Climanet Comunicação Pressão: Conhecimento fundamental para refrigeração
Convivemos com a pressão de um fluído desde o dia em que nascemos. Ela é provocada pelo peso da massa de ar que envolve a terra até uma altura em torno dos 80 km – cujo peso vai diminuindo à medida que nos distanciamos do nível do mar. Apesar de não percebermos, o ar tem peso e exerce uma força sobre a superfície da Terra, e tudo o que nela se encontra, sem excessões.
A pressão é medida pela relação entre as unidades de força e unidades de área. É uma divisão simples, que resulta em unidades como quilogramas/força por centímetro quadrado (kgf/cm2, no sistema métrico decimal). ou libras por polegada quadrada (lbf/pol2, no sistema inglês). A pressão da atmosfera (peso do ar dividido por unidades de superficie na terra) é chamada de pressão atmosférica e faz parte de nossas vidas.
O valor exato dessa pressão que serve de padrão para a maioria dos fenômenos da refrigeração, foi determinada em 1643 pelo físico italiano Evangelista Torricelli, inventor do barômetro de mercúrio. Ele encheu um tubo de vidro de 100cm de comprimento por 1 cm2 de seção transversal com mercúrio, tapou a abertura com o dedo e o colocou invertido na vetical dentro de uma cuba que também continha mercúrio. Retirando o dedo com cuidado, notou que a coluna de mercúrio desceu até atingir 76cm (760mm) de altura, quando se estabilizou. A conclusão foi que a unidade de peso atmosférico estava equilibrando a unidade de peso na coluna de mercúrio.
A experiência, realizada ao nível do mar e a 0ºC, definiu o valor do que foi denominado atmosfera (atm.). Uma atmosfera equivale exatamente a 1,033 kgf/cm2, pois 1cm3 de mercúrio (um centímetro de altura vezes a seção transversal de 1cm2) pesa 13,6g. Multiplicando esse valor pela coluna de 76 cm de altura equilibrada pela pressão atmosférica, obtém-se 1,033kg de unidade de força para cada cm2 de mercúrio na cuba.
A pressão atmosférica é inversamente proporcional à altitude (a partir do nível do mar). Quanto mais subimos com a coluna de mercúrio, menor é a sua altura dentro do tubo de vidro.
Como acontece com a maioria das grandezas físicas, também a pressão pode ser expressa em diversas unidades, principalmente o sistema métrico (kgf/cm2) e o sistema inglês (lbf/pol2 ou psi – “pounds per square inch”). Para a pressão atmosférica teríamos então:
1 atm. = 1,033 kgf/cm2 = 760mm Hg (mercúrio) = 14,7 psi = 29,92 pol Hg
Pressão é sempre a relação de uma força aplicada perpendicularmente a uma superfície pela área onde a força é aplicada. É expressa pela divisão dos kg ou lb de força pelos cm2 ou pol2 de área. Vale tanto para sólidos, como para líquidos e gases.
Em refrigeração, o interesse maior se concentra na pressão da “fase gás” do fluído de refrigeração que, naturalmente, também tem sua “fase líquida” na sequencia de variação pressão-temperatura, típica em um sistema de refrigeração.
A pressão de um fluído é a mesma em todos os sentidos dentro do conteúdo onde se encontra. Enquanto em um sólido ela se limita a superfície sobre a qual se apóia. num líquido se manifesta pela pressão no fundo e nas paredes laterais. NO caso de um gás, dentro de um recipiente, a pressão se transmite com a mesma intensidade em todas as direções: nas paredes laterais, no fundo e na parte superior do cilindro, botijão, oun qualquer outro recipiente que o contenha.
