Pressão, ela está a nossa volta, dentro de nós, pode nos matar ou nos manter vivos. Nos ajuda a cozinhar, levantar peso ou manter o equilíbrio.
É graças ao entendimento do conceito de pressão que podemos dimensionar um pé de mesa, a tubulação que fornece água a nossas casas, equipamentos de extração de petróleo ou um foguete espacial. Sabemos nossos limites e entendemos o que acontece com o corpo de um mergulhador ou de um astronauta.
A pressão é fundamentalmente utilizada em diversas áreas da engenharia, é a forma como relacionamos uma carga com a dimensão de um corpo.
O conceito matemático de pressão é:
P = F / A
Ou simplesmente: pressão é igual à força sobre área.
Isso significa que pressão é uma determinada carga aplicada em uma unidade de área.
As unidades comuns são o Pascal no sistema internacional ou o PSI para o sistema inglês. Pascal é mesma coisa que Newton por metro quadrado (N/m2) enquanto que PSI é libras por polegada quadrada (Pounds per square inch).
Reparou?
Todas as unidades relacionam uma unidade de força e uma unidade de área, e, como a própria formula descreve, força dividida pela área. Parece obvio, mas muitas vezes parecem apenas números e esquecemos que é um conceito simples. Se deixarmos de encarar apenas como fórmula, encontraremos muito mais utilidade.
Veja como é simples: uma pedra de mármore com 1 metro quadrado de área que pesa 10kg fará uma pressão de 10kg/m2sobre uma superfície plana, utilizando a unidade padrão do sistema internacional, vamos converter kg para Newtons. Como 1 kg equivale a 9,81N, temos 98,1Pa de pressão que a pedra exerce sobre a superfície de contato. Agora, vamos supor uma outra pedra com a mesma massa e dimensões diferentes de modo que tem uma área de contato com a superfície plana de 0,5m2, ela exercerá o dobro de pressão sobre a superfície.
O conceito é o mesmo tanto para sólidos quanto para fluidos.
Um liquido ou gás pressurizado dentro de um tanque irá exercer a mesma força distribuída em cada milímetro quadrado da parte interna da parede do tanque.
Por isso seus pais diziam para não ficar em pé na cama, sua massa realiza uma pressão quando você está deitado, é o seu peso distribuído por todo seu corpo. Já, quando você está em pé, será a mesma força (seu peso) sobre uma área muito menor (seus pés) e dessa forma a pressão será muito maior quando você estiver em pé.
Veja um exemplo na prática. Eu peguei minha panela de pressão e calculei a pressão interna máxima de trabalho.
Vamos entender que a máxima pressão segura da panela é alcançada quando o vapor começa a sair pela válvula, aquela tampinha que sai a fumaça. Ou seja, quando a água em estado gasoso aquecido dentro da panela tem força o suficiente para vencer o peso da válvula.
Na minha panela, a válvula pesa 100g e o orifício por onde o vapor sai tem cerca de 3 mm de diâmetro.
Lembre-se sempre de ajustar as unidades, 1 Pa = 1N/m2, então usaremos a força em Newton e a área em m2.
Adiantando o cálculo para não ficar chato, área do orifício será de aproximadamente de 7,07 x 10-6 m2. Pode conferir!
Agora vamos pensar, para o gás começar a levantar a válvula, a força precisa ser maior que o peso dela, então vamos considerar a carga limite exatamente antes de levantar válvula, mais uma vez, vamos ajustar as unidades:
Força peso da válvula: 100g = 0,1kg = 0,981N
Agora vamos lá no conceito de pressão:
P = F / A
Onde:
F é a força peso da válvula
A é a área do orifício da panela
logo: 0,981 7,07 x 10-6 = 138.783,11 Pa ou simplesmente 138,78 KPa.
Agora, vamos olhar esse resultado com mais calma:
Já entendemos que 138,78 KPa é igual 138.783,11 Newtons por metro quadrado. Na situação da panela, essa pressão é aplicada em uma pequena área de 3mm de diâmetro que resulta em uma força de 100g, mas, se esse gás fizesse essa mesma pressão em uma superfície de 1 metro quadrado, teríamos uma força de 138.783,11 Newtons, que, se for convertido para kg, será de aproximadamente 14 toneladas de força!
Se convertermos essas 14 Ton para kg / cm2, vemos que cada centímetro quadrado da panela está suportando aproximadamente 1,5 Kg de força. Daí podemos até entender por que a panela faz tanto estrago no caso de explosão.
Com isso, durante um projeto, podemos fazer diversas variações, como manter a força e alterar a área resultando em uma pressão diferente, ou manter área e alterar a força. E dessa forma verificar a tensão sofrida pelo material.
Uma dica quando quiser comparar duas pressões diferentes: observe em relação à mesma área, seja 1m2, 1 cm2, 1pol2. Dessa forma você pode comparar as forças aplicadas.
Daí, também entendemos, por exemplo, que nosso corpo está preparado para suportar 1atm que é a pressão normal a nível do mar que equivale a 101325Pa, algo em torno de 10 toneladas por metro quadrado. Não tente levantar esse peso! Lembre-se que essa carga é distribuída por todo o nosso corpo que é preparado para isso graças à seleção natural. É por isso não devemos ir para o espaço sem trajes adequados nem mergulhar nas fossas das marianas.
Espero que esse texto sirva de esclarecimento para os iniciantes na engenharia, esclarecimento para quem quiser relembrar, ou apenas de entretenimento para quem gosta de ler sobre engenharia e ciências, afinal, ela deve ser divertida.
Rafael Vendas. Projetista mecânico, formando em engenharia mecânica. Às vezes mecânico, às vezes marceneiro, às vezes encanador, às vezes escritor, às vezes preguiçoso. Sempre curioso.
