EFEITOS DA PRESSÃO

1. EFEITOS DA PRESSÃO Washington Braga wbraga@mec.puc-rio.br

2. 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

5. Manometria: • Supondo a massa específica do ar constante: • H (himalaia) = 8,8 km • M (ar)= • P(Himalaia) = 253 torr • Sangue “ferve” -19km

6. Efeitos semelhantes: • Fluido • H = 8,5 km, P = Po/3 • H = -8,5 km, P =900 Po • Acelerações • Altitudes • Altitudes • Vácuo

7. 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

8. 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.

9. 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

10. 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.

11. 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.

12. Escoamentos Externos

14. Separação do Escoamento

21. Avião voa?

22. Equação de Bernoulli:

23. 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!

24. Assim, o que temos é: A menor pressão sobre a asa puxa ar externo que é deslocado para baixo! Maior pressão Lembrem-se do ventilador de teto! Maior pressão A maior pressão na frente da asa empurra ar para cima (ruim para a sustentação!)

25. 3a. Lei de Newton: ação e reação! Efeito coanda explica porque fluido tende a acompanhar a asa Os pilotos sabem que maior sustentação é obtida, até um certo limite, aumentando-se o ângulo de ataque.

26. Alguns números: onde m é a massa deslocada e v é a velocidade vertical. Por outro lado, definimos o coeficiente de sustentação como sendo:

27. No equilíbrio: Massa deslocada aumenta com a velocidade do avião, com a área das asas e com a densidade do ar ambiente.

28. 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!

29. Pela movimentação intensa do ar sobre a asa, podemos concluir que: 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)soba asa mas nãosobrea asa! Nesta situação, a sustentação seria prejudicada.

30. Resultado do tamanho finito de uma asa:

32. Dois vórtices de pontas de asa! • Formação em V no vôo dos pássaros • Problema para aviões pequenos Um vórtice atua no outro, provocando um efeito descendente!

36. OBRIGADO PELA ATENÇÃO!