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PUC – Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais
- Campus Poços de Caldas/MG -
Fenômenos de Transporte
Engenharia Civil
Trabalho
Tema: Teoria sobre medidores de pressão
Camila Taynara da Silva
Professora: Ana Paula Rabelo
28 de abril de 2020
Introdução
Medição de pressão é o mais importante padrão de medida, pois encontram-se as medidas
de vazão, nível etc.
Pressão é definida como uma força atuando em uma unidade de área.
P = F/A
onde: P = Pressão; F = Força; A = Área
A unidade SI
1 pascal = 1Pa = 1 N/m^2
Outras unidades:
• psi (lbf/in^2)
• kgf/cm^2
• mm de coluna liquida
O pascal é uma unidade muito pequena, que equivale à pressão exercida por uma coluna
d'água de altura de 0,1 mm (pressão de uma cédula de dinheiro sobre uma superfície
plana).
Tipos de pressão
Pressão Atmosférica: É a pressão exercida pela camada de ar sobre a superfície terrestre,
que é medida em um barômetro. Ao nível do mar esta pressão é aproximadamente de 760
mmHg.
Pressão relativa (Manométrica): Medida em relação à pressão atmosférica. Pode ser
positiva ou negativa.
Pressão absoluta: É a soma da pressão relativa e atmosférica, também se diz que é medida
a partir do vácuo absoluto.
Pressão Estática ou Hidrostática É o peso exercido por uma coluna líquida em repouso ou
que esteja fluindo perpendicularmente a tomada de impulso. A pressão estática do processo
é a pressão transmitida pelo fluido nas paredes da tubulação ou do vaso.
Pressão Dinâmica ou Cinemática Pressão exercida por fluido em movimento ou tomada de
impulso no sentido do impacto do fluxo (paralelo a sua corrente). A pressão dinâmica da
tubulação é a pressão devida a velocidade do fluido.
Medidores de pressão
Barômetro
Um barômetro é uma ferramenta altamente utilizada para a mensuração da pressão
atmosférica. Isso significa que ele mede o “peso” do ar na atmosfera, no determinado local
em que está sendo medido. É um dos sensores básicos utilizados em estações
meteorológicas, e um instrumento muito comum na física. Existem diversos tipos de
barômetros, mas dois deles são mais comuns: o barômetro de mercúrio, mais clássico, e o
barômetro aneroide. Entenda como funcionam estes dispositivos, e o que eles explicam
sobre a atuação da pressão na atmosfera:
Como funciona um barômetro de mercúrio?
O barômetro de mercúrio é um instrumento clássico. Originalmente, era desenvolvido com
um tipo de vidro com um metro de altura, com um dos lados aberto. O tubo recebia, em seu
interior, mercúrio líquido. O tubo é instalado em um outro recipiente, que também recebe
uma dose de mercúrio.
Isso gera um vácuo na parte superior do tubo, que é a principal ferramenta para
mensuração. O primeiro barômetro deste estilo foi desenvolvido por Torricelli, na Itália, em
1643. O dispositivo funciona com a pressão atmosférica regulando o nível de mercúrio
dentro do tubo.
O funcionamento é razoavelmente simples: a pressão atmosférica resulta em quanto a
atmosfera “pesa” sobre o mercúrio que está fora do tubo de vidro. Quando a pressão está
maior, ela “empurra” este mercúrio, fazendo com que o tubo de vidro tenha mais volume de
mercúrio em seu interior. O contrário também ocorre.
Isso quer dizer que quando o peso do mercúrio é menor do que a pressão atmosférica, o
instrumento equilibra-se, elevando o nível do líquido no tubo. Isso ocorre em função da
force exercida sobre a superfície de mercúrio fora do tubo.
Quando o peso do mercúrio é maior do que a pressão atmosférica, seu nível no tubo baixa.
Em áreas de baixa pressão atmosférica, a força exercida sobre o mercúrio é mais baixa.
Desta forma, o nível de mercúrio baixa.
