2º experimento medidas de pressão

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
LABORATÓRIO DE HIDRÁULICA
TRABALHO ACADÊMICO DE MECÂNICA DOS FLUIDOS
MEDIDAS DE PRESSÃO
AMANDA ALVES CAVALCANTE – 20160143251
AMANDA PEREIRA DE LIMA – 20170171204
CARLOS HENRIQUE DE OLIVEIRA PEREIRA -11218653
CLINTON DA SILVA SARMENTO - 11410271
MATHEUS SOARES BRUM DE MELO – 11505383
SANIEL PEDROSO DIAS - 11426876
João Pessoa - PB
Março de 2018
OBJETIVOS
	Apresentação dos principais tipos de medidores de pressão e aferição de manômetro mecânico através da utilização de um sistema composto por um manômetro de tubo U, algumas válvulas e um insuflador.
INTRODUÇÃO TEÓRICA
	Por definição, pressão é uma grandeza derivada de força e massa:
P = (1)
	Por outro lado, a equação fundamental da fluidoestática para um fluido incompressível, permite relacionar a pressão com a altura de uma coluna de fluido.
 (2)
Onde: 	= massa específica
	g= aceleração da gravidade 
	h= altura da coluna de fluido
	Muitos dos aparelhos empregados para a medida de pressões utilizam a pressão atmosférica como nível de referência e medem a diferença entre a pressão real ou absoluta e a pressão atmosférica. Os medidores que fornecem a pressão na escala manométrica são ditos manômetros, enquanto os que o fazem na escala absoluta são chamados de barômetros.
 (Eq. 3)
	O manômetro em tubo U, utilizado neste experimento, é construído basicamente em tubo reto em forma de “U” preenchido com fluído manométrico até a sua metade, sendo que as extremidades deste tubo devem estar abertas para a atmosfera. Seu princípio de funcionamento consiste na aplicação de pressão num de seus ramos o que provocará o líquido descer por este ramo e a subir no outro. Na condição de repouso (sem aplicação de pressão) como ambos abertos para a atmosfera a força atua nas superfícies consideradas como niveladas e simultaneamente referenciadas ao zero da escala. A pressão indicada é mostrada pela diferença de altura em função do movimento do fluído nos dois ramos e lida através de uma escala graduada.
Medidores de pesos mortos
	Este tipo de instrumento mede a pressão desconhecida através da força que ela gera quando atua numa área conhecida. Uma variante deste instrumento - o calibrador de pesos mortos - é padrão numa faixa ampla de medição de pressão. Neste caso, uma força conhecida (peso-padrão) é aplicada através de um pistão a um fluído e essa pressão é transmitida para o manômetro a ser calibrado. Dependendo da exatidão dos pesos-padrão e da área do pistão, é possível conseguir medidas muito exatas.
É comum encontrar instrumentos comerciais com erro menor que 0,1 %. Uma fonte de erro considerável é o atrito entre o óleo e o pistão. Assim, costuma-se girar o pistão com os pesos-padrão, durante a execução das medidas, para minimizar o efeito do atrito. 
Medidores de colunas de líquido	
Manômetro de Tubo U
	Este tipo de manômetro é certamente o mais comum e o mais simples medidor de coluna de líquido. Ele consiste de um tubo em forma de “U” e com um líquido de densidade específica conhecida em seu interior. Por ser um medidor diferencial, a diferença de pressão entre a saída 1 e saída 2 será dada por:
 (Eq. 4)
Manômetro de cisterna ou de cuba 
	É muito semelhante ao manômetro de tubo U, porém existe uma diferença muito grande entre as áreas das seções 1 e 2. Esta diferença de área proporciona uma leitura mais rápida da pressão, visto que, o deslocamento da superfície do fluido na seção de área maior é desprezível, podendo ser tomada como zero. Esse pequeno erro cometido na aproximação pode ser corrigido com uma leve distorção na escala. Uma vez que o fluido manométrico é incompressível, a diferença de pressão pode ser relacionada com L, da seguinte forma:
 (Eq. 5)
Manômetro inclinado
	É uma variação do manômetro de cisterna. Entretanto, o tubo de menor diâmetro é inclinado. Esta inclinação do tubo, proporciona leituras em escalas cada vez menores, da ordem de L=h/sen . A variação da pressão para esta variante de manômetro de cisterna pode ser dada por:
 (Eq. 3)
Barômetro de Torriceli
	O instrumento que serve para a medição da pressão do ar chama-se barômetro. O primeiro barômetro foi construído por Evangelista Torriceli, de Faenza (1608-1647), discípulo do grande cientista Galileu Galilei. Torricelli encheu completamente de mercúrio um tubo de vidro de cerca de um metro de altura, fechado numa extremidade. Depois, tapando o bocal com um dedo, voltou o tubo para baixo, mergulhando-o numa bacia larga e baixa, que também continha mercúrio. Retirando o dedo, Torricelli viu que o mercúrio não saia completamente, mas permanecia em grande parte no tubo, numa altura de cerca de 76 cm, isto porque a pressão exercida pela atmosfera sobre o mercúrio, na bacia, era igual ao peso da coluna de 76 cm contido no tubo. Acabara de nascer o barômetro.
Medidores à deformação de sólido.
Tubo de Bourdon
	A maioria dos medidores de pressão usada industrialmente emprega um tubo de Bourdon. A forma mais simples de um tubo de Bourdon consiste num tubo de seção oval dobrado de maneira circular. 
	Uma das extremidades (inferior) é selada, presa a um quadrante pivotado. A outra extremidade (superior) está conectada a um sistema dentado que, por sua vez, está conectado aos dentes de uma engrenagem que movimenta o ponteiro, Ou seja, a deformação produzida no tubo é amplificada mecanicamente e transformada em movimento angular de um ponteiro associado a uma escala previamente calibrada. 
	Os tubos são confeccionados com uma variedade de materiais, dependendo da natureza do fluído cuja pressão deve ser medida (bronze, aço inox, Be-Cu, etc.). 
	O comportamento de tais sensores varia bastante, não só como o resultado do desenho básico, mas, também, dos materiais envolvidos, mas também devido às condições de uso. As principais fontes de erro são: histerese mecânica do tubo, mudança de sensibilidade devido à temperatura, efeitos de atrito. Comercialmente, são encontrados na faixa de 0,5% a 2% do fundo de escala, normalmente. Tubos de Bourdon podem ser acoplados a dispositivos eletromecânicos, para garantir um sinal elétrico, o que facilita o seu uso em controle de processos, automação, etc.
Diafragma/fole
	Sensores do tipo diafragma (ou membrana) ou fole representam tipos similares de deformação elástica. Talvez o mais simples manômetro do tipo diafragma é o sensor de Schaffer, que consiste de um diafragma de aço inox corrugado, termicamente tratado, de aproximadamente 65 mm de diâmetro, mantido entre dois flanges. A pressão a ser medida é aplicada na parte inferior do diafragma e o movimento resultante no centro do diafragma é transmitido até ao tubo de Bourdon. Neste tipo de sensor, as propriedades elásticas do diafragma metálico governam a faixa e a exatidão do instrumento. 
	Uma variante desse tipo de instrumento é o medidor de diafragma do tipo fole. Neste caso, é comum associar um dispositivo eletromecânico para saída elétrica, o que é conveniente não só em medição, mas também em processos de automação e controle.
	O diafragma pode estar instrumentado com extensômetros. Na medida que o elemento elástico deforma, os extensômetros colados na face oposta onde está sendo aplicada a pressão a ser medida irão variar sua resistência, que será lida por um circuito tipo Ponte de Wheatstone.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Material utilizado:
- Manômetro em tubo U, graduado numa escala de 0-300 mmHg
- Manômetro de cápsula 
- Bomba pneumática com ar comprimido 
	Primeiramente foi verificado, com os dois lados do manômetro abertos, a medição 0 mmHg referente à pressão atmosférica (manométrica). Após essa constatação, começou-se a aplicação de pressão pelo lado direito do manômetro através da liberação de ar comprimido. Foram medidas as pressões no tubo graduado do manômetro em tudo U a medida que essa pressão era aplicada.
	Para leituras ascendentes a pressão foi aumentada comincrementos equivalentes a 20 mmHg, exceto na última variação que foi feito o incremento de 10 mmHg, por não ser possível fazer a leitura da pressão no valor de 200 mmHg, com isso, só foi atingido o valor máximo de 190 mmHg. Para as leituras descendentes, o caminho será inverso (190, 180, 160, ...).
RESULTADOS
Sendo,	MC = leitura do manômetro de cápsula (manômetro a ser aferido)
		MU = manômetro de líquido (manômetro de tubo U)
		Desvio de cada leitura: 
	Leitura
	Leitura MU
	Diferença entre MC e MU
	MC
	Crescente
	Decrescente
	Crescente
	Desvio
	Decrescente
	Desvio
	mmHg
	mmC2H2Br4
	mmHg
	mmC2H2Br4
	mmHg
	
