SEGURANA NA OPERAO DE UNIDADES DE PROCESSO CALDEIRAS

Autor: Eng. Paulo Jonoel eujonoel@yahoo.com.br

Objetivo do cursoDemonstrar a utilidade dos conceitos da norma regulamentadora na diminuio dos riscos inerentes a operao de plantas industriais de processamento.

Antes de comear a falar, h algo que eu quero dizer...(Raymond Smullyan)

Introduo

A segurana uma das mais antigas preocupaes do homem, desde os tempos em que procurou abrigo em uma caverna. Portanto no visamos com este trabalho apenas a conscientizao, mas tambm a sensibilizao do trabalhador para a segurana do trabalho. A segurana na operao de processos engloba todos os mtodos e tcnicas empregadas na operao de equipamentos, sistemas ou plantas, visando preservao do elemento humano e do meio ambiente, bem como a integridade fsica dos equipamentos e a continuidade operacional.

Segurana do trabalho um estado de convivncia pacfica e produtiva dos componentes do trabalho (recursos materiais, humano e meio ambiente). As funes de segurana so aquelas intrnsecas s atividades de qualquer sistema (gerncia), subsistema (diviso e setores) ou clula (profissionais), e que devem compor o universo do desempenho de cada um destes segmentos.

Nada to urgente e necessrio que no possa ser feito com segurana.

Do it safely or not at all.

Autor: Eng. Paulo Jonoel eujonoel@yahoo.com.br

Roteiro

Normatizao: Normas Regulamentadoras de Segurana e Sade no Trabalho Norma Regulamentadora 13 - NR 13 Noes de grandezas fsicas e unidades: Medidas fsicas. Metrologia. Algarismos significativos. Notao cientfica. Sistemas de medidas. Sistema Internacional de Medidas. Fludos:

Conceituao de fluidos. Condies padres. Propriedades dos fludos.

Presso: Presso atmosfrica. Presso manomtrica e presso absoluta. Presso interna de um vaso. Unidades de presso. Teorema de Stevin. Princpio de Pa9scal. Teorema de Arquimedes: Empuxo. Calor e temperatura Definies. Termmetros e escalas termomtricas. Modos de transferncia de calor. Transferncia de calor a temperatura constante. Calor latente calor sensvel. Sistemas de gerao de vapor. Vapor saturado e superaquecido. Tabela de vapor (steam table)

Caldeiras - consideraes gerais: Tipos de caldeiras e suas utilizaes Partes de uma caldeira Caldeiras flamotubulares Caldeiras aquotubulares Caldeiras eltricas Caldeiras a combustveis slidos Caldeiras a combustveis lquidos Caldeiras a gs Queimadores Instrumentos e dispositivos de controle de caldeiras Dispositivo de alimentao Visor de nvel Sistema de controle de nvel Indicadores de presso Dispositivos de segurana Dispositivos auxiliares Vlvulas e tubulaes Tiragem de fumaa

Operao de caldeiras Partida e parada Regulagem e controle de temperatura de presso de fornecimento de energia do nvel de gua de poluentes Falhas de operao, causas e providncias Roteiro de vistoria diria Operao de um sistema de vrias caldeiras Procedimentos em situaes de emergncia Tratamento de gua e manuteno de caldeiras Impurezas da gua e suas conseqncias Tratamento de gua Manuteno de caldeiras Preveno contra exploses e outros riscos Riscos gerais de acidentes e riscos sade Riscos de exploso

Normas aplicveis

Alm dos aspectos de segurana em equipamentos, cuja operao apresentem risco potencial de acidente, deve ser considerado tambm acidentes na fabricao e na montagem bem como possveis prejuzos a terceiros, impactos ao meio ambiente, infraes de marcas e patentes etc. Nenhuma norma de projeto destina-se a substituir ou diminuir a responsabilidade do projetista, que continua com a integral responsabilidade pelo projeto do equipamento. O projetista tem que certificar-se da adequao da norma e todas as condies do equipamento em questo; usando sempre a ltima edio.

Filadlfia EUA - 1817: Surgiu uma Lei exigindo Testes Hidrostticos, em equipamentos pressurizados. Naquela poca, estimativas mostravam que ocorriam cerca de 300 a 400 exploses s nos EUA, gerando considerveis prejuzos com perdas humanas. Entre 1911 e 1914, criou-se uma comisso especial da ASME com abrangncia apenas sobre caldeiras estacionrias. Em 1924, foi publicada a Seo VIII do Cdigo ASME, referente a vasos de presso no sujeito a chamas. Na Europa nesta poca j se fazia uso de outras normas para caldeiras e vasos de presso. CDIGO ASME Seo-I Caldeiras Seo-II Materiais Seo-III Vaso p/ industria nuclear Seo-IV Caldeira para aquecimento. Seo-VIII Vasos de Presso * Diviso- 1 Regras de Projeto * Diviso- 2 Regras de Projeto e Alternativas Seo-IX Vasos de Plsticos Reforados c/ fibras.

National Board of Boiler and Pressure Vessel Inspectors. Trata-se de uma norma reconhecida no mundo usada para reparos, manuteno e inspeo em caldeiras e vasos de presso; criado em 1919, usado como fora de lei nos EUA.

Normas brasileiras: Associao Brasileira de Normas Tcnicas, 1990, Caldeira Estacionria Aquotubular e Flamotubular a Vapor: NBR 11096. Associao Brasileira de Normas Tcnicas, 1976, Amostragem de guas em caldeiras: NB00584. Associao Brasileira de Normas Tcnicas, 1989, Caldeira Auxiliar a leo para Uso Naval: NBR 10794. Associao Brasileira de Normas Tcnicas, 1989, Caldeira Auxiliar a leo para Uso Naval Ensaios: NBR 10795. Associao Brasileira de Normas Tcnicas, 1992 ,Inspeo de Segurana de Caldeiras Estacionrias Aquotubular e Flamotubular a Vapor: NBR 12177. Associao Brasileira de Normas Tcnicas, 1994, Inspeo de Segurana de Caldeiras Estacionrias Eltricas a Vapor: NBR 13203.

Legislao sobre segurana no trabalho

Normas RegulamentadorasSo as seguintes as Normas Regulamentadoras, com um resumo de seu contedo: NR 1 - Disposies Gerais. As Normas Regulamentadoras (NRs) so de observncia obrigatria pelas empresas privadas e pblicas e pelos rgos pblicos de administrao direta e indireta, que possuam empregados regidos pela Consolidao das Leis do Trabalho - (CLT). Estabelece a importncia, funes e competncia da Delegacia Regional do Trabalho. NR 2 - Inspeo Prvia. Todo estabelecimento novo, antes de iniciar suas atividades, dever solicitar aprovao de suas instalaes ao rgo do Ministrio do Trabalho. NR 3 - Embargo ou Interdio. A Delegacia Regional do Trabalho, vista de laudo tcnico do servio competente que demonstre grave e iminente risco para o trabalhador, poder interditar estabelecimento, setor de servio, mquina ou equipamento, ou embargar a obra. (CLT Artigo 161 inciso 3.6|3.4|3.7|3.8|3.9|3.10).

NR 4 - Servios Especializados em Engenharia de Segurana e em Medicina do Trabalho. A NR 4 diz respeito aos Servios Especializados em Engenharia de Segurana e em Medicina do Trabalho (SESMT) e tem como finalidade promover a sade e proteger a integridade do trabalhador em seu local de trabalho. Para oferecer proteo ao trabalhador o SESMT deve ter os seguintes profissionais: mdico do trabalho, engenheiro de segurana do trabalho, enfermeiro, tcnico de segurana do trabalho, auxiliar de enfermagem, tem por atividade dar segurana aos trabalhadores atravs do ambiente de trabalho que inclui mquinas e equipamentos, reduzindo os riscos a sade do trabalhador, verificando o uso dos EPIs, orientando para que os mesmos cumpram a NR, e fazendo assim com que diminuam os acidentes de trabalho e as doenas ocupacionais. O SESMT tem por finalidade promover a sade e proteger a integridade do trabalhador no seu ambiente de trabalho, portanto, torna-se um trabalho que tem por objetivo a preveno de acidentes tanto de doenas ocupacionais.). Trata-se de trabalho preventivo e de competncia dos profissionais citados acima, com aplicao de conhecimentos de engenharia de segurana e de medicina no ambiente de trabalho para reduzir ou eliminar os riscos sade dos trabalhadores; cabe ao SESMT orientar os trabalhadores quanto ao uso dos equipamentos de proteo individual e conscientiz-los da importncia de prevenir os acidentes e das forma de conservar a sade no trabalho.

tambm de responsabilidade do SESMT o registro dos acidentes. (CLT Artigo 162 inciso 4.1|4.2|4.8.9|4.10. NR 5 - Comisso Interna de Preveno de Acidentes. As empresas privadas, pblicas e rgos governamentais que possuam empregados regidos pela Consolidao das Leis do Trabalho (CLT) ficam obrigados a organizar e manter em funcionamento uma Comisso Interna de Preveno de Acidentes (CLT Artigo 164 Inciso 5.6|5.6.1|5.6.2|5.7|5.11 e Artigo 165 inciso 5.8). A Comisso Interna de Preveno de Acidentes - CIPA - tem como objetivo a preveno de acidentes e doenas decorrentes do trabalho, de modo a tornar compatvel permanentemente o trabalho com a preservao da vida e a promoo da sade do trabalhador. NR 6 - Equipamento de Proteo Individual. Para os fins de aplicao desta NR, considera-se EPI todo dispositivo de uso individual, de fabricao nacional ou estrangeira, destinado a proteger a sade e a integridade fsica do trabalhador. A empresa obrigada a fornecer aos empregados gratuitamente. (CLT - artigo 166 inciso 6.3 subitem A - Artigo 167 inciso 6.2).

NR 7 - Programa de Controle Mdico de Sade Ocupacional. Esta NR estabelece a obrigatoriedade da elaborao e implementao, por parte de todos os empregadores e instituies que admitam trabalhadores como empregados, do Programa de Controle Mdico de Sade Ocupacional - PCMSO, cujo objetivo promover e preservar a sade do conjunto dos seus trabalhadores. NR 8 Edificaes. Esta NR estabelece requisitos tcnicos mnimos que devam ser observados nas edificaes para garantir segurana e conforto aos que nelas trabalham. NR 9 - Programa de Preveno de Riscos Ambientais. Esta NR estabelece a obrigatoriedade da elaborao e implementao, por parte de todos os empregadores e instituies que admitam trabalhadores como empregados, do Programa de Preveno de Riscos Ambientais - PPRA , atravs da antecipao, reconhecimento, avaliao e conseqente controle da ocorrncia de riscos ambientais existentes ou que venham a existir no ambiente de trabalho. NR10 - Servios em Eletricidade. Esta NR fixa as condies mnimas exigidas para garantir a segurana dos empregados que trabalham em instalaes eltricas, em suas etapas, incluindo projeto, execuo, operao, manuteno, reforma e ampliao e ainda, a segurana de usurios e terceiros.

