Manometria Laboratorio Fluidos Mecânicos

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Engenharia Mecânica
Éric Ribeiro
Felipe Souza
Lucas Sarmento
Luiza Melo
Relatório 3: Manometria : Calibração de Manômetros
Belo Horizonte
2018
Introdução
Nas industrias, a medição da pressão é muitas vezes mais útil no controle de certos processos que a medição de temperatura, como é o caso de processos químicos que ocorrem a alta pressão. Para as medidas de pressão manométrica, usam-se manômetros mecânicos e elétricos. Para o bom controle dos processos industriais, é necessário que tais instrumentos estejam bem calibrados, ou seja, que o valor das medidas fornecidas não esteja distante de um valor padrão real de pressão. 
O distanciamento das medidas tomadas deste valor padrão real é o erro do instrumento e, mesmo sendo o erro algo inerente a qualquer medida por qualquer intrumento, deve-se mantê-lo dentro de valores aceitáveis.
1.1. Objetivo
	A experiência objetiva será testar e analisar a calibração de diferentes manômetros, comparando valores medidos de manômetros não-calibrados à um manômetro padrão, e analisar os erros dos manômetros a serem aferidos através de gráficos.
1.1.2 – Conceituação Teórica
PRESSÃO: Razão entre a força F aplicada sobre uma superfície e a área A de atuação dessa força.
Três tipos de pressão serão importantes na atividade:
Pressão atmosférica: pressão exercida pela atmosfera sobre uma unidade de área da superfície terrestre. 
Pressão absoluta: pressão tomada a partir da referência do vácuo absoluto (pressão zero).
Pressão Manométrica ou Relativa: a diferença entre uma pressão qualquer Pabs e a pressão atmosférica Patm, sendo .
UNIDADES DE MEDIDA, MEDIDORES DE PRESSÃO E MEDIÇÕES:
Unidades de Medida
Medidores de pressão:
Os instrumentos usados para medir pressão podem ser dividos em mecânicos e elétricos. Os mecânicos são os manômetros de coluna de líquido e elástico. Os elétricos compreendem manômetros de tensão, resistência, equilíbrio de força (oscilador), magnético, e de capacitância. 
Manômetro de Bourbon
Seguindo a lei de Hooke, que determina que deformações elásticas são proporcionais ao esforço, o manômetro de Bourbon usa de um mecanismo de relojoaria que deflete um ponteiro cujo movimento é proporcional a pressão aplicada ao terminal no qual é instalado. O ponteiro então, indica a pressão numa escala graduada. 
Manômetros comerciais apresentam precisão de +/- 0,5% da escala total, sendo que os mais precisos apresentam precisão de 0,25%.
 
Manômetro elétrico ou transdutores elétricos
A pressão de entrada é convertida em sinal elétrico de saída proporcional a alteração de alguma propriedade do transdutor como, resistência e indutância, causada pela variação da pressão. Podem medir pressões muito elevadas ( > 10000atm ) sob condições diversas do ambiente.
Medição
Conjunto de operações que objetivam determinar o valor de uma grandeza física que pode ser determinado por um único instrumento ou conjunto de instrumentos. Medições possuem erros advindos do instrumento de medição, do operador e de interferências externas, e que são determinados por um parâmetro chamado incerteza. Para que a incerteza mantenha-se dentro de valores aceitáveis, faz-se necessária a calibração do instrumento. 
Para a prática desenvolvida, usa-se a calibração para determinação de erros oriundos da diferença de medidas fornecidas pelos manômetros a serem calibrados e uma Unidade de Medição Padrão que mostra a pressão verdadeira.
O erro de medição é definido como:
Pode ser caracterizado em três tipos:
Erro sistemático: erro inerente ao instrumento ou sistema de medição, sempre presente nas medições realizadas sob mesmas condições.
Erro aleatório: erro imprevisível causado por agentes externos como atrito, folgas, flutuações eletromagnéticas e etc. Representa a dispersão dos valores obtidos com em relação a uma média.
Erro grosseiro: erro advindo do próprio operador do instrumento de medida, ou de defeitos neste. 
Obtendo-se o erro associado aos dados obtidos, é possível traçar gráficos que permitem que os instrumentos sejam calibrados, como é o caso do gráfico abaixo:
1.2 – Desenvolvimento
	O esquema dos experimentos em laboratório apresenta em uma de suas diferenças a bomba centrífuga (para calibração do manômetro de Bourdon através do manômetro de peso morto), e a bomba de pistão manual (Calibração do manômetro de Bourdon e do Transdutor elétrico de pressão através da bomba de aferição).
1.2.1 Procedimento Experimental
Primeira prática: Calibração do manômetro de Bourdon através do manômetro de peso morto:
Dar partida na bomba e deixar abertas as válvulas V1 e V2 para que a água seja admitida tanto no manômetro a ser testado quanto no cilindro do manômetro de peso morto. Para que a pressão da bomba não aplicada no pistão de maneira brusca, de modo a expeli-lo verticalmente do cilindro com bastante força, é necessário que apenas uma pequena vazão passe através da válvula V1 e encha o cilindro lentamente. O pistão subirá, então, lento e suavemente até que o furo de sangria seja exposto e a água passe a gotejar por esse furo, até que todo o ar contido na mangueira de plástico flexível seja expelido.
