Relatório Piezometro

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Universidade do Grande Rio - “Prof. José de Souza Herdy” 
Unigranrio - Engenharia Química 
 
 
 
 
 
Amanda Telles - 5900955 
Julia Rodrigues – 5900948 
Matheus Zampillis - 5900922 
Milena Rodrigues – 5900932 
Victor Gomes -5900961 
 
 
 
 
 
Prática do piezômetro 
 
 
 
 
 
 
 
Duque de Caxias – RJ 
2020 
 
RELATÓRIO DE LABORATÓRIO DE ENGENHARIA 
 
 
 
 
 
Prática do Piezômetro 
 
 
 
 
Relatório de Laboratório de Engenharia 
da Universidade do Grande Rio – “Prof. José 
de Souza Herdy” como parte dos requisitos 
necessários para a obtenção do grau de Ba- 
charel em Engenharia Química. 
 
 
 
 
Orientador: Marlon Demauir 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Duque de Caxias 
2020 
 
Sumário 
1. Objetivo ......................................................................................................... 4 
2. Introdução ...................................................................................................... 5 
3. Revisão Bibliográfica ..................................................................................... 6 
3.1. Piezômetro hidráulico: .................................................................................. 6 
3.2. Piezômetro Casagrande: .............................................................................. 6 
3.3. Piezômetro pneumático ................................................................................ 7 
3.4. Piezômetro de cordas vibrantes (vibratingwire)............................................ 7 
3.5. Piezômetros de resistência elétrica (straingauge) ........................................ 7 
3.6. Piezômetro de fibra óptica ............................................................................ 8 
4. Materiais Utilizados ........................................................................................ 9 
5. Procedimento Experimental ......................................................................... 10 
5.1. Descrição do equipamento ......................................................................... 10 
5.2. Prática experimental ................................................................................... 11 
6. Conclusão .................................................................................................... 13 
7. Bibliografia ................................................................................................... 14 
 
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1. Objetivo 
 Analisar e calcular a perda de carga de acidente de uma tubulação através de um 
sistema de bombas fazendo o reciclo da água e mensurando a pressão estática do fluido 
por um piezômetro. 
 
 
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2. Introdução 
As bombas são dispositivos utilizados para a movimentação de fluídos em 
diversas linhas de uma planta de processo. Agem atuando no fornecimento de energia 
suficiente para o deslocamento do fluido, de modo que este vença a resistência e o 
desnível no sistema em que escoa. Tal resistência se dá em decorrência da perda de 
carga pelo atrito, do próprio fluido e as paredes da tubulação e acessórios (perda de 
carga localizada). O cálculo para a seleção da bomba utiliza o balanço de energia 
mecânica conhecido como equação de Bernoulli com perda de carga, expresso na Eq. 1. 
(MORAES, MORAES, 2011) 
𝑃
𝛾
+
𝑣
2. 𝑔
+ 𝑍 + 𝐻 =
𝑃
𝛾
+
𝑣
2. 𝑔
+ 𝑍 + 𝐻 + 𝐻 → Eq. 1 
Na Eq. 1 temos a carga de pressão (p), a energia cinética (v), a energia potencial 
gravitacional (z), a carga exercida pela bomba (H). A carga da boma mais o somatório 
da energia potencial, cinética e pressão parcial vai ser igual a energia perdida mais a 
carga da turbina, se tiver e a perda de carga entre dois pontos, obedecendo assim a lei 
da conservação de energia. A Eq. 2 mostra como calcular a perda de carga localizada 
entre dois pontos. (Pereira, 2012) 
𝐻 → =
Δ𝑃
𝛾
+
Δ𝑣
2. 𝑔
+ Δ𝑍 + 𝐻 − 𝐻 Eq. 2 
A perda de carga pode ser classificada em perda de carga distribuída e perda de 
carga localizada. A primeira se refere ao atrito nos trechos de tubo reto. A segunda, à 
perda ocorrida em pontos específicos como curvas e acessórios. (PEREIRA, 2012) 
Um método comum para se levar em consideração a perda de carga em 
acessórios durante o cálculo, é o método do comprimento equivalente. Consiste em 
expressar a perda de carga de um acessório na forma de uma relação com a perda de 
carga em trecho reto. (MORAES, MORAES, 2011) 
Dessa maneira, dispositivos constituídos de tubos transparentes que estão 
inseridos em um recipiente, os piezômetros, são os responsáveis por fornecer a carga 
de pressão no local onde estão inseridos, possibilitando a medição da mesma e a 
determinação das diferentes formas de perda de carga no sistema. Sua medição se 
baseia na altura do fluido dentro da tubulação, pois ela dependerá da pressão interna. 
(LEAL, SANTOS, 2010) 
 