NR 11 - Transporte, Movimentao, Armazenagem e Manuseio de Materiais. Esta NR estabelece normas de segurana para operao de elevadores, guindastes, transportadores industriais e mquinas transportadoras. O armazenamento de materiais dever obedecer aos requisitos de segurana para cada tipo de material. NR 12 - Mquinas e Equipamentos. Esta NR estabelece os procedimentos obrigatrios nos locais destinados a mquinas e equipamentos, como piso, reas de circulao, dispositivos de partida e parada, normas sobre proteo de mquinas e equipamentos, bem como manuteno e operao. NR 13 - Caldeiras e Vasos de Presso. Esta NR estabelece os procedimentos obrigatrios nos locais onde se situam as caldeiras de qualquer fonte de energia, projeto, acompanhamento de operao e manuteno, inspeo e superviso de inspeo de caldeiras e vasos de presso, em conformidade com a regulamentao profissional vigente no pas. NR 14 - Fornos Esta NR estabelece os procedimentos mnimos, fixando construo slida, revestida com material refratrio, de forma que o calor radiante no ultrapasse os limites de tolerncia, oferecendo o mximo de segurana e conforto aos trabalhadores.

NR 15 - Atividades e Operaes Insalubres. Esta NR estabelece os procedimentos obrigatrios, nas atividades ou operaes insalubres que so executadas acima dos limites de tolerncia previstos na Legislao, comprovadas atravs de laudo de inspeo do local de trabalho. Agentes agressivos: rudo, calor, radiaes, presses, frio, umidade, agentes qumicos. NR - 16 Atividades e Operaes Perigosas. Esta NR estabelece os procedimentos nas atividades exercidas pelos trabalhadores que manuseiam e/ou transportam explosivos ou produtos qumicos, classificados como inflamveis, substncias radioativas e servios de operao e manuteno. NR 17 Ergonomia. Esta NR visa estabelecer parmetros que permitam a adaptao das condies de trabalho s caractersticas psicofisiolgicas dos trabalhadores, de modo a proporcionar um mximo de conforto, segurana e desempenho eficiente. 18 - Condies e Meio Ambiente de Trabalho na Indstria da Construo. Esta NR estabelece diretrizes de ordem administrativa, de planejamento e de organizao, que objetivam a implementao de medidas de controle e sistemas preventivos de segurana nos processos, nas condies e no meio ambiente de trabalho na indstria da construo.

NR 19 Explosivos. Esta NR estabelece o fiel cumprimento do procedimento em manusear, transportar e armazenar explosivos de uma forma NR 20 - Lquidos Combustveis e Inflamveis. Esta NR estabelece a definio para lquidos combustveis, lquidos inflamveis e Gs liquefeito de petrleo, parmetros para armazenar, como transportar e como devem ser manuseados pelos trabalhadores. NR 21 - Trabalhos a cu aberto. Esta NR estabelece os critrios mnimos para os servios realizados a cu aberto, sendo obrigatria a existncia de abrigos, ainda que rsticos com boa estrutura, capazes de proteger os trabalhadores contra intempries. NR 22 - Segurana e Sade Ocupacional na Minerao. Esta NR estabelece sobre procedimentos de Segurana e Medicina do Trabalho em minas, determinando que a empresa adotar mtodos e manter locais de trabalho que proporcionem a seus empregados condies satisfatrias de Segurana e Medicina do Trabalho. NR 23 - Proteo contra incndios. Esta NR estabelece os procedimentos que todas as empresas devam possuir, no tocante proteo contra incndio, sadas de emergncia para os trabalhadores, equipamentos suficientes para combater o fogo e pessoal treinado no uso correto.

NR 24 - Condies Sanitrias e de Conforto nos Locais de Trabalho. Esta NR estabelece critrios mnimos, para fins de aplicao de aparelhos sanitrios, gabinete sanitrio, banheiro, cujas instalaes devero ser separadas por sexo, vestirios, refeitrios, cozinhas e alojamentos. NR 25 - Resduos Industriais. Esta NR estabelece os critrios que devero ser eliminados dos locais de trabalho, atravs de mtodos, equipamentos ou medidas adequadas, de forma a evitar riscos sade e segurana do trabalhador. NR 26 - Sinalizao de Segurana. Esta NR tem por objetivos fixar as cores que devam ser usadas nos locais de trabalho para preveno de acidentes, identificando, delimitando e advertindo contra riscos. NR 27 - Registro Profissional do Tcnico de Seg. do Trabalho. Esta NR estabelece que o exerccio da profisso depende de registro no Ministrio do Trabalho, efetuado pela SSST, com processo iniciado atravs das DRT; esta NR foi revogada de acordo com a portaria N 262 de 29/05/2008 (DOU de 30/05/2008 Seo 1 Pg. 118). De acordo com o Art. 2 da supracitada DOU, o registro profissional ser efetivado pelo Setor de Identificao e Registro Profissional das Unidades Descentralizadas do Ministrio do Trabalho e Emprego, mediante requerimento do interessado, que poder ser encaminhado pelo sindicato da categoria. O lanamento do registro ser diretamente na Carteira de Trabalho e Previdncia social CTPS.

NR 28 - Fiscalizao e Penalidades. Esta NR estabelece que Fiscalizao, Embargo, Interdio e Penalidades, no cumprimento das disposies legais e/ou regulamentares sobre segurana e sade do trabalhador, sero efetuados obedecendo ao disposto nos decretos leis. NR 29 - Norma Regulamentadora de Segurana e Sade no Trabalho Porturio. Esta NR regulariza a proteo obrigatria contra acidentes e doenas profissionais, alcanando as melhores condies possveis de segurana e sade dos trabalhadores que exeram atividades nos portos organizados e instalaes porturias de uso privativo e retroporturias, situadas dentro ou fora da rea do porto organizado. NR 30 - Segurana e Sade no Trabalho Aquavirio. Esta norma aplica-se aos trabalhadores das embarcaes comerciais, de bandeira nacional, bem como s de bandeiras estrangeiras, no limite do disposto na Conveno da OIT n. 147 - Normas Mnimas para Marinha Mercante, utilizados no transporte de mercadorias ou de passageiros, inclusive naquelas utilizadas na prestao de servios, seja na navegao martima de longo curso, na de cabotagem, na navegao interior, de apoio martimo e porturio, bem como em plataformas martimas e fluviais, quando em deslocamento.

NR 31 - Norma Regulamentadora de Segurana e Sade no Trabalho na Agricultura, Pecuria Silvicultura, Explorao Florestal e Aqicultura. Esta NR tem por objetivo estabelecer os preceitos a serem observados na organizao e no ambiente de trabalho, de forma a tornar compatvel o planejamento e o desenvolvimento das atividades da agricultura, pecuria, silvicultura, explorao florestal e aqicultura com a segurana e sade e meio ambiente do trabalho. Para fins de aplicao desta NR considera-se atividade agro-econmica, aquelas que operando na transformao do produto agrrio, no altere a sua natureza, retirando-lhe a condio de matria prima. NR 32 - Segurana e Sade no Trabalho em Estabelecimentos de Sade. Esta Norma Regulamentadora tem por finalidade estabelecer as diretrizes bsicas para a implementao de medidas de proteo segurana e sade dos trabalhadores dos servios de sade, bem como daqueles que exercem atividades de promoo e assistncia sade em geral. Para fins de aplicao desta NR, entende-se como servios de sade qualquer edificao destinada prestao de assistncia sade da populao, e todas as aes de promoo, recuperao, assistncia, pesquisa e ensino em sade em qualquer nvel de complexidade.

NR 33 - Segurana e Sade no Trabalho em Espaos Confinados. Esta NR tem por objetivo estabelecer os requisitos mnimos para identificao de espaos confinados e o reconhecimento, avaliao, monitoramento e controle dos riscos existentes, de forma a garantir permanentemente a segurana e sade dos trabalhadores e que interagem direta ou indiretamente neste espaos. Espao confinado qualquer rea ou ambiente no projetado para ocupao humana contnua, que possua meios limitados de entrada e sada, cuja ventilao existente insuficiente para remover contaminantes ou onde possa existir a deficincia ou enriquecimento de oxignio. NR 34 - Condies e Meio Ambiente de Trabalho na Indstria da Construo e Reparao Naval. Esta NR trata de nove procedimentos de trabalhos executados em estaleiros: trabalho a quente; montagem e desmontagem de andaimes; pintura; jateamento e hidrojateamento; movimentao de cargas; instalaes eltricas provisrias; trabalhos em altura; utilizao de radionucldeos e gamagrafia; e mquinas portteis rotativas. Trata-se de proposta de texto para criao da Norma Regulamentadora sobre Condies e Meio Ambiente de Trabalho na Indstria Naval (NR-34); esta Norma Regulamentadora NR tem por finalidade estabelecer os requisitos mnimos e as medidas de proteo segurana, sade e ao meio ambiente de trabalho nas atividades da indstria de construo e reparao naval.

Norma Regulamentadora 13 NR 13 Governo Federal / Ministrio do Trabalho e Emprego NR-13 uma norma compulsria e faz parte de um grupo de normas do Ministrio do Trabalho e Emprego que visam a segurana do trabalhador. Revisada em 1984 e 1994, ltima edio de 24/06/2008. Descumprimento: dolo ou culpa multas e interdio. Fiscalizao : MTE / DRTs e Trabalhador ( via SINDICATO).

Governo Federal/ Ministrio do Trabalho e Emprego Profissional Habilitado: aquele que tem competncia legal para o exerccio da profisso de engenheiro, nas atividades referentes a projeto de construo, acompanhamento de operao e manuteno, inspeo e superviso de inspeo de caldeiras e vasos de presso e em conformidade com a regulamentao profissional vigente no Pais. Presso Mxima de Trabalho Permitida PMTP. Presso Mxima de Trabalho Admissvel PMTA: o maior valor de presso compatvel com o cdigo de projeto, a resistncia dos materiais utilizados, as dimenses do equipamento e seus parmetros operacionais.

Noes de grandezas fsicas e unidades

Medidas Fsicas. Unidades Naturais.So aquelas unidades que no podem ser subdivididas; as medidas feitas com estas unidades resultam um valor exato. Exemplo 01 : quantos alunos h em uma sala de aula ?

Unidades Arbitrrias.So aquelas unidades que podem ser subdivididas; as medidas feitas com estas unidades nem sempre (raramente ) resultam um valor exato. Exemplo 02 : medidas de grandezas fsicas em geral comprimento, tempo, fora , velocidade, etc.

Metrologia Alguns conceitos.Medio: conjunto de operaes que tem por objetivo determinar um valor de uma grandeza; pode ser manual ou automtica, analgica ou digital. Metrologia: cincia da medio; trata dos conceitos bsicos, dos mtodos, dos erros e sua propagao, das unidades e dos padres envolvidos na quantificao de grandezas fsicas, e abrange todos os aspectos tcnicos e prticos relativos s medies, qualquer que seja a incerteza, em quaisquer campos da cincia ou tecnologia. Medir: procedimento pelo qual o valor momentneo de uma grandeza fsica determinado como um mltiplo e/ou uma frao de uma unidade estabelecida como padro. Medida: valor correspondente ao valor momentneo da grandeza a medir no instante da leitura, expressa por um nmero acompanhado da unidade da grandeza a medir. Instrumentao: conjunto de tcnicas e instrumentos usados para observar, medir e registrar fenmenos fsicos; preocupa-se com o estudo, o desenvolvimento, a aplicao e a operao dos instrumentos.

Resultado: valor de uma grandeza obtido por medio; uma expresso completa do resultado de uma medio compreende tambm a incerteza de medio e os valores de referncia das grandezas que influem sobre o valor da grandeza a medir ou sobre o instrumento de medir. Indicao: valor de uma grandeza a ser medida fornecido por um instrumento de medir e expressa em unidades da grandeza medida. Indicao: valor de uma grandeza a ser medida fornecido por um instrumento de medir e expressa em unidades da grandeza medida. Medida: grau de concordncia entre o resultado da medio e o valor verdadeiro convencional da grandeza medida; o uso do termo preciso no lugar de exatido deve ser evitado. Mensurando: objeto da medio, a grandeza submetida medio. Grandeza de influncia: grandeza que no o mensurando, mas que afeta o resultado da medio deste. Principio de medio: base cientfica de uma medio. Mtodo de medio: seqncia lgica de operaes, descritas genericamente, usadas na execuo das medies. Procedimento de medio: conjunto de operaes, descritas especificamente, usadas na execuo de medies particulares, de acordo com um dado mtodo.

