Pressão em uma “panela de pressão”: como calcular?
10 de dezembro, 2020 às 12:11 | Postado em Atmosfera, Gás e vapor, Termologia, termodinâmica
Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/Olá, professor Fernando. Tudo bem?
Recentemente tive um pequeno problema com uma panela de pressão em minha casa, pois a mesma não estava funcionando adequadamente (pouca eficiência no cozimento dos alimentos). Vi que a válvula controladora de pressão (bico da panela) poderia ser de outra panela, o que gerou o problema. Ao realiza a troca do bico, vi que a panela passou a funcionar adequadamente. Um fato curioso é que percebi que a válvula que estava sendo usada (erroneamente) tinha massa bem menor (aparentemente) que a outra válvula, a que era adequada para aquela panela. Observando o funcionamento da panela de pressão vi que esta depende diretamente da massa (e por consequência da força peso) da válvula controladora, para que a pressão interna atinja os valores desejados. Daí, fiquei em dúvida se teria uma expressão (ou equação) que forneceria a relação entre a pressão de uma “panela de pressão” e a força peso, massa (da válvula controladora) ou aceleração gravitacional do local em que a panela está em funcionamento. Após a válvula ser lançada para cima (devido a pressão interna da panela), a pressão no interior da panela se mantém constante? Em locais onde a pressão atmosférica seria menor que a pressão ao nível do mar a panela de pressão poderia ser “menos eficiente” no cozimento dos alimentos?
Desde já agradeço, pelos valiosos esclarecimentos.
A pressão manométrica (diferença entre a pressão absoluta dentro da panela e a pressão externa) é definida pela válvula. O peso da válvula é importante e, ceteris paribus (mantido todo o resto constante), aumentando seu peso, aumentará a pressão manométrica.
Usualmente a pressão manométrica de abertura da válvula é cerca de 1atm, ou seja, a pressão absoluta dentro da panela é no máximo cerca de 2atm. Existem panelas sofisticadas, elétricas (aquecimento e controle de pressão e tempo de cozimento dependendo de uma conexão com a rede elétrica), que permitem variar a pressão manométrica se conseguindo assim cozimentos mais ou menos rápidos. Mas não é o caso das panelas que usualmente conhecemos e que operam sobre a chama do fogão.
Quanto a uma equação que relacione a pressão na panela com as características da válvula até é possível de se obter se conhecermos o peso da válvula e suas dimensões. A aceleração da gravidade terrestre tem pouquíssimo efeito pois as as variações máximas na aceleração, por diferenças de localização em latitude e altitude, são inferiores a 1%. Vide Variação do peso com a altitude.
A pressão externa à panela (pressão atmosférica) muda de forma não desprezível com altitude (vide por exemplo luizmonteiro.com que oferece um calculador da pressão e de diversas outras características da atmosfera). Na altitude de 1km a pressão é cerca de 0,9atm, decrescendo para cerca de 0,6atm a 4km de altitude e 0,3atm a 9km acima do nível do mar.
Exemplificando, em La Paz (3700 m de altitude) a pressão atmosférica é 0,65 atm. Portanto uma panela de pressão cuja válvula está regulada para a pressão manométrica de 1atm, operará com uma pressão interna de cerca de 2,0 atm no nível do mar e cerca de 1,65 atm em La Paz.
A pressão absoluta dentro da panela é dada pela pressão de vapor saturado da água e esta está representada na Figura 1 ( a pressão de vapor saturado da água é fornecida pela Equação de Clausius-Clapeyron também apresentada nesta figura).
Pode-se então prever, com auxílio do gráfico da Figura 1, que ao nível do mar a temperatura na panela de pressão é cerca de 120°C, em La Paz cerca de 115°C e no topo do Everest 107°C. Mesmo no topo do Everest, onde a pressão atmosférica é cerca de 0,3atm, seria possível cozer o feijão no mesmo tempo que ao nível do mar se a válvula fosse mais pesada, capaz de produzir a pressão manométrica de 1,7atm, determinando assim 2,0atm internamente à panela.
“Docendo discimus.” (Sêneca)
Muito bom, Professor Fernando. Obrigado por sempre compartilhar esses valiosos conhecimentos e experiências sobre a Física e os seus fenômenos.
Muito boa explicação.
Gostaria de ter uma fórmula onde poderíamos relacionar o peso da válvula com a pressão interna da panela ou talvez com a pressão manométrica (tanto faz).
Naturalmente a relação peso e pressão é direta, mas o diâmetro do pino por onde sai o vapor influencia na pressão interna?
Se 1 atm = 1,033 kgf/cm² significa que a área do diâmetro do pino tem influência inversa na pressão interna.
É só usar a fórmula acima (ceteris paribus)?
Poderiam me dar uma dica?
Sim, o diâmetro do pino e consequentemente a área A da secção transversal do pino é importante. A pressão manométrica máxima é igual ao peso dividido pela área A.
Bom
Boa tarde. Gostaria de levantar uma questão, com sua permissão. Possuo uma panela de pressão CLOCK 4,5 litros em alumínio polido, cuja indicação de pressão é 83 kpa. Seria possível informar qual o limite de pressão suportado até o acionamento do pino de segurança? É quando atinge os 83 kpa ou tem uma margem maior? Se for o caso, de quanto seria essa margem?
Muito obrigado
O valor de 83kPa deve a pressão manométrica associada à válvula principal de alívio da pressão. A segunda válvula será acionada como pressão maior caso a primeira falhe.