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3. Revisão Bibliográfica 
No final do século 19 os piezômetros foram empregados na índia com o objetivo 
de estudar a lixiviação na fundação das barragens construídas para a irrigação. Esse 
instrumento foi usado no ano de 1907 na Inglaterra e em 1917 começou a ser usado nos 
Estados unidosem barragens de terra, hoje o piezômetro é um dos instrumentos mais 
importantes para a monitoração do comportamento de barragens (LIGOCKI, SARÉ E 
SAYÃO, 2003; SILVEIRA, 2006). 
O piezômetro é constituído de um conjunto de elementos porosos denominado 
bulbo e um tubo piezométrico. Esse conjunto é colocado em um furo de sondagem feito 
na superfície, onde a leitura será feita, até o local a ser monitorado. A função do 
piezômetro é mensurar a pressão hidráulica em determinados locais de fundamentação, 
ele tem o seu funcionamento embasado nos vasos comunicantes, apoiado no fato de 
que. A pressão exercida pela coluna de água no interior do tubo da leitura será 
equiparada a pressão hidráulica externa atuante na região do bulbo. (FERC, 2008). 
Diversos princípios tecnológicos já foram utilizados para o desenvolvimento do 
piezômetro, são eles: piezômetro hidráulico, piezômetro Casagrande, piezômetro 
pneumático, piezômetro corda vibrante, piezômetro elétrico, piezômetro fibra óptica 
Fabry-Perot; piezômetro fibra óptica rede de Bragg e piezômetro fibra óptica tipo 
polarímetro. Podem ser observadas algumas características, segundo Cruz (1996) e 
Silveira (2006) como: 
3.1. Piezômetro hidráulico: 
Permite a avaliação de pressões neutras negativas, As Técnicas de construções 
são relativamente simples e Possuem alta durabilidade. Porém os recalques ocorridos 
com os instrumentos afetam os resultados, são necessárias operações demoradas e 
relativamente complexas para deaeração das tubulações e manutenção do sistema. Não 
são indicados para cotas de instalação muito maiores (aproximadamente 12 m, em 
função da pressão de borbulhamento de pedra porosa). Possuem tempo de leitura 
relativamente grande para solos com pouca permeabilidade. 
3.2. Piezômetro Casagrande: 
Possuem alta sensibilidade, durabilidade, confiabilidade e possibilidade de 
verificação de seu desempenho por meio de ensaios de recuperação do nível de água. 
Contudo, há restrições quanto à sua instalação à montante da linha de água, Elevado 
tempo de resposta, quando instalado em solos com baixa permeabilidade. 
 
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3.3. Piezômetro pneumático 
Não possue limitações quanto à localização do instrumento, leitura simples e 
rápida, tempo de resposta relativamente pequeno, não tem interferência dos recalques 
sofridos pelos instrumentos sobre as medidas e insensibilidade a descargas 
atmosféricas. Mas há a necessidade de recarregamento de reservatórios de gás 
comprimido, as leituras são lentas para alguns medidores em relação a outros. 
3.4. Piezômetro de cordas vibrantes (vibratingwire) 
É muito utilizado em obras de instrumentação geotécnica, aplica-se na maioria 
das vezes em todas as situações. Possuindo um diafragma metálico que separa a água 
dos porosdo sistema de medição. Bem como, um fio tensionado é preso ao ponto médio 
do diafragma de modo que a deflexão do diafragma cause mudanças na tensão do fio, 
possibilitando a medição da pressão de água naquela região. De fácil instalação que 
pode ser realizada em perfuração preenchida com calda de cimento e bentonita e as 
leituras são realizadas por meio de leitores digitais. 
Sendo um instrumento de medição adequado para leituras automatizadas e 
dependendo do tipo de terreno é possível utilizar o dispositivo push-in, que consiste em 
piezômetro de corda vibrante que pode ser inserido no solo sem prévia perfuração, com 
perfuratriz hidráulica, de forma semelhante à cravação de um Piezocone. 
Esses vêm sendo empregados na instrumentação de barragens, por serem 
precisos, sensíveis, poderem ser lidos à distância e integrados a sistemas automáticos 
de aquisição de dados. 
Porém, é um instrumento de curta vida útil, bem como com a periodicidade de 
calibração, pois está instalado no maciço, não é possível recalibrá-lo periodicamente, o 
que pode ocasionar perda de precisão nas leituras. 
3.5. Piezômetros de resistência elétrica (straingauge) 
A deflexão de membrana metálica é sentida por extensômetros elétricos 
(transdutor capaz de medir deformações mecânicas de um corpo) colados à mesma. 
Quando esses extensômetros deformam há alteração das suas resistências nominais e 
essa variação da resistência é lida e processada para se obter a poropressão da água. 
O instrumento é dotado de outro extensômetro que permite o cálculo das temperaturas, 
através de uma ligação apropriada a uma ponte de Wheastone. 
Apresentam os mais baixos tempos básicos de resposta (delay), devido ao 
pequeno volume de água que o maciço precisa fornecer para o diafragma do transdutor 
deslocar. 
O arranjo desse dispositivo consiste de modo simplificado, em um recipiente 
hermético no qual em seu interior se têm resistências elétricas, do tipo StrainGauge, 
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colada a uma membrana metálica (diafragma). Porém esses instrumentos têm tempo de 
resposta muito baixo em relação à pressão atuante, permitindo um registro contínuo de 
dados. 
3.6. Piezômetro de fibra óptica 
Piezômetro de fibra óptica é um instrumento de medição que utiliza um meio 
através do qual a luz pode ser transmitida, transportando informações, seguindo trajetos 
retilíneos ou curvos. São duráveis, estáveis, insensíveis a perturbações externas –
Imunidade Eletromagnética e Radio Frequência, possuem isolamento elétrico e tamanho 
e pesoreduzidos. 
Porém é um material frágil, sendo os fios sensíveis e podem se romper com mais 
facilidade do que os fios de cobre. As distâncias de lançamento da fibra também são um 
problema, pois precisam de muitos repetidores para reforçar a perda de intensidade de 
luz. 
 