Histrico

Processo de medio

Erros de medies.Quando realizamos uma medida precisamos estabelecer a confiana que o valor encontrado para a medida representa. Medir um ato de comparar e esta comparao envolve erros dos instrumentos, do operador, do processo de medida e outros. Podemos ter erros sistemticos que ocorrem quando h falhas no mtodo empregado, defeito dos instrumentos, etc... ...erros acidentais (aleatrios) que ocorrem quando h impercia do operador, erro de leitura em uma escala, erro que se comete na avaliao da menor diviso da escala utilizada etc. Em qualquer situao deve-se adotar um valor que melhor represente a grandeza e uma margem de erro dentro da qual deve estar compreendido o valor real.

Incerteza: estimativa caracterizando a faixa de valores dentro da qual se encontra o valor verdadeiro da grandeza medida; compreende, em geral, muitos componentes. Erro absoluto: Resultado de uma medio menos o valor verdadeiro convencional da grandeza medida. Erro relativo: quociente do erro absoluto da medio pelo valor verdadeiro convencional da grandeza medida. Erro aleatrio: componente do erro de medio que varia de uma forma imprevisvel quando se efetuam vrias medies da mesma grandeza. Erro sistemtico: componente do erro que se mantm constante ou varia de forma previsvel quando se efetuam vrias medies de uma mesma grandeza; os erros sistemticos e suas causas podem ser conhecidos ou desconhecidos. Fontes de erro: sistema de medio

variao da temperatura ambiente; instabilidade dos sistemas eltricos de medio.operador Correo: valor adicionado algebricamente ao resultado no corrigido de uma medio para compensar um erro sistemtico.

Quando voc realiza medidas com a rgua milimetrada em um espao S, voc colocou duas casas decimais. correto o que voc fez? Sim, porque voc considerou os algarismos significativos. O que so os algarismos significativos? Quando voc mediu o valor de S = 5,81 cm com a rgua milimetrada voc teve certeza sobre os algarismos 5 e 8, que so os algarismos corretos (divises inteiras da rgua), sendo o algarismo 1 avaliado denominado duvidoso. Consideramos algarismos significativos de uma medida os algarismos corretos mais o primeiro duvidoso. Algarismos significativos = alg.s corretos + 1 alg. duvidoso 5,81 5,8 1 Sempre que apresentamos o resultado de uma medida, este ser representado pelos algarismos significativos. Veja que as medidas 5,81 e 5,83cm no so fundamentalmente diferentes, porque diferem apenas no algarismo duvidoso.

Os zeros esquerda no so considerados algarismos significativos como no exemplo: 0,000123 contm apenas trs algarismos significativos

Operaes com algarismos significativos Adio e subtrao.H regras para operar com algarismos significativos. Se estas regras no forem obedecidas voc pode obter resultados que podem conter algarismos que no so significativos. Vamos supor que voc queira fazer a seguinte adio: 250,657 + 0,0648 + 53,6 = ? Para tal veja qual parcela apresenta o menor nmero de algarismos significativos, aps a vrgula. No caso 53,6 que apresenta apenas uma casa decimal. Esta parcela ser mantida e as demais sero aproximadas para uma casa decimal; voc tem que observar as regras de arredondamento; no nosso exemplo teremos as seguinte aproximaes: 250,657 = 250,7 0,0648 = 0,1 Adicionando os nmeros aproximados, teremos: 250,7 + 0,1 + 53,6 = 304,4 cm Na subtrao, voc segue o mesmo procedimento.

Multiplicao e diviso.Vamos multiplicar 6,78 por 3,5 normalmente: 6,78 x 3,5 = 23,73 Aparecem no produto algarismos que no so significativos. A seguinte regra adotada: Verificar qual o fator que apresenta o menor nmero de algarismos significativos e apresentar no resultado apenas a quantidade de algarismo igual a deste fator, observando as regras de arredondamento. 6,78 x 3,5 = 23,7 Para a diviso o procedimento anlogo.

Notao cientficaA notao cientfica uma forma concisa de representar nmeros, em especial nmeros muito grandes (100000000000) ou nmeros muito pequenos (0,00000000001) e baseia-se no uso de potncias de 10; os casos acima, escritos em notao cientfica, ficariam: (1 1011) e (1 10-11), respectivamente. Observe os nmeros abaixo: 600 000 30 000 000 500 000 000 000 000 7 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 0,0004 0,00000001 0,0000000000000006 0,0000000000000000000000000000000000000000000000008 A definio bsica de notao cientfica permite uma infinidade de representaes para cada valor; mas a notao cientfica padronizada inclui uma restrio: a mantissa deve ser maior ou igual a 1 e menor que 10. Desse modo cada nmero representado de uma nica maneira.

Como transformarPara transformar um nmero qualquer para a notao cientfica padronizada devemos deslocar a vrgula obedecendo o princpio de equilbrio. Vejamos o exemplo abaixo: 253 756,42 A notao cientfica padronizada exige que a mantissa esteja entre 1 e 10. Nessa situao, o valor adequado seria 2,5375642 (observe que a seqncia de algarismos a mesma, somente foi alterada a posio da vrgula). Para o expoente, vale o princpio de equilbrio: "Cada casa decimal que diminui o valor da mantissa aumenta o expoente em uma unidade, e viceversa". Observe a transformao, passo a passo: 253 756,42 = 25 375,642 101 = 2 537,5642 102 = 253,75642 103 = 4 5 25,375642 10 = 2,5375642 10 Um outro exemplo, com valor menor que 1: 0,0000000475 = 0,000000475 10-1 = 0,00000475 10-2 = 0,0000475 10-3 = 0,000475 10-4 = 0,00475 10-5 = 0,0475 10-6 = 0,475 10-7 = 4,75 10-8

Sistemas de medidas. Num sistema de medidas, as unidades so baseadas em grandezas fsicas fundamentais. As outras unidades so ditas derivadas. Todas as grandezas fsicas da mecnica podem ser expressas em funo das seguintes grandezas fundamentais : comprimento, massa e tempo. Sistema Internacional de unidades (SI). O Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM) foi criado pela Conveno do Metro, assinada em Paris em 20 de maio de 1875 por 17 Estados. Tem por misso assegurar a unificao mundial das medidas fsicas, encarregado:1. de estabelecer os padres fundamentais e as escalas das principais grandezas fsicas; 2. de conservar os prottipos internacionais; 3. de efetuar a comparao dos padres nacionais e internacionais; 4. de assegurar a coordenao das tcnicas de medidas correspondentes; 5. de efetuar e de coordenar as determinaes relativas s constantes fsicas que intervm naquelas atividades.

No SI distinguem-se duas classes de unidades: 1. Unidades de base sete unidades perfeitamente definidas, consideradas como independentes sob o ponto de vista dimensional.Grandeza Comprimento Massa Tempo Intensidade de corrente eltrica Temperatura termodinmica Intensidade luminosa Quantidade de matria Grandezas Massa Comprimento Tempo Temperatura Smbolos M L T Nome metro quilograma segundo ampre kelvin candela mol Dimenses M L T Smbolo m kg s A K cd mol Unidades (SI) kg m s K

Dimenses de grandezas primrias

2. Unidades derivadas formadas pela combinao de duas ou mais unidades de base; alguns exemplos de unidades derivadas:Grandeza Superfcie Volume Vazo Massa especfica Fora Presso Temperatura Viscosidade dinmica Viscosidade cinemtica Nome metro quadrado metro cbico metro cbico por segundo quilograma por metro cbico Newton Pascal grau Celsius Poise Stokes Smbolo m2 m3 m3/s kg/m3 N Pa C P St

Grandeza rea Geometria Volume Velocidade Velocidade angular Cinemtica Vazo Fluxo de massa

Smbolo A V U Q

Dimenso L2 L3 LT-1 T-1 L3 T-1 MT-1 Fora Torque F T E P p M LT-2 M L2 T-2 M L2 T-2 M L2 T-3 M L-1 T-2

Dimenses de grandezas derivadas.

Mecnica

Energia Potncia Presso

Massa especfica Viscosidade dinmica Propriedade dos Fludos Viscosidade cinemtica Tenso superficial Condutividade trmica Calor especfico

Cp , Cv

M L-3 M L-1 T-1 L2 T-1 M T-2 MLT-3 L2 T-2 -1

Prefixos SI: so utilizados uma srie de prefixos e seus smbolos para formar os nomes e smbolos dos mltiplos e submltiplos das unidades no SI .Fator1024 1021 1018 1015 1012 109 106 103 102 101

Prefixoyotta zetta exa peta tera giga mega quilo hecto deca

SmboloY Z E P T G M k h d

Fator10 -1 10 -2 10 -3 10 -6 10 -9 10 -12 10 -15 10 -18 10 -21 10 -24

Prefixodeci centi mili micro nano pico femto atto zepto yocto

Smbolod c m n p f a z y

Regras para escrita dos nomes e smbolos das unidades SI. Smbolos das unidades SI 1) Os smbolos das unidades so expressos em caracteres romanos (verticais) e, em geral, minsculos; entretanto, se o nome da unidade deriva de um nome prprio, a primeira letra do smbolo maiscula. 2) Os smbolos das unidades permanecem invariveis no plural. 3) Os smbolos das unidades no so seguidos por ponto. Expresso algbrica dos smbolos das unidades SI 1) O produto de duas ou mais unidades pode ser indicado de uma das seguintes maneiras: N.m ou Nm 2) Quando uma unidade derivada constituda pela diviso de uma unidade por outra, pode-se utilizar a barra inclinada (/), o trao horizontal, ou potncias negativas. m/s ou m.s-1 3) Nunca repetir na mesma linha mais de uma barra inclinada, a no ser com o emprego de parnteses, de modo a evitar quaisquer ambigidades. Nos casos complexos deve-se utilizar parnteses ou potncias negativas. m/s2 ou m.s-2, porm no m/s/s m.kg/(s3.A) ou m.kg.s-3 .A -1, porm no m.kg/s3/A

Fluidos

Conceituao de fludos. Denominamos fluido toda substncia que pode fluir, isto , escoar facilmente. Ou , ainda substncia que submetida a uma fora deforma-se continuamente. Tudo aquilo que escoa os lquidos e os gases.

A teoria cintica molecular define fluido da seguinte maneira: Fluidos so corpos onde as molculas trocam de posio continuamente, ao passo que, slidos so corpos onde as molculas oscilam em torno de posies fixas. Nos lquidos h uma fora de atrao intermolecular que impede que haja grandes variaes de volume numa mesma condio ambiental, mas estas foras no so suficientes para manter as molculas em posies fixas; assim, os lquidos assumem a forma dos recipientes que os contm. Nos gases essas foras de atrao intramolecular so fracas, permitindo que haja variaes de forma e volume; assim, os gases ocupam todo o volume dos recipientes que os contm, assumindo, em conseqncia, suas formas.

