Mecânica dos Fluidos Transformações

Transformações Politrópicas nos Fluidos Compressíveis A relação entre a pressão aplicada a certa massa fluida e seu volume pode ser expressa genericamente através da expressão: Onde n é comumente chamado de expoente politrópico

Transformações Politrópicas nos Fluidos Compressíveis Essa relação define os tipos de transformação em função do valor atribuído a n.

Transformações Politrópicas nos Fluidos Compressíveis Se n=0, significa que: p = cte Transformação isobárica; Se n=1,Significa que: p/ρ = cte  p x 1/ρ = pVs = cte De acordo com a lei dos gases perfeitos pVs = RT = cte, como R é constante T = cte  Transformação isotérmica

Transformações Politrópicas nos Fluidos Compressíveis Quando n → ∞, o valor de p na expressão se torna insignificante, o que caracteriza uma transformação isovolumétrica

Transformações Politrópicas nos Fluidos Compressíveis Transformação Adiabática: Não há trocas de calor entre a massa e o meio exterior Ocorrem sempre que o tempo de duração do fenômeno é muito curto para que haja trocas de calor Exemplos: Transmissão de ondas elásticas através de fluidos compressíveis (som, ondas de golpe de aríete) Movimentações das massas de ar na atmosfera (formação de nuvens, estudos de controle da poluição atmosférica)

Módulo de Elasticidade Volumétrica Os líquidos podem suportar forças de compressão extremamente altas; Entretanto, a menos que se encontrem em alto grau de pureza, praticamente não resistem a forças de tração; Os gases estão sempre submetidos a esforços de compressão; Se diminuirmos a pressão aplicada sobre dada massa gasosa, ela consequentemente aumentará de volume;

Módulo de Elasticidade Volumétrica Considerando uma porção de fluido encerrada num recipiente, e que, estando submetida a uma pressão (p), ocupa o volume (V) a dada temperatura; Aplicando sobre este fluido uma pressão adicional (dp), ocorrerá uma variação de volume (dv) de sinal contrário ao de (dp);

Módulo de Elasticidade Volumétrica Ou seja, para um acréscimo de pressão ocorrerá um decréscimo de volume vice-versa; Estabelece-se a relação:

Coeficiente de Compressibilidade Cúbica É definido como o inverso do módulo de elasticidade volumétrica, ou seja: C = 1 ou C = -dV/V ε dP

Pressão de Vapor Sabe-se, de acordo com a teoria cinética molecular, que 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;

Pressão de Vapor 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 evaporar-se-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 inteface 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 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 Portanto, 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