A empulhação do botijão de hélio!

20 de janeiro, 2023 às 15:21 | Postado em Gás e vapor, Mitos, empulhações, notícias falsas, Teoria Cinética dos Gases

Caro professor Lang

Em um vídeo – QUANTO pesa um Botijão de Gás Hélio?!  – o Barone demonstrou que quando um botijão de hélio esvazia ele fica mais pesado. Eu desconfiei que havia uma fraude e quando constatei que diversos terraplanistas concordavam com o resultado, quase tive certeza da fraude (risos).

Aguardo o seu veredito. Grato!

Uma ideia equivocada e muito comum entre leigos é que o conteúdo de um recipiente afete o empuxo (força orientada verticalmente para cima em um corpo imerso em um fluido).

O empuxo em um corpo imerso em um fluido , de acordo com a Lei de Arquimedes, depende apenas do volume que o corpo ocupa dentro do fluido, que no caso do botijão de hélio o fluido é o ar atmosférico, e do peso específico do fluido (peso do fluido por unidade de volume que para o ar atmosférico vale cerca de 1,2 kilogramas-força por metro cúbico). O empuxo não depende do conteúdo do recipiente.

O botijão que foi usado no vídeo – Jumbo 12″ Helium Kit – tem capacidade de 14L  e vem abastecido com com 420L de uma mistura de hélio e ar 80/20 (80% de hélio e 20% de ar) segundo as especificações técnicas do fabricante. Este volume de gás deve ser entendido como o volume que a massa da mistura no botijão ocupará quando é liberado para o ambiente na pressão de 1 atmosfera e na temperatura de cerca de 20°C. Portanto é fácil de se calcular pela Equação de Clapeyron o número de mols da mistura gasosa no botijão cheio: cerca de 17,5 mols.

A massa molar da mistura 80/20 é a média ponderada da massa molar do hélio (4g) com a massa molar do ar (29g) com pesos de 80% e 20% respectivamente, resultando em 9g. A massa da mistura no botijão cheio é então 17,5×9=157g.

Nas mesmas condições de pressão e temperatura o ar é 7,3 vezes mais denso do que o hélio. Desta forma, caso houvesse mesmo número de mols (portanto de moléculas) de ar no botijão a massa gasosa seria 7,3 vezes 70g, isto é, 511g de ar.

A pressão que o gás se encontra no botijão, a 20°C, pode ser estimada também pela Equação de Clapeyron, encontrando-se cerca de 30atm, portanto muito menor do que a pressão de 200atm em cilindros com gases para uso industrial, científico, medicinal.

A razão para estocar hélio a 200atm na temperatura ambiente é armazenar uma massa importante no reservatório, assim como também ocorre com os tanques ou cilindros de outros gases (argônio, nitrogênio, oxigênio, …), inclusive em cilindros automotivos de GNV (vide Abastecimento de GNV).  Importante destacar que todas as substâncias listadas não podem ser liquefeitas na temperatura ambiente por mais que se aumente a pressão. Esta concepção de que é suficiente para liquefação de um gás aumentar a pressão é outra ideia equivocada e muito difundida entre leigos (vide a discussão sobre liquefação em Armazenando metano).

Quando o hélio escapa do recipiente, a massa do botijão diminuirá, em consequência o seu peso. O empuxo que o ar externo faz sobre o recipiente, em acordo com a Lei de Arquimedes, só depende do volume do recipiente e do peso específico do ar (que vale aproximadamente 1,2 kilogramas-força por metro cúbico) e do volume do botijão. Como o volume do recipiente não se altera, o empuxo continua inalterado.

Portanto se o botijão cheio é colocado em uma balança e depois de esvaziado também, a balança deve acusar uma perda de massa de no máximo 157g.

A pesagem inicial no vídeo indicou 3,9kg para o botijão cheio. Portanto, depois de esvaziado, a balança deve indicar 0,157kg (157g) a menos, o que pela sensibilidade nominal da balança (0,1kg) resulta em algo entre 3,7kg e 3,8kg.

Entretanto o youtuber mostra que surpreendentemente a balança registra 5,4kg depois de esvaziado, 1,5kg a mais do que quando estava cheio.

O truque enganador nesta segunda medida foi realizado por uma força aplicada pelo youtuber após depositar o botijão na balança. É perceptível no vídeo que o youtuber, contrariamente ao que fez na primeira vez, não afastou a mão do botijão após o colocar sobre a balança conforme se observa na figura 1.

Imediatamente após colocar o botijão sobre a balança, ela indica a massa de 3,8 kg (vide a imagem 1 da figura 2) em perfeito acordo com a previsão teórica de um resultado entre 3,7kg a 3,8kg.

O youtuber então realiza a fraude por rapidamente, após depositar o botijão na balança, iniciar a realização de uma força para baixo sobre o botijão e o visor da balança registra um aumento para 6,2kg, seguido de uma diminuição até que ele decida que 5,4kg é um valor adequado para enganar os trouxas e terraplanistas que frequentam seu canal. A sequência das quatro imagens do visor na figura 2 aconteceram em um intervalo de apenas 1s, sendo imperceptíveis para os incautos que assistem o vídeo sem o interromper.

Finalmente na tabela 1 constam as especificações técnicas de cilindros que  armazenam hélio gasoso – produzido por United Kingdom Air Products – na temperatura ambiente sob a alta pressão de 200bar (cerca de 200atm). Como esses cilindros tem uma parede metálica muito espessa somente uma pequena fração da massa dos mesmos é a massa do hélio pressurizado e, como não podia ser diferente, quando estão cheios tem mais massa do que vazios.

Um vídeo “tirando sarro” dos terraplanistas e demais trouxas que acreditaram na empulhação do youtuber: Fakeflip e o tal do gás hélio que deixa as coisas mais leves e Parte 2 – Fakeflip e o tal do gás hélio que deixa as coisas mais leves.

Outra postagem do Pergunte ao CREF que trata de tema correlato:  Algo mais leve que o hidrogênio para se ter mais empuxo?  

“Docendo discimus.” (Sêneca)