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Medidores de Pressão I - Algumas Informações

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Tópicos: Barômetro de Mercúrio | Medidores de Coluna de Líquido |

1) Barômetro de Mercúrio

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O pioneirismo coube a Evangelista Torricelli, físico italiano, que, em 1644, realizou a experiência de inverter um tubo de vidro, fechado em uma extremidade e cheio de mercúrio, em uma cuba também cheia de mercúrio. Observou que o nível do mercúrio se estabilizava em um valor constante. Entretanto, Torricelli não explicou precisamente a causa do fenômeno. Atribuiu ao "peso do ar", sem mais considerações. Em 1648, o físico e matemático francês Blaise Pascal encontrou a explicação adequada, isto é, a coluna de mercúrio era mantida pela pressão do ar e ainda previu que ela diminuiria com o aumento da altitude.

A Figura 1-I mostra dois arranjos básicos de barômetros de mercúrio: na parte (a), o tipo mais comum, com uma escala graduada e um parafuso na cuba para ajuste. A altura da coluna é lida diretamente em uma escala. Em (b) da mesma figura é usado um sistema de flutuador, fio , roldana, contrapeso e ponteiro para indicação do valor da altura da coluna (ou o equivalente em unidade de pressão).

Voltando à Figura 1-I (a), a extremidade superior da coluna está praticamente sob vácuo e, portanto, pressão nula. E a superfície do mercúrio na cuba está sob pressão da atmosfera.

Barômetro de mercúrio
Fig 1-I

Segundo equação da estática dos fluidos, a relação entre a pressão e a altura da coluna é dada por:

$$p_{atm} = \rho g h \quad \text{onde} \tag{1A}$$
patm: pressão atmosférica
ρ: massa específica do mercúrio
g: aceleração da gravidade
h: diferença de alturas de colunas conforme figura

Na prática, há uma relação quase linear entre altitude geográfica e pressão da atmosfera. No nível do mar, a altura da coluna de mercúrio é 760 mm e esse valor foi adotado como referência para a pressão atmosférica normal. A unidade Torr (não SI) foi definida como a pressão equivalente a uma coluna de mercúrio de 1 mm de altura. Portanto, pressão atmosférica normal equivale a 760 Torr. No Sistema Internacional: pressão atmosférica normal = 101 325 N/m2 (newton por metro quadrado) ou Pa (pascal). O bar é também usado e equivale a 10 N/cm2. Assim,

Pressão atmosférica normal = 101 325 N/m2 = 1,01325 bar = 1013,25 mbar (milibar).

Altitude versus pressão atmosférica
Fig 1-II

A pressão atmosférica diminui com o aumento da altitude conforme gráfico aproximado da Figura 1-II. E um barômetro pode ser convertido em altímetro mediante simples mudança de escala.

Barômetro para fins didáticos
Fig 1-III

Barômetro é um instrumento simples e pode ser construído de outras formas. A Figura 1-III dá um exemplo para fins didáticos, que usa água como líquido e ar na parte superior. Mas a pressão do ar varia também com a temperatura. Para uma indicação confiável, seria necessário algum meio de se manter constante a temperatura do reservatório superior.

O barômetro de mercúrio ocupa espaço, é pouco prático para aplicações portáteis. Existem outros tipos, compactos e de menor custo, que usam diafragmas ou foles.


2) Medidores de Coluna de Líquido

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O barômetro de mercúrio do tópico anterior é um medidor de pressão de coluna líquida. A altura da coluna é, na realidade, proporcional à diferença de pressões (no barômetro mencionado, uma delas é zero porque vácuo é formado na extremidade fechada do tubo).

A Figura 2-I ilustra o manômetro em forma de U, bastante usado para pequenas pressões, como sistemas de ventilação, exaustão e similares. Conforme estática dos fluidos,

$$\Delta p = p_1 - p_2 = \rho g \Delta h \tag{2A}$$
Δp: diferença de pressões
ρ: massa específica do líquido da coluna.
g: aceleração da gravidade.
Δh: diferença de altura conforme figura.

E o conjunto pode ter uma escala para leitura direta em unidades de pressão.
Medidor de coluna de líquido
Fig 2-I

Se considerada p1 a pressão de medição e a extremidade de p2 aberta, isto é, p2 é a pressão atmosférica, o instrumento mede a diferença em relação à pressão atmosférica. Muitas vezes - e isso vale para outros tipos - a escala adotada considera zero o valor de pressão igual à atmosférica, ou seja, a pressão relativa. E a pressão absoluta é a soma pressão relativa com a pressão da atmosfera. Há, portanto, as relações:

$$p_{rel} = p_{abs} - p_{atm}\\p_{abs} = p_{rel} + p_{atm} \tag{2B}$$
Medidor de tubo inclinado
Fig 2-II

Na unidade americana libra-força por polegada quadrada, são usuais as siglas psia (pounds-force per square inch absolute) para pressão absoluta e psig (pounds-force per square inch gauge) para pressão relativa.

Os medidores de coluna podem ter outras configurações. A Figura 2-II dá exemplo de um do tipo tubo inclinado, que possibilita leituras mais precisas de pequenas diferenças. A igualdade anterior é modificada para:

$$\Delta p = p_1 - p_2 = \rho g \Delta L \sin \alpha \tag{2C}$$
Há ainda vários outros tipos, como "sino invertido", "balança de anel", etc.
Referências
Pesquisa na Internet em 07/2008. Fontes não anotadas.

Topo | Rev: Abr/2018