Pressão é a grandeza física que mede a força exercida sobre uma área unitária aplicada em uma direção perpendicular a ela. Pode ser calculado dividindo a força aplicada pela área sobre a qual essa força é aplicada.
A fórmula matemática para calcular a pressão é:
Pressão = Força / Área
Esta magnitude física pode ter efeitos diferentes dependendo do contexto em que é aplicada. Por exemplo, na dinâmica e na mecânica dos fluidos em particular, a pressão está relacionada a propriedades como densidade e altura do fluido. Muitos fenômenos físicos, como a flotação e o funcionamento de fluidos em tubulações e sistemas hidráulicos, dependem da pressão.
No domínio da energia nuclear, a pressão num reactor nuclear é importante para garantir uma transferência de calor eficiente, controlar a reactividade, manter a integridade do sistema de contenção, garantir a segurança e contribuir para a eficiência energética.
Tipos de pressão
Existem os seguintes tipos:
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Pressão hidrostática : pressão exercida por líquidos que não podem ser comprimidos sobre os objetos que com eles estão em contato.
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Pressão absoluta: é a soma da força por unidade de área de um determinado sistema e a do ar que o rodeia.
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A pressão manométrica (também chamada de pressão relativa) é a diferença entre a pressão absoluta (real) e a pressão atmosférica.
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Pressão atmosférica : é a força por unidade de área que o ar exerce na superfície da Terra. Ao nível do mar, 1 atm equivale a 101325 Pa.
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Arterial ou sangue: quando nos referimos à força que o sangue exerce na superfície interna das artérias.
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Osmótico: é a força exercida por unidade de área de uma solução contra uma membrana semipermeável fechada.
Unidades de pressão
A unidade de pressão no sistema internacional de unidades é o pascal (Pa), em homenagem a Blaise Pascal. Um pascal é a pressão exercida por uma força total de um newton agindo uniformemente sobre um metro quadrado (Pa = N/m2).
O Pascal (Pa) é uma unidade pequena e às vezes é conveniente usar outras unidades de medida:
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Milímetro de mercúrio (mmHg): é uma unidade ainda utilizada para medir pressão na medicina, meteorologia, aviação e equivale a 133.322 387 415 Pa.
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bar. O uso desta unidade é aceito no SI embora não seja recomendado. É frequentemente utilizado porque tem um valor muito próximo de 1 atm. 1 barra = 100.000 Pa
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Hectopascais (HPa): Esta unidade é usada em meteorologia e equivale a 100 Pa.
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Atmosfera (atm): A atmosfera é uma unidade que indica a pressão produzida pela atmosfera terrestre em média na superfície terrestre.
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Quiloponds por centímetro quadrado (kp /cm²): Esta unidade é usada em engenharia. O quilopond é equivalente ao peso de uma massa de um quilograma (9,8 N).
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Libra de força por polegada quadrada (lbf/in²): é uma unidade que pertence ao sistema anglo-saxão. Para se referir a ele, também é usada a sigla psi (libras-força por polegada quadrada).
Dispositivos de medição de pressão
Na física, a pressão é medida por meio de uma variedade de instrumentos e técnicas, dependendo do sistema ou fenômeno que está sendo estudado. aqui estão alguns exemplos:
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Manômetros: usados para medir pressão em gases e líquidos. Esses instrumentos medem a pressão com base na deformação de um elemento sensível à pressão ou medindo a altura de uma coluna de líquido em equilíbrio com a pressão.
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Barômetros: Barômetros são instrumentos projetados especificamente para medir a pressão atmosférica.
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Sensores de pressão: Em aplicações mais avançadas, são utilizados sensores eletrônicos de pressão que convertem a pressão em um sinal elétrico.
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Tubos em U: Uma extremidade do tubo é conectada ao sistema onde a pressão será medida e a outra extremidade é mantida aberta ou conectada a um ponto de referência conhecido. A diferença na altura dos fluidos nos dois lados do tubo em U fornece uma medida da diferença de pressão.
Pressão em líquidos, sólidos e gases
A pressão em líquidos, sólidos e gases se comporta de maneira diferente devido às propriedades intrínsecas de cada estado da matéria como você pode ver abaixo:
Pressão em líquidos
Nos líquidos, a pressão é transmitida isotropicamente, ou seja, em todas as direções igualmente de acordo com o princípio de Pascal.