A medida da pressão atmosférica medida por Torricelli
Ele utilizou um tubo de vidro de comprimento de um metro. Esse tubo era fechado em uma
de suas extremidades, então Torricelli colocou mercúrio em seu interior. Tampando a
extremidade aberta, ele mergulhou o tubo em uma vasilha contendo mercúrio. Ao
destampar a extremidade aberta, ele verificou que a coluna líquida havia descido. Medindo
o comprimento da coluna líquida, ele verificou que a altura era de 76 cm acima do nível do
mercúrio contido na vasilha.
Após realizar o experimento, ele pôde então concluir que a pressão atmosférica que estava
atuando na superfície do líquido contido na vasilha estava equilibrando a coluna de
mercúrio. Dessa forma, foi possível afirmar que o valor da pressão atmosférica é
equivalente à pressão exercida por uma coluna de mercúrio de 76 cm de altura.
O mesmo experimento foi realizado também por Pascal, mas ele percebeu que a altura da
coluna de mercúrio equilibrada pela pressão atmosférica era um pouco menor que a obtida
por Torricelli.
E o barômetro aneroide?
Embora seja razoavelmente preciso, o barômetro com mercúrio possui alguns pontos
negativos. Entre os principais, estão o alto nível de toxicidade do mercúrio, o que o torna
pouco seguro.
Como uma alternativa funcional, a versão aneroide foi desenvolvida na França em 1884,
pelo cientista Lucien Vidi. Este tipo de instrumento lembra o formato de um relógio, e
funciona de forma mais mecânica.
Dentro do barômetro aneroide, há uma pequena caixa de metal flexível. Quando o ar é
retirado desta caixa através de bombeamento, pequenas mudanças na pressão atmosférica
interna fazem seu metal contrair ou expandir.
O movimento de expansão e contração faz com que as peças mecânicas em seu interior
movimentem em agulha para cima ou para baixo. O movimento da agulha demonstra, em
última instância, qual é a pressão atmosférica no local onde a medição é feita. Assim como
em um relógio, o significado da mensuração da agulha é apontado por trás dela, de forma
numérica.
Esse tipo de barômetro é muito usado em navios e casas, independente da estação do ano.
Já o de mercúrio é normalmente utilizado nas estações de meteorologia e em locais de
pesquisa.
No entanto, ele também pode ser empregado para:
● Medição de volume e massa;
● Determinação de vazão;
● Medição de níveis;
● Medição de força;
● Determinação de densidade.
Piezômetros
Piezômetro é um elemento utilizado com a função de conhecer as condições geológicas do
terreno em questão e monitorar as águas subterrâneas. Para uma boa execução de
piezômetro se faz necessário o estudo da posição do lençol freático.
Execução de piezômetro (PZ), muitas vezes é confundida com execução de indicador de
nível d'água (INA). Apesar de ambos apresentarem semelhanças na execução e servirem
para monitoramento e avaliação do nível do lençol freático, tem diferenças determinantes,
que influenciam na sua escolha e utilização.
A determinação do nível do lençol freático, por meio da execução de piezômetro
Casagrande, tem como principal vantagem:
● Fácil montagem;
● Rápida execução, podendo ser instalado no próprio furo de sondagem;
● Uso de materiais simples e de baixo custo;
● Simplicidade para realização das leituras.
Importância do Piezômetro
É muito importante o conhecimento do nível do lençol freático e o conhecimento da sua
variação devido às precipitações e outros agentes naturais.
O dimensionamento e a distribuição dos piezômetros deverá ser feito, por projetista
geotécnico, que fará um cuidadoso estudo para execução de piezômetro.
A execução de piezômetro não serve somente para avaliar a profundidade do lençol
freático, mas também é uma das formas de se obter informações sobre a permeabilidade do
solo.
Através do piezômetro é possível obter a carga de pressão no ponto em que o mesmo foi
instalado.
Tendo conhecimento da carga de pressão, conseguimos calcular a carga de pressão total
no ponto em que foi instalado o piezômetro.
Por que executar um Piezômetro?