 
 
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4. Materiais Utilizados 
 
 Fita métrica; 
 Béquer 500 mL; 
 Cronômetro; 
 Proveta 500 mL; 
 Bomba centrífuga; 
 Tanque pulmão; 
 Piezômetro. 
 
 
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5. Procedimento Experimental 
5.1. Descrição do equipamento 
A configuração do sistema para o experimento “Piezômetro” pode ser usinada em 
acrílico transparente, objetivando facilitar a visualização do observador. 
Neste subitem são apresentadas as partes integrantes do aparato que proporcionará 
a avaliação do sistema Piezômetro. 
• Tanque pulmão: É dotado do fluído que alimentará todo o processo, sendo o 
fluido reutilizado, pois sai do tanque pulmão recircula pelo sistema e é despejado 
novamente no tanque pulmão; 
• Bomba afogada: Ela recebe este nome, pois está abaixo do nível da água. Além 
disso, ela possui duas canalizações, uma horizontal responsável por correr a 
água sugada do tanque pulmão a partir da bomba, e outra que sai na vertical e a 
partir de uma conexão, joelho, torna-se horizontal, neste último encanamento 
citado, há um capilar responsável por encher a tubulação da bomba principal. 
• Bomba principal: Ao contrário da outra ela não é afogada, pois está acima do 
nível da água, é uma centrífuga, seu funcionamento só é possível após o 
preenchimento da tubulação por um capilar que se origina na bomba afogada. 
Além disso, há duas tubulações acopladas à bomba principal, uma horizontal e 
outra vertical. 
• Válvula 1: Controla a vazão. Liga-se ao encanamento da bomba chefe a partir de 
uma conexão, joelho, e ao restante do sistema por uma curta tubulação. 
• Conjunto de capilares 1: Eles são enumerados de 1 a 20 e servem como 
manômetro, calculando a diferença de pressão com alta precisão devido a 
quantidade de tubos. 
• Acidente 1: Tubulação, pequena, munida de duas conexões, uma em cada 
extremidade, que gera perda de carga. 
• Acidente 2: Possuindo a mesma medida do acidente 1, se difere por receber uma 
válvula, válvula do acidente (VAc), com isso, a perda de carga será maior se 
comparado ao acidente 1. 
• Conjunto de capilares 2: Assim como o conjunto 1, são enumerados de 1 a 20 e 
servem como manômetro, cada capilar será respectivamente comparado ao 
capilar anterior de mesma numeração, para calcular a perda de carga após o 
fluido passar pelo acidente. 
• Válvula 2: Controla a vazão. Liga-se ao sistema com uma tubulação em sua 
extremidade responsável por despejar o fluido no tanque pulmão. 
 
