Unidades usuais de pressão: Pa, N/m², kgf/cm², mmHg, mca, lbf/pol2, Atm, bar etc. 2.Conversão de Unidades de Pressão
3.Tipos de pressão
As pressões podem ser classificadas com base na referência utilizada e na circulação de fluido.
• Pressão atmosférica – É a pressão exercida pela camada de ar sobre a superfície terrestre, que é medida em um barômetro.
• Pressão manométrica – É a pressão medida em relação à pressão atmosférica, tomada como unidade de referência.
• Pressão relativa negativa ou vácuo – É quando um sistema de pressão relativa menor que a pressão atmosférica.
• Pressão absoluta – É a soma da pressão atmosférica com a manométrica. (Pressão absoluta = Pa + Pm)
3.2.Quanto à circulação do fluido
• Pressão diferencial – É a diferença entre duas pressões desconhecidas.
• Pressão estática – Pressão exercida por um fluido em repouso ou em regime estacionário (a velocidade não varia com o tempo);
• Pressão dinâmica (inpacto) – Pressão exercida por um fluido em movimento (bomba, ventilador, exaustor, compressor ou por gravidade).
• Pressão total - É a soma das pressões estática e dinâmica.
4. Teorema de Stevin
A diferença de pressão entre dois pontos de um fluido em repouso é igual ao produto do peso específico do fluido pela diferença de cota entre os dois pontos.
P2 - P1 = P = (h2 - h1) . δ Onde:
δ é o peso específico. 5. Princípio de Pascal
A pressão exercida em qualquer ponto de um líquido em forma estática, se transmite integralmente em todas as direções e produz a mesma força em áreas iguais.
Obs: O volume deslocado será o mesmo. 6. Manômetros
São dispositivos geralmente utilizados para indicação local de pressão e, em geral, estão divididos em:
A tabela abaixo mostra a classificação dos manômetros:
6.1. Manômetro de líquido: Utiliza um líquido como meio para se medir a pressão. a) Funcionamento: é baseado na equação manométrica.
b) Construção: é constituído por um tubo de vidro com área seccional uniforme, uma escala gradual e um líquido de enchimento.
c) Líquido de enchimento: qualquer líquido com baixa viscosidade e não volátil. (os mais usados são: água destilada e mercúrio).
d) Aplicação: maior aplicação em laboratório de calibração.
e) Elementos que influenciam na leitura do manômetro de líquido: • Formação do menisco: Devido ao efeito da tensão superficial.
• Temperatura do ambiente: devido à dilatação volumétrica do líquido, alterando-se o peso específico.
f) Tipos:
• Manômetro tipo coluna em “U”:
• Manômetro tipo coluna reta vertical:
6.2. Manômetro tipo elástico: Utiliza a deformação de um elemento elástico como meio para se medir a pressão. Deve-se ter cuidado para não deixar este tipo de medidor alcançar a deformação plástica, ou seja, deve trabalhar sempre na faixa de elasticidade do material que compõe o instrumento.
a) Funcionamento:
I. O elemento elástico sofre deformação proporcional à pressão detectada.
II. Esta deformação provoca um deslocamento linear, que é convertido de forma proporcional, em deslocamento angular.
III. Ao deslocamento angular é anexado um ponteiro, que percorre uma faixa linear, que representa a faixa de medição do aparelho.
b) Classificação e faixa de medição:
B1) Tubo de Bourdon: Consiste de um tubo em forma de “C”, espiral e helicoidal que tem uma de suas extremidades fechada e a outra aberta à pressão a ser medida.
OBS: Selagem do Bourdon: Usado para impedir o contato direto do fluido do processo com o Bourdon, quando este fluido for corrosivo, viscoso, tóxico, estiver à alta temperatura e/ou radiotivos, ou seja, o objetivo é proteger o elemento elástico de ataque químico de fluidos corrosivos.