Diferenas conceituais entre os estados fsicos da matria

Fluido definido como qualquer tipo de matria que se deforma continuamente sob a ao de uma tenso de cisalhamento. A relao entre esta tenso de cisalhamento e a taxa de deformao no sempre linear, mas este comportamento nitidamente se ope ao dos slidos que respondem ao cisalhamento atravs de deformao temporria ou permanente, mas jamais contnua. Os fluidos so normalmente divididos em duas classes, quais sejam, lquido e gs (ou vapor), cujas caractersticas prprias so amplamente conhecidas do cotidiano: o lquido tem massa especfica e viscosidade mais altas que o do gs, mas uma compressibilidade menor. A alta compressibilidade do gs faz com que ocupe todo o volume disponvel do recipiente que o contm. Conceitos fundamentais. Sistema: objeto de anlise identificado para estudo das interaes (trocas de energia e/ou matria) com o meio externo.A composio da matria dentro do sistema pode ser fixa ou varivel. A forma ou o volume do sistema no necessariamente constante.

Vizinhana: tudo externo ao sistema. Fronteira: separa o sistema do meio externo ou vizinhana. Pode estar em repouso ou movimento.

Tipos de sistemas. a) Isolados: no trocam matria ou energia com o meio externo. b) Fechados: No trocam matria, mas podem permutar energia. c)Abertos: Podem trocar matria e energia com sistemas vizinhos.

Propriedades dos fludos. Propriedades extensivas dependem do tamanho (extenso) do sistema massa, volume, energia. Propriedades intensivas no dependem do tamanho (extenso) do sistema temperatura e presso. Estado as condies s quais o sistema est submetido e que determinam uma posio de equilbrio que chamamos de estado termodinmico e caracterizado por suas propriedades (T, P, energia, etc...) Processo a transformao de um estado a outro; a variao no valor de uma propriedade entre dois estados independe do processo. Exemplo: T = T2-T1 Processos em que uma propriedade se mantm constante:

Ciclo seqncia de processos, que comeam e terminam no mesmo estado.

As propriedades so conhecidas como grandezas ou funes de estado e dependem to somente dos estado inicial e final do sistema, no importando o caminho percorrido na evoluo do processo. Note que trabalho e calor no so funes de estado, no so propriedades do sistema pois dependem do caminho percorrido no processo.

Denomina-se componente a cada uma das substncias presentes em uma mistura e que apresentam propriedades bem definidas. Denomina-se fase a qualquer poro de material (fluido ou slido), constituda por um ou mais componentes, com caractersticas uniformes em toda a sua extenso (composio qumica e estrutura fsica). As principais fases presentes nas misturas de interesse so: fase gasosa: ou simplesmente gs, constituda por componentes leves; fase lquida oleosa: usualmente denominada leo, formada principalmente por componentes de maiores pesos moleculares; fase lquida aquosa: constituda quase que exclusivamente por gua; fase slida: constituda por componentes de altssimos pesos moleculares que do origem aos depsitos slidos.

Condies padro Toda e qualquer medio ou expresso de valores de propriedades dos fluidos dever, necessariamente, ser referida a condies de presso e temperatura perfeitamente determinadas. De outra forma, no haveria possibilidade de comparao entre valores. As condies padro de presso e temperatura variam de um pas para outro; no Brasil h basicamente 2 padres de interesse: Padro Petrobras: presso: 1 atmosfera = 1.01325 bar Temperatura : 20C = 68F = 293,15 K Padro Internacional (AIP) : presso: 1 atmosfera = 1.03323 kgf/cm2 = 1.01325 bar Temperatura : 15,56C = 60F = 288.71 K

Propriedade dos fluidos massa especfica : razo entre a massa do fluido e o volume que contm essa massa. Equao dimensional: [] = M*L-3= F*L-4*T2 volume Especfico - : definido como o volume ocupado pela unidade de massa de uma substncia, ou seja, o inverso da massa especfica. Equao dimensional: []= M-1* L3. Peso especfico - : razo entre o peso de um dado fluido e o volume que o contm; o seu peso por unidade de volume. Equao dimensional: [] = M*L-2*T-2= F*L-3 Relao entre peso especfico e massa especfica:

Densidade d: a razo entre a massa especfica (s) de uma substncia e a massa especfica de outra substncia de referncia em condies padro (0). TS T

dT0S =

Para slidos e lquidos a substncia de referncia a gua; para gases a referncia o ar. Valores padres de temperatura : 4 C , 15 C, 20 C e 60 F. Grau API: O American Petroleum Institute (API) estabeleceu esta unidade para expressar a densidade de petrleos, onde as massas especficas do petrleo e da gua so tomada a 60 F; o API calculado pela expresso:0

S T0 0

API =

141.5 131.5 60 d 60

Grau Baum: uma escala para densidade de solues criada pelo qumico francs Antoine Baum (1728-1804). Ele usou gua pura e solues de cloreto de sdio para definir os pontos da escala e a relao entre grau Baum(B) e densidade (d) ficou:Para solues mais leves que a gua B = (140 / d) 130 Para solues mais pesadas que a gua B = 145 (145 / d)

A temperatura de referncia 60F ( 15,6C).

Viscosidade dinmica (): propriedade dos fluidos responsvel pela resistncia ao deslocamento (deformao); em conseqncia dos atritos e, principalmente, da viscosidade, o escoamento de fluidos nas tubulaes somente se verifica com perda de energia, designada por perda de carga. Equao dimensional: [] = ML-1T-1 Variao da viscosidade absoluta com a temperatura:

Nos lquidos a viscosidade diretamente proporcional fora de atrao entre as molculas, portanto a viscosidade diminui com o aumento da temperatura. Nos gases a viscosidade diretamente proporcional a energia cintica das

molculas, portanto a viscosidade aumenta com o aumento da temperatura. Viscosidade cinemtica : quociente entre a viscosidade absoluta e a massa especfica do fluido.

Equao dimensional: [] = L2T-1

Coeso: uma pequena fora de atrao entre as molculas do prprio lquido (atrao eletroqumica); essa propriedade que permite s molculas fludas resistirem a pequenos esforos de tenso - a formao da gota dgua devida coeso. Adeso: quando um lquido est em contato com um slido, a atrao exercida pelas molculas do slido pode ser maior que a atrao existente entre as molculas do prprio lquido; ocorre ento a adeso Mdulo da Elasticidade Volumtrico - (): razo entre uma variao de presso e a correspondente variao de volume por unidade de volume. p = V V Equao dimensional: [] = FL-2 Coeficiente de Compressibilidade - () : inverso do mdulo de elasticidade volumtrico. 1 =

Equao dimensional: [] = F-1L2

Presso de vapor pv: a presso parcial da fase de vapor em equilbrio com a fase lquida de uma substncia a uma determinada temperatura; corresponde ao valor da presso na qual o lquido passa da fase lquida para a gasosa.

presso de bolha de um fluido: a menor presso na qual no existe fase vapor; a presso limite para o surgimento da fase do vapor. presso de orvalho: a presso limite para o surgimento da fase lquida, ou seja, a presso a partir da qual um gs comea a condensar.

Exercicos 1. A massa especfica da glicerina 1,26 g/cm. Quanto pesam 4 de glicerina ? Dados: =1,26 g/cm, V= 4 V=4000 cm g=10 m/s. A massa da glicerina : =m/V 1,26=m/4000 m=5040 g ou 5,04kg. Portanto: P=m x g P=5,04.10 P=50,4N 2. Um bloco slido, macio e homogneo, tem volume de 10m3 e massa de 105g; determine a massa especfica da substncia que o compe. 3. Um recipiente cilndrico possui seo transversal de 10cm2 e altura de 5cm e est completamente cheio com um lquido com = 2 g/cm; determine a massa do lquido. 4. Um fludo possui massa especfica de 1500kg/m3 , qual o seu peso especfico?

Presso

Um fluido considerado esttico se todos os elementos do fluido esto parados ou se movem com uma velocidade constante, relativamente a um sistema de referncia. Para que esta condio seja satisfeita, necessrio que exista um equilbrio entre as foras que agem sobre o elemento do fluido considerado. Como no h movimento de uma camada de fluido em relao outra adjacente, no haver desenvolvimento de tenses de cisalhamento no fluido; restam ento as foras normais responsveis pela tenso normal, tenso de presso ou simplesmente presso A presso em um ponto de um fluido em repouso a mesma em qualquer direo, seu valor independe da direo sendo, portanto, uma grandeza escalar.

Consideremos uma superfcie de rea S sobre a qual se distribui perpendicularmente um sistema de foras cuja resultante F. Define-se a presso mdia na superfcie considerada como sendo a relao entre a intensidade da fora atuante F e a rea S da superfcie; vamos considerar uma distribuio uniforme das foras atuantes, de modo que a presso mdia coincida com a presso em qualquer ponto. Como a presso uma grandeza escalar, fica, portanto, perfeitamente caracterizada pelo valor numrico e pela unidade, no apresentando nem direo e sentido.

Escalas de presso - presso absoluta e presso relativa a) Escala efetiva (relativa): aquela que toma como referncia (zero) a presso atmosfrica; as presses nessa escala dizem-se efetivas (relativas ou manomtricas). b) Escala absoluta: aquela que toma como referncia (zero) o vcuo absoluto; as presses nessa escala so chamadas absolutas

Unidades de presso: No Sistema Internacional, a unidade de presso o Newton por metro quadrado (N/m), tambm denominado Pascal (Pa). No sistema CGS (C: centmetro; G: grama; S: segundo) a unidade de presso dina por centmetro quadrado (dyn/cm) tambm denominado bria (ba) 1 Pa = 10 ba Em meteorologia comum utilizar mmHg como unidade de presso. Na industria utiliza-se a atmosfera (atm), o quilograma-fora por centmetro quadrado (kgf/cm) e o Newton por metro quadrado (N/m) ou pascal. 1 atm = 1kgf/cm = 101 292,8 N/m Os pases anglo-saxnicos usam os psi, ou seja, a libra peso por polegada ao quadrado (pound per square inch). Em Portugal a medida adotada o quilograma por centmetro quadrado (kg/cm) ou a atmosfera (atm). 1 bar = 1,03 kg/cm 1 psi = 0,07 kg/cm 1 atm = 10,2 N/cm 1 kg/cm = 10,2 N/cm (considerando g= 10m/s) 1 atm = 1 bar 1 atm = 29,92 in Hg = 760 mm Hg = 14,7 psi = 2116 lbf/ft2 = 34 ft de H2O = 1 atm = 1,033 kgf/cm2 = 10,33 m de H2O

Presso atmosfrica O ar, como qualquer substncia prxima Terra, atrado por ela, isto , o ar tem peso.Em virtude disto, a camada atmosfrica que envolve a Terra, atingindo uma altura de dezenas de quilmetros, exerce uma presso sobre os corpos nela mergulhados. Esta presso denominada Presso Atmosfrica. At a poca de Galileu (sculo XVII), a existncia da presso atmosfrica era desconhecida pela maioria das pessoas. Torricelli, fsico italiano, contemporneo de Galileu, realizou uma famosa experincia que, alm de demonstrar que a presso existe realmente, permitiu a determinao de seu valor. A experincia de Torricelli: Torricelli encheu de mercrio (Hg) um tubo de vidro com mais ou menos 1 metro de comprimento; em seguida fechou a extremidade livre do tubo e o emborcou numa vasilha contendo mercrio. Quando o dedo foi retirado, a coluna de mercrio desceu, ficando o seu nvel aproximadamente 76 cm acima do nvel do mercrio dentro da vasilha. Torricelli concluiu que a presso atmosfrica, patm, atuando na superfcie livre do lquido no recipiente, conseguia equilibrar a coluna de mercrio. O espao vazio sobre o mercrio, no tubo, constitui a chamada cmara baromtrica, onde a presso praticamente nula(vcuo).