Verificar se o ar da linha foi esgotado, fechar a válvula V1, deixando o manômetro de peso morto e manômetro de Bourdon ligados entre si e isolados da bomba de alimentação. Desligar a bomba.
Adicionar pesos sobre o pistão e para cada peso fazer a leitura no manômetro de Bourdon.
Retirar os pesos e para cada peso retirado fazer a leitura no manômetro de Bourdon.
Todas as leituras devem ser anotadas na folha de teste e o cálculo do erro será feito da seguinte forma:
Erro=Pressão verdadeira-pressão no manômetro de Bourdon
Sendo pressão verdadeira=Pressão exercida pelo peso morto (peso/área)
Durante a realização do teste, para evitar que o pistão agarre no cilindro, é recomendável girá-lo levemente enquanto se estiver fazendo a leitura no manômetro de Bourdon. É também necessário manter o cilindro rigorosamente na vertical. Se apesar das precauções, surgirem leituras inconsistentes, um agarramento do pistão deve estar ocorrendo. Nesse caso, um pouco de água deve ser liberada do sistema através da abertura cuidadosa da válvula V1, de modo a permitir seu escapamento através da conexão da bomba de alimentação, que não está sob pressão com a bomba desligada.
Segunda prática: Calibração do manômetro de Bourdon e do Transdutor elétrico de pressão através da bomba de aferição: 
Fechar a tampa do reservatório do óleo e acionar o volante até que o valor da leitura do manômetro padrão acuse o valor zero. Fazer a leitura das pressões nos outros manômetros e anotar os valores na folha de teses.
Acionar o volante aumentando as pressões na linha em intervalos regulares anotando os valores das leituras obtidas na folha de teste
Repetir a operação para valores de pressões decrescentes
Preencher a folha de teste calculando os erros das leituras
Obs: Erro = Pressão manômetro padrão – pressão no manômetro a ser aferido.
1.2.2 Equipamentos
Primeira prática: Calibração do manômetro de Bourdon através do manômetro de peso morto:
Bomba centrífuga;
Mangueira de alimentação do sistema de aferição;
Manômetro de Bourdon a ser aferido;
Válvulas de bloqueio do fluxo;
Conjunto cilindro, pistão e pesos.
Segunda prática: Calibração do manômetro de Bourdon e do Transdutor elétrico de pressão através da bomba de aferição:
Bomba de pistão manual;
Reservatório de óleo;
Manômetro de Bourdon;
Manômetro de Bourdon a ser aferido;
Transdutor elétrico de pressão
Painel digital
1.2.3 Dados obtidos
Após efetuadas todas as leituras para as pressões crescentes e decrescente foram obtidos os seguintes erros para os manômetros de Bourdon e Transdutor Elétrico respectivamente, sendo ERRO = Pressão Verdadeira – Pressão do Manômetro sob teste.
Tabela 1 – Dados Medidos e seus erros de medidas do Manometro de Bordon
	Leitura do Manômetro de Bourdon PadrãoLeitura do Manômetro de Bordon a ser Calibrado 
	Pressão Crescente 
	Pressão Decrescente 
	Pressão Crescente 
	ERRO Crescente
	Pressão Decrescente 
	ERRO Decrescente
	kgf/cm²
	kgf/cm²
	kgf/cm²
	kgf/cm²
	kgf/cm²
	kgf/cm²
	0
	4
	0,2
	-0,2
	3,65
	0,35
	0,5
	3,5
	0,65
	-0,15
	3,2
	0,3
	1
	3
	1,09
	-0,09
	2,8
	0,2
	1,5
	2,5
	1,5
	0
	2,32
	0,18
	2
	2
	1,9
	0,1
	1,92
	0,08
	2,5
	1,5
	2,3
	0,2
	1,5
	0
	3
	1
	2,73
	0,27
	1,1
	-0,1
	3,5
	0,5
	3,2
	0,3
	0,69
	-0,19
	4
	0
	3,62
	0,38
	0,21
	-0,21
Tabela 2 - Dados medidos e seus erros de medidas do Transdutor Elétrico
	Leitura do Transdutor Elétrico a Ser Calibrado 
	Pressão Crescente 
	ERRO Crescente
	Pressão Decrescente 
	ERRO Decrescente
	Bar
	kgf/cm²
	kgf/cm²
	Bar
	kgf/cm²
	kgf/cm²
	0
	0
	0
	3,9
	3,976908
	0,023092
	0,4
	0,407888
	0,092112
	3,4
	3,467048
	0,032952
	0,9
	0,917748
	0,082252
	2,9
	2,957188
	0,042812
	1,3
	1,325636
	0,174364
	2,4
	2,447328
	0,052672
	1,8
	1,835496
	0,164504
	1,9
	1,937468
	0,062532
	2,4
	2,447328
	0,052672
	1,4
	1,427608
	0,072392
	2,8
	2,855216
	0,144784
	1
	1,01972
	-0,01972
	3,3
	3,365076
	0,134924
	0,4
	0,407888
	0,092112
	3,9
	3,976908
	0,023092
	0
	0
	0
Tabela 3 - Dados medidos e seus erros de medidas do Transdutor Elétrico
	Dados Manômetro de Peso Morto 
	Leitura Manômetro de Bordon a ser calibrado 
	Peso Acrescentado ao pistão
