2. Pressão de Vapor:
a) Defina pressão de vapor.
b) Como a pressão de vapor se relaciona com a cavitação?
b) Como a pressão de vapor se relaciona com a cavitação?
Passo 1
O exercício pede duas coisas: (a) definir o que é pressão de vapor e (b) explicar como essa pressão de vapor está ligada à cavitação. Isso é conteúdo de termodinâmica e mecânica dos fluidos, onde usamos o conceito de equilíbrio de fases (líquido ↔ vapor) e a ideia de pressão dentro de um líquido. Para resolver, vamos primeiro entender bem o que é pressão de vapor e depois mostrar como, quando a pressão local de um líquido cai abaixo dela, aparecem bolhas – o fenômeno chamado cavitação.
Passo 2
Pressão de vapor é a pressão exercida pelo vapor de um líquido quando ele está em equilíbrio com sua própria fase líquida, num sistema fechado, a uma dada temperatura.
- Imagine um recipiente com água e espaço vazio em cima (vapor).
- Algumas moléculas de água escapam pro espaço livre (evaporam) e outras do vapor voltam a colidir e virar líquidas (condensam).
- Quando as taxas de evaporação e condensação se igualam, dizemos que atingiu o equilíbrio de fases.
- A pressão que o vapor “faz” nesse espaço no equilíbrio é a pressão de vapor.
- Ela depende só da temperatura: quanto mais quente, mais moléculas têm energia pra virar vapor, maior é a pressão de vapor.
Passo 3
Cavitação é a formação súbita de bolhas de vapor dentro de um líquido quando a pressão local cai abaixo da pressão de vapor daquele líquido. Funciona assim:
- Em bombas ou hélices, o fluido acelera e, pela equação de Bernoulli, a pressão cai onde a velocidade é maior.
- Se essa pressão instantânea ficar menor que a pressão de vapor àquela temperatura, parte do líquido “evapora” formando bolhas (porque o líquido “acha” que está acima da sua pressão de equilíbrio).
- Essas bolhas viajam pra regiões de maior pressão e colapsam (“implodem”), gerando ondas de choque que podem corroer superfícies metálicas.
- Então, a cavitação só acontece quando a pressão local ≤ pressão de vapor do líquido.
Resposta
(a) Pressão de vapor é a pressão do vapor em equilíbrio com o líquido àquela temperatura.
(b) A cavitação ocorre quando a pressão do líquido cai abaixo da sua pressão de vapor, gerando bolhas de vapor que depois colapsam e podem danificar equipamentos.
(b) A cavitação ocorre quando a pressão do líquido cai abaixo da sua pressão de vapor, gerando bolhas de vapor que depois colapsam e podem danificar equipamentos.