Como a altura da coluna lquida no tubo era de 76 cm, Torricelli chegou concluso de que o valor da presso atmosfrica, patm, ao nvel do mar, equivale presso exercida por uma coluna de mercrio de 76 cm de altura.

Teorema Fundamental da Hidrosttica (Teorema de Stevin).Na figura esto mostrados os pontos 1 e 2, no interior de um fluido de massa especfica . A diferena de nvel entre esses pontos h. Observe que, como o cilindro est em equilbrio, a fora resultante que atua no sistema nula. Podemos, ento, escrever que: Considerando as presses p1 e p2 e a rea S, teremos: e

Se m a massa da poro cilndrica, e V o seu volume, podemos expressar o peso desta poro da seguinte maneira: P=mxg Sabendo que: m=xV e V=Sxh ento: P = gSh portanto, podemos escrever a equao de equilbrio da poro cilndrica: p2S= p1S+gSh e simplificando teremos:

Supondo que um dos pontos se encontre na superfcie do lquido e que o outro ponto esteja a uma profundidade h. A presso no primeiro ponto ser a presso atmosfrica local e, ento, a presso p, no segundo ponto, pode ser obtida pela relao:

p = p atm + ghA presso que o fluido exerce em um determinado ponto, denominada presso hidrosttica ou presso efetiva, dada por:

p h = gh

Princpio de Pascal. A forma do recipiente no afeta a presso que o lquido, contido nele, exerce no fundo do recipiente. Se a presso existente na superfcie do lquido for aumentada de uma maneira qualquer - por um pisto agindo na superfcie superior, por exemplo - a presso p em qualquer profundidade deve sofrer um aumento exatamente da mesma quantidade. Este fato foi enunciado pelo cientista francs Blaise Pascal (1623-1662), em 1653, e conhecido como "Lei de Pascal", freqentemente enunciada da seguinte maneira: "A presso aplicada a um fluido contido num recipiente transmitida sem reduo a todas as pores do fluido e as paredes do recipiente que o contm."

Podemos tambm dizer que: O acrscimo de presso produzido num lquido em equilbrio transmite-se integralmente a todos os pontos do lquido." Lei de Pascal: a presso transmitida a um fluido se d de maneira idntica em todas as direes. Conseqncia 1: um acrscimo de presso sentido em todas as paredes do reservatrio da mesma forma. Lei de Pascal: a presso transmitida a um fluido se d de maneira idntica em todas as direes. Conseqncia 2: Vasos comunicantes. Colunas de um mesmo fluido e com a mesma altura possuem a mesma presso.

Aplicaes do princpio de Pascal

Princpio de Arquimedes equilbrio de corpos submersos e flutuantes

1. Todo corpo submerso em um lquido, desloca desse liquido uma quantidade determinada, cujo volume exatamente igual ao volume do corpo submerso.2. O corpo submerso no lquido "perde" de seu peso uma quantidade igual ao peso do volume de lquido igual ao volume submerso do corpoEmpuxo

Peso

Equilbrio entre empuxo e peso.

Presso interna de um vaso1. Vaso contendo apenas gs

2. Vaso contendo gs + lquido

Medio de presso e manometria. A presso em um ponto no interior de uma massa de fluido pode ser designada ou por presso absoluta, ou por presso manomtrica. pabs= patm+ pman A maioria dos manmetros mede diferenas de presso. As presses medidas em relao presso atmosfrica denominam-se presses manomtricas. A presso absoluta (medida em relao ao vcuo) deve ser usada em todos os clculos com gases ideais ou com equaes de estado, assim como a temperatura. Tipos de manmetros:

Tubo piezomtrico Manmetro de tubo em U

Manmetro de mola

tubo de Bourdon

Manmetro com vrios fluidos manomtricos

Tabela de converso de unidadespsipsi kPa pol H2O mm H2O pol Hg mm Hg bar mbar kgf/cm2 gf/cm2 1,0000 0,14500 0,03610 0,00140 0,49120 0,01930 14,3040 0 0,01450 14,2230 0 0,01420

kPa6,84970 1,0000 0,28430 0,00980 3,38670 0,13310 100,0000 0 0,10000 97,90470 0,09790

pol H2O27,70200 4,02660 1,0000 0,03940 13,62000 0,53620 402,1800 0 0,40220 394,4100 0 0,39440

mm H2O705,15000 102,27420 25,42100 1,0000 345,94000 13,62000 10215,0000 0 10,21500 10018,0000 0 10,01800

pol Hg2,03600 0,29530 0,07340 0,00280 1,0000 0,03940 29,5300 0 0,02950 28,9590 0 0,02900

mm Hg51,71500 7,50070 1,86500 0,07340 25,40000 1,0000 705,0600 0 0,75010 735,5600 0 0,73560

bar0,0689 0 0,0100 0 0,0025 0 0,0001 0 0,0339 0 0,0013 0 1,0000 0,0010 0 0,9000 0 0,0009 0

mbar68,94700 10,00000 2,48640 0,09790 33,86400 1,33320 1000,0000 0 1,0000 980,70000 0,98070

kgf/c m20,07030 0,01020 0,00250 0,00001 0,03450 0,00140 1,01970 0,00100 1,0000 0,00100

gf/cm270,3070 10,1972 2,5355 0,0982 34,5320 1,35950 1019,700 0 1,0197 1000,000 0 1,0000

Exerccios 1. Um cilindro colocado verticalmente sobre uma superfcie plana. Qual a presso exercida pelo cilindro na superfcie, sabendo que sua base tem uma rea de 12 cm e sua massa 18 kg ? ( g = 10m/s ). 2. A densidade do cobre 8,9; qual a massa de um cubo macio e homogneo de cobre, de 20 cm de aresta ? 3. O freio hidrulico de um automvel uma aplicao prtica do princpio fsico implcito : a) no princpio de Pascal; b) na lei de Hooke; c) na segunda lei de Newton; d) no princpio de Arquimedes; e) na experincia de Torricelli. 4. Calcular a presso que exerce uma determinada quantidade de petrleo sobre o fundo de um poo, se a altura do petrleo no poo for igual a 10 m e a sua densidade 0,800. (g = 10 m/s) 5. Um balo cheio de hidrognio, de peso igual a 600 N, est preso por um fio vertical e encontra-se em equilbrio esttico ( parado ). Seu volume igual a 80 m. Determine o empuxo sofrido pelo balo. Adote g = 10 m/s e ar= 1,25 kg/m. 6. Sabendo-se que o peso especfico do mercrio (Hg) de 13600kgf/m3, calcular a presso atmosfrica para as seguintes colunas hidrostticas: a) 760mm b) 0,38m c) 1520mm

7. Calcular a presso, em kgf /cm2 , exercida pelo pisto abaixo; calcular a fora aplicada no pisto quando o manmetro indicar 10 kgf /cm2 .

P=?

8. A vlvula de segurana de uma caldeira est ajustada para 20kgf/cm2 , na sala de controle foi instalado um alarme sonoro que atua quando a presso atinge 85% da presso de abertura da vlvula. Qual deve ser o set point (ajuste) do alarme sabendo-se que sua escala em psi. 9. Determinar o valor da presso de 380mmHg em kgf/cm2 e psi na escala manomtrica e em kgf/cm2 e atm na escala absoluta.

10. Calcular a presso no fundo do vaso :

11. Determinar a presso P absoluta, sendo H2O = 1000kgf/m3 e hg = 13600kgf/m3

Calor e Temperatura

Um copo de gua da geladeira deixado sobre a mesa acaba se aquecendo e, depois de algum tempo, sua temperatura no muda mais. Da mesma forma, a gua que ferveu na chaleira para o caf se resfria e depois de algum tempo fica estvel. Note que, nos dois casos, durante algum tempo ocorre mudana da gua e depois essa mudana cessa; chamamos de equilbrio trmico a situao em que no h mais mudana: a gua nem esquenta, nem esfria. Mas o que provoca a mudana? No primeiro caso, a gua da geladeira estava mais fria que o ambiente e esquentou. No segundo caso, a gua da chaleira estava mais quente que o ambiente e esfriou. necessrio haver uma diferena de temperatura entre a gua e o meio para que haja mudana.

Quando a diferena desaparece, as duas temperaturas, da gua e do meio, igualaram-se, e a gua pra de mudar. E no que consiste essa mudana? H duas coisas acontecendo simultaneamente:

se olhamos s para o copo, vemos que a gua est sofrendo variao detemperatura; se olhamos em volta, percebemos que essa variao de temperatura decorrncia da troca de energia com o meio: o ar, mais quente, cede um pouco de sua energia para a gua do copo.

Mas que tipo de energia esta? Chamamos essa energia de energia trmica, ou...calor!Em resumo: a temperatura uma propriedade do corpo, enquanto o calor est associado a uma troca entre dois corpos; na linguagem cotidiana dizemos que est calor quando o ambiente est quente.

Como identificar a temperatura de um material? O que um termmetro? O aumento da energia trmica de um corpo significa um aumento da agitao de suas molculas; quase sempre, com algumas excees, o aumento de movimento acarreta um afastamento das molculas, como se o movimento maior requeresse mais espao (no vapor, as molculas ficam quase mil vezes mais distantes entre si do que na gua): chamamos a esse aumento da distncia entre as molculas de dilatao.

Temperatura e Termmetros Lei Zero da Termodinmica: quando dois corpos tm a mesma temperatura dizemos que esto em equilbrio trmico entre si; podemos definir a lei zero da termodinmica como: "Se dois corpos esto em equilbrio trmico com um terceiro eles esto em equilbrio trmico entre si A lei zero da termodinmica define os medidores de temperatura, os termmetros.

Substncia termomtrica: aquela que tem pelo menos uma de suas propriedades fsicas (comprimento, volume, presso etc.) variando de forma mensurvel com a temperatura. Grandeza termomtrica: a propriedade fsica da substncia termomtrica que varia de forma mensurvel com a temperatura, sendo usada para med-la.

Uma escala termomtrica um conjunto de valores numricos onde cada valor est associado certa temperatura. Uma escala termomtrica constituda por um conjunto de valores arbitrrios. Um mesmo estado trmico pode ser representado em escalas termomtricas diversas (Celsius, Fahrenheit,...) Os valores numricos de uma escala termomtrica so obtidos a partir de dois valores atribudos previamente a dois estados trmicos de referncia, bem definidos, denominados pontos fixos. Ponto fixo: estado trmico bem definido, utilizado como referncia na elaborao de uma escala termomtrica. So adotados como pontos fixos os estados trmicos correspondentes ao ponto de fuso do gelo, e o ponto de ebulio da gua, a presso normal. Conhecidos como ponto de gelo e ponto de vapor, respectivamente, constituem os pontos fixos fundamentais.

Relao entre as escalas termomtricas Podemos ter uma temperatura em uma escala e achar seu valor correspondente em outra, e esse procedimento chamado de relao entre escalas termomtricas e pode ser feito por meio de semelhana geomtrica ou atravs de propores. Devemos proceder da seguinte maneira:

1) Se colocarmos os trs termmetros de mercrio nas escalas Celsius,Fahrenheit e Kelvin, num recipiente com gua temperatura ambiente, a altura da coluna de mercrio ser a mesma em todos os termmetros. O valor numrico ser diferente, pois as escalas so diferentes, tais valores sero chamados de C, F e K, para cada uma das escalas. Da mesma forma, na fuso do gelo e na ebulio da gua, a altura da coluna de mercrio ser a mesma e os valores numricos nas escalas sero diferentes.

