Hidráulica Exercícios 1.doc
Que é piezômetro? Como deve ser construído um piezômetro para não ser influenciado pela capilaridade?
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 tal que
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
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 é dada por
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
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?
- Escolher um tubo com diâmetro interno grande (por exemplo, raio
mm). Assim, fica desprezível ( mm normalmente). - Usar material liso e que não seja super-hidrofílico (um plástico liso, por exemplo), de modo que o ângulo
não force uma subida extra. - Garantir que não haja bolhas de ar ou impurezas que mudem o contato líquido-sólido.
- 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.