Pode ser:
• Com selagem líquida
B2) Tipo diafragma: Consta de um disco plano (circular) ou corrugado composto por uma membrana fina de material elástico (metálico ou não), associada a uma mola que promoverá o equilíbrio entre as forças elásticas (da mola e do diafragma).
B3) Tipo fole: É um dispositivo que possui ruga no círculo exterior que tem a possibilidade de expandir-se e contrair-se em função de pressões aplicadas no sentido do eixo.
6.3.Transmissor de pressão diferencial
A pressão hidrostática exerce uma força sobre um diafragma da câmara de pressão “H”, sendo este equilibrado contra a pressão da câmara de pressão inferior.
Estes tipos de instrumentos convertem uma deformação mecânica em sinal elétrico por meio de conversores que podem ser:
a) Sensor capacitivo: É o sensor mais utilizado em transmissores de pressão. Nele um diafragma de medição se move entre dois diafragmas fixos. Entre os diafragmas fixos e o móvel, existe um líquido de enchimento que funciona como um dielétrico. Como um capacitor de placas paralelas é constituído por duas placas paralelas separadas por um meio dielétrico, ao sofrer o esforço de pressão, o diafragma móvel (que vem a ser uma das placas do capacitor) tem sua distância em relação ao diafragma modificada. Isso provoca modificação na capacitância de um circuito de medição, e então tem-se a medição de pressão.
b) Sensor piezoelétrico: É um cristal que, quando submetido a uma pressão, gera um campo elétrico que pode ser coletado como tensão. Os cristais mais utilizados são os de quartzo.
c) Sensor piezoresistivo (Strain Gauges): São pequenos resistores deformáveis que podem ser fixados na superfície a sofrer a deformação. A deformação da superfície provoca uma deformação no sensor que por sua vez modifica o valor da sua resistência.
Exercício de aplicação 1° questão) Faça as conversões de unidades abaixo: a) 50 psi = ______________ Kgf/cm2 c) 40 Kgf/cm2 = ______________ mmH20 d) 435,5 mmHg = ______________ PSI e) 24 psi = _______________ mmH20 h) 52 psig = ________________bar i) 18 psia = ____________________ mmHg j) 32 cmHg=____________________KPa
2° questão) Qual a pressão exercida por um tanque que pesa 2000N, sobre a sua base que tem um diâmetro de 4m?
3° questão) Calcule a pressão total no fundo de um lago à profundidade de 20m. São dados: pressão atmosférica Patm = 105N/m2, aceleração da gravidade g = 9,8m/s2 e massa específica
da água ρ = 1000kg/m3.
4° questão) No sistema abaixo temos dois pontos de tomada de pressão, o tanque está aberto e preenchido com água ρ = 103 kg/m3. Calcule a pressão nos pontos indicados, sabendo que a pressão atmosférica Patm = 105N/m2, aceleração da gravidade g = 9,8m/s2.
5° questão) Diferencie pressão manométrica, absoluta, relativa negativa e diferencial. 6° questão) Diferencie pressão estática de pressão dinâmica.
7° questão) O que você entende por pressão diferencial?
8° questão) Como é chamada a pressão exercida por um liquido em repouso ou que esteja fluindo perpendicularmente à tomada de impulso e que não esteja sendo influenciada pela componente cinética do fluxo?
9° questão) Defina o tubo de Bourdon. 10° questão) Cite 3 tipos de Bourdon. 11° questão) Cite 3 tipos de coluna líquida.
12° questão) Qual o manômetro mais indicado para medição de altas pressões?
13° questão) Em processos industriais que manipulam fluidos corrosivos, tóxicos, sujeitos à alta temperatura e/ou radioativos, a medição de pressão com manômetro tipo elástico se torna impraticável, pois o Bourdon não é adequado para essa aplicação, seja em função dos efeitos da deformação provenientes da temperatura, seja pela dificuldade de escoamento de fluidos viscosos, ou seja, pelo a ataque químico de fluidos corrosivos. Mediante tais problemas qual seria o instrumento adequado?
