Po/3• H = -8,5 km, P =900 Po

– Acelerações– Altitudes

• Altitudes• Vácuo

Efeitos da Altitude: (pressões parciais) • Em h = 0, superfície do mar:

– O2 na atmosfera é 21% do ar– Pressão parcial é 0,21x101 kPa = 22 kPa =

160 torr – respirar é simples, não percebemos– Inspirar demanda esforço, expirar é no

relaxamento dos músculos.– A respiração é controlada pelo nível de CO2

no sangue

• Para trabalhos normais, a menor concentração de O2 é 100 torr, o que define a altitude máxima para vôos sem pressurização. Necessidade humana.

• Esta pressão é atingida quando a pressão barométrica for igual a 476 torr (aproximadamente a 3,7 km)

• Limite legal para vôos sem pressurização: 3 km• Aviões comerciais voam a 10 km, com pressões

internas de 1,5 a 2,4 km, para reduzir peso.

• Em h = 253 torr (Himalaia):– O2 na atmosfera é 21% do ar– Pressão parcial é 0,21x253 = 53 torr – respirar é

complicado, fazemos esforço. – Respirar com garrafas pressurizadas: inspirar é

simples, expirar cansa;– A respiração ofegante hiperventila:

• Redução no nível de CO2, o que é bom pois aumenta o volume para o oxigênio

• Quem nasceu/cresceu em regiões elevadas tem pulmões maiores, corações maiores, maior número de hemácias, etc

Novo problema: água!

• Na temp do corpo (37C), a pressão parcial do vapor dágua é 47 torr. Se p atm = 47 torr (h = 19,2 km, o sujeito morre afogado).

• A % de v. água nos pulmões é de 6% ao nível do mar (na atmosfera é de 0,5%): há produção de água nos pulmões.

• No Himalaia, Patm = 253 torr, a pressão parcial do vapor dágua passa para 19%.

• Sobra menos espaço para oxigênio.

• Aviões civis são projetados para que o ar escape e a pressão caia lentamente.

• O Concorde voava entre 15-18 km, superior ao máximo tolerável pelo corpo humano

• A baixa pressão barométrica nestas altitudes implica que não há lugar bastante para o oxigênio.

• Condições próximas a de vaporização do sangue.

Escoamentos Externos

Separação do Escoamento

Avião voa?

Equação de Bernoulli:

2P V

2

Constante

1a. Lei de Newton:

Na ausência de forças externas, um objeto em repouso permanece assim e um objeto

em movimento continua em movimento com velocidade constante em linha reta.

Se um objeto estiver mudando de direção, há alguma força agindo

sobre ele!

Assim, o que temos é:

Maior pressão

Maior pressão Lembrem-se do ventilador

de teto!

A maior pressão na frente da asa empurra ar para cima (ruim para a sustentação!)

A menor pressão sobre a asa puxa ar externo que é deslocado para

baixo!

3a. Lei de Newton: ação e reação!

Os pilotos sabem que maior sustentação é obtida, até um certo limite, aumentando-se o ângulo de

ataque.

Efeito coanda explica porque fluido tende a

acompanhar a asa

Alguns números:

d (mvL

)mv mv

dt tmU tan

onde m é a massa deslocada e v é a velocidade vertical.

Por outro lado, definimos o coeficiente de sustentação como sendo:

21

2

L

fluido

Lc

U A

No equilíbrio:

1

2f

L

UAm c

tan

Massa deslocada aumenta com a velocidade do avião, com a área das asas e com a

densidade do ar ambiente.

Exemplo:

Considerando um Cessna de 1 tonelada, ângulo de ataque de 5o, e velocidade de vôo = 220 km/h, podemos calcular qual a massa de ar sendo deslocada!

Velocidade vertical: 19 km/h

Massa deslocada: 5 toneladas / segundo!

Imaginem o que acontece com um Boeing de 250 toneladas na decolagem!

A parte de cima da asa é muito mais crítica para o vôo que a parte de baixo. É por isto que os aviões podem carregar pesos (tanques adicionais, bombas, etc) sob a asa mas não sobre a asa! Nesta situação, a sustentação seria prejudicada.

Pela movimentação intensa do ar sobre a asa, podemos concluir que:

Resultado do tamanho finito de uma asa:

Dois vórtices de pontas de asa!

Um vórtice atua no outro, provocando um efeito descendente!

-Formação em V no vôo dos pássaros

-Problema para aviões pequenos

OBRIGADO PELA ATENÇÃO!