Pressão e temperatura, inseparáveis
Quanto mais alta pressão, mais baixa a temperatura. Em pequenas altitudes, próximas ao nível do mar, a pressão atmosférica é alta, porque a quantidade de ar que pesa sobre ela é grande. No alto de montanhas, por outro lado, pressão e temperatura são mais baixas. É o que explica a diferença de fervura (ebulição) da água. Sob pressão atmosférica normal, ao nível do mar a água ferve a 100ºC, enquanto a 3500m o processo se dá apenas a 90ºC. Quando a pressão é baixa, a água ferve a uma temperatura mais baixa. O ponto de fervura da água também pode ser retardado para temperaturas acima dos 100ºC quando se aumenta a pressão acima daquela do nível do mar. É exatamente isso que acontece no interior das panelas de pressão. Com relação à refrigeração, isso mostra que a temperatura de evaporação de um fluído se altera com a variação de pressão a que esta submetido.
A relação temperatura-pressão é muito importante na refrigeração, pois a base para o emprego dos fluídos refrigerantes para a produção do frio. A pressão do fluído refrigerante no interior de um refrigerador segue o mesmo princípio da pressão atmosférica.
Além da atmosférica, mais tres pressões
Quando encerradas em um recipiente, as moléculas dos fluídos se chocam umas com as outras, aumentando a pressão que faz sentir sua força. Ela é igual em todas as direções, como citado no princípio de Pascal. Dependendo do fluído e da temperatura a que este é submetido, a pressão pode estar acima ou abaixo da pressão atmosférica. Para saber se a pressão está acima da pressão atmosférica é preciso utilizar um instrumento de medida chamado manômetro. Quando a pressão for superior à atmosférica, ela é registrada pelo instrumento, sendo chamada pressão positiva ou pressão manométrica.
Para pressões inferiores à atmosférica, utiliza-se o barômetro o manovacuômetro e o vacuômetro. Quando a pressão de um fluído é inferior à atmosférica, ela é chamada pressão negativa ou vácuo relativo. Ela representa também a ausência relativa de matéria (no caso, partículas de gás) em espaço
À medida que a pressão atmosférica diminui, a “pressão de vácuo” aumenta. A situação fica evidente usando o barômetro de Torricelli: à medida que a altitude aumenta, o nível de mercúrio vai baixando, mostrando a formação de vácuo ou diminuição da pressão atmosférica.
O nível da coluna de mercúrio desceu a 1mm, indicando a existência de 759mm de vácuo. Se fosse possível eliminar toda a pressão atmosférica, chegaríamos a 760mm de vácuo ou vácuo absoluto, o que é impossível. Na refrigeração, a pressão negativa é muito importante para a limpeza perfeita dos sistemas em serviços de manutenção. A pressão absoluta, por outro lado, é a soma da pressão atmosférica.
Exemplo: Se a pressão indicada no manômetro é de 25lbf/pol2 e a pressão atmosférica é de 14,7 lbf/pol2, a pressão absoluta é de 39,7 lbf/pol2 (25 + 14,7). Simplesmente a soma da pressão manométrica com a atmosférica.
Instrumento e unidades
O refrigerista pode utilizar diversos medidores de pressão:
- barômetro
- manômetro com tubo de Bourdon (tipo mais comum)
- manômetro eletrônico
- manovacuômetro (com tubo de Bourdon), que mede tanto pressão positiva como negativa
- vacuômetro, exclusivo para pressões negativas.
O vacuômetro, geralmente ligado a bombas de vácuo ou compressores, pode ser do tipo “tubo em U” (lembrando a experiência de Torricelli) ou eletrônico. Além de ser expressa em kgf/cm2 ou lbf/pol2 ou psi, existem outras unidades de medida de pressão. São o pascal (Newton/m2) e o bar e milibar (mb), que facilitam o trabalho com o pascal, uma unidade muito pequena. Assim 1 bar = 100.000 pascal e uma milibar = 100 pascal.
Importante: Um bar é praticamente igual a uma atmosfera. O mm Hg (milímetro da coluna de mercúrio) tem como submúltiplo mais importante para o refrigerista o mícron da coluna de mercúrio), que corresponde a 0,001mmHg. O mícron serve para expressar o grau de vácuo. Se dividirmos 1mm de Hg em 1000 partes, cada uma representa 1 mícron Hg.
