Fundamentação teórica

Pressão

A pressão ou tensão mecânica (símbolo: p) é a força normal (perpendicular à área)

exercida por unidade de área.

A pressão relativa define-se como a diferença entre a pressão absoluta e a pressão

atmosférica. Os aparelhos destinados a medir a pressão relativa são o manômetro e também o

piezômetro. A pressão atmosférica mede-se com um barômetro, inventado por Torricelli.

O termo pressão hidráulica (embora na origem relacionado com sistemas utilizando-se

ou baseados em água) refere-se a pressões transmitidas por fluidos, como óleos, em especial,

em máquinas hidráulicas, em cilindros hidráulicos (como nos macacos hidráulicos e freios

hidráulicos de veículos), em fenômenos relacionados com o princípio de Pascal, etc., em que

variações de pressão sofridos por um volume de um líquido são transmitidos integralmente a

todos os pontos deste líquido e às paredes do recipiente onde este está contido.

Os métodos de medição podem ser divididos em três grupos: com base nas medidas de

altura de uma coluna contendo um fluido manométrico (manômetros de tubo em U), nas

medidas de deformação de uma câmara elástica de pressão (tubo de Bourbon) e por métodos

elétricos (manômetros de deformação elástica).

Figura 01.

O funcionamento do manômetro de Bourdon (figura 01) é baseado na alteração da

curvatura originada num tubo de secção elíptica pela pressão exercida no seu interior. A

secção elíptica tende para uma secção circular com o aumento da pressão no interior do tubo

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levando a que o tubo se desenrole. Este tubo tem a uma das extremidades fechadas e ligada a

um mecanismo (com rodas dentadas e mecanismos de alavanca) que permite transformar o

seu movimento de "desenrolar" (originado pelo aumento de pressão no interior do tubo) no

movimento do ponteiro do manómetro. A medida da pressão é relativa uma vez que o exterior

do tubo está sujeito à pressão atmosférica.

Vazão

Vazão é o volume de determinado fluido que passa por uma determinada seção de um

conduto que pode ser livre ou forçado por uma unidade de tempo. Ou seja, vazão é a rapidez

com a qual um volume escoa.

Um conduto livre pode ser um canal, um rio ou uma tubulação. Um conduto forçado

pode ser uma tubulação com pressão positiva ou negativa.

A escolha para os instrumentos de medição apropriados depende de alguns fatores:

exatidão desejada; tipo de fluido; condições termodinâmicas; espáço físico disponível; custo,

etc.

Figura 02.2

Entre os instrumentos de medição temos o rôtametro (figura02), ou mais

correctamente medidor de fluxo de área variável, é um dispositivo utilizado para medir o

fluxo de um líquido ou gás num tubo e pertence à classe de medidores de área variável. Estes

dispositivos medem o caudal de um fluido fazendo-o passar por um tubo de secção variável.

O medidor de fluxo de área variável é, em geral, constituído por um tubo transparente

com escala onde um flutuador (ou bóia) move-se livremente. O equilíbrio é atingido quando a

diferença de pressão e impulsão do fluido compensam a força gravitacional.

À medida que o caudal do fluido aumenta, maior área (entre o corpo flutuante e as

paredes do tubo) é necessária para suportar o caudal, fazendo com que o corpo flutuante seja

empurrado para cima. Os flutuadores utilizados podem ter diversos formatos, sendo que as

esferas e os elipsóides são os mais comuns. O flutuador possui também um formato que lhe

permite rodar à volta do seu eixo vertical à medida que o fluido atravessa o tubo, permitindo

verificar se este encontra-se preso, uma vez que apenas pode rodar estando livre.

Repare-se que “corpo flutuante” ou "flutuador" não significa que o corpo flutua no

fluido. De facto, o flutuador deve ter uma densidade superior à do fluido, caso contrário seria

levado (flutuaria) para a parte superior do tubo assim que o fluido começasse a circular.

Temos também o hidrômetro ou contador de água é um instrumento de medição

volumétrica de água.

É utilizado em larga escala pelas empresas de saneamento básico para medir o

consumo dos seus clientes, permitindo a emissão das contas de acordo com o volume

consumido por cada um. Além disso, ajuda a estimar as perdas entre a produção e a

distribuição de água.

O hidrômetro e a posterior emissão de conta conforme o que foi consumido também

ajudam a conscientizar os consumidores sobre a importância da utilização racional da água e

de se evitar vazamentos e desperdícios.

Além de medidores de água, são fabricados hidrômetros especiais para água quente,

leite, bebidas e alguns produtos químicos no estado líquido.

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Objetivos

1º - Dar conhecimento de alguns instrumentos de medida de pressão, bem como do método

de calibração dos mesmos.

2º - Dar conhecimento de alguns instrumentos e técnicas de meição de vazão.

