Hidráulica Exercícios 1.doc
Que é piezômetro? Como deve ser construído um piezômetro para não ser influenciado pela capilaridade?

Passo 1

Beleza, o enunciado está pedindo duas coisas: (1) definir o que é um piezômetro e (2) dizer como montar um piezômetro de forma que a leitura não seja contaminada pela capilaridade. Isso é assunto de Hidráulica Básica, mais especificamente de manometria e fenômenos de superfície (capilaridade). Para resolver, a gente vai precisar
  • Entender o que é pressão estática e como ela vira altura de coluna d’água num tubo aberto (manometria).
  • Entender o que é capilaridade e por que ela altera essa altura.
  • Saber como escolher diâmetro e detalhes construtivos para eliminar esse efeito capilar.

Passo 2

Primeiro, o que é um piezômetro?
Um piezômetro é simplesmente um tubo transparente (geralmente de vidro ou plástico) ligado a um ponto de um fluido, aberto no topo e alinhado verticalmente. A pressão estática do fluido naquele ponto empurra a coluna d’água no tubo até uma altura p = rho g h tal que
onde
  • é a pressão absoluta no ponto,
  • é a densidade do fluido,
  • é a aceleração da gravidade,
  • é a altura da coluna d’água dentro do piezômetro.
Na prática, a gente lê e calcula . Simples assim!

Passo 3

Agora, por que a capilaridade atrapalha?
Quando o tubo é muito fino, a tensão superficial do líquido faz com que ele suba ou desça um pouquinho além do que a pressão pura mandaria. Esse fenômeno é a capilaridade, e a altura adicional hc = 2sigma costhetarho g,r é dada por
onde
  • é a tensão superficial,
  • é o ângulo de contato (molhabilidade),
  • é o raio interno do tubo.
Se for pequeno, fica grande e a leitura não reflete só a pressão que a gente quer medir.

Passo 4

Como construir para não “pescar” a capilaridade?
  1. Escolher um tubo com diâmetro interno grande (por exemplo, raio mm). Assim, fica desprezível ( mm normalmente).
  2. Usar material liso e que não seja super-hidrofílico (um plástico liso, por exemplo), de modo que o ângulo não force uma subida extra.
  3. Garantir que não haja bolhas de ar ou impurezas que mudem o contato líquido-sólido.
  4. Manter o tubo perfeitamente vertical, para que a fórmula seja válida sem ângulos estranhos.

Resposta

Um piezômetro é um tubo aberto e vertical usado para medir pressão estática de um fluido através da altura de sua coluna d’água ( ). Para evitar que a leitura seja afetada pela capilaridade, o tubo deve ter raio suficientemente grande (tipicamente mm), ser liso e posicionado na vertical, garantindo que a elevação extra devida à tensão superficial seja desprezível.

Exercícios relacionados