DEPARTAMENTO DE ENERGIA LABORATÓRIO DE MECÂNICA DOS FLUIDOS MEDIDAS DE PRESSÃO

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1 Nome: unesp DEPRTMENTO DE ENERGI Turma: LBORTÓRIO DE MECÂNIC DOS FLUIDOS MEDIDS DE PRESSÃO - OBJETIVO Consolidar o conceito de pressão conhecendo os diversos instrumentos de medida. - INTRODUÇÃO TEÓRIC.. Conceito de Pressão Pressão é definida como a componente normal de uma força atuando sobre uma superfície. Portanto a unidade de pressão é a unidade de força por unidade de área a partir do sistema de unidade utilizado. F P UNIDDE: Sistema Internacional, SI Pa (Pascal) = N m.. Propriedades da Pressão º Propriedade: pressão em um ponto de um fluido em repouso é igual em todas as direções (princípio de Pascal), conforme ilustra a figura. Figura º Propriedade: Num fluido em repouso, a pressão é a mesma em todos os pontos situados num mesmo plano perpendicular ao vetor aceleração gravitacional (figura ). linha de pressão Figura º Propriedade: Num fluido em repouso, a força devido a pressão tem a direção normal à superfície de contato, como demonstra a figura. Figura

2 Pressão absoluta 4 º Propriedade: força de pressão num fluido em repouso tem direção sempre ao interior do fluido, ou seja, é uma compressão e jamais uma tração (figura 4). Figura 4 4 º Propriedade: superfície livre num líquido em repouso é sempre horizontal. Isto quer dizer que quando uma superfície livre encontra-se inclinada, o fluido está em movimento acelerado, o que pode-se observar na figura 5. Figura 5.. Pressão tmosférica Sobre a superfície livre de um fluido reina a pressão do gás que sobre ele existe. Esta pressão pode adquirir um valor qualquer em um recipiente fechado; mas se o recipiente está aberto, sobre a superfície livre do líquido reina a pressão atmosférica, existente devido ao peso da coluna de ar que gravita sobre o fluido. pressão atmosférica varia com a temperatura e com a altitude. pressão média normal a 5 º C ao nível do mar é,0 kgf/cm e se chama atmosfera normal. Uma atmosfera padrão ( atm) é igual a 760 mmhg..4. Pressão bsoluta e Pressão Relativa pressão em qualquer sistema de unidades pode ser expressa como pressão absoluta ou como pressão relativa. Esta denominação não afeta a unidade e sim o zero da escala, o chamado zero absoluto. s pressões absolutas se medem em relação ao zero absoluto, que representa a pressão mais baixa possível, sendo aquela pressão que existiria no vácuo perfeito. pressão relativa ou efetiva tem como referência a pressão atmosférica. maioria dos manômetros estão construídos para fornecer pressões relativas em relação a atmosfera local. Para se determinar a pressão absoluta deve-se então somar a pressão relativa, obtida no manômetro, com a pressão atmosférica local, medida em um barômetro,: p p a r p b sendo: p a pressão absoluta; p r pressão relativa (medida com manômetro); p b pressão atmosférica local ou pressão barométrica,(medida com barômetro). Pressão efetiva Pressão atmosférica normal Pressão atmosférica local atmosfera 760 mmhg 0,5 Pa 0,4 m de água Depressão ou vácuo Pressão efetiva negativa Leitura local do barômetro Pressão absoluta Figura 6 Unidades e escalas para a medida Zero absoluto da pressão. (vácuo absoluto) s referências e as relações entre as unidades mais comuns para a medida de pressão são ilustradas na figura 6. Uma pressão expressa em termos de coluna de líquido refere-se à força por unidade de área na base da coluna.

