Pressão medida a partir do vazio absoluto (que nunca se consegue atingir). b) Atmosférica
Pressão do ar da atmosfera. c) Relativa
Pressão medida em relação à pressão atmosférica. d) Diferencial
Diferença entre duas pressões.
Não podemos dizer que a pressão exercida pelo ar tem o mesmo valor em todos os pontos. Há um aumento progressivo da concentração molecular do ar, devido à compressibilidade dos gases, à medida que consideramos camadas da atmosfera cada vez mais próximas da Terra.
Daqui resulta que o peso volúmico do ar aumenta sucessivamente dos níveis mais afastados da Terra, para os níveis mais próximos.
Técnicas e Instrumentos de Medida
Para medir os diferentes tipos de pressões existem vários tipos de equipamento (fig. III.140):
a) barómetro para medir pressões absolutas
b) manómetro para medir pressões relativas superiores à atmosfera c) vacuómetro para medir pressões relativas inferiores à atmosfera d) medidores de pressão diferencial para medir diferenças da pressão e) instrumentos que são combinação dos anteriores, por exemplo:
manovacuómetros
Barómetro Manómetro
Vacuómetro
Ut.03 M.T.04 Componente Científico-Tecnológica Metr Metr Metr Metr
Metrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 88
III . 88III . 88 III . 88III . 88
Fig. III.140 - Tipos de aparelhos
Manómetros de tubo vertical
O manómetro mais simples que se pode conceber é constituído por um tubo direito em vidro ou noutro material transparente, aberto nas duas extremidades, a que se dá frequentemente o nome de "tubo piezométrico", montado verticalmente no ponto em que se pretende medir a pressão, e que, por simplicidade de representação, se supõe localizado na superfície S indicada na figura III.141.
Tubo piezométrico
Fig. III.141 - Manómetro de tubo vertical
Feita a ligação, o líquido vai subir no tubo até atingir uma altura h, tal que o peso (P) exercido pela coluna líquida assim formada, sobre a face superior da superfície S, equilibra a força (F) resultante da pressão P exercida na sua face inferior.
F P
Ut.03
M.T.04
Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetroloMetroloolooloologia e Norgia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização IIIIIIIII . 89IIIIII . 89 . 89 . 89 . 89 Como as áreas superior e inferior são iguais, resulta que as pressões também
serão iguais.
Aplicando então a lei fundamental da hidrostática entre a superfície S e a superfície da interface ar/líquido, na qual a pressão é igual à pressão atmosférica, resulta:
Ps = Patm + ρgh (III.12) donde:
Prel = Ps-Patm = ρgh = K.h (III.13) A constante K é designada por factor de redução do manómetro e tem as dimensões de pressão/comprimento. O seu inverso é designado por sensibilidade à pressão.
O tubo, ou uma régua que se lhe aponha, pode agora ser graduado, quer directamente em unidades de pressão, quer em milímetros ou centímetros de coluna líquida, o que leva a exprimir a gama do manómetro em termos de comprimento da parte graduada do tubo em vez das correspondentes pressões que se obteriam particularizando para um dado líquido.
Este tipo de manómetros apresenta várias limitações importantes de que convém realçar as seguintes:
• Fragilidade, comum a todas as peças de vidro e plástico;
• Pequena gama de funcionamento, pois não é prático ter tubos de grandes dimensões;
• Impossibilidade de medir pressões inferiores à atmosférica; • Variação de K com o líquido cuja pressão se quer medir;
• Necessidade de ter uma noção prévia do valor da pressão, caso contrário o tubo pode ser pequeno e haver perda de líquido.
Dentro destas limitações é, todavia, um instrumento com boa exactidão e baixo custo, o que leva, por vezes, a usá-lo em medições laboratoriais.
