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Fenômenos de Transporte ESCALAS DE PRESSÃO Se a pressão é medida em relação ao vácuo ou zero absoluto, é chamada “pressão absoluta”, quando é medida adotando-se a pressão atmosférica como referência, é chamada “pressão efetiva”. A escala de pressões efetivas é importante, pois praticamente todos os aparelhos de medida de pressão (manômetros) registram zero quando abertos à atmosfera, medindo, portanto, a diferença entre a pressão do fluido e a do meio em que se encontram. Se a pressão é menor que a atmosférica, costuma ser chamada impropriamente de vácuo e mais propriamente de depressão, é claro que uma depressão na escala efetiva terá um valor negativo. Todos os valores da pressão na escala absoluta são positivos. A figura a seguir, esquematicamente, mostra a medida da pressão nas duas escalas, a efetiva e a absoluta, de modo que: pabs = patm + pef Fenômenos de Transporte ESCALAS DE PRESSÃO Onde pef pode ser positiva ou negativa. Fenômenos de Transporte Observação ESCALAS DE PRESSÃO • Se a pressão é medida em relação ao vácuo ou zero absoluto, é chamada de pressão absoluta. • Quando é medida adotando-se a pressão atmosférica como referência, é chamada pressão efetiva. • A escala de pressões efetivas é importante, pois quase todos os manômetros registram zero quando abertos à atmosfera, medindo a diferença entre a pressão do fluido e a do meio em que se encontram. Fenômenos de Transporte ESCALAS DE PRESSÃO A pressão atmosférica é também chamada pressão barométrica e varia com a altitude. Mesmo num certo local, ela varia com o tempo, dependendo das condições meteorológicas. Nos problemas que envolvam leis de estado de gases, é imprescindível o uso da escala absoluta. Em problemas envolvendo líquidos, o uso da escala efetiva é mais cômodo, pois, nas equações, a pressão atmosférica, em geral, aparece nos dois membros, podendo ser cancelada. Sempre que for utilizada a escala absoluta, após a unidade de pressão será indicada a abreviação (abs), enquanto, ao se usar a escala efetiva, nada será indicado. Fenômenos de Transporte ESCALAS DE PRESSÃO Uma aplicaçãozinha.... Determinar o valor da pressão de 340 mmHg em psi e kgf/cm2 na escala efetiva e em Pa e atm na escala absoluta. (Patm = 101,2 kPa) Medidores de pressão- Manometro metálico ou de Bourdon (Manometria) • É a medida das pressões. • PRESSÃO MANOMÉTRICA * É a diferença entre uma pressão absoluta e uma pressão atmosférica. • O nome se deve ao uso de um manômetro para medir essa diferença de pressão. Fenômenos de Transporte Manometria Pressões ou depressões são comumente medidas pelo manômetro metálico. Esse nome provém do fato de que a pressão é medida pela deformação do tubo metálico indicado na figura abaixo. Ao ligar o manômetro pela tomada de pressão, o tubo fica internamente submetido a uma pressão “p” que o deforma, havendo um deslocamento de sua extremidade que, ligada ao ponteiro por um sistema de alavancas, relacionará sua deformação com a pressão do reservatório. Fenômenos de Transporte Manometria Fenômenos de Transporte Manometria A leitura da pressão na escala efetiva será feita diretamente no mostrador, quando a parte externa do manômetro estiver exposta à pressão atmosférica. Suponha-se, agora, o caso abaixo. Nesse caso, a parte interna do tubo metálico está sujeita à pressão p1, e a externa, à p2. Dessa forma, o manômetro indicará não a pressão p1, mas a diferença p1-p2. Logo, Fenômenos de Transporte Manometria Consiste num simples tubo de vidro que, ligado ao reservatório, permite medir diretamente a carga de pressão. Logo, dado o peso específico do fluido, pode-se determinar a pressão diretamente. Fenômenos de Transporte Manometria O piezômetro apresenta três defeitos que o tornam de uso limitado: I) A altura h, para pressões elevadas e para líquídos de baixo peso específico, será muito alta. Ex.: água com pressão de 105 N/m2 e cujo peso específico é 104 N/m3 formará uma coluna Logo, não sendo viável a instalação de um tubo de vidro com mais de 10 m de altura, o piezômetro não pode, nesse caso, ser útil. Nota-se então que esse aparelho só serve para pequenas pressões. Fenômenos de Transporte Manometria II) Não pode medir pressão de gases, pois eles escapam sem formar a coluna h. III) Não se pode medir pressões efetivas negativas, pois nesse caso haverá entrada de ar para o reservatório, em