2)

H uma mesma proporo entre as alturas das colunas de mercrio nas escalas, ento podemos escrever:

Simplificando:

Para variao de temperatura, da mesma forma que foi feito pode-se encontrar a relao entre as variaes de temperaturas das escalas, e ento teremos:

Tipos de termmetros

Exerccio 01. Um mdico Ingls mede a temperatura de um paciente com suspeita de infeco e obtm em seu termmetro clinico o valor de 102,2 Tem ele m otivo de F. preocupao com o paciente? Justifique. 02. Fahrenheit 451 o ttulo de um filme onde se explica que 451F a temperatura da chama que destri totalmente um livro. Qual ser o ttulo desse livro se fosse usada a escala Celsius? Justifique com clculos. 03. A temperatura normal do corpo humano de 36 Qual essa temperatura C. expressa nas escalas Fahrenheit e Kelvin?

Transferncia de calor Calor o processo de transferncia de energia de um corpo para outro exclusivamente porque existe uma diferena de temperatura entre eles. O processo espontneo de transferncia sempre ocorre do corpo de maior para o de menor temperatura.

Analogia entre a transferncia de calor, a corrente eltrica e o escoamento de fluidos. .

FLUXOMassa ou Volume

FORA MOTRIZDiferena de potencial gravitacional (altura). Diferencial de presso Diferena de potencial eltrico ( voltagem) Diferena de potencial trmico

OBSERVAESQuanto maior a diferena de altura e/ou presso, maior a vazo. Quanto maior a diferena de potencial eltrico, maior a intensidade da corrente eltrica Quanto maior a diferena de potencial trmico, maior o fluxo de calor

Corrente Eltrica

Calor

Mecanismos de Transferncia de Calor. A transferncia de energia na forma de calor de um ponto a outro de um meio pode se dar por : conduo conveco radiao

A conduo e a conveco: fluxo de calor na presena de tomos A conduo e a conveco ocorrem na presena de matria: na conduo, a energia viaja sem deslocamento global das molculas, enquanto que na conveco a energia e as molculas viajam juntos. Na conduo, as molculas com movimento mais rpido vo transmitindo seu movimento s suas vizinhas mais lentas atravs de choques (tanto em slidos, cujas molculas no podem se afastar muito de seu lugar, quanto em gases ou lquidos); assim, a energia cintica molecular, mais concentrada do lado quente, vai se redistribuindo, tornando-se maior no lado inicialmente frio e menor no lado inicialmente quente. A conveco uma forma de transmisso de calor que s ocorre em lquidos e gases, pois acompanha o movimento da matria, o que no ocorre em slidos, uma vez que os tomos esto presos a posies fixas, em torno das quais podem apenas oscilar; nessa modalidade, o fluxo de calor se d concomitantemente com o fluxo de matria. A radiao: fluxo de calor na ausncia de tomos. A radiao a propagao de calor na forma de ondas de energia eletromagntica, como ocorre com a luz; dispensa a necessidade de um meio condutor de energia radiante, pois no precisa de matria para ocorrer. Todo corpo irradia calor na forma de ondas eletromagnticas; o aquecimento em um forno eltrico, ou de um coletor solar, ocorre predominantemente por radiao de calor.

Conduo A conduo o processo de transferncia de energia na forma de calor que ocorre atravs de um meio material, sob o efeito de diferenas de temperatura, sem transporte de matria; ocorre normalmente em corpos slidos. Na conduo a passagem da energia de uma regio para outra se faz da seguinte maneira: na regio mais quente, as partculas tm mais energia, vibrando com mais intensidade; com esta vibrao cada partcula transmite energia para a partcula vizinha, que passa a vibrar mais intensamente; esta transmite energia para a seguinte e assim sucessivamente... o processo pelo qual o calor se propaga da chama para a mo, atravs da barra de ferro.

Nas caldeiras, a conduo ocorre no metal dos tubos e dispositivos de troca trmica, onde o calor flui da face de maior temperatura (em contato com os gases quentes ou fornalha) para a de menor temperatura (por onde circula a gua). Lei de Fourier:

qcondonde:

dT = kA dx

q = fluxo de calor; k= condutividade trmica do material; A= rea de passagem do fluxo; dT/dx= variao da temperatura com a distncia.

Conveco. A conveco o processo de transferncia de energia na forma de calor atravs do movimento de matria e ocorre tipicamente em fluidos; a conveco sinal de movimento, podendo ser natural ou forada. Se uma certa poro de um fluido aquecida, sua densidade diminui e, com isso, eleva-se por efeito do campo gravitacional e substituda por fluido mais frio da vizinhana; assim, formam-se as correntes de conveco. Neste contexto pode-se compreender, por exemplo, a posio do congelador em um refrigerador domstico, a posio de um aparelho de ar condicionado para maximizar sua eficincia em dada estao do ano e a direo da brisa do mar.

beira-mar, a areia, tendo calor especfico sensvel muito menor que o da gua, se aquece mais rapidamente que a gua durante o dia e se resfria mais rapidamente durante a noite. Durante o dia: O ar prximo da areia fica mais quente que o restante e sobe, dando lugar a uma corrente de ar da gua para a terra. o vento que, durante o dia, sopra do mar para a terra.

Durante a noite: O ar prximo da superfcie da gua se resfria menos. Com isto ele fica mais quente que o restante e sobe, dando lugar a uma corrente de ar da terra para a gua; o vento que durante a noite sopra de terra para o mar

Nas caldeiras, ocorre transferncia de calor por conveco dos gases quentes para as superfcies dos tubos e das superfcies aquecidas dos tubos para a gua. Lei bsica da conveco (Newton):

qconv = hATonde: q= fluxo de calor por conveco h= coeficiente de transferncia de calor por conveco ou coefic. de pelcula. A= rea de transferncia de calor T= diferena de temperatura entre a superfcie(Ts) e a do fluido em um local longe da superfcie (T ).

Radiao A radiao o processo de transferncia de energia por ondas eletromagnticas, assim, pode ocorrer tambm no vcuo; as radiaes infravermelhas, em particular, so chamadas ondas de calor, embora todas as radiaes do espectro eletromagntico transportem energia. Um meio material pode ser opaco para uma determinada radiao e transparente para outra; o vidro comum, por exemplo, transparente luz visvel e opaco s radiaes infravermelhas. Aqui pode-se compreender a necessidade de diferentes cores nas roupas de inverno e de vero e como funcionam as estufas, por exemplo.

um processo predominante em temperaturas mais elevadas (acima de 500C); numa caldeira, ocorre transferncia por radiao do fogo para a rea irradiada da fornalha.

Lei de Stefan-Boltzmann4 qrad = A(Ts4 Tviz )

onde: qrad = energia emitida por unidade de rea da superfcie (W/m2) = emissividade da superfcie = constante de Stefan-Boltzmann (5,67x10-8W/m2K4) Ts = temperatura da superfcie (K) Tviz = temperatura do ambiente (K)

Calor especfico: calor sensvel e calor latente. Calor o processo de transferncia de energia de um corpo a outro exclusivamente devido a diferena de temperatura entre eles. Com a experincia de Joule na qual um certo corpo A, caindo de uma altura h, faz girar uma hlice no interior de um lquido e, com isso, aumenta a temperatura do lquido, verifica-se a equivalncia entre o trabalho mecnico e o calor.

O equivalente mecnico do calor a relao 1 cal 4,2 J. Caloria a quantidade de energia necessria para elevar a temperatura de uma grama de gua de 14,5 0C para 15,5 0C.

O quociente da quantidade de energia (Q) fornecida na forma de calor a um corpo pelo correspondente acrscimo de temperatura (T) a capacidade trmica deste corpo: Q

C=

T

Para caracterizar no o corpo, mas a substncia que o constitui, define-se o calor especfico como a capacidade trmica por unidade de massa do corpo:

1 Q c= m T

Estritamente falando, deve-se especificar as condies sob as quais a energia transferida ao sistema na forma de calor. Assim, distinguimos os calores especficos a presso constante (cP) e a volume constante (cV).

Calor sensvel: quando houver variao de temperatura em um determinado corpo, o calor denominado calor sensvel; ele capaz de determinar o quanto de calor uma unidade de massa precisa para conseguir perder ou ganhar para diminuir ou aumentar sua temperatura sem mudar sua estrutura, ou seja, se o corpo est em estado gasoso, ele continuar gasoso, e assim por diante.

Calor Latente O comportamento das substncias durante as mudanas de fases pode ser interpretado por meio dos seguintes fatos: Para passar da fase lquida para a fase slida, a gua precisa perder 80cal/g. Para passar da fase lquida para a fase gasosa, a gua precisa ganhar 540cal/g Todas substncias possuem valores fixos de calor/g que precisa ganhar/perder para mudar de uma fase para outra; essa quantidade de calor, denominada calor latente, indicada pela letra L. O calor latente provoca unicamente uma mudana de fase do corpo, sem alterar sua temperatura.

Transferncia de calor a temperatura constante mudanas de estado fsico. Calor deve ser fornecido ou removido para a mudana de estado fsico de uma substncia; neste caso, a temperatura permanece constante. A figura nos d o diagrama aproximado para uma massa de 1 kg de gua, sob presso atmosfrica normal, considerada constante. Entre A e B a gua est no estado slido e vale a relao: Q = cs mT Portanto, no intervalo AB no h mudana de estado fsico e o fornecimento (ou . retirada) de calor implica uma variao de temperatura; o calor trocado nessas condies comumente denominado calor sensvel Continuando o fornecimento de calor aps o ponto B, o processo de fuso tem incio e a temperatura se mantm constante at que toda a massa de gelo seja transformada em lquido; a quantidade de calor por unidade de massa que funde a substncia denominada calor latente de fuso (Lf). Assim, a quantidade de calor para fundir uma massa m de uma determinada substncia dada por:

Q = mL F

De C at D a gua est lquida e vale a frmula anterior do calor sensvel. De forma similar ao trecho de fuso, de D at E a temperatura constante, significando o fornecimento de calor para vaporizar a gua. Essa quantidade de calor por unidade de massa chamada calor latente de vaporizao (Lv). E a quantidade de calor para vaporizar uma massa m de uma determinada substncia dada por:

Q = mLvap

Nos processos inversos (condensao e solidificao) valem os mesmos valores da vaporizao e da fuso, se as demais condies so as mesmas; claro que o sinal contrrio, pois h remoo e no fornecimento de calor.

Vapor x Gs

Vapor o nome que se d a uma fase gasosa que est em contato com a fase lquida ou est na eminncia de condensar-se. O vapor um gs imperfeito. Gs um vapor altamente superaquecido a baixas presses e seu estado de equilbrio est longe do estado de saturao.

Gs Ideal

A fim de facilitar o estudo da termodinmica dos gases, consideram-se inicialmente as transformaes em um gs perfeito ou gs ideal, isto , um gs imaginrio cujas molculas no tm volume nem foras de repulso ou atrao (por estarem muito afastadas umas das outras); o seu calor especfico constante, independente da temperatura. Gases reais como o hidrognio e o hlio apresentam comportamento bem prximo do gs ideal; outros gases (ou misturas como o ar), em presses menores que 300 MPa e temperaturas usuais, oferecem tambm uma razovel aproximao. Os gases perfeitos obedecem a trs leis bastante simples, que so a lei de Boyle, a lei de Gay-Lussac e a lei de Charles; essas leis so formuladas segundo o comportamento de trs grandezas que descrevem as propriedades dos gases: o volume, a presso e a temperatura absoluta

Gs Ideal - Equaes bsicasLei de Boyle Formulada pelo qumico irlands Robert Boyle (1627-1691) descreve o comportamento do gs ideal quando se mantm sua temperatura constante (transformao isotrmica): considere um recipiente com tampa mvel que contem certa quantidade de gs.