14° questão) Manômetro é um instrumento utilizado para medir pressões. A figura a esquerda ilustra um tipo de manômetro, que consiste em um tubo em forma de U, contendo mercúrio (Hg), que está sendo utilizado para medir a pressão do gás dentro do botijão.
Se a pressão atmosférica local é igual a 105N/m2, qual é a pressão exercida pelo gás? (dado: massa específica do mercúrio ρ = 13600 kg/m3).
15 ° Questão) uma placa de orifício produz uma pressão diferencial, cujo valor está relacionado com a vazão na tubulação. Um manômetro tipo “U” pode ser utilizado como dispositivo secundário para obter-se uma medida da vazão nessa tubulação, conforme ilustrado no esquema a seguir:
Sabendo-se que o manômetro tipo tubo “U” indica h1 = 20cm e h2 = 5cm, determine a pressão
diferencial. (dado: massa específica do mercúrio ρ = 13600 kg/m3)
16° questão) O manômetro de líquido, tipo coluna em “U” da figura, indica uma diferença de altura de 8cm. Sabendo que o líquido utilizado no tubo é a água destilada, cuja massa específica vale 1000kg/m3. Determine a pressão diferencial, em KPa.
(Adote g=10m/s2)
17° questão) O manômetro de líquido, tipo coluna reta vertical da figura, indica uma diferença de altura de 10cm. Sabendo que o líquido utilizado no tubo é o mercúrio, cuja massa específica vale 13600kg/m3. Determine: (Adote g=10m/s2)
a) a pressão diferencial, em psi;
18° questão) Um aluno utilizando um manômetro de líquido, tipo coluna reta inclinada, conforme mostrado na figura, deseja determinar a pressão diferencial. Durante sua análise ele levantou os seguintes dados: τ=20cm, e ângulo de inclinação α=60°. Sabendo que o
líquido utilizado no tubo é o mercúrio, cuja massa específica vale 13600kg/m3. Qual o valor da pressão diferencial encontrada pelo aluno, em psi:
(dados: sen 60° = 0,87, cos 60° = 0,5 e g=10m/s2).
19° questão) Com base na figura ao lado e sabendo que o fluido utilizado foi a água destilada, cuja massa específica vale 1000 kg/m3. Determine a pressão diferencial, em KPa. (Adote g=10m/s2)
VI – MEDIDORES DE VAZÂO
A vazão é a terceira grandeza mais medida nos processos industriais. As aplicações são muitas, indo desde aplicações simples como a medição de vazão de água em estações de tratamento e residências, até medição de gases industriais e combustíveis, passando por medições mais complexas. A escolha correta de um determinado instrumento para medição de vazão depende de vários fatores. Dentre estes, pode-se destacar:
• exatidão desejada para a medição;
• tipo de fluido: líquido ou gás, limpo ou sujo, número de fases, condutividade elétrica, transparência;
• condições termodinâmicas: por exemplo, níveis de pressão e temperatura nos quais o medidor deve atuar;
• espaço físico disponível; • custo.
A medição de vazão de fluidos sempre esteve presente em nosso dia-a-dia.Por exemplo. o hidrômetro de uma residência, o marcador de uma bomba de combustível nos veículos, etc.
Na História, grandes nomes marcaram suas contribuições. Em 1502 Leonardo da Vinci observou que a quantidade de água por unidade de tempo que escoava em um rio era a
mesma em qualquer parte, independente da largura, profundidade, inclinação e outros. Mas o desenvolvimento de dispositivos práticos só foi possível com o surgimento da era industrial e o trabalho de pesquisadores como Bernoulli, Pitot e outros.
Vejamos inicialmente alguns conceitos para entendermos melhor a medição de vazão.
1. Definição: É a quantidade de fluido que passa através de uma seção de uma tubulação ou canal por unidade de tempo.