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5.2. Prática experimental 
Para iniciar o experimento fez-se necessário observar a voltagem do sistema 
versus a voltagem disponibilizada na tomada, energizando sistema. 
Feito isso, é necessário ligar primeiro, e somente, a Bomba Afogada (BA), 
responsável unicamente por encher a Bomba Principal (BP) a partir de um capilar que se 
origina na BA e termina na BP para isso é feito um reciclo que possui sentido anti-
horário. 
Mesmo seguindo tudo conforme determinado, o capilar não foi preenchido pelo 
fluido, pois havia ar em toda tubulação. Para livrar-se desse ar, fez-se necessário fechar 
a válvula 1 (V1) e em seguida o capilar foi completamente carregado. 
Neste caso, a tubulação horizontal que oriunda da BP não foi cheia como era o 
esperado após a retirada dor ar anteriormente citado, por isso foi permitido, então, ligar a 
BP e abrir vagarosamente a V1 feito isso, a tubulação foi preenchida e em consequência 
o ar sai. Sabendo que a BP é munida e duas tubulações, o observador notou que 
mesmo com as duas bombas ligadas, BP e BA, a canalização vertical de BP também 
continha ar, para solucionar esse problema o observador fecha a V1 devagar e em 
seguida o ar sai e o tubo é recheado de fluido gerando fluxo em todo sistema capaz de 
gerar vazão suficiente para abrir o piezômetro. 
Posterior a esses procedimentos, o observador fechou levemente a V1 e explicou 
que ao fazer isso ocorre uma geração de ar no interior do sistema. Isso foi feito com 
objetivo de mostrar o grau de dificuldade ao se trabalhar com duas bombas, a fim de 
solucionar esse problema o observador fechou completamente a V1, enquanto isso foi 
possível notar que os capilares se enchiam de fluido e o sistema estava com alta vazão, 
e desligou a bomba principal, quando isso acontece os capilares vão se esvaziando e 
fluxo de fluido diminui, logo em seguida ele rapidamente liga a BP e reabre a V1. Isso foi 
feito com a finalidade demonstrar uma tentativa viável para que o ar saísse em sua 
totalidade do sistema permitindo então, que o líquido subisse tranquilamente na coluna. 
Enquanto os capilares eram preenchidos de fluidos eles foram estabilizando, 
vagarosamente, em seguida a BA foi desligada e o observador abre completamente a 
válvula 1 e a válvula 2 (V2), depois que as duas válvulas foram abertas o observador 
trabalha com a vazão máxima do sistema e portanto, guardou até que os sistema fosse 
completamente estabilizado. 
Quando o sistema foi estabilizado iniciaram-se as medições de cada tubo 
(capilar), com auxílio de uma fita métrica, e são anotadas as alturas dos líquidos 
contidos nesses capilares. Sendo assim, é possível medir a diferença de pressão dostubos respectivamente enumerados, ou seja, o conjunto de capilar 1 fornecerá a altura 
(h), h1 do capilar 1 e o conjunto de capilar 2 fornecerá a h1, e assim sucessivamente. 
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Mesmo que a tendência do sistema seja uma queda linear, isto é, o tubo mais 
próximo da bomba tem a maior pressão, enquanto, o tubo mais afastado tem a menor 
pressão. A partir desse conceito subentende-se que, quanto mais distante o tubo estiver 
da bomba maior será a perda de carga. Apesar disso, é possível observar que um tubo 
ou outro fuja a regra com uma pequena queda de pressão. 
Depois que o sistema passa pelo acidente 1 a altura do líquido cai 
significativamente, isso demonstra a perda de carga após o acidente. 
Por fim, para calcular a vazão o observador se muniu de um béquer e um 
cronômetro, e coletou o fluido que era despejado no tanque pulmão para isso, ele 
cronometrou 1 segundo enquanto permitia a coleta desse líquido. Passado 1 segundo 
ele, o observador, despejou todo o líquido do béquer na proveta, para obter a vazão 
volumétrica, para maior precisão foi orientado repetir o experimento 3 vezes. 
Esse processo final foi feito com a maior vazão que o sistema poderia atingir 
então o orientador aconselha, fechar a V1 pela metade (1 /2) e depois em 1 /3, e seguida 
repetir todo o experimento, desde as medições dos fluidos nos capilares até coleta do 
fluido para vazão volumétrica. 
 
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6. Conclusão 
O experimento aponta que o sistema de piezômetro é uma forma válida e prática 
de se quantificar a perda de carga em acessórios, uma vez que é de baixo custo e de 
simples operação. Contudo não é recomendável para sistemas em alta pressão ou 
fluídos gasosos. 
 
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7. Bibliografia 
MORAES, Jr. D; MORAES, M. S. Laboratório de operações unitárias I, Santos. 2011. 
PEREIRA, F.; SEGUIM, M. Projetos químicos e petroquímicos 2 a edição. 2012. 241f. 
Santos. 2012. 
LEAL, R; SANTOS, S. M. Medidores de Pressão – Piezômetro e Tubo em U. Rio de 
Janeiro.Trabalho de conclusão de curso UFRJ, 2010. 
SILVA, O. J. L. D. Válvulas Industriais: Petróleo Brasileiro S/A. Rio de Janeiro: 
Qualitymark, 2008. 
Silva, Carlos Keiichi Tanikawa da; Nascimento, Beatriz De Mello; Gonsales, Bruna 
Stapani; Souza, Fabiana Lima de; Magio, Gustavo Do Santo; Pereira, Magda Martinez; 
Andrade, Victor Otavio Elias; Marques, Wellington Pereira; Santos, Willians De Oliveira. 
Quantificação Experimental da Perda de Carga Localizada em Acessórios Pelo Uso 
de Piezômetro. Universidade Santa Cecília. 2016