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terça-feira, 23 de julho de 2019

ANALISE DA PRESSÃO INTERNA NO BANHEIRO DURANTE O BANHO.

Wenderson Rodrigues F. da Silva - Viçosa, 23 de julho de 2019. 

Título: 
Analysis of internal pressure in the bathroom during the shower.
Introdução:
Quando tomamos banho utilizando um chuveiro elétrico há a formação de uma grande quantidade de vapor de água no momento do aquecimento dentro do chuveiro, quando a água entra em contato com a resistência aquecida. Esse vapor deve-se formar aos arredores da resistência, local onde a temperatura da água pode chegar rapidamente a 100ºC, temperatura em que a água entra em ebulição no nível do mar a 1 atm de pressão.
Figura (1) - Vapor d'água condensado no box do banheiro.

Como esse vapor fica contido dentro de um recipiente (o banheiro), foi feito a hipótese que, decorrido um certo tempo de funcionamento do equipamento, deve ser gerado uma quantidade de vapor tal que a pressão interna no banheiro viria a aumentar, juntamente com a temperatura, o que contribuiria ainda mais para o aumento da pressão.
Um modelo simplificado para descrever a pressão de um gás é o do gás ideal, expresso como:
PV=nRT\qquad(1)
sendo P a pressão, V o volume do recipiente que contém o gás, n o número de mols de moléculas dentro do recipiente, R a constante real dos gases e T a temperatura do gás.
          Todavia o modelo funciona melhor quando se trabalha com ar seco (gases que compõem o ar), e o ar dentro do banheiro não está seco , pois há vapor d’água, como já dito. (ROGERS, 1976, p. 15) mostra que, na face de vapor, a água na atmosfera se comporta com boa aproximação como um gás ideal.
            Contudo (VIANELLO, 2012, p. 49) mostra que a equação de estado para o ar úmido contendo vapor d’água é dado por:
e=\rho_{v}R_{v}T \qquad (2)
onde ρ_{v}=\frac{M_{vapor}}{V}   é a massa específica e R_{v} é a constante específica do vapor d’água, sendo R_{v}=461,50 Jkg^{-1} K^{-1}.
        Para o experimento, o modelo no gás ideal (equação 1), V e R serão constantes e P variaria com n e T, sendo n relacionado com o número de moléculas de vapor d’água gerado no chuveiro. Adotando o segundo modelo (equação 2), V e R_{v} também serão constantes e P variaria com M_{vapor} e T.
       Partindo da premissa de que o número de moléculas de vapor de água iria aumentar dentro do banheiro à medida que o tempo passasse, foi feito o teste da hipótese na qual a pressão interna no banheiro deveria aumentar.

Materiais e Métodos:

Com um aparelho celular (Galaxy S4) equipado com o manômetro interno (hardware da fabricante BOCH), com termômetro (do fabricante Sesirion) e higrômetro (do fabricante Sesirion), foi verificado tal hipótese, com o banheiro totalmente fechado, num banho de aproximadamente doze minutos. O aparelho foi ligado no início do banho e desligado logo no fim. Segue abaixo o gráfico gerado com os dados obtidos no experimento:

Resultados e Discussão:
            Com base na coleta de dados feita pelo aparelho celular, pode-se montar os gráficos que se seguem.
Gráfico 1 - Medida da pressão interna durante um banho em função do tempo. A reta que corta os pontos é o resultado de uma regressão linear.

Paralelamente a colheita de dados da pressão interna, o sensor captou pontos referentes a umidade relativa do ar e da temperatura interna do banheiro, cujos resultados são mostrados nos gráficos que se seguem:
Gráfico 2 - Umidade relativa do ar dentro do banheiro ao longo do banho.

                                                   Gráfico 3 - Temperatura interna do banheiro ao longo do banho.

Nota-se uma distribuição de pontos ao longo do tempo (gráfico 1) num intervalo de pressão com uma variação de cerca de 16,63 Pa. As flutuações relacionadas com a alta sensibilidade do sensor do aparelho é de 1 Pa, segundo o aplicativo identificador de hardwares “sensor multiferramentas”. Portanto, há um aumento da pressão dentro do banheiro durante o banho. A reta de tendência obtida da regressão linear da distribuição de pontos (Linear fit of P), mostra um aumento da pressão com o passar do tempo de banho, cujo coeficiente de inclinação é positivo (sloop = 0,02758), ou seja, a pressão interna do banheiro devido ao acréscimo de vapores de água e um pequeno aumento da temperatura \Delta T=1ºC aumentou, como previsto pelos modelos teóricos.
A umidade do ar medida pelo aparelho teve um aumento de 17%, o que comprova que o ambiente interno do banheiro foi saturado de vapor de água.
Como o experimento foi feito no começo de julho (inverno), a temperatura deT=3ºC menor na parte externa pode ter contribuído para um fluxo de calor ocorresse, de dentro para fora do banheiro, e assim diminuísse a quantidade de vapor interno,  pois o sistema (banheiro) não é totalmente isolado e as aberturas entre a porta e o chão e as gretas da janela podem ter contribuem para a perca de vapor para fora, conduzindo pelo fluxo de calor. Isso contribuiria para diminuir a pressão, porém, como visto, a quantidade de vapor de água ainda contribuiu para um pequeno aumento da pressão.

Conclusão:
O modelo teórico previa que no recipiente fechado (banheiro), ao ser acrescentado uma quantidade de vapor d'água a pressão interna aumentaria. Verificou-se que isso acontece, desde que o banheiro esteja devidamente fechado. Foi observado um aumento da pressão em cerca de 16,63Pa tanto pela contribuição do vapor de água liberado pelo chuveiro como pelo aumento da temperatura ocorrido, de cerca de 1ºC. O modelo aqui considerado não levou em conta outros fatores importantes que estão ocorrendo no momento da analise, como a mudança de estado físico do vapor de água, condensando nas paredes de banheiro.
O experimento foi realizado apenas uma vez, o que aumenta a incerteza referente a validade dos resultados aqui apresentados, contudo, não se espera tendências diferentes relacionada a curva da pressão do vapor d'água nas condições descritas aqui. Além disso, o dispositivo cujas medidas foram realizadas não trata-se de um equipamento adequado para medidas experimentais, o que limita a validade desse trabalho. Concluo que esse estudo é de caráter puramente investigativo e de interesse pessoal, cuja motivação se deu pela curiosidade relacionado as coisas da natureza.


Referências:

ROGERS, R. R. Física de Las Nubes. 1.ed. Madrid: reverté, 1976.
VIANELLO, R. L.; ALVES, A. R. Meteorologia básica e aplicações. 2.ed. Viçosa-MG: Ed. UFV, 2012.
IRIBARNE, J. V.; CHO, -H. R. Atmosphere physics1.ed. Boston: USA, 1980.
IRIBARNE, J. V.; GODSON, W. L. (auth.). Atmospheric Thermodynamics. Springer Netherlands. 1981.

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