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Mecânica dos Fluidos Prof. Esp. Rafael José Nogueira Rosa Aula 5 – Manometria Tópicos trabalhados nesta aula: o Barômetro; o Manômetros. O barômetro proposto por Torricelli, consiste em um tubo de vidro com comprimento igual a um metro, fechado em uma extremidade e aberto em outra. Onde, este tubo, foi preenchido com mercúrio (Hg) na fase liquida. Então, um segundo recipiente foi preenchido parcialmente com mercúrio. Barômetro de Mercúrio Barômetro de Mercúrio O mercúrio muito puro, a 0 °C, tem sua massa específica de 13.592 Kg/m². Logo, o mercúrio, apresenta pessoa específico de 133.323 N/m³. Desta forma, temos que a atmosfera padrão, ao nível do mar é: 1 𝑎𝑡𝑚 = 133.323 𝑥 0,76 = 101.325 ൗ𝑁 𝑚² A unidade de atm, refere-se a pressão da atmosférica padrão. Porém, esta unidade não pertence ao SI (Sistema Internacional de Unidade), sendo desaconselhável a utilização desta simbologia. Entretanto, ainda encontraremos em nosso dia a dia esta unidade. Barômetro de Mercúrio São chamados de manômetros, os instrumentos utilizados para realizar medições de pressão dos fluidos. A diferença entre manômetro e barômetro é que o barômetro mede a pressão atmosférica e o manômetro realiza a medição de pressão em líquidos de gases. Um exemplo de manômetro é o esfigmomanômetro, instrumento utilizado para medir a pressão arterial. Os manômetros podem ser de três tipos diferentes de tubo com líquidos ou metálicos. Manômetros Manômetro Metálico ou de Bourdon Patenteado originalmente na França em 1849 por Eugène Bourdon, é o manômetro mais utilizado na prática. Com funcionamento bem diferente dos manômetros de tubo, o manômetro metálico realiza a medição da pressão relativa de maneira indireta. Manômetro Metálico ou de Bourdon Seu funcionamento consiste, basicamente, em tubo de latão curvado aberto em uma extremidade e fechado em outra que se deformar quanto conectado a um sistema de pressão. Esta deformação atuante no tubo de latão tende a endireitar o tubo. Um sistema de engrenagem-pinhão, conectado à extremidade fechada do tubo transmite o movimento ao ponteiro que desloca a uma escala. Manômetro Metálico ou de Bourdon Quando não instalados, os manômetros metálicos indicam a pressão igual a zero. Desta forma, podemos considerar que as leituras em manômetros metálicos serão sempre relativas. Só há marcação de leitura no visor do manômetro quando a pressão seja diferente da pressão atmosférica local. Logo, teremos que a pressão indicada no manômetro 𝑝𝑖𝑛𝑑𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 será: 𝑝𝑖𝑛𝑑𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 = 𝑝𝑡𝑜𝑚𝑎𝑑𝑎 − 𝑝𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 Manômetro Metálico ou de Bourdon Considerando a 𝑝𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒como a pressão no ambiente que o manômetro se encontra e 𝑝𝑡𝑜𝑚𝑎𝑑𝑎 a pressão na tomada de pressão. Então, quando: 𝑝𝑎𝑡𝑚.𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙 = 𝑝𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 Teremos que: 𝑝𝑖𝑛𝑑𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 = 𝑝𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 Manômetro Metálico ou de Bourdon O manômetro de Bourdon é o instrumento mais utilizado do que os manômetros de tubo e de tubo com líquidos. Apenas uma observação deve ser feita, é referente a deformação permanente do tubo de latão. Caso o manômetro metálico seja submetido a pressões superiores a sua escala máxima, o tubo de latão pode sofrer deformação plástica, condenando o instrumento. Por isso, é importante observar as especificações de cada manômetro e aplica-los conforme as escalas de pressões correspondentes, para que não se comprometa as leituras e a integridade do instrumento. Manômetro Metálico ou de Bourdon O piezômetro é o manômetro mais simples. Ele é constituído, basicamente, de um tubo de vidro ou plástico translucido. O piezômetro é acoplado diretamente no reservatório onde se deseja medir a pressão do líquido. Piezômetro Como se pode verificar na imagem, o liquido de peso específico 𝛾, quando colocado no reservatório que se deseja realizar a medição de pressão é empurrado pela pressão reinante do reservatório, formando uma superfície livre no bocal do tubo. Se aplicarmos a equação diretamente, termos que a pressão no ponto A é: 𝑝𝐴 = 𝛾. ℎ Piezômetro O piezômetro é o instrumento mais simples para verificação da pressão em um reservatório. Porém, devido a sua simplicidade, podemos observa algumas limitações e desvantagens: o Não é possível a medições de pressões negativas, pois, a pressão atmosférica local penetrará no reservatório. O que chamamos de vácuo parcial. o Para pressões muito elevadas, a altura h será muito elevada, então, será necessário um tubo de dimensões elevadas. Tornando inviável sua aplicação. Não é aplicável na medição de gases, devido as propriedades dos gases ele irão escapar do reservatório pela abertura do tubo. Piezômetro Não é aplicável na medição de gases, devido as propriedades dos gases ele irão escapar do reservatório pela abertura do tubo. Piezômetro O manômetro de tubo em U foi desenvolvido para compensar as limitações do piezômetro. Seu funcionamento segue a mesma premissa do piezômetro. Porém, ao invés de se utilizar um tubo reto, se utiliza tubo com formato de “U”. Como poderemos avaliar na figura a seguir, o liquido a ser verificado pelo manômetro de tubo U forma uma coluna abaixo do plano horizontal que passa pelo ponta A. Sendo o ponto A, o ponto onde se deseja verificar a pressão manométrica. Manômetro de Tubo U 𝒑𝑨 = − 𝜸. 𝒉 Manômetro de Tubo U Porém, algumas limitações, ainda permanecem: Para pressões muito elevadas, a altura h será muito elevada, então, será necessário um tubo de dimensões elevadas. Tornando inviável sua aplicação. Não é aplicável na medição de gases, devido as propriedades dos gases ele irão escapar do reservatório pela abertura do tubo. Manômetro de Tubo U O manômetro de tubo em U com liquido manométrico, contribuiu com a possibilidade de se verificar a pressão relativa em reservatórios de gases. Pois, a adição do liquido manométrico, impossibilitou a fuga de gases pelo bocal do tubo. 𝑝𝐴 = 𝛾𝐿𝑀. ℎ1 − 𝛾. ℎ2 Manômetro de Tubo U com Líquido Manométrico Não foram levadas em consideração, nos manômetros apresentado até este momento, a variação da pressão atmosférica devido a diferença de altitudes. As diferenças de pressão obtidas são tão pequenas que não justificam o trabalho de cálculo. Observação Obrigado! Prof. Esp. Rafael José Nogueira Rosa