Manômetro

O manômetro ^{(português brasileiro)} ou manómetro ^{(português europeu)} (do gr. μανός, manós, pouco/ligeiramente denso, e μέτρον, métron, medida) é um instrumento utilizado para medir a pressão de fluidos contidos em recipientes fechados. Existem, basicamente, dois tipos: os de líquidos e os de gases.

Manômetro de dois ramos abertos.

Manômetro truncado.

Manômetro de Bourdon (componente fundamental).

Manômetro de fabricação sueca instalado em uma máquina a vapor.

A construção de medidor com tubo de bourdon, os componentes são feitos de latão

Características e tipos de manômetros

Muitos dos aparatos empregados para a medida de pressões utilizam a pressão atmosférica como nível de referência e medem a diferença entre a pressão real ou absoluta e a pressão atmosférica, chamando-se a este valor pressão manométrica; tais aparatos recebem o nome de manômetros e funcionam segundo os mesmos princípios em que se fundamentam os barômetros de mercúrio e os aneroides. A pressão manométrica se expressa bem seja acima ou abaixo da pressão atmosférica. Os manômetros que servem para medir pressões inferiores à atmosférica se chamam manômetros de vácuo ou vacuômetros.

Um tipo de manômetro já com séculos de existência é o de coluna líquida. Este manômetro contém um tubo, no qual se coloca uma dada quantidade de líquido, ar ou outro gás. Neste método a pressão a medir é aplicada a uma das aberturas do tubo, enquanto uma pressão de referência é aplicada à outra abertura (geralmente a pressão atmosférica). A diferença entre as pressões é proporcional à diferença do nível do líquido, em que a constante de proporcionalidade é a massa volúmica do fluido.

Os manômetros de coluna líquida podem ser em forma de 'U' ou ter uma única coluna. Para se forçar o líquido a percorrer uma maior distância utilizam-se colunas com inclinação (uma vez que a pressão obriga a subir, o que exige um maior deslocamento no caso de a coluna estar inclinada), sendo necessário conhecer o ângulo relativo à horizontal com precisão. Os manômetros de coluna líquida podem ser divididos em manