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Engenharia Eletrônica ·
Outros
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618 Pressão Atmosférica Técnica AT 6181 Princípio de Funcionamento do Barômetro A pressão atmosférica é medida pelo Barômetro O princípio de funcionamento é simples Seja um tubo de vidro quando cheio de um fluido e colocado virado com o bocal para baixo mergulhado no mesmo fluido este desce e ficará em equilíbrio estático Se desprezarmos o vapor de fluido que se forma na parte superior do tubo obteremos o vácuo perfeito ou a pressão zero absoluto Sabese que a pressão em um mesmo nível é a mesma logo Po PA Patm Ressalte que a coluna h formada pelo fluido quando este desce para ficar em equilíbrio é devido à pressão atmosférica e determinase pela fórmula Patm h Neste experimento o fluido geralmente utilizado é o mercúrio por ter um peso específico elevado o que forma um pequeno h necessitando de um tubo relativamente curto para realizar este procedimento O primeiro pesquisador a estudar a pressão atmosférica ao nível do mar foi Torricelli Figura 37 Experimento de Torricelli 6182 Medidores de Pressão Os medidores de pressão são utilizados para medir a pressão de vários tipos de fluidos e em situações as mais diferentes possíveis Os manômetros são de vários tipos e formas Os mais utilizados são Manômetro Metálico ou de Bourdon Coluna Piezométrica ou Piezômetro Manômetro com tubo em U Utilização ou Emprego Manômetros È utilizado para medir a pressão efetiva Vacuômetros É um manômetro que indica as pressões efetivas negativas bem como as positivas e nulas BARÔMETRO Patm Pv ρgh Como Pv 0 Logo Patm ρgh Se o fluido é o mercúrio resulta em Patm 760 mmHg 10328 kgfm² 1033 kgfcm2 10123 k Pa Fenômenos de Transporte Fevereiro 2021 Professor Antonio G de Araújo aaraujoutfpredubr 25 Piezômetro ou Tubo Piezométrico É utilizado para medir a pressão em líquidos e não pode ser utilizado para mediar a pressão de gases Barômetro É utilizado para medir o valor absoluto da pressão atmosférica Altímetro É um tipo especial de barômetro construído especialmente para medir a altitude em relação ao nível do mar Classificação dos Manômetros Os manômetros são classificados em I Manômetro de líquido II Manômetro metálico Manômetro de líquido São construídos com tubos transparentes e recurvados geralmente em forma de U com duplo ou múltiplo U Os tubos contêm o líquido manométrico destinado a medir a pressão do fluido onde apenas uma das extremidades do tubo fica em contato com a atmosfera As medidas são realizadas diretamente em uma escala graduada que fica junto ao tubo por leitura direta do nível do fluido manométrico Para grandes pressões usase o mercúrio como liquido manométrico para pequenas pressões os líquidos de pequena densidade exemplo óleos etc O Barômetro de mercúrio quando possui um dispositivo de ajuste do nível de mercúrio na cuba é chamado de Barômetro de Fortin e fornece leituras de pressão atmosférica com excelente precisão Manômetro metálico São construídos em tubo metálico recurvado ou de um diafragma que cobre um recipiente hermético de metal O seu funcionamento se dá pela deformação do tubo metálico Este tipo de manômetro é muito utilizado pela indústria por trabalhar com pressões bastante altas O manômetro metálico é conhecido também como aneróide barômetro de Vidi ou de Bourdon Fenômenos de Transporte Fevereiro 2021 Professor Antonio G de Araújo aaraujoutfpredubr 35 PONTEIRO ESCALA ENGRENAGEM TUBO CIRCULAR MANÔMETRO DE BOURDON PIEZÔMETRO h P Tubo ligado ao reservatório que se deseja determinar a pressão Tubo em escala Reservatório Nível Figura 40 Uso do Piezômetro 61821 Manômetro Metálico ou de Bourdon Os manômetros metálicos têm uma ampla escala de aplicação podendo medir pressões positivas ou negativas depressões O seu princípio de funcionamento é semelhante ao do brinquedo língua de sogra que ao soprar enche o tubo de ar e desenrola esticando quando retirar o ar ela enrola devido à mola colada no tubo Os manômetros metálicos são construídos com tubo metálico que quando sujeito a pressão tende a desenrolar produzindo uma dilatação que aciona um mecanismo que comanda o ponteiro indicando a pressão Uma vez calibrado este aparelho é possível ler diretamente a pressão indicada pelo ponteiro em uma escala graduada Quando o manômetro de Bourdon estiver indicando zero significa que a pressão interna do tubo é igual à pressão externa ao tubo Esta informação é muito importante pois na prática é possível determinar a diferença entre a pressão interna e a externa em muitos processos onde o controle da pressão é vital para o funcionamento por exemplo de uma planta química Seja o manômetro de Bourdon montado como indicado na figura ao lado Observase da figura do manômetro de Burdon que a parte interna do tubo metálico está sujeita a pressão P1 e a parte externa à pressão P2 Com este tipo de montagem o manômetro indicará a diferença de pressão P1 P2 e não a pressão P1 como se imagina Representamos matematicamente a equação da pressão da forma Pmanômetro Ptomada de pressão Pexterna ou P1 P2 Pmanômetro 61822 Coluna Piezométrica ou Piezômetro O Piezômetro tem o princípio de funcionamento baseado na coluna de fluido deslocado pela carga de pressão em que o reservatório está sujeito O Piezômetro é construído com tubos de vidro e a leitura da carga de pressão é feita diretamente pelo nível de defluido deslocado e visualizado diretamente sobre a escala do tubo A pressão é obtida conhecendose o peso específico do fluido multiplicado pelo comprimento da coluna A figura ao lado mostra o esquema de funcionamento de um Piezômetro O equipamento possui dois tubos sendo um ligado ao reservatório onde se quer determinar a pressão e o outro com um tubo aberto e graduado para a leitura da coluna Este equipamento apresenta algumas limitações de emprego devido a sua constituição física Destacamse algumas limitações a Como o fluido apresenta um menisco que é função da sua densidade os erros de leitura por paralaxe são comuns o que provoca um erro embutido na determinação da pressão Figura 38 Manômetro de Bourdon Figura 39 Uso do Manômetro de Bourdon Fenômenos de Transporte Fevereiro 2021 Professor Antonio G de Araújo aaraujoutfpredubr 45 b O equipamento realiza as medidas de coluna diretamente com o fluido que se quer medir estando sujeito às variações de peso específico de cada tipo de fluido o que na pratica muitas vezes é difícil determinar o peso específico do fluido comprometendo a fidelidade da leitura c Para líquidos que possuem peso específico muito baixo a altura da coluna será muito elevada o que compromete a sua construção e provoca dificuldade na leitura da escala no tubo O mesmo acontece para pressões elevadas o comprimento do tubo tem que ser grande para registrar a carga de pressão que termina inviabilizando a sua construção Exemplo um fluido cujo peso específico é de 1000 kgfm³ e estando a pressão de 10000 kgfm² apresentará uma coluna de 10 1000 10000 3 2 m m kgf m kgf P h Conclusão o Piezômetro aplicase para fluidos de peso específico elevado e a baixas pressões d Devido a sua construção os Piezômetros não podem ser utilizados para medir a pressão dos gases pois os mesmos sairiam pelo tubo aberto e O mesmo ocorrendo para medidas de pressão efetivas negativa onde o ar entraria pelo tubo para o reservatório e não formaria a coluna h 61823 Manômetro com Tubo em U O princípio de construção do manômetro em U é semelhante ao da coluna Piezométrica com uma pequena diferença a introdução de um fluído manométrico geralmente o mercúrio Esta abordagem faz com que um dos problemas da coluna Piezométrica deixe de existir O fluido manométrico veda a entrada de ar e impossibilita a saída dos gases eliminando um dos principais problemas da coluna Piezométrica Figura 41 Manômetro com tubo em U Outro problema que dificulta a utilização da coluna Piezométrica é o peso específico do fluído manométrico que dependendo do valor deixa o comprimento do tubo da coluna muito elevado dificultando a sua construção Uma forma de minimizar este problema é o emprego do mercúrio como fluido manométrico O mercúrio possui peso específico alto o que diminui o problema da construção da coluna manométrica Portanto manômetro com tubo em U e utilizando o mercúrio como fluido manométrico praticamente elimina este problema Existe na pratica uma infinidade de aplicação destes manômetros Quando se utiliza o manômetro com tubo em U para medir a pressão entre dois reservatórios ele recebe o nome de manômetro diferencial Fenômenos de Transporte Fevereiro 2021 Professor Antonio G de Araújo aaraujoutfpredubr 55 6183 Exercícios Resolvidos 61831 Para a figura determinar a pressão absoluta do gás 1 e 2 em kgfm² Solução As unidades estão no sistema técnico portanto devemos passar tudo para kgfm2 Assim resulta em Pman 1 3 kgfcm² 3 104 kgfm2 Pman 2 15 kgfcm² 15 104 kgfm2 Patm 104 kgfm² Pressão do gás 2 Pabs2 Patm Pefetiva Patm Pmanometrica2 15 104 kgfm2 104 kgfm² Pabs2 16 104 kgfm² Pressão do gás 1 Pabs2 Pabs1Pefetiva Pabs1 Pmanometrica1 Pabs1 Pabs2 Pmanometrica1 Pabs1 Pabs2 Pmanometria1 16 104 kgfm2 3 104 kgfm² 13 104 kgfm2 Pabs1 13 104 kgfm2 Resposta Pabs2 16 104 kgfm² Pabs1 13 104 kgfm2 Dados Pman 1 3 kgfcm² Pman 2 15 kgfcm² Patm 104 kgfm²
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618 Pressão Atmosférica Técnica AT 6181 Princípio de Funcionamento do Barômetro A pressão atmosférica é medida pelo Barômetro O princípio de funcionamento é simples Seja um tubo de vidro quando cheio de um fluido e colocado virado com o bocal para baixo mergulhado no mesmo fluido este desce e ficará em equilíbrio estático Se desprezarmos o vapor de fluido que se forma na parte superior do tubo obteremos o vácuo perfeito ou a pressão zero absoluto Sabese que a pressão em um mesmo nível é a mesma logo Po PA Patm Ressalte que a coluna h formada pelo fluido quando este desce para ficar em equilíbrio é devido à pressão atmosférica e determinase pela fórmula Patm h Neste experimento o fluido geralmente utilizado é o mercúrio por ter um peso específico elevado o que forma um pequeno h necessitando de um tubo relativamente curto para realizar este procedimento O primeiro pesquisador a estudar a pressão atmosférica ao nível do mar foi Torricelli Figura 37 Experimento de Torricelli 6182 Medidores de Pressão Os medidores de pressão são utilizados para medir a pressão de vários tipos de fluidos e em situações as mais diferentes possíveis Os manômetros são de vários tipos e formas Os mais utilizados são Manômetro Metálico ou de Bourdon Coluna Piezométrica ou Piezômetro Manômetro com tubo em U Utilização ou Emprego Manômetros È utilizado para medir a pressão efetiva Vacuômetros É um manômetro que indica as pressões efetivas negativas bem como as positivas e nulas BARÔMETRO Patm Pv ρgh Como Pv 0 Logo Patm ρgh Se o fluido é o mercúrio resulta em Patm 760 mmHg 10328 kgfm² 1033 kgfcm2 10123 k Pa Fenômenos de Transporte Fevereiro 2021 Professor Antonio G de Araújo aaraujoutfpredubr 25 Piezômetro ou Tubo Piezométrico É utilizado para medir a pressão em líquidos e não pode ser utilizado para mediar a pressão de gases Barômetro É utilizado para medir o valor absoluto da pressão atmosférica Altímetro É um tipo especial de barômetro construído especialmente para medir a altitude em relação ao nível do mar Classificação dos Manômetros Os manômetros são classificados em I Manômetro de líquido II Manômetro metálico Manômetro de líquido São construídos com tubos transparentes e recurvados geralmente em forma de U com duplo ou múltiplo U Os tubos contêm o líquido manométrico destinado a medir a pressão do fluido onde apenas uma das extremidades do tubo fica em contato com a atmosfera As medidas são realizadas diretamente em uma escala graduada que fica junto ao tubo por leitura direta do nível do fluido manométrico Para grandes pressões usase o mercúrio como liquido manométrico para pequenas pressões os líquidos de pequena densidade exemplo óleos etc O Barômetro de mercúrio quando possui um dispositivo de ajuste do nível de mercúrio na cuba é chamado de Barômetro de Fortin e fornece leituras de pressão atmosférica com excelente precisão Manômetro metálico São construídos em tubo metálico recurvado ou de um diafragma que cobre um recipiente hermético de metal O seu funcionamento se dá pela deformação do tubo metálico Este tipo de manômetro é muito utilizado pela indústria por trabalhar com pressões bastante altas O manômetro metálico é conhecido também como aneróide barômetro de Vidi ou de Bourdon Fenômenos de Transporte Fevereiro 2021 Professor Antonio G de Araújo aaraujoutfpredubr 35 PONTEIRO ESCALA ENGRENAGEM TUBO CIRCULAR MANÔMETRO DE BOURDON PIEZÔMETRO h P Tubo ligado ao reservatório que se deseja determinar a pressão Tubo em escala Reservatório Nível Figura 40 Uso do Piezômetro 61821 Manômetro Metálico ou de Bourdon Os manômetros metálicos têm uma ampla escala de aplicação podendo medir pressões positivas ou negativas depressões O seu princípio de funcionamento é semelhante ao do brinquedo língua de sogra que ao soprar enche o tubo de ar e desenrola esticando quando retirar o ar ela enrola devido à mola colada no tubo Os manômetros metálicos são construídos com tubo metálico que quando sujeito a pressão tende a desenrolar produzindo uma dilatação que aciona um mecanismo que comanda o ponteiro indicando a pressão Uma vez calibrado este aparelho é possível ler diretamente a pressão indicada pelo ponteiro em uma escala graduada Quando o manômetro de Bourdon estiver indicando zero significa que a pressão interna do tubo é igual à pressão externa ao tubo Esta informação é muito importante pois na prática é possível determinar a diferença entre a pressão interna e a externa em muitos processos onde o controle da pressão é vital para o funcionamento por exemplo de uma planta química Seja o manômetro de Bourdon montado como indicado na figura ao lado Observase da figura do manômetro de Burdon que a parte interna do tubo metálico está sujeita a pressão P1 e a parte externa à pressão P2 Com este tipo de montagem o manômetro indicará a diferença de pressão P1 P2 e não a pressão P1 como se imagina Representamos matematicamente a equação da pressão da forma Pmanômetro Ptomada de pressão Pexterna ou P1 P2 Pmanômetro 61822 Coluna Piezométrica ou Piezômetro O Piezômetro tem o princípio de funcionamento baseado na coluna de fluido deslocado pela carga de pressão em que o reservatório está sujeito O Piezômetro é construído com tubos de vidro e a leitura da carga de pressão é feita diretamente pelo nível de defluido deslocado e visualizado diretamente sobre a escala do tubo A pressão é obtida conhecendose o peso específico do fluido multiplicado pelo comprimento da coluna A figura ao lado mostra o esquema de funcionamento de um Piezômetro O equipamento possui dois tubos sendo um ligado ao reservatório onde se quer determinar a pressão e o outro com um tubo aberto e graduado para a leitura da coluna Este equipamento apresenta algumas limitações de emprego devido a sua constituição física Destacamse algumas limitações a Como o fluido apresenta um menisco que é função da sua densidade os erros de leitura por paralaxe são comuns o que provoca um erro embutido na determinação da pressão Figura 38 Manômetro de Bourdon Figura 39 Uso do Manômetro de Bourdon Fenômenos de Transporte Fevereiro 2021 Professor Antonio G de Araújo aaraujoutfpredubr 45 b O equipamento realiza as medidas de coluna diretamente com o fluido que se quer medir estando sujeito às variações de peso específico de cada tipo de fluido o que na pratica muitas vezes é difícil determinar o peso específico do fluido comprometendo a fidelidade da leitura c Para líquidos que possuem peso específico muito baixo a altura da coluna será muito elevada o que compromete a sua construção e provoca dificuldade na leitura da escala no tubo O mesmo acontece para pressões elevadas o comprimento do tubo tem que ser grande para registrar a carga de pressão que termina inviabilizando a sua construção Exemplo um fluido cujo peso específico é de 1000 kgfm³ e estando a pressão de 10000 kgfm² apresentará uma coluna de 10 1000 10000 3 2 m m kgf m kgf P h Conclusão o Piezômetro aplicase para fluidos de peso específico elevado e a baixas pressões d Devido a sua construção os Piezômetros não podem ser utilizados para medir a pressão dos gases pois os mesmos sairiam pelo tubo aberto e O mesmo ocorrendo para medidas de pressão efetivas negativa onde o ar entraria pelo tubo para o reservatório e não formaria a coluna h 61823 Manômetro com Tubo em U O princípio de construção do manômetro em U é semelhante ao da coluna Piezométrica com uma pequena diferença a introdução de um fluído manométrico geralmente o mercúrio Esta abordagem faz com que um dos problemas da coluna Piezométrica deixe de existir O fluido manométrico veda a entrada de ar e impossibilita a saída dos gases eliminando um dos principais problemas da coluna Piezométrica Figura 41 Manômetro com tubo em U Outro problema que dificulta a utilização da coluna Piezométrica é o peso específico do fluído manométrico que dependendo do valor deixa o comprimento do tubo da coluna muito elevado dificultando a sua construção Uma forma de minimizar este problema é o emprego do mercúrio como fluido manométrico O mercúrio possui peso específico alto o que diminui o problema da construção da coluna manométrica Portanto manômetro com tubo em U e utilizando o mercúrio como fluido manométrico praticamente elimina este problema Existe na pratica uma infinidade de aplicação destes manômetros Quando se utiliza o manômetro com tubo em U para medir a pressão entre dois reservatórios ele recebe o nome de manômetro diferencial Fenômenos de Transporte Fevereiro 2021 Professor Antonio G de Araújo aaraujoutfpredubr 55 6183 Exercícios Resolvidos 61831 Para a figura determinar a pressão absoluta do gás 1 e 2 em kgfm² Solução As unidades estão no sistema técnico portanto devemos passar tudo para kgfm2 Assim resulta em Pman 1 3 kgfcm² 3 104 kgfm2 Pman 2 15 kgfcm² 15 104 kgfm2 Patm 104 kgfm² Pressão do gás 2 Pabs2 Patm Pefetiva Patm Pmanometrica2 15 104 kgfm2 104 kgfm² Pabs2 16 104 kgfm² Pressão do gás 1 Pabs2 Pabs1Pefetiva Pabs1 Pmanometrica1 Pabs1 Pabs2 Pmanometrica1 Pabs1 Pabs2 Pmanometria1 16 104 kgfm2 3 104 kgfm² 13 104 kgfm2 Pabs1 13 104 kgfm2 Resposta Pabs2 16 104 kgfm² Pabs1 13 104 kgfm2 Dados Pman 1 3 kgfcm² Pman 2 15 kgfcm² Patm 104 kgfm²