Materiais e métodos

Materiais:

1º - Manômetros, boma centrífuga e reservatório de água.

2º - Torneira, cronômtro, balança. Becker, balde, proveta, hidrômetro, bomba,cronômetro e

proveta.

Métodos:

1º - O módulo foi colocado em operação atentando para a seguinte seqüência:

1. Com as válvulas V3 e V4 totalmente abertas e as válvulas V1 e V2 fechadas, foi

ligada a chave liga/desliga no quadro elétrico, gerando pressurização no sistema;

2. Logo em seguida, foi aberta lentamente a válvula V1 para retirar o ar da bomba;

3. Foi fechada totalmente e lentamente a válvula V1;

4. Foi aberta lentamente a válvula V2, gerando pressurização no sistema;

5. Após totalmente aberta, foi realizada a leitura nos manômetros e no tubo em 1,

preenchendo os dados na Tabela 01;

6. Para a determinação dos outros pontos, foi-se fechando a válvula V2;

7. Foram realizadas 4 medições.

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2ª - Foi colocado o módulo em operação atentando para a seguinte seqüência:

1. Com as válvulas V3 e V4 totalmente abertas e as válvulas V1 e V2 fechadas, foi

ligada a chave liga/desliga no quadro elétrico, gerando pressurização no sistema.

2. Logo em seguida, foi abrerta lentamente a válvula V1 para retirar o ar da bomba.

3. Foi aberta lentamente a válvula V2 até que o manômetro indicasse 0,9 kgf/cm2.

4. Concomitantemente, foi anotado o valor no hidrômetro, o cronômetro foi iniciado

e a água coletada após a válvula V4, com o auxílio de um becker.

5. O balde foi retirado do ponto de coleta após a válvula V4, e o cronômetro

encerrado.

6. Foram realizadas 4 medições.

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Resultados e discussões

Para o 1º:

Com base nas aferições realizadas pode-se construir a tabela 01.

Tabela 01. Aferições nos manômetros.

Manômetro M1 (kgf/cm²) Manômetro M2 (kgf/cm2) ∆H mercúrio (cm)

0,09375 0 13,5

0,1250 0 13,8

0,1250 0 13,9

0 0 8,5

Colocando ∆M, e a pressão do manômetro de mercúrio em psi, foi calculada diferença

das pressões.

Tabela 02. Medidas em psi.

∆M Bourdon (psi) Manômetro de mercúrio (psi) Diferença das pressões (psi)

1,333 2,61 1,277

1,778 2,67 0,892

1,778 2,69 0,912

0 1,64 1,640

Por meio dos dados da tabela 02, foi possível plotar o gráfico 01, contendo as curvas

de calibração do manômetro de Bourdon (M1) em relação ao manômetro de mercúrio.

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O gráfico com a comparação entre os instrumentos mostrou que o manômetro de

mercúrio em U apresentou uma melhor exatidão comparada ao manômetro de Bourdon.

Para o 2º:

Com base nas aferições realizadas pode-se construir a tabela 02.

Tabela 02. Aferições para a vazão

Leitura do

Hidrômetro

(mL)

Tempo(s)

Massa

Volume

(mL)

Vazão

Recipiente

(Kg)

Total

(g)

Hidrômetro

10-4(m3/s)

Volumétrica

10-4(m3/s)

Mássica

(kg/s)

1000 5,07 0,370 1,480 1130 1,97 2,23 0,222

2000 10,47 0,370 2,670 2040 1,91 1,95 0,194

3000 11,91 0,370 3,085 2775 2,52 2,33 0,232

4000 34,53 0,370 3,960 3700 1,16 1,07 0,107

* (ρH2O = 997 Kg.m-3)

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Por meio da tabela 02 foi possível construir o gráfico 02, que relaciona as vazões do

hidrômetro e a volumétrica.

Os quais comparados não demonstram pouca variação na plotagem, percebendo-se

uma calibração razoável do instrumento.

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Conclusão

Por meio dos experimentos foi possível observar que para a pressão o manômetro de

mercúrio em U apresentou uma melhor exatidão, apesar das pequenas variações do

instrumento no procedimento.

Com relação à vazão, foi obtida uma boa aproximação dos valores do instrumento de

medição, o hidrômetro e valor experimental, contando ainda com as possíveis perdas de

transferência de água no processo.

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Referências consultadas

Bourdon, encontrado em: <

http://www.eq.uc.pt/~lferreira/BIBL_SEM/global/bourdon/Pdf/bourdon.pdf>, acessado em: 1

de setembro.

Pressão, encontrado em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Pressao>, acessado em 1 de setembro.

Rotâmetro, encontrado em: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Rotametro

>, acessado em 1 de setembro.

Hidrômetro, encontrado em: <http:// pt.wikipedia.org/wiki/Hidrometro

>, acessado em 1 de setembro.

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