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Aumento de temperatura em um botijão com metano líquido

O que acontece se eu encher um bujão de gás com metano líquido e gradativamente aumentar a temperatura até ficar ambiente? O bujão explode?

Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - www.if.ufrgs.br/~lang/

Um botijão de gás de cozinha opera com pressões abaixo de 15 atm. Vide A pressão é diferente em um botijão de gás de 13 kg e 45 kg?

Por questões de segurança o botijão é dimensionado para resistir a pressões maiores do que 15 atm e talvez resista até 40 atm.

Para se ter metano líquido na pressão ambiente de 1 atm a temperatura do líquido deve ser cerca de -160 graus C. Se encheres com metano líquido um botijão de gás de cozinha haverá efeitos no metal que possivelmente o danifica, modificando a pressão máxima que o botijão resiste. Desconsiderarei tais efeitos, imaginando que o botijão continue com capacidade de resistir sem romper até 40 atm.

O metano então absorverá energia do ambiente e a sua temperatura aumentará. A pressão de vapor saturado já seria 46 atm quando a temperatura atingir -83 graus C, ultrapassando assim a pressão máxima que o botijão aguenta. Portanto ele explode bem antes de atingir a temperatura ambiente. Vide Armazenando metano em botijões de gás de cozinha.

Nos laboratórios de física experimental do IF-UFRGS utiliza-se nitrogênio líquido. O armazenamento é realizado em botijões ABERTOS para o ambiente e lá dentro encontra-se o líquido a -196 graus C e 1 atm. O botijão deve ser aberto para que a pressão não aumente. O nitrogênio está ebulindo dentro do recipiente e lentamente o vapor de nitrogênio escapa para o ambiente, sem aumentar a pressão. Vide Por que o nitrogênio resfriado e líquido, estocado naqueles recipientes próprios, não se aquece?

Um aluno do IF-UFRGS, professor de ensino médio, apanhou nitrogênio líquido em uma garrafa térmica para fazer algumas demonstrações para seus alunos. Ele levou a garrafa hermeticamente fechada e algum tempo depois ela explodiu.

A propósito do tema vale ver  o vídeo Experiencia cientifica com nitrogênio liquido e 1500 bolinhas de ping-pong

Comentário adicional relativo ao vídeo indicado: O barril surpreendentemente parece saltar junto com as bolinhas. Caso o barril estivesse livre, ele certamente recuaria. Qual a razão deste efeito inusitado?

O barril é empurrado para baixo, deformando o assoalho e/ou o próprio barril (um modelo para tal é de uma mola comprimida), armazenado energia potencial elástica no piso e no próprio barril. Cessada a ação para baixo dos gases que se expandiram empurrando-o para baixo contra o piso, vem a etapa em que há transformação desta energia elástica em cinética do barril. Há nítidas evidências de deformações e perturbações no assoalho (vide em torno de 1min26 s) pois bolinhas que estão SOBRE o ASSOALHO saltam também.

Um efeito semelhante é discutido em Como é possível uma pessoa ser lançada para cima em relação ao avião que despenca durante a perda de sustentação?

Adicionado em 17/07/2019: Aqui outra explicação para o salto do barril. – O poder inesperado do atrito

“Docendo discimus.” (Sêneca)

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