● Determinar e monitorar o nível do lençol freático;
● Determinar e avaliar a segurança em aterros e escavações, através do
monitoramento da poro pressão;
● Auxiliar na avaliação da estabilidade de contenções;
● Monitorar de sistemas de drenagem em escavações;
● Acompanhar serviços de tratamento de solos moles, como por exemplo drenos
verticais com sobrecarga.
A seguir, descreveremos brevementealguns tipos de piezômetros e outros instrumentos
para medições no lençol freático.
Indicadores de nivel d’água
Os indicadores de nível d’água são basicamente poços de observação, frequentemente
instalados durante a fase de investigações geotécnicas para observação de flutuações
sasonais do nível d´água.
Sua aplicação é limitada pois cria-se conexão vertical entre as diversas camadas de solo,
não sendo possível portanto a medição da pressão neutra do lençol freático em camadas
específicas.
Piezômetros de Casagrande
Muito semelhante aos indicadores de nível d’água mas neste piezômetro a secção filtrante
estará apenas na camada em que deseja-se medir a pressão de água.
A instalação também é simples e de custo reduzido em relação aos piezômetros
automatizados.
Piezômetro Pneumático
Os piezômetros pneumáticos utilizam sistema simples de leitura. Trata-se de dispositivo
com diafragma, inserido no solo e com ligação à superfície por meio de tubulação. Por meio
de leitor pneumático, insere-se gás e pela leitura de pressão quando da abertura do
diafragma do pressiômetro, obtém-se a pressão neutra da camada em que o dispositivo
está instalado.
A vantagem deste piezômetro em relação aos elétricos é que ele pode ser fabricado em
materiais plásticos, não corrosivos, garantido robustez e durabilidade.
Piezômetro de corda vibrante
O piezômetro de corda vibrante, é bastante usual em obras de instrumentação geotécnica,
sendo aplicável para a maioria das situações. Este piezômetro possui um diafragma
metálico que separa a água dos poros do sistema de medição. Um fio tensionado é preso
ao ponto médio do diafragma de modo que a deflexão do diafragma cause mudanças na
tensão do fio, sendo possível então a medição da pressão de água nesta região.
Sua instalação pode ser feita em perfuração preenchida com calda de cimento e bentonita
e as leituras são realizadas por meio de leitores digitais.
São equipamentos particularmente interessantes 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.
Manômetro de Tubo em U
É o manômetro de coluna que se apresenta como o mais simples de todos. O aparelho 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, sendo que seu valor numérico é
igual ao das leituras acima e abaixo do ponto médio (zero da escala). O Manômetro de
Tubo em “U” é um padrão primário porque a diferença na altura entre os dois ramos
constitui sempre uma ideia real da pressão independentemente das variações do diâmetro
interno dos tubos.
Com o Manômetro de Tubo em “U” podemos fazer três tipos de medição tais como:
1. Medição de Pressão Positiva: maior do que a pressão atmosférica.
2. Medição de Pressão Negativa ou de Vácuo: menor do que a pressão atmosférica.
3. Medição de Pressão Diferencial: Igual à diferença entre duas pressões aplicadas
simultaneamente.
Os líquidos manométricos mais comuns são: água, tetracloreto de carbono e o mercúrio.
Normalmente, o mercurio é mais utilizada para medir pressões mais elevadas. É importante
que o líquido manométrico tenha peso específico maior (cerca de 10 vezes mais) do que o
do fluido que se deseja medir a pressão, para evitar ruptura dos manômetros ao realizar
medições de pressões muito elevadas.
Referência Bibliográficas
http://www.fem.unicamp.br/~instmed/Pressao_Curso_Ford_Unicamp.pdf
https://www.wyde.com.br/execucao-piezometro
https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/11080/11080_5.PDF
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https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/11080/11080_5.PDF
http://w3.ualg.pt/~pjsilva/guias/BAR%C3%93METRO%20ANEROIDE.htm
http://w3.ualg.pt/~pjsilva/guias/BAR%C3%93METRO%20ANEROIDE.htm