O comprimento mínimo que deve ter um tubo piezométrico para medir a pressão, em um tubo contendo um líquido de densidade 2,8 à pressão relativa de 200 gf / /cm² é: cm 74 s / m 81 , 9 x m / kg 10 x 8 , 2 cm / gf / P 1 , 98 x cm / gf 200 h 3 3 2 2 a 2 = = Exemplo III. 2 Factor de redução Lei fundamental da hidrostática
Ut.03 M.T.04 Componente Científico-Tecnológica Metr Metr Metr Metr
Metrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 90
III . 90III . 90 III . 90III . 90
Manómetros de tubo em U vertical
O manómetro de tubo em U vertical é um instrumento simples, barato e versátil utilizado na medição de pressões relativas, absolutas e diferenciais de valor pouco elevado.
O elemento de medida é constituído por um tubo em U, de vidro ou outro material transparente, de secção interior igual nos dois ramos do U, montado sobre uma escala vertical de zero ao centro, graduada em milímetros, ou em outra qualquer escala equivalente, conforme se mostra na figura III.142.
Fig. III.142 - Manómetro de tubo em U
O tubo é cheio com um líquido dito "manométrico" até ao zero da escala. A escolha do líquido manométrico é feita tendo em atenção a gama de pressões a medir e a natureza química do fluido cuja pressão se pretende medir. Os líquidos manométricos mais frequentes são:
•
água (densidade 1);•
mercúrio (densidade 13,6);•
tetrobromo-etano ou outro derivado brometado (densidade 2,96) ;•
óleo transformador (densidade 0,86).Na medição de pressões relativas, um dos ramos do manómetro é ligado à tomada de pressão a medir e o outro é deixado em contacto com a atmosfera (fig. III.144).
Na medição de pressões absolutas, um dos ramos do manómetro é ligado à tomada de pressão a medir e o outro é fechado, tendo o cuidado de nele fazer Líquido manométrico
Pressão relativa
Ut.03
M.T.04
Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetroloMetroloolooloologia e Norgia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização IIIIIIIII . 91IIIIII . 91 . 91 . 91 . 91 previamente o vácuo. Dada a altura da coluna atmosférica, estas medições só
são viáveis, quando o fluido manométrico é o mercúrio e as pressões em jogo são pequenas (1 a 2 bars). A gama de medida pode, todavia, ser aumentada, substituindo o vácuo por ar seco, em condições bem conhecidas.
A pressão absoluta é, em seguida, inferida utilizando a lei de Boyle-Mariotte (fig. III.145).
Na medição de pressões diferenciais, liga-se um ramo a cada uma das tomadas entre as quais se pretende medir a pressão diferencial (fig. III.146).
Fig. III.143 - Medição de pressão Fig. III.144 - Medição de pressão Fig. III.145 - Medição de pressão relativa absoluta diferencial
Pressão diferencial
Manómetros metálicos de tubo elástico
Estes manómetros são basicamente constituídos por um tubo oco sem costura, curvado ou enrolado, de secção transversal e espalmada (em geral elíptica) e de eixo maior perpendicular ao plano em que se desenvolve o tubo; este é designado por "tubo de Bourdon". Uma das extremidades do tubo é fixa e aberta para ligação à tomada de pressão a medir. A outra extremidade é fechada e livre e está ligada ao dispositivo de medição (fig. III.146).
Fig. III.146 - Manómetro metálico de tubo elástico
Ut.03 M.T.04 Componente Científico-Tecnológica Metr Metr Metr Metr
Metrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 92
III . 92III . 92 III . 92III . 92
O tubo, devido à sua simetria transversal e ao facto dos raios de curvatura interior e exterior serem diferentes, ao ficar submetido à pressão a medir, sofre uma deformação não linear resultante das forças de pressão que tendem a dar à sua secção transversal uma forma circular e à sua curvatura um raio infinito (ou nulo), daí resultando o seu desenrolamento no caso da pressão aplicada ser superior à que o envolve (atmosférica), e o enrolamento no caso contrário. Manómetros metálicos de pressão por fole
Os foles são transdutores de pressão-deslocamento que, conforme o seu nome indica, têm a forma de um fole ou harmónio, formado mecânica ou hidraulicamente a partir de um tubo de parede fina, e grande homogeneidade de grão que será, também e necessariamente, fino.