vez de haver a formação da coluna h. A figura a seguir mostra um manômetro de tubo em U. Nesse manômetro corrige-se o problema das pressões efetivas negativas. Se isso ocorrer, a coluna de fluido do lado direito ficará baixo do nível A-A. Essa figura mostra o mesmo manômetro com a inclusão de um fluido manométrico que, em geral, é mercúrio. A presença do fluido manométrico permite a medida da pressão de gases, já que impede que estes escapem. Fenômenos de Transporte Manometria Ao mesmo tempo, utilizando um fluido manométrico de elevado peso específico, diminui-se a altura da coluna que se formaria com um líquido qualquer. Fenômenos de Transporte Manometria Os manômetros de tubo em U, ligados a dois reservatórios, em vez de ter um dos ramos aberto à atmosfera, chamam-se manômetros diferenciais. Fenômenos de Transporte Manometria É a expressão que permite, por meio de um manômetro, determinar a pressão de um reservatório ou a diferença de pressão entre dois reservatórios. Seja o manômetro da figura abaixo. Pode-se calcular a pressão no fundo dos dois ramos. Pelo Teorema de Stevin, e lembrando que, segundo Pascal, a pressão se transmite integralmente a todos os pontos do fluido, tem-se: Fenômenos de Transporte Manometria Pressão no fundo do ramo esquerdo: Pfe = PA + γA(h1-h2) + γMh2 Pressão no fundo do ramo direito: Pfd = PB + γB(h4-h3) + γMh3 Fenômenos de Transporte Manometria Como o fluido está em equilíbrio, então a pressão no mesmo nível deve ser a mesma. Logo, pfe = pfd Portanto, pA + γA(h1-h2) + γMh2 = pB + γB(h4-h3) + γMh3 ou pB = pA + γA(h1-h2) – γB(h4-h3) – γM(h3-h2) Nota-se que cada peso específico aparece multiplicado pela respectiva altura da coluna, sem necessidade de adotar como referência o fundo. Baseada nessa observação, será mostrada uma regra prática e de fácil aplicação. Fenômenos de Transporte Equação Manométrica • É a expressão que permite, por meio de um manômetro, determinar a pressão de um reservatório ou a diferença de pressão entre dois reservatórios. • Pressão em 1: • Pressão em 2: • Como o fluido está em equilíbrio: Fenômenos de Transporte Manometria Regra Começando do lado esquerdo, soma-se à pressão pA a pressão das colunas descendentes e subtrai-se aquela das colunas ascendentes. Note-se que as cotas são sempre dadas até a superfície de separação de dois fluidos do manômetro. Tem-se, portanto: Fenômenos de Transporte EXERCÍCIOS 01) Dado o esquema da figura: – Qual é a leitura no manômetro? – Qual é a força que age sobre o topo do reservatório? OBS.: Como não há dados sobre o ar, considera-se desprezível o efeito da coluna de ar. Considerar a pressão efetiva, somente da coluna de líquido. 200 Pa 2000 N Fenômenos de Transporte 02) Um tanque fechado contém ar comprimido e um óleo que apresenta densidade (ρÓleo = 0,9g/cm 3). O fluido utilizado no manômetro em “U” conectado ao tanque é mercúrio (ρHg = 13,6g/cm 3). Se h1 = 914 mm, h2 = 152 mm e h3 = 229 mm, determine a leitura do manômetro localizado no topo do tanque. EXERCÍCIOS 21,55 kPa Fenômenos de Transporte 03) No piezômetro inclinado da figura, temos γ1 = 800 Kgf/m³ e γ2 = 1700 Kgf/m³, L1 = 20 cm e L2= 15 cm, α = 30º. Qual é a pressão em P1? EXERCÍCIOS 207,5 kgf/m2 Fenômenos de Transporte 04) A janela de um escritório tem dimensões de 3,4 m por 3,1 m. Como resultado de uma tempestade, a pressão do ar do lado de fora cai para 0,96 atm, mas a pressão do lado de dentro permanece de 1 atm. Qual o valor da força que puxa a janela para fora? (1 atm = 1,013 x 105 Pa) EXERCÍCIOS 05) As saídas dos canos de esgoto de uma casa construída em uma ladeira estão 8,2 m abaixo do nível da rua. Se o cano de esgoto se encontra a 2,1 m abaixo do nível da rua, encontre a diferença de pressão mínima que deve ser criada pela bomba de recalque para puxar esgoto de densidade média 900 kg/m3. 4,2.104 N 5,4.104 Pa Fenômenos de Transporte EXERCÍCIOS 06) No manômetro diferencial, ligado a um tubo de eixo horizontal, como na figura: a) Mostrar que: pb – pc = (γm – γa)hm b) Aplicar ao caso em que hm = 40 cm (R- 50400 N/m 2) Fenômenos de Transporte EXERCÍCIOS 06) No manômetro diferencial, ligado a um tubo de eixo horizontal, como na figura: a) Mostrar que: pb – pc = (γm – γa)hm pb – γahm+z + γahm – γmhm – γahm+z = pc pb – pc = -γahm + γmhm ou pb – pc = (γm- γa)hm b) pb – pc = (136000 – 10000)0,4 → 50400 N/m 2
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