Dentre os conceitos fundamentais importantes para a Mecânica dos Fluídos, defina e comente o mais completamente possível sobre as seguinte variáveis, princípios e propriedades:
Pressão de vapor

Passo 1

O enunciado pede para definirmos e comentarmos, de forma completa, o conceito de pressão de vapor, que é um tema de termodinâmica de fluidos envolvendo equilíbrio de fases e transferência de massa. Vamos precisar do conceito de equilíbrio líquido-vapor, da dependência com a temperatura e de sua aplicação a fenômenos como ebulição e cavitação.

Passo 2

A pressão de vapor de um líquido é a pressão parcial que o vapor desse líquido exerce quando está em equilíbrio dinâmico com sua fase líquida numa dada temperatura. Em outras palavras, num sistema fechado contendo líquido e vapor, a pressão de vapor p_\mathrm{v} é tal que a taxa de evaporação (moléculas que deixam o líquido) se iguala à taxa de condensação (moléculas que retornam ao líquido).
Esse equilíbrio varia com a temperatura: quanto maior T, maior p_\mathrm{v}. Essa relação pode ser aproximada pela equação de Clausius-Clapeyron, válida para mudanças de fase líquida–vapor:
\frac{\mathrm{d}p_\mathrm{v}}{\mathrm{d}T} \;=\;\frac{L}{T\,\Delta v}
onde L é o calor latente de vaporização e \Delta v é a variação de volume molar entre vapor e líquido. Integrando sob certas hipóteses, obtém-se a forma
\ln p_\mathrm{v} = -\frac{L}{R}\,\frac{1}{T} + \mathrm{constante},
mostrando que p_\mathrm{v} cresce exponencialmente com 1/T.

Passo 3

Na Mecânica dos Fluidos, a pressão de vapor é crucial em dois fenômenos principais:
  1. Ebulição: um líquido entra em ebulição quando sua pressão de vapor atinge a pressão ambiente. A temperatura de ebulição é a solução de p_\mathrm{v}(T_\mathrm{eb}) = p_\mathrm{amb}.
  2. Cavitação: em fluxos internos (bombas, turbinas), se a pressão estática local cai abaixo de p_\mathrm{v}, formam-se bolhas de vapor. Essas bolhas podem implodir em zonas de pressão mais alta, causando erosão e queda de desempenho. O parâmetro NPSH (Net Positive Suction Head) relaciona a pressão mínima no fluido com p_\mathrm{v} para evitar cavitação.

Passo 4

Fatores que afetam p_\mathrm{v}:
– Natureza do líquido: moléculas com ligações fortes (por ex. água) têm p_\mathrm{v} menor que líquidos voláteis (por ex. éter).
– Presença de solutos: adição de solutos não-voláteis reduz p_\mathrm{v} por efeito de Raoult.
– Superfície e contaminação: contaminantes e superfícies rugosas podem alterar o equilíbrio de evaporação/condensação, mas o principal é a temperatura.

Resposta

A pressão de vapor é a pressão exercida pelo vapor de um líquido quando este está em equilíbrio dinâmico com sua fase líquida a uma dada temperatura. Ela cresce com a temperatura conforme a equação de Clausius-Clapeyron e determina a temperatura de ebulição do líquido sob uma pressão externa, além de ser um parâmetro fundamental para prever e evitar cavitação em equipamentos hidráulicos.

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