Gás ideal na análise estrutural

Artigo técnico

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Em teoria, um gás ideal é constituído por partículas de massa a moverem-se livremente sem extensões num volume. Neste espaço cada partícula está em movimento. A colisão de uma partícula com outra ou com os contornos do volume levam a um desvio e a uma alteração na velocidade das partículas.

O estado do gás incluído pode ser descrito através destas suposições sobre um equilíbrio termodinâmico. Isto resulta na seguinte equação geral do gás:
p ∙ V = n ∙ R ∙ T
com as variáveis de estado
p = compressão
V = sólido
n = quantidade molar
R = constante de gás universal
T = temperatura

Propriedades dos gases ideais

Ao manter constantes determinadas variáveis de estado na equação geral do gás, são obtidas propriedades especiais do gás ideal. Estar familiarizado com estas propriedades ajuda-o a utilizar os gases ideais na análise estrutural e ajuda-o a simular certos estados de carga em conformidade.

Alteração de estado isotérmico (Boyle-Mariotte)
Se mantivermos as variáveis T e n constantes e aumentarmos a pressão aplicada p, o volume V da unidade de gás considerada será reduzido.

Aplica-se o seguinte:
$\begin{array}{l}\mathrm p\;\sim\;\frac1{\mathrm V}\\\mathrm p\;\cdot\;\mathrm V\;=\;\mathrm{const}\\\frac{{\mathrm p}_1}{{\mathrm p}_2}\;=\;\frac{{\mathrm V}_2}{{\mathrm V}_1}\end{array}$

Mudança de estado isobárica (Gay-Lussac)
Se as quantidades pe n são mantidas constantes e a temperatura atuante T é aumentada, o volume V da unidade de gás considerada é aumentado.

Aplica-se o seguinte:
$\begin{array}{l}\mathrm V\;\sim\;\mathrm T\\\frac{\mathrm V}{\mathrm T}\;=\;\mathrm{const}\\\frac{{\mathrm V}_1}{{\mathrm V}_2}\;=\;\frac{{\mathrm T}_1}{{\mathrm T}_2}\end{array}$

Mudança isocórica de estado (amotões)
Se os valores V e n são mantidos constantes e a temperatura atuante T é aumentada, a pressão p da unidade de gás relevante é aumentada.

Aplica-se o seguinte:
$\begin{array}{l}\mathrm p\;\sim\;\mathrm T\\\frac{\mathrm p}{\mathrm T}\;=\;\mathrm{const}\\\frac{{\mathrm p}_1}{{\mathrm p}_2}\;=\;\frac{{\mathrm T}_1}{{\mathrm T}_2}\end{array}$

Utilização na análise estrutural

Na análise estrutural, os gases fechados são geralmente utilizados para a transferência de forças externas. O requisito aqui é que uma força actuante localmente num determinado local no invólucro sólido pode ser transportada através do gás retido para todos os outros lados do invólucro sólido.

Esta propriedade é utilizada, por exemplo, para painéis de vidro isolante ou almofadas de membrana insufladas. Em ambos os casos, o invólucro sólido constituído por elementos estruturais é descrito e preenchido com um gás. Para vidraças de vidro isolantes, a limitação de volume consiste em elementos de fachada rígidos e diafragmas de membrana constituídos por elementos de membrana não rígidos. Em ambos os casos, no entanto, a carga de vento ou neve ataca de um lado do limite de volume e é transferida através do gás delimitado para os limites de volume adjacentes.

Uma vez que a temperatura não muda repentinamente nas situações de carga consideradas na indústria da construção, um gás ideal com propriedades de estado isotérmico é geralmente simulado no invólucro sólido.

Implementação no RFEM

Definições sólidas estão disponíveis no RFEM. Estes volumes são descritos em relação às superfícies circundantes. Numa célula sólida constituída por uma casca envolvente e por componentes sólidos, pode introduzir uma definição de volume com o tipo Gás. O volume de gás resultante requer uma descrição do gás incluído e uma definição das variáveis de estado atmosféricas. As variáveis de estado atmosférico não tem efeito sobre o sólido incluído e descrevem apenas uma situação inicial para a simulação.

Figura 01 - Comportamento do gás em sólido gasoso

Nos casos de carga atribuídos, pode aplicar-se uma carga sólida correspondente para cada volume de gás. Para simular sólidos abertos ou fechados, é possível especificar pressões / sólidos resultantes ou alterações na pressão / volume.

Literatura

[1]Wikipedia: Gás ideal
[2]Wikipedia: Equação térmica do estado dos gases ideais
[3]Wagner, R .: Edifício com cabos e membranas. Berlim: Beuth, 2016

Palavras-chave

Volume de gás PV SDR Clima Travesseiro Isotérmico Espaço intermédio da vidraça

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