Sob o efeito das forças resultantes das pressões que actuam sobre as superfícies interior e exterior e dentro de certos limites, o fole sofre uma deformação elástica apreciável no sentido da força resultante, isto é, proporcional à pressão relativa a que está submetido, pelo que, se uma das bases do fole for fixa e a outra livre, o movimento desta pode ser aproveitado para actuar o mecanismo de indicação do tipo pinhão, sector de entrada semelhante ao representado na fig. III.147.
Fig. III.147 - Manómetro metálico de pressão por fole
Manómetros metálicos de pressão por diafragma
O princípio em que se baseia é o de que um diafragma, isto é, um disco flexível liso ou ondulado concentricamente de periferia fixa, sofre uma deflexão directamente proporcional à diferença de pressões a que as suas faces estão submetidas. A deflexão máxima verifica-se no centro do diafragma e é relativamente pequena. Esta deflexão pode, todavia, ser aumentada utilizando 2 ou mais diafragmas. Assim, no caso de dois diafragmas, estes são soldados Fole ou harmónio
Ut.03
M.T.04
Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetroloMetroloolooloologia e Norgia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização IIIIIIIII . 93IIIIII . 93 . 93 . 93 . 93 pelas respectivas periferias, formando uma cápsula em que um centro é fixo e
o outro deixado livre, segundo um dos arranjos básicos representados nas figuras que se seguem.
Fig. III.148 - Exemplo de diafragma Fig. III.149 - Diafragma com as "ondulações" contrárias
Fig. III.150 - Diafragma com "ondulações Fig. III.151 - Manómetro de vários no mesmo sentido" vários diafragmas
Experiência de Torricelli
Para medir a pressão atmosférica é usual equilibrá-la por uma pressão conhecida, como, por exemplo, a pressão exercida pelos líquidos sobre si mesmos. É o que vamos estudar por meio da experiência de Torricelli. Experiência de Torricelli - enche-se de mercúrio um tubo de vidro com o comprimento de 1 m, fechado numa das duas extremidades (fig. III.152I). Tapando com o dedo a extremidade aberta, volta-se o tubo e mergulha-se numa tina com mercúrio; retira-se então o dedo, mantendo o tubo na vertical (fig. III.152II). Observa-se o seguinte: o mercúrio começa a descer no tubo, e o nível estaciona a uma altura de cerca de 76 cm acima da superfície livre do mercúrio, na tina,
Medição de pressão atmosférica
Ut.03 M.T.04 Componente Científico-Tecnológica Metr Metr Metr Metr
Metrolooloolooloologia e Norgia e Norgia e Norgia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização III . 94
III . 94III . 94 III . 94III . 94
deixando, assim, acima dele, um espaço vazio de ar. A este espaço chama-se câmara barométrica; a altura da coluna de mercúrio é a altura barométrica. Como interpretar a experiência?
Fig. III.152 I/II - Experiência de Torricelli
O mercúrio ficou elevado no tubo, porque a atmosfera exerceu pressão, de cima para baixo, sobre a superfície de mercúrio da tina. Com efeito, consideremos duas superfícies de 1 cm² (fig. III.153), outra S', sobre o mesmo plano horizontal, no interior do tubo.
As duas superfícies suportam pressões iguais, uma vez que se encontram em equilíbrio. Ora, a superfície interior S' suporta a pressão do mercúrio que se eleva sobre ela; a superfície S' suporta, também, uma pressão, que não pode ser senão a da atmosfera.
Quanto ao valor desta pressão, ele é igual à pressão suportada por S', isto é, o peso de uma coluna cilíndrica de mercúrio que tem por base 1 cm² e, por altura, a distância vertical H, ou seja, a altura da coluna de mercúrio.
Como um cm3 de mercúrio pesa 13,6 g, se a altura H é 76 cm, a pressão atmosférica será:
Ut.03
M.T.04
Componente Científico-Tecnológica MetrMetrMetrMetroloMetroloolooloologia e Norgia e Norgia e Normalizaçãogia e Norgia e Normalizaçãomalizaçãomalizaçãomalização IIIIIIIII . 95IIIIII . 95 . 95 . 95 . 95
Fig. III.153 - Medição de pressão atmosférica