3 expressão para a variação da pressão com a profundidade num líquido é dada pela equação fundamental da fluidostática: p=.h, que mostra a relação entre a carga h, em unidade de comprimento da coluna de fluido de peso específico, e a pressão p. Na figura 6 uma pressão pode ser localizada verticalmente no diagrama em relação ao zero absoluto e em relação à pressão atmosférica local. Se o ponto estiver abaixo da linha da pressão atmosférica local e for referido à escala efetiva (ou relativa), será chamado pressão efetiva negativa, depressão ou vácuo, conforme ocorre no ponto. O ponto ilustra uma pressão efetiva positiva..5. Instrumentos de Medida de Pressão.5. Barômetro: Dispositivo que mede a pressão atmosférica (figura 7).5. Manômetros: Figura 7 Barômetro Dispositivo que mede as pressões acima e abaixo da pressão atmosférica, conhecidas como pressões manométricas. s pressões abaixo da atmosférica são conhecidas como vácuo e o manômetro que mede vácuo é conhecido como vacuômetro..5. Manômetro Diferencial: Mede a diferença de pressão entre dois pontos, através do princípio do equilíbrio de uma pressão desconhecida contra uma pressão conhecida, que podem ser feitas com a utilização de coluna líquida, dispositivos mecânicos, diafragmas e outros. Coluna Líquida: Largamente utilizada, podendo-se apresentar dos tipos U e L, conforme figura 8. P P P h h Área P Área h h Figura 8 Coluna líquida dos tipos U e L. diferença entre os pontos e é dado pela equação da manometria: sendo densidade do fluido; g aceleração da gravidade; h diferença de elevação; - peso específico do fluido. P P g( h h). h Equação Dispositivo Mecânico: Conhecido como Manômetro de Bourdon, é provavelmente o manômetro industrial mais utilizado em aplicações tanto de pressão como vácuo. figura 9 ilustra este tipo de manômetro.

4 Figura 9 Manômetro tipo Bourdon.5.4 Piezômetro e Piezômetro diferencial pressurizado: Piezômetro : é o medidor mais simples para medida de pressões em líquidos. Consiste de um tubo aberto montado verticalmente no recipiente onde se deseja medir a pressão (ver figura 0). P man P P atm gh h Figura 0 - Piezômetro Piezômetro diferencial: existe uma limitação de uso do piezômetro quando a pressão a ser medida é mais elevada por se necessitar de um tubo muito grande. Entretanto, em aplicações utilizando água, algumas vezes se deseja medir diferenças de pressões relativamente pequenas entre reservatórios com pressões acima da faixa de utilização do piezômetro. Uma forma de se medir a diferença com qualidade é se utilizar um piezômetro diferencial pressurizado (ver figura ). Neste dispositivo, o ar aprisionado e pressurizado mantém as colunas em tamanho adequado permitindo a leitura da diferença de pressões. Figura - Piezômetro diferencial pressurizado.5.5 Manômetro de tubo inclinado e micromanômetro: Manômetro de tubo inclinado : é utilizado para medidas de pressões pequenas, principalmente nos casos em que o uso de um manômetro em U leva a uma deflexão pequena, mesmo utilizando-se um fluido manométrico de peso específico baixo. pequena deflexão implica em incertezas grandes nas medidas e uma das soluções é o aumento da deflexão pela inclinação de um dos ramos do manômetro, conforme esquema da figura.

5 Figura Manômetro diferencial de tubo inclinado medida da pressão manométrica em será P man P P atm m Lsen Micromanômetros : são utilizados quando as diferenças de pressões são extremamente pequenas e de difícil leitura com precisão mesmo com manômetros de tubo inclinado. Estes equipamentos possuem duas câmaras interligadas por um manômetro em U. s áreas das seções transversais das câmaras são muito maiores que a área da seção transversal do tubo e, além do fluido manométrico é introduzido um outro fluido nas duas câmaras, conforme mostrado na figura a. Na figura b, está representado a montagem deste equipamento visando medir a pressão no ponto. h Figura Micromanômetro (a) em equilíbrio ; (b) montado para medir P P P atm d D m m H h PROCEDIMENTO EXPERIMENTL Objetivos Específicos: ferir um manômetro e um vacuômetro, traçando suas respectivas curvas de calibração. Comparar medidas de pressão utilizando diferentes manômetros de coluna de fluido. Familiarizar-se com diferentes unidades de pressão.. - ferição do Manômetro... Procedimento: partir de um manômetro padrão, pretende-se calibrar um manômetro industrial. Este procedimento deve ser feito aplicando pressão em um sistema com os dois manômetros conforme esquema apresentado na figura 4. ssim, deve-se anotar sete medidas de pressão nos dois manômetros e construir um gráfico das medidas obtidas no manômetro padrão (eixo y) pelas medidas apresentadas pelo manômetro industrial (eixo x), que irá gerar a curva de calibração do manômetro industrial. Manômetro Manômetro padrão Figura 4 Esquema da experiência de calibração do manômetro. Volante