	%
	
	%
	0
	38
	0
	38
	0
	-38
	0,00
	-38
	0,00
	20
	71,5
	15,5
	77
	16,7
	20,6
	-22,34
	15,1
	-16,37
	40
	213
	46,3
	198
	43,0
	-28,9
	15,68
	-13,9
	7,53
	60
	318
	69,1
	296
	64,3
	-41,8
	15,13
	-19,8
	7,17
	80
	394
	85,6
	389
	84,5
	-25,7
	6,99
	-20,7
	5,63
	100
	492
	106,9
	475
	103,2
	-31,7
	6,88
	-14,7
	3,18
	120
	588
	127,7
	575
	124,9
	-35,6
	6,44
	-22,6
	4,09
	140
	679
	147,5
	670
	145,5
	-34,5
	5,36
	-25,5
	3,96
	160
	759
	164,9
	752
	163,4
	-22,5
	3,05
	-15,5
	2,10
	180
	858
	186,4
	843
	183,1
	-29,4
	3,55
	-14,4
	1,74
	190
	895
	194,4
	875
	190,1
	-20,4
	2,33
	-0,4
	0,04
Densidade tetrabromoetano (2,95 g/m³) / Mercúrio (13,58 g/m³)
Tabela 1 – Pressões MU e MC (mmHg) para leituras de MC.
 
Gráfico 1 – Pressões MU crescente e decrescente e MC (mmHg) para leituras de MC.
Gráfico 2 – Pressões MU e MC (mmHg) para leituras de MC.
CONCLUSÕES
 Primeiramente, devemos ressaltar que ao invés de utilizar mercúrio foi usado tetrabromoetano, o que pode causar distorções nos resultados.
	Observa-se no gráfico 1, a linha azul que representa o MU (manômetro em U), o qual indica que a partir de ± 30 mmHg, o MC apresenta um erro para menos, pois a linha azul está acima da linha verde, a linha vermelha segue a mesma linha de raciocínio, porém ela representa a pressão decrescendo.
 No gráfico 2, onde é analisado o desvio padrão, pode-se visualizar melhor o erro para menos que ocorre no MC a partir de ± 30 mmHg. Verifica-se também que na faixa de leitura MC em 30 o desvio zera, no entanto, ele varia entre 30 e 190, já na faixa entre 150 e 190 o desvio vai diminuindo tendendo a zero.
	A diferença de leitura MU crescente e decrescente na faixa abaixo de 80, possivelmente seja porque foram realizadas por grupos de alunos diferentes.
	
REFERÊNCIAS
Notas de aula;
FOX, Robert W. & MCDONALD, Alan T., Introdução à Mecânica dos Fluidos. 4º Ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan S.A. 1995;
ANDRADE FILHO, Simão de. Roteiro da experiência 03, Medidas de Pressão. Universidade Federal da Paraíba – Laboratório de Hidráulica.