( 1,0 ponto) O que é e qual a finalidade de um manômetro tipo peso morto? Explique o procedimento de utilização desse tipo de manômetro.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas: (a) dizer o que é um manômetro tipo peso morto e qual a sua finalidade; (b) explicar o procedimento de utilização desse manômetro. Não há outros dados numéricos no enunciado — a tarefa é conceitual e procedimental.
Passo 2
O que é, em palavras simples: um manômetro tipo peso morto é um instrumento que mede pressão usando um pistão (ou êmbolo) com área conhecida sobre o qual se aplicam massas calibradas (pesos). A ideia é muito direta: a pressão do fluido empurra o pistão para cima; quando a força produzida pela pressão é igual ao peso que colocamos sobre o pistão, o pistão fica em equilíbrio (flutua). A leitura da pressão vem diretamente dos pesos conhecidos e da área do pistão.
Passo 3
Princípio físico e fórmula básica (aulas rápidas de física aqui):
- Pressão é força por unidade de área. A definição usada é
onde
é a pressão (em pascal, Pa),
é a força (em newton, N) e
é a área do pistão (em metro quadrado,
).
- No manômetro de peso morto a força
vem do peso das massas colocadas, isto é a massa total multiplicada pela gravidade . Assim, na forma ideal e sem correções:
Expliquei cada símbolo:
é a massa total dos pesos (em kg),
é a aceleração da gravidade (aprox.
, mas deve usar o valor local quando preciso) e
é a área do pistão (em
).
Passo 4
Componentes e papel de cada um (pra você desenrolar mentalmente o aparelhinho):
- Pistão/êmbolo e cilindro com área conhecida
. - Conjunto de pesos calibrados (massezinhas) que você coloca sobre o pistão; cada peso tem massa conhecida
. - Conexão ao circuito de pressão (tubo para o fluido cujo pressão se quer medir).
- Dispositivo para permitir que o pistão gire/rode ligeiramente (reduz atrito estático) e uma janela para ver se o pistão está flutuando.
- Sistema de vedação e, em aparelhos de alta precisão, fichas/tabelas com a área efetiva do pistão e correções calibradas.
Saber o papel de cada peça ajuda a justificar cada passo do procedimento.
Passo 5
Procedimento passo a passo (detalhado, do jeito que você deve fazer na prova ou no laboratório):
- Preparação: limpe pistão e alojamento; coloque o aparelho numa base nivelada; verifique se os pesos estão limpos e com massas conhecidas. Nível e limpeza reduzem atrito e erros.
- Conexão e purga: conecte o manômetro à fonte de pressão por uma tubulação curta; abra a linha e purgue para eliminar ar aprisionado (se for líquido) ou sujeira.
- Pré-carga / assento: muitas vezes coloca-se um peso pequeno (pré-carga) para assentar o pistão e garantir contato. Isso é uma referência inicial.
- Elevar o pólo: aplique pressão do gerador (ou aumente a pressão da fonte) até que o pistão levante levemente do assento e haja movimento livre (ou faça uma rotação suave do êmbolo para vencer atrito). O objetivo é garantir que o equilíbrio seja dinâmico e não travado por atrito.
- Carregar pesos: com o pistão flutuando ou levemente levantado, adicione pesos calibrados de forma incremental até que o pistão fique em equilíbrio (flutuando estável, sem tendência clara a subir ou descer). Se o pistão afunda, retire um peso; se sobe demais, acrescente. Em manômetros finos costuma-se ajustar até que o pistão gire lentamente (sinal de baixo atrito e equilíbrio).
- Leitura: some as massas dos pesos
. Calcule a pressão pela fórmula básica
Converta unidades conforme necessário (por exemplo,
para
etc.).
7) Descarregar e segurança: após a leitura, reduza a pressão com cuidado e retire os pesos; jamais retire pesos com a pressão ainda mais alta do que o peso suporta — pode saltar o conjunto.
8) Registrar: anote massa total, área usada, temperatura, valor de empregado e qualquer ajuste ou observação (os dados servem para correção posterior).
7) Descarregar e segurança: após a leitura, reduza a pressão com cuidado e retire os pesos; jamais retire pesos com a pressão ainda mais alta do que o peso suporta — pode saltar o conjunto.
8) Registrar: anote massa total, área usada, temperatura, valor de
Passo 6
Exemplo numérico curtinho (para fixar como usar a fórmula e converter unidades):
- Suponha área do pistão
(que é ). - Massa total dos pesos
. - Use
.
Calcule:
Esse cálculo mostra como passar de massas e área para pressão de forma direta.
Passo 7
Correções e fontes de erro (o que o examinador pode cobrar se quiser precisão):
- Correção de empuxo do ar sobre os pesos (correção de flutuação): os pesos deslocam ar, então a força efetiva é menor. A correção prática pode ser escrita como
onde
é a densidade do ar e
a densidade do material dos pesos.
- Valor local de
: use o apropriado da localidade se precisar de alta precisão. - Atrito pistão-cilindro: para reduzir, faz-se o pistão girar lentamente; mesmo assim, usa-se técnica chamada “método de flutuação” para minimizar erro por atrito estático.
- Temperatura e área efetiva: a área do pistão pode variar com temperatura; instrumentos de precisão têm tabelas de área efetiva calibrada.
- Vazamentos e leituras instáveis: são fontes óbvias de erro; sempre verificar estanqueidade.
Passo 8
Dicas para prova e para o laboratório (prático e motivador):
- Na prova, escreva claramente a fórmula
, explique o que cada símbolo significa e faça uma unidade coerente (kg, m, s). - Se o enunciado pede correções, apresente a expressão com empuxo e explique as variáveis.
- Lembre-se de distinguir pressão absoluta e pressão manométrica: o manômetro de peso morto normalmente fornece a pressão diferencial entre a pressão do processo e a referência (se a referência for a atmosfera, é pressão manométrica). Se o pistão tiver a câmara de referência a vácuo, então mede-se absoluta — especifique qual é o caso no enunciado.
Passo 9
Resumo rápido e incentivo (pra fechar com confiança):
- Em duas linhas: é um medidor que transforma massa conhecida em pressão usando
. Serve para medições de alta precisão e calibração. Procedimento: preparar, purgar, levantar o pistão, adicionar pesos até equilíbrio, calcular, anotar e descarregar com cuidado. Você consegue — descreva a fórmula, explique as variáveis e comente correções se pedirem.
Resposta
Um manômetro tipo peso morto é um instrumento de medição de pressão que usa um pistão de área conhecida sobre o qual se colocam massas calibradas; a finalidade é medir com alta precisão a pressão do fluido (ou calibrar outros manômetros) determinando quando a força do peso equilibra a força produzida pela pressão. Procedimento de utilização: limpar e nivelar o aparelho; conectar e purgar a linha; assentar o pistão com pré-carga; aplicar pressão até o pistão livrar-se do assento e girar levemente; adicionar pesos calibrados incrementalmente até o pistão flutuar em equilíbrio; somar as massas
e calcular a pressão pela fórmula
(fazendo as correções necessárias, por exemplo, empuxo do ar:
, usar
local e tabela de área efetiva quando exigida); anotar resultados e descarregar a pressão com segurança.