6 . ferição do Vacuômetro.. Procedimento: Esta experiência é semelhante a anterior diferenciando-se apenas pelo equipamento utilizado o qual é composto de um vacuômetro e de um manômetro de mercúrio com tubo em U, conforme apresenta a figura 5. O aparelho é composto por uma bomba para a produção de vácuo, de tal forma que, quando o sistema é ligado, a pressão negativa do sistema será indicada através da deflexão do ponteiro do vacuômetro e da diferença na altura da coluna de mercúrio do tubo em U. O manômetro de tubo em U deverá ser tomado como medidor padrão para a aferição do vacuômetro. Para tanto, devem ser anotados os valores obtidos através do vacuômetro e a diferença da altura da coluna de mercúrio do tubo em U ( H), para ser feito o gráfico das medidas e, a partir deste, será obtida a curva de calibração do vacuômetro. Vacuômetro Vácuo Bomba Figura 5 Esquema da experiência de calibração do vacuômetro. h Manômetro de Mercúrio. Comparações entre manômetros de coluna.. Procedimentos: Primeiramente, utilizando um barômetro medir a pressão atmosférica local. Utilizando o painel de manômetros, ligar ao mesmo reservatorio, o manômetro em U e o micromanômetro. Variando a pressão do reservatório, realizar as medidas nos dois equipamentos, e a partir dos resultados, determinar a constante do micromanômetro. Ligar o manômetro de tubo inclinado, o manômetro de coluna e o micromanômetro no mesmo reservatório e comparar as medidas para uma mesma pressão no reservatório. Ligar os piezômetros nos reservatório com água e verificar o funcionamento dos mesmos. 4 EMPUXO EM CORPOS SUBMERSOS Um dos efeitos da pressão agindo sobre um corpo submerso é uma força vertical chamada de empuxo. forma de medida desta força é atribuída a rquimedes e consiste da medição do peso do corpo em ar e em água. partir destas medidas é possível se calcular a força de empuxo e a densidade relativa aparente do corpo. Neste experimento se tem 7 cilindros com 8 mm de diâmetro e diversos comprimentos. Os cilindros de a 4 possuem 70 mm de comprimento e diferentes densidades aparentes. Os cilindros 5 a 7 possuem respectivamente comprimentos de 60mm, 50mm e 0 mm e são todos de mesma densidade aparente. través da pesagem dos cilindros, deve-se então determinar as densidades aparentes dos cilindros e se verificar a influência do tamanho dos mesmos sobre o empuxo

7 unesp DEPRTMENTO DE ENERGI LBORTÓRIO DE MECÂNIC DOS FLUIDOS PLNILH UXILIR D EXPERIÊNCI DE MEDIDS DE PRESSÃO Dia: / / Temperatura mbiente: ºC. Pressão tmosférica: Leitura no barômetro local: º PRTE: FERIÇÃO DO MNÔMETRO MNÔMETRO INDUSTRIL MNÔMETRO PDRÃO º PRTE: FERIÇÃO DO VCUÔMETRO VCUÔMETRO MNÔMETRO DE TUBO EM U PDRÃO O aluno deverá plotar os gráficos, em papel milimetrado, manômetro industrial (x) versus manômetro padrão (y) e vacuômetro industrial (x) versus manômetro de tubo em U padrão (y) e determinar as equação da reta de regressão de cada um desses gráficos.

8 U º PRTE: COMPRÇÃO ENTRE MICROMNÔMETRO E MNÔMETRO DE COLUN EM MNÔMETRO Em U MICROMNÔMETRO 4 º PRTE: COMPRÇÃO ENTRE MICROMNÔMETRO E MNÔMETRO DE COLUN EM U e MNÔMETRO DE TUBO INCLINDO MNÔMETRO Em U MICROMNÔMETRO MNÔMETRO INCLINDO 5 º PRTE: COMPRÇÃO ENTRE MNOMETRO PIEZOELÉTRICO E MNÔMETRO DE COLUN EM U MNÔMETRO Em U PIEZOELÉTRICO PRESSÃO CLCULD 6 º PRTE: EMPUXO Cilindro Peso no ar Peso na água Empuxo

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