Aplica-se lentamente uma fora sobre essa tampa, pois desse modo no alteraremos a temperatura do gs.

Observaremos um aumento de presso junto com uma diminuio do volume do gs, ou seja, quando a temperatura do gs mantida constante, presso e volume so grandezas inversamente proporcionais. Essa a lei de Boyle, que pode ser expressa matematicamente do seguinte modo:

Lei de Charles Mostra o comportamento de um gs quando mantida a sua presso constante e variam-se as outras duas grandezas: temperatura e volume. Para entend-la, considere novamente um gs em um recipiente de tampa mvel. Dessa vez, ns aqueceremos o gs e deixaremos a tampa livre, como mostra a figura abaixo:

Feito isso, veremos uma expanso do gs junto com o aumento de temperatura; o resultado ser uma elevao da tampa e, conseqentemente, um aumento de volume - observe que a presso sobre a tampa, nesse caso a presso atmosfrica, se mantm constante.

A lei de Charles diz que em uma transformao isobrica (presso constante), temperatura e volume so grandezas diretamente proporcionais. Essa lei expressa matematicamente da seguinte forma: Essa lei expressa matematicamente da seguinte forma:

Lei de Gay-Lussac Nos casos anteriores, mantivemos a temperatura do gs constante e depois a sua presso. Agora manteremos o volume constante e analisaremos os resultados desse procedimento. Considere novamente o nosso recipiente; dessa vez travaremos a tampa, pois assim deixaremos o volume do gs constante; aps isso iniciaremos o seu aquecimento, como ilustra a figura abaixo.

Ao sofrer esse aquecimento, o gs ir tentar se expandir, mas isso algo que no ocorre, pois a tampa est travada. O resultado ser o aumento da presso do gs sobre as paredes do recipiente.

A lei de Gay-Lussac descreve essa situao, ou seja, em uma transformao isomtrica (volume constante), a presso e a temperatura sero grandezas diretamente proporcionais. Matematicamente, a lei de Gay-Lussac expressa da seguinte forma:

Equao de Clapeyron. Vimos atravs das trs leis anteriores como um gs perfeito se comporta quando mantemos uma varivel constante e variamos as outras duas. A equao de Clapeyron pode ser entendida como uma sntese dessas trs leis, relacionando presso, temperatura e volume. Em uma transformao isotrmica, presso e volume so inversamente proporcionais e em uma transformao isomtrica, presso e

temperatura so diretamente proporcionais; dessas observaes, podemos concluir que a presso diretamente proporcional temperatura e inversamente proporcional ao volume. importante tambm salientar que o nmero de molculas influencia na presso exercida pelo gs, ou seja, a presso tambm depende diretamente da massa do gs. Considerando esses resultados, Paul Emile Clapeyron (1799-1844) estabeleceu uma relao entre as variveis de estado com a seguinte expresso matemtica:

Onde n o nmero de mols e R a constante universal dos gases perfeitos; essa constante pode assumir, entre outros, os seguintes valores:Valores de RValor 8,314472 8,314472 0,08205746 8,2057459*10-5 1,987 Unidades J/(K * mol) (l * kPa)/(K * mol) (l * atm)/ (K * mol) (m3 * atm)/ (K * mol) cal/(K * mol) Valor 62,3637 62,3637 83,14472 10,7316 Unidades (l * mmHg)/(K * mol) (l * Torr)/ (K * mol) (l * mbar)/ (K * mol) (ft3 * psi)/(R * lbmol)

Equao geral dos gases perfeitos. Considere uma determinada quantidade de gs ideal confinado em um recipiente onde se pode variar a presso, o volume e a temperatura, mas mantendo-se a massa constante, ou seja, sem alterar o nmero de mols. A partir da equao de Clapeyron, podemos estabelecer a seguinte relao:

Como o nmero de mols, n, e R so constantes, conclui-se ento:

Isto , se variarmos a presso, o volume e a temperatura do gs com a massa constante, a relao acima sempre dar o mesmo resultado; Para entender melhor o que isso significa, observe a figura abaixo:

Temos o gs ideal em trs estados diferentes, mas se estabelecermos a relao de presso, volume e temperatura descritos na primeira equao, chega-se aos seguintes resultados.

Observe que as trs equaes do o mesmo resultado, o que significa que elas so iguais; ento, podemos obter a seguinte equao final:

Gases reais

As leis gerais dos gases, embora traduzam com relativa preciso o comportamento dos mesmos em transformaes que ocorrem entre estados no muito afastados das condies ambientais, no tm o carter rigoroso que se pretendeu outorg-las h alguns sculos atrs. Na realidade, so "leis aproximadas", verificadas apenas em certas circunstncias; ou melhor dizendo, so leis com campo de aplicao restrito. O comportamento dos gases reais no to simples quanto possa parecer pela anlise dos itens precedentes; e os fatores responsveis por esta complexidade so fundamentalmente trs: As molculas ocupam lugar no espao; As molculas apresentam foras de atrao entre si (interao); As foras intermoleculares dependem da distncia de separao entre as molculas.

A primeira destas afirmaes j implica numa limitao lei de Charles: no zero absoluto de temperatura, o volume no pode ser igual a zero, logo, as retas do grfico V = f(T) no podem passar pela origem, e o gs real no obedece a lei de Charles (V = kT). medida em que o volume molecular passa a ser desprezvel em relao ao volume total do gs, este fator torna-se de pouca importncia. Os desvios entre o comportamento dos gases reais e aquele que seria de se esperar pela observncia da lei dos gases, tm sido exaustivamente estudados partir dos trabalhos de Amagat e Regnault, levados a efeito durante o sculo XIX. Um meio de se efetuar esta comparao pode ser obtido pela definio de um fator Z igual a:

pV z= RTObservando-se experimentalmente o comportamento de um gs real atravs da medio de p, V e T, para um n conhecido, obtm-se, para a funo Z = f(p), grficos como aqueles apresentados na grfico z = f(p) para o hlio e o oxignio, em que T e n so constantes. Nota-se, por este grfico, uma tendncia para Z aproximar-se de 1, medida que a presso diminui.

O prolongamento do grfico corta o eixo das ordenadas no ponto em que Z = 1; ou seja, o comportamento dos gases reais aproxima-se da condio de obedincia s leis dos gases medida em que a presso tende a zero ( importante perceber que nestas condies os trs fatores limitantes, acima enunciados, tornam-se desprezveis) Esta tendncia do gs real obedecer as leis gerais dos gases em determinadas condies, como por exemplo, para a presso tendendo a zero, representa o sustentculo mais consistente para que ainda hoje se consagrem as leis de Boyle, de Charles; com efeito, elas no so apenas leis aproximadas, com campo de aplicao restrito, sua importncia ultrapassa os limites laboratrio, ganha um contedo terico intuitivo sem precedentes e retorna s condies experimentais trazendo imenso auxlio ao estudo dos gases reais.

SISTEMAS DE GERAO DE VAPOR

O vapor dgua utilizado com agente transportador de energia em diversos processos industriais e centrais termeltricas; isso se deve s seguintes vantagens: a gua a substncia mais abundante sobre a Terra; possui grande contedo energtico; pouco corrosiva; no txica; no inflamvel; no explosiva. Toda indstria de processo qumico tem vapor como principal fonte de aquecimento: reatores qumicos, trocadores de calor, evaporadores, secadores e inmeros processos e equipamentos trmicos; mesmo outros setores industriais, como metalrgico, metal-mecnico, eletrnica, etc., podem-se utilizar de vapor como fonte de aquecimentos de diversos processos.

Gerador de vapor um trocador de calor complexo que produz vapor de gua sob presses superiores a atmosfrica a partir da energia trmica de um combustvel e de um elemento comburente, ar, sendo constitudo por equipamentos perfeitamente integrados para permitir a obteno do maior rendimento trmico possvel.

Sendo que esta definio abrange todos os tipos de geradores de vapor, sejam os que geram vapor de gua ou fluidos de alta temperatura, bem como as unidades mais simples de geradores de vapor. Convm atentar que nem sempre a fonte produtora de calor um combustvel, podendo ser aproveitados calores residuais de processos industriais, escapes de motores Diesel ou de turbinas a gs, dando ao equipamento a denominao de caldeira de recuperao.

Em resumo: um gerador de vapor um vaso de presso onde a gua alimentada, continuamente e pela aplicao de uma fonte de calor, ela se transforma em vapor; esta mudana de estado proporcionada pelo efeito direto do calor e inverso da presso. Quanto maior for a presso, mais elevada ser a temperatura de vaporizao da gua e mais energia o vapor transportar pelas molculas de gua que o constitui. Ao se condensar, a mesma energia que as molculas absorveram para passar para fase vapor liberada para o meio, resultando a na transferncia de energia na forma de calor.

Existem duas formas de fazer com que um lquido entre em ebulio: Aumentar a temperatura, portanto aumentando a presso de vapor: quando a presso de vapor do liquido atingir a presso ambiente = ebulio; Diminuir a presso reinante sobre a superfcie do lquido: quando essa presso atingir a presso de vapor do liquido = ebulio

Sistema @ 1atm

Ao se iniciar a produo de vapor, primeiramente todo calor cedido gua serve para aumentar a sua temperatura (calor sensvel). Na temperatura de saturao inicia-se a produo de vapor, e toda energia fornecida gua usada para a mudana de fase (calor latente) que acontece @ presso e temperatura constantes. Ao vapor obtido chamamos vapor saturado, que pode ser:vapor saturado mido: que ainda contm gotculas dgua, ou seja um sistema bifsico lquido + vapor, onde as quantidade relativas de vapor e lquido so expressas pelo ttulo (x) e pela umidade (y); vapor saturado seco: que no contm nenhuma umidade ( x=1 e y=0).

O ttulo consegue definir totalmente o estado em que o vapor se encontra, mesmo durante uma mudana de fase, e o grfico a seguir ilustra bem este comportamento

x=

mg m g +m f

=

mg mt

Se acrescentarmos mais energia a esse vapor ele ter sua temperatura aumentada (calor sensvel) e teremos, ento, vapor superaquecido, em um determinado grau de superaquecimento; por exemplo, se ao vapor saturado seco @ 1,03kgf/cm2 e 100C for cedido calor de modo a aumentar sua temperatura para 140C, o grau de superaquecimento resultante de 40C. Existem basicamente dois tipos de vapor: Vapor saturado: um vapor mido, contendo pequenas gotculas de gua,sendo obtido da vaporizao direta da mesma; quando este tipo de vapor se condensa, cede calor latente, e usado para aquecimento direto ou indireto. Vapor superaquecido: obtido atravs do aquecimento conveniente do vapor saturado, resultando em um vapor seco. usado para transferncia de energia cintica, ou seja, para gerao de trabalho mecnico (turbinas).

Para as aplicaes de engenharia utiliza-se diagramas e tabelas para a estimativa das propriedades termodinmicas das fase lquida e vapor, tais como ttulo (X), entalpia (H) e entropia (S) alm de p, V e T; desses diagramas o mais importante o de Mollier por ser o mais completo e no s apresentar as propriedades termodinmicas como tambm auxiliar na visualizao dos processos pelo quais uma substncia pode passar.

