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Pressão em uma “panela de pressão”: como calcular?

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.

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

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)

 


Um comentário em “Pressão em uma “panela de pressão”: como calcular?

  1. Mateus Patrício disse:

    Muito bom, Professor Fernando. Obrigado por sempre compartilhar esses valiosos conhecimentos e experiências sobre a Física e os seus fenômenos.

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