Calculadora de Densidade do Ar

O que é a densidade do ar?

A densidade do ar é a massa de ar contida em um determinado volume, geralmente expressa em quilogramas por metro cúbico (kg/m³). Ela indica o quão “pesado” é o ar e depende principalmente de duas grandezas: a pressão absoluta que age sobre o ar e a sua temperatura. O ar frio sob alta pressão é denso, enquanto o ar quente sob baixa pressão é rarefeito. Ao nível do mar, em condições padrão, a densidade do ar seco é de cerca de 1,225 kg/m³.

A densidade do ar é importante na aviação, na meteorologia, na balística, no ajuste de motores e no projeto de climatização. Uma atmosfera mais densa produz mais sustentação e arrasto aerodinâmico, fornece mais oxigênio a um motor e transmite som e calor de forma diferente do ar rarefeito. Esta calculadora obtém a densidade do ar seco diretamente a partir da pressão e da temperatura que você inserir.

Se você estuda como os gases respondem às variações de pressão e temperatura, também pode gostar da calculadora da lei de Boyle.

Como funciona a calculadora?

Insira a pressão absoluta do ar e a sua temperatura. Você pode escolher as unidades de cada campo (por exemplo pascals, atmosferas, °C, °F ou K), e a calculadora converte tudo internamente para unidades do SI. Em seguida, ela divide a pressão pelo produto da constante específica dos gases do ar seco e da temperatura absoluta para obter a densidade.

A temperatura é sempre convertida para kelvin antes do cálculo, porque a fórmula exige uma temperatura absoluta. A calculadora só retorna um resultado quando a temperatura está acima do zero absoluto.

Fórmula

A densidade do ar seco é obtida a partir da lei dos gases ideais reorganizada para a densidade:

onde:
$\rho$ é a densidade do ar em quilogramas por metro cúbico (kg/m³),
$p$ é a pressão absoluta em pascals (Pa),
$R_{specific}$ é a constante específica dos gases para o ar seco, igual a 287,05 J/(kg·K),
$T$ é a temperatura absoluta em kelvin (K).

Para converter uma temperatura em graus Celsius para kelvin, some 273,15:

Exemplos resolvidos

Exemplo 1

Condições padrão ao nível do mar: uma pressão de 101325 Pa e uma temperatura de 15 °C (288,15 K).

Esta é a conhecida densidade padrão do ar usada em aerodinâmica.

Exemplo 2

A mesma pressão de 101325 Pa, mas no ponto de congelamento, 0 °C (273,15 K).

O ar mais frio é notavelmente mais denso do que no Exemplo 1, mesmo que a pressão não tenha mudado.

Notas práticas

• Apenas ar seco: Esta fórmula pressupõe ar seco. O ar úmido é ligeiramente menos denso porque o vapor de água é mais leve do que o nitrogênio e o oxigênio que ele desloca. Para trabalhos de alta precisão, é necessária uma correção de umidade.
• Pressão absoluta: Use sempre a pressão absoluta, não a pressão manométrica. Se você tiver uma leitura manométrica, some a pressão atmosférica local antes de inseri-la.
• Temperatura em kelvin: A fórmula precisa de uma temperatura absoluta, portanto qualquer valor em Celsius ou Fahrenheit é primeiro convertido para kelvin. Valores negativos de kelvin são fisicamente impossíveis e são rejeitados.
• Altitude: À medida que você sobe, tanto a pressão quanto a temperatura caem, de modo que a densidade do ar diminui com a altitude. É por isso que aviões e motores perdem desempenho em grandes altitudes.