Algo tem que mudar para que tudo continue como antes.(Lampadosa)

Caldeiras

Introduo. A gua ferve normalmente a 100 C, ao nvel do mar e num recipiente aberto. Qualquer que seja o tempo que a gua demore para ferver nessas condies, a temperatura continuar a mesma. Se voc mantiver alta a chama de gs, depois que a gua j estiver fervendo, estar apenas desperdiando gs. O que estiver dentro da gua levar o mesmo tempo para cozinhar. O excesso de calor produzir apenas a evaporao mais rpida da gua. possvel, entretanto, tornar a gua mais quente que 100C, aumentando a presso. Caldeiras (geradores de vapor) so equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob presso superior atmosfrica, utilizando qualquer fonte de energia, excetuando-se os referverdores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo

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Caldeira Aquatubular para queima de leo, gs e mista; Baixo nvel de emisses devido otimizao do queimador com a fornalha; Rendimentos superiores a 90%; Economizador e praquecedor de ar; Caldeira de fcil manuteno; Caldeira fornecida como unidade compacta e completa, facilitando a instalao; Superaquecedor.

Uma caldeira composta de dois sistemas bsicos separados. Um o sistema vapor-gua, tambm chamado de lado de gua da caldeira e o outro o sistema combustvel ar - gs da combusto, tambm chamado de 'lado de fogo da caldeira'. A entrada do sistema vapor-gua ou lado de gua da caldeira a gua; esta gua que recebe o calor atravs de uma barreira de metal slido aquecida, convertida em vapor, e deixa o sistema na forma de vapor.

As entradas do sistema combustvel-ar-gs da combusto ou lado de fogo da caldeira so o combustvel e o ar de combusto necessrio queima deste combustvel. Neste sistema, o combustvel e o ar de combusto so completa e cuidadosamente misturados, sendo em seguida queimados na cmara de combusto, onde a energia qumica do combustvel em energia trmica, ou seja, calor; este calor transferido para o sistema vapor-gua, para gerao de vapor.

Caldeira flamotubular

Caldeira aquatubular

Classificao das caldeiras: As caldeiras podem ser classificadas de acordo com: 1. a presso de trabalho segundo a NR-13 categoria A: caldeira cuja presso de operao superior a 1960 kPa (19, 98kgf/cm2); categoria C: caldeiras com presso de operao igual ou inferior a 588 kPa (5,99kgf/cm2) e volume interno igual ou inferior a 100 litros; categoria B: caldeiras que no se enquadram nas categorias anteriores. segundo a prtica industrial:

2. o fluido que passa pelos tubos: @ caldeiras flamotubulares @ caldeiras aquotubulares 3. o grau de automao: caldeiras manuais; caldeiras semi-automticas; caldeiras automticas. 4. a fonte de energia: caldeiras eltricas; caldeiras com cmara de combusto; caldeiras de fluido trmico; caldeiras de recuperao. 5. a movimentao da gua nos tubos: caldeiras de circulao natural caldeiras de circulao forada 6. a presso da cmara de combusto: caldeiras de presso positiva; caldeiras de presso negativa 7. a tiragem: caldeiras de tiragem natural caldeiras de tiragem induzida caldeiras de tiragem balanceada.

8. o tipo de combustvel : caldeiras a combustvel slido; caldeiras a combustvel liquido; caldeiras a combustvel gasoso. O quadro a seguir apresenta uma distribuio das caldeiras levando em conta suas capacidades e presses:

Caldeiras EltricasA caldeira eltrica um equipamento que transforma energia eltrica em energia trmica, transmitindo-a para um fluido apropriado (geralmente gua) e transformando-o em vapor. A produo do vapor em uma caldeira eltrica baseia-se em um princpio pelo qual a corrente eltrica, ao atravessar qualquer condutor, encontra resistncia sua livre circulao e desprende calor (efeito Joule). A caldeira eltrica diferente das outras caldeiras porque no queima combustvel para a produo do vapor. Por isso, ela no possui fornalha, ventiladores, queimadores e chamin. As principais caractersticas das caldeiras eltricas so: no necessita de rea para estocagem de combustvel; ausncia total de poluio (no h emisso de gases); baixo nvel de rudo; modulao da produo de vapor de forma rpida e precisa; alto rendimento trmico (aproximadamente 98%); melhora do Fator de Potncia e Fator de Carga; rea reduzida para instalao da caldeira; necessidade de aterramento da caldeira de forma rigorosa; tratamento de gua rigoroso.

Os tipos fundamentais de caldeiras eltricas so: 1. com resistncia destinada, geralmente, produo de vapor em pequenas quantidades; na maioria das vezes do tipo horizontal, utilizando resistncias de imerso, e composta por um vaso horizontal cujas extremidades so formadas por tampos abaulados, contendo, internamente, um conjunto de resistncias submersas controladas por pressostatos.

2. com eletrodos submersos - geralmente destinada a trabalhar com presses de vapor no muito elevadas (aproximadamente 15kgf/cm); possui um elemento denominado cmara de vapor no qual ficam instalados os eletrodos e o controle de presso feito com a variao de nvel de gua na cmara de vapor, controlada por uma vlvula controladora de presso (PCV). Existe tambm um conjunto de bombas de circulao que coleta gua na parte inferior da caldeira e alimenta esta cmara.

3. caldeira eltrica tipo jato de gua (cascata) - usada para aplicaes de maior produo de vapor; possui um elemento denominado corpo da cascata, que tem como funo criar jatos de gua que incidem sobre os eletrodos e destes aos contra-eletrodos, e uma bomba de circulao que coleta gua no fundo da caldeira e alimenta o corpo da cascata, sendo o controle de presso feito pelo volume de gua introduzido no corpo da cascata.

1. corpo da caldeira 2. eletrodo 3. contra-eletrodo 4. corpo da cascata 5. bomba de circulao 6. bomba de alimentao 7. vlvula de controle de produo

8. vlvula de controle de alimentao 9. sada de vapor 10. vlvula respiro (vent) 11. vlvula de segurana 12. controle de nvel de gua 13. descarga de fundo

Caldeiras flamotubularesSo equipamentos derivados das caldeiras antigas, onde o fogo e os gases quentes da combusto circulam no interior dos tubos e a gua a ser vaporizada circula pelo lado de fora. Ambos so contidos por uma carcaa cilndrica denominada casco. Os tubos podem ser verticais ou horizontais, dependendo do modelo. Estamos to acostumados a trabalhar com caldeiras para usinas de gerao de energia eltrica, na sua maioria de mdio ou grande porte e com elevadas capacidades de gerao de vapor, e conseqentemente do tipo aquotubular, que consideramos as caldeiras flamotubulares como verdadeiras caldeirinhas. Entretanto, importante que saibamos que a grande maioria das caldeiras distribudas por todo o mundo so caldeiras de pequeno porte, do tipo flamotubular e estas, apesar de parecerem to inofensivas so os equipamentos de gerao de vapor que mais tem causado acidentes com vtimas

representao esquemtica de uma caldeira flamotubular

caldeiras verticais

caldeiras verticais

caldeiras horizontais

queimador

sada de gases para chamin

tubulo

cmara de retorno

Representao de uma caldeira flamotubular

Nas caldeiras flamotubulares os gases resultantes da queima do combustvel, circulam nas partes internas dos tubos de troca de calor, os quais esto circundados com a gua que queremos transformar em vapor. Como estes tubos esto totalmente cobertos externamente pela gua, a transferncia de calor ocorre em toda a rea da superfcie tubular. A superfcie de troca de calor das caldeiras dimensionada em funo da capacidade da gerao de vapor que se deseja obter; para que a troca se torne mais eficiente, d-se preferncia a aplicao de um elevado nmero de tubos de dimetro relativamente pequeno ao invs do uso de uma pequena quantidade de tubos de grande dimetro. Estes tubos so posicionados em feixes verticais ou horizontais, sendo estes ltimos so mais freqentes. So utilizadas apenas para a produo de vapor saturado pois a troca de calor feita sempre entre o tubo com gs quente na parte interna envolvido completamente com gua na forma lquida. Assim, no h troca de calor adicional entre os gases e o vapor j gerado, exceto em caldeiras de queima combinada na qual uma cmara de queima adicional instalada para gerar gases para aquecimento do vapor, tornando-o superaquecido.

Em sua grande maioria possuem capacidade de gerao de vapor reduzida (cerca de 5 toneladas por hora) e presses inferiores a 20 kg/cm2; modernamente podemos encontrar caldeiras deste tipo com capacidade superiores atingindo cerca de 30 toneladas de vapor por hora. As principais vantagens deste tipo de caldeiras so:Tamanho compacto permitindo seu fcil transporte desde a fbrica at o local de uso e futuras relocaes. Melhor eficincia na troca de calor por rea de troca trmica. Maior flexibilidade para variaes bruscas de consumo de vapor. Operao simples com reduzido nmero de instrumentos de superviso e de controle. Baixo custo de manuteno, as quais se limitam a etapas de limpeza e troca de tubos.

Desvantagens:possuem limitada capacidade de gerao de vapor, e s produzem vapor saturado. o que as torna prprias apenas para a gerao de vapor de aquecimento o que muitas vezes no interessa as industrias de grande porte que requerem vapor para acionamento de mquinas de processo como bombas, turbinas, ejetores, etc.

As caldeiras flamotubulares apresentam as seguintes partes principais: corpo da caldeira (casco ou carcaa) - construdo a partir de chapas de ao carbono calandradas e soldadas; o dimetro e comprimento esto relacionados capacidade de produo de vapor, e limitam as presses de trabalho (normalmente mximo de 20 kgf/cm) pelo dimetro do corpo destas caldeiras. espelhos - chapas planas cortadas em forma circular, de modo que encaixem nas duas extremidades do corpo da caldeira e so fixadas atravs de soldagem; so perfuradas de modo a permitir a passagem dos tubos do feixe, que so fixados por meio de mandrilamento ou soldagem. feixe tubular, ou tubos de fogo - composto de tubos que so responsveis pela absoro do calor para o aquecimento da gua; ligam o espelho frontal com o posterior, podendo ser de um,dois ou trs passes. cmara de retorno - local por onde os gases da combusto fazem a reverso do seu trajeto, passando novamente pelo interior da caldeira (pelos tubos de fogo).

Caldeiras aquatubularesAs caldeiras flamotubulares tm o inconveniente de apresentar uma superfcie de aquecimento muito pequena, mesmo se o nmero de tubos for aumentado. A necessidade de caldeiras de maior rendimento, rapidez de gerao de grandes quantidades de vapor com nveis de presso mais elevados, levou ao surgimento da caldeira aquatubular; existem modelos com produo de vapor superiores a 200 t/ h e presso de operao da ordem de 300 Kgf/ cm2 (caldeiras supercrticas). Nesse tipo de caldeira, os tubos que, nas caldeiras flamotubulares, conduziam gases aquecidos, passaram a conduzir a gua, o que aumentou muito a superfcie de aquecimento, aumentando bastante a capacidade de produo de vapor. Nas caldeiras aquatubulares a gua a ser vaporizada circula no interior dos tubos de troca trmica, enquanto o calor proveniente da queima do combustvel circula na parte externa. As caldeiras de grande porte que operam em altas e mdias presses so todas aquatubulares.

Dada a maior complexidade construtiva em relao s caldeiras flamotubulares, as aquatubulares so preferidas somente para maiores capacidades de produo de vapor e presso, exatamente onde o custo de fabricao do outro tipo comea a aumentar desproporcionadamente.

As caldeiras aquatubulares tem a produo de vapor dentro de tubos que interligam dois reservatrios cilndricos horizontais:o tubulo superior, onde se d a separao da fase lquida e do vapor; o tubulo inferior, onde feita a decantao e purga dos slidos em suspenso.

A circulao de gua entre o tubulo superior e inferior pode ser por:conveco natural: quando a diferena de densidade faz com que