Sistemas
Pneumáticos e
Hidráulicos
Compressibilidade
Um volume de ar, quando submetido por uma força exterior, como por exemplo um pistão pneumático (cilindro), seu volume inicial será reduzido, o ar fica preso no seu interior com maior pressão, retraindo o pistão, revelando uma de suas propriedades básicas: a compressibilidade, mostrado na figura a seguir :
FORÇA
Elasticidade
A propriedade da elasticidade faz com que uma vez desfeita a força da compressibilidade, a
pressão do ar faz com que ele se expanda
novamente e o pistão volta ao seu ponto inicial distendido, agora sem pressão nenhuma ou zero de pressão.
Expansibilidade
O ar ocupa o lugar onde ele é colocado. Por sua qualidade expansiva, seu volume é variável e ele facilmente se adapta a qualquer recipiente
onde é colocado. Sua forma é adaptada de acordo com a pressão que nele é aplicada.
Lei Geral dos Gases Perfeitos
É possível, como vimos anteriormente, reduzir o volume de um gás, aplicando-lhe uma certa
pressão. O estado de um gás é determinado através das três grandezas: pressão, volume e temperatura. A relação para os gases ideais é
descrita através das leis de Gay-Lussac, Charles e Boyle-Mariotte. A pressão contida em um gás é inversamente proporcional ao seu volume, sob temperatura constante. Temos:
Exercício 1:
Problema: Um recipiente contém 420
litros de ar à pressão de 1,5 kgf/cm2. Em
seguida comprime-se o ar reduzindo seu
volume para 70 litros. Calcular a pressão
de compressão do ar?
Resolução: P1V1=P2V2 então
420 l . 1,5 kgf/cm2 = 70 l . X temos X= 9 kgf/cm2
Resposta: A pressão de compressão do ar é de 9 kgf/cm2.
Sabe-se entretanto que ao se comprimir um gás, eleva-se sua temperatura. Comprovamos isso ao encher o pneu da bicicleta, notando o aquecimento da bomba a medida que o pneu vai
enchendo e, quanto maior é a pressão colocada no pneu, mais quente a bomba fica. Nos sistemas pneumáticos de aeronaves que necessitam de grande quantidade de ar comprimido, a temperatura do mesmo chega a atingir 200º centígrados.
NOTA: quando o ar comprimido se expande, ao aliviarmos sua pressão, ocorre um forte resfriamento e é por este princípio que são construídos os sistemas de refrigeração da cabine dos aviões, que baixam a temperatura de 200 para 20º C. A equação geral do estado dos gases, levando em conta a variação de
temperatura, deve ser aplicado com a seguinte fórmula: P1.V1 = P2.V2
T1 T2
devido ao aumento ou diminuição da temperatura com a compressão/descompressão.
Exercício 2:
Uma certa quantidade de vapor d água é
introduzido numa seringa à uma temperatura de 500º K e ocupa um volume de 5 cm3. Fechada a entrada, o vapor d água exerce uma pressão de 4 atm nas paredes da seringa. Quando o êmbolo é
solto, é empurrado pelo vapor fazendo seu volume chegar a 16 cm3 e a temperatura a 400º K.
Determine a nova pressão no interior da seringa?
P1.V1 = P2.V2 então 4 atm . 5 cm3 = P2 . 16 cm3 temos P2 = 1,0 atm T1 T2 500º K 400º K
Exercício 3:
Mediu-se a temperatura de 20 L de gás
hidrogênio (H
2) e o valor encontrado foi
de 300K a 700 mmHg. O novo volume
desse gás, a 360K e 600 mmHg de
pressão, será de:
P1V1 = P2V2 T1 T2 700 . 20 = 600 . V2 300 360 14 000 = 600 . V2 300 360 300 (600 . V2) = 14 000 . 360 180 000 . V2 = 5 040 000 V2 = 5 040 000 180 000 V2 = 28 LExercício 4:
Um volume de 10 L de um gás perfeito
teve sua pressão aumentada de 1 para 2
atm e sua temperatura aumentada de
200K para 400K. O volume final, em litros,
alcançado pelo gás foi de:
P1V1 = P2V2 T1 T2 1 . 10 = 2. V2 200 400 400V2 = 4 000 V2 = 10 L