A pressão em um líquido depende da profundidade em que ele está localizado e da densidade do líquido. Em profundidades maiores, a pressão aumenta devido ao peso do líquido acima. Isso se deve à pressão hidrostática, que é resultado da força exercida pelo peso do líquido sobre uma determinada área.
A pressão hidrostática é calculada usando a fórmula P = ρgh, onde P é a pressão, ρ é a densidade do líquido, g é a aceleração da gravidade e h é a altura ou profundidade do líquido.
Pressão em sólidos
Nos sólidos, a pressão se manifesta como uma força aplicada a uma determinada superfície. A pressão em um sólido é o resultado da distribuição de força sobre a área de contato.
À medida que a força aplicada aumenta, a pressão também aumenta. A pressão nos sólidos pode ser calculada dividindo a força aplicada pela área sobre a qual essa força é aplicada.
Pressão em gases
Nos gases, a pressão se deve às colisões das moléculas do gás contra as paredes do recipiente que o contém. Quanto maior o número de moléculas ou maior a energia cinética das moléculas, mais colisões ocorrerão e, portanto, maior será a pressão.
A pressão de um gás pode ser calculada usando a lei dos gases ideais, que afirma que a pressão é diretamente proporcional à temperatura absoluta e ao número de moléculas presentes, e inversamente proporcional ao volume.
Esta lei é expressa matematicamente como P = nRT/V, onde P é a pressão, n é o número de moles de gás, R é a constante do gás ideal, T é a temperatura absoluta e V é o volume do gás.
Importância da pressão em uma usina nuclear
Num reator nuclear, o controle de pressão permite que a água seja mantida em estado líquido a temperaturas acima de 100°C, seu ponto de ebulição normal à pressão atmosférica. Por exemplo, num reator de água pressurizada (PWR), a água pode estar a uma pressão de aproximadamente 155 bar (15,5 MPa), permitindo-lhe atingir temperaturas próximas de 300°C sem ferver.
A pressão também afeta a eficiência da conversão de energia térmica em energia elétrica. Nos geradores de vapor, a água em alta pressão produz vapor com maior energia térmica. Por exemplo, numa central nuclear típica, o vapor pode ser gerado a uma pressão de cerca de 70 bar (7 MPa), o que melhora o desempenho das turbinas e aumenta a produção de eletricidade.
Segurança nuclear
Além disso, a pressão é crucial em muitos aspectos da operação de centrais nucleares para a segurança dos reactores. Abaixo mostramos dois exemplos notáveis:
Primeiro, em uma usina nuclear, a pressão é usada para evitar que partículas radioativas escapem para o exterior. O reator está contido em uma estrutura robusta que suporta altas pressões, evitando a liberação de materiais radioativos em caso de aumento de pressão. Os sistemas de refrigeração de alta pressão mantêm a água no estado líquido a temperaturas elevadas, evitando a sua conversão em vapor e o seu possível escape.
Os sistemas de ventilação são equipados com filtros de alta eficiência que operam sob pressão diferencial, capturando as partículas radioativas antes que elas saiam da planta. Em certas áreas, é mantida uma pressão (depressão) mais baixa do que no exterior, garantindo a entrada de ar em caso de fugas. Além disso, as juntas e vedações dos tubos são projetadas para suportar altas pressões e evitar vazamentos de materiais radioativos.
A pressão sobre as pessoas
No contexto da saúde, pressão comumente se refere à pressão arterial, que é a força exercida pelo sangue contra as paredes das artérias enquanto o coração bate e relaxa. A pressão arterial é expressa por dois valores: pressão sistólica e pressão diastólica.
- Pressão sistólica: É o primeiro valor registrado na medição da pressão arterial e representa a pressão nas artérias quando o coração se contrai e bombeia o sangue para o corpo.
- Pressão diastólica: É o segundo valor registrado e representa a pressão nas artérias quando o coração relaxa entre os batimentos.
A pressão arterial é medida em milímetros de mercúrio (mmHg) e expressa como uma fração, por exemplo, 120/80 mmHg. O primeiro número (a pressão sistólica) é maior porque é medido durante a contração do coração, enquanto o segundo número (a pressão diastólica) é menor porque é medido durante o relaxamento do coração.