16 de dezembro de 2016

Pressão estática, de estagnação e total - mais uma tentativa


É comum ocorrer uma certa confusão nessas definições, e aqui arrisco mais uma tentativa de explicar suas diferenças e semelhanças, entre várias outras existentes por aí.

Pressão estática

A pressão estática de um fluido é uma condição de estado intensiva  do mesmo (independente do volume). Não é definida como, mas é exatamente a mesma coisa que a pressão termodinâmica. É sempre a energia fornecida a uma unidade de volume do fluido [J/m^3 = N/m^2 = Pa], por uma força externa¹.

Pressão estática é exatamente a mesma coisa que a pressão termodinâmica.

O aumento da pressão estática do fluido no bordo de ataque de uma asa, por exemplo, ocorre devido à força aplicada ao fluido pelo movimento do objeto imerso, no caso, a asa.

Entretanto, a análise clássica do problema coloca o observador movendo-se com a asa: nesse referencial, o fluido tem, em um determinado ponto, uma energia cinética (por unidade de volume) inicial positiva, a qual é cedida à pressão estática à medida que essa porção de fluido aproxima-se do bordo de ataque, seguindo uma linha de corrente.


Como a energia cinética se transforma em pressão estática?


Aplicar a equação de Bernoulli para calcular esse acréscimo na pressão estática faz parte do cotidiano da engenharia em Mecânica dos Fluidos. Mas como ocorre essa transferência de energia?

Esse aumento da pressão estática é a forma como age a conservação da quantidade de movimento no sistema asa-fluido, e essa conservação não é nada além da forma como se apresenta a lei da ação e reação.

Antes de qualquer coisa, lembremo-nos do caso de uma transformação quase estática bem conhecida no estudo da Termodinâmica: a do fluido em um calorímetro que, ao ser aquecido (adição de energia térmica), é capaz de fazer força em um êmbolo e, sob determinadas condições, movimentá-lo. Lembre-se que, ao mesmo tempo, o êmbolo faz força no fluido (ação e reação). Quando o fluido movimenta o êmbolo, ele realiza trabalho sobre o êmbolo. Se, por algum motivo, o fluido não o movimenta mesmo sendo aquecido, ele adquire um potencial de movimentá-lo: um aumento de pressão (potencial de realizar trabalho).

Da mesma forma que o calor é a energia motriz do êmbolo, a velocidade do fluido é a energia motriz do obstáculo. Entretanto, qualquer obstáculo sob um escoamento é dotado de inércia, ou mesmo é considerado como fixo (não pode acelerar). Assim, a ação da força do fluido sobre a asa corresponde a uma reação da asa sobre o fluido, em sentido contrário, de forma que o fluido desacelera: perde energia cinética, transferindo-a para um potencial de realizar trabalho: energia por unidade de volume, ou a força por unidade de área (pressão estática = termodinâmica).

A ação da força do fluido sobre a asa corresponde a uma reação da asa sobre o fluido, em sentido contrário, de forma que o fluido desacelera: perde energia cinética.

Pressão de estagnação


É a pressão estática (termodinâmica) adquirida pelo fluido que desacelerou até possuir uma velocidade nula. No ponto de estagnação, então, a pressão estática é igual à pressão de estagnação. Apenas no ponto de estagnação!

Pressão total


É a pressão termodinâmica que teria o fluido se ele fosse levado – isentropicamente – ao repouso (um estado de referência). É a energia total de uma unidade de volume do fluido. Ela pode ser definida em qualquer região do escoamento, não apenas onde o fluido está em repouso, estagnado. Para um escoamento adiabático, é igual à pressão de estagnação.

É a pressão termodinâmica que teria o fluido se ele fosse levado – isentropicamente – ao repouso.


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1 A pressão atmosférica é devida à força peso da coluna de ar da atmosfera.

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