	Carga Total do Pistão
	Pressão Verdadeira
	Pressão Crescente
	ERRO Crescente
	Pressão Decrescente
	ERRO Decrescente
	kgf
	kgf
	kgf/cm²
	kgf/cm²
	kgf/cm²
	kgf/cm²
	kgf/cm²
	0
	0,5
	0,5
	0,4
	0,1
	2,02
	-1,52
	0,5
	1
	1
	0,88
	0,12
	1,78
	-0,78
	0,5
	1,5
	1,5
	1,37
	0,13
	1,36
	0,14
	0,5
	2
	2
	1,8
	0,2
	0,88
	1,12
	0,5
	2,5
	2,5
	2,02
	0,48
	0,48
	2,02
A partir desses dados foi gerado o gráfico erro em função da pressão Verdadeira Bordon 1 representados a seguir:
Grafico 1 – Manômetro de Bourdon
Com os valores da tabela foi plotado o gráfico abaixo, onde, no eixo x está a pressão verdadeira e no eixo y a Pressão Medida, ambas em kgf/cm². Com esses dados, foi gerada uma curva de regressão linear, incluindo a origem (0,0) como um dos pontos, e sua devida curva de calibração.
Gráfico 2 – Reta de Calibração do transdutor elétrico.
Da mesma forma anterior a partir dos dados obtidos experimentalmente foi gerado o gráfico do erro em função da pressão Verdadeira do transdutor elétrico.
Gráfico 3 – Transdutor Elétrico
Com os dados medidos, foi gerada uma curva de calibração, incluindo a origem (0,0) para o manômetro.
Gráfico 4 – Reta de Calibração do manômetro Bordon (peso morto)
De forma semelhante também foi gerado os gráficos drro em função da pressão Verdadeira Bordon (peso morto),. A área da seção transversal do pistão onde foram realizados os experimentos mede 1 cm², valor que foi usado para calcular o valor da pressão verdadeira.
Gráfico 5 – Manômetro de Peso morto.
1.2.4 Análise de dados
As curvas de calibração do manômetro 1, 2 e 3 possuem coeficiente de determinação ou medidas de ajuste de 0,9873; 0,9975 e 0,9825, respectivamente, isso mostra que os valores da primeira curva se ajustam em 98% dos valores reais, o segundo instrumento de medição estão 99% ajustadas e o terceiro 98% ajustadas. Logo, isso mostra que os três manômetros estarão relativamente bem calibrados, se seguirem as devidas retas de calibração. Analisando os gráficos de erros pode-se perceber uma pequena variação nos gráficos 1 e 5, porém no gráfico 3 apresentou uma variação considerável, isso se deve a um erro sistemático.
1.3 Pesquisa
	TRANSDUTOR ÉLETRICO
	Os tradutores são aparelhos que utilizam extensômetros elétricos de resistência (EER) para transformar a deformação em um sinal elétrico. Ou seja, é um dispositivo que transforma um tipo de energia em outro. Por exemplo, uma temperatura, em um sinal elétrico normalizado, como o pirômetro, um tipo de termômetro, que mede irrradiação térmica da superficie de um objeto, e informa a temperatura, ou, um microfone, que transforma energia sonora em sinal elétrico. 
Os transdutores podem ser classificados como:
Ativos: geram um sinal elétrico em resposta a um estímulo e não precisam receber energia externa para produzir um sinal de saída;
Passivos: precisam ser excitados por uma fonte externa de energia para produzir um sinal de saída;
Simples: Quando a transdução é feita em apenas um estágio, como é o caso de um sensor de posição que produz uma variação de tensão elétrica na presença de um material magnético;
Compostos: quando a transdução é feita em vários estágios entre o sinal de entrada e o de saída da magnitude física, que, por sua vez, é transformada em grandezas intermediárias durante o processo.
1.4 Conclusão
Após a análise dos dados, pode-se concluir que nenhuma medida pode ser considerada exata sem que seja conferido seu erro de medida, e que é de suma importância a análise de possíveis tipos de erros, como por exemplo, sistemático, aleatório e grosseiro. A determinação do instrumento mais preciso deve ser feita ao observar diversos parâmetros. Além disso, é necessário lembrar que os dados obtidos estão sujeitos à imprecisão da medida feita por um ser humano.
1.5 Bibliografia
Manometria: Calibração de Manômetros. Disponível em: http://webdav.sistemas.pucminas.br:8080/webdav/sistemas/sga/20162/1100268_Aula%2001%20-%20Manometria.pdf
TEIXEIRA, Mariane Mendes. "Transdutor"; Brasil Escola. Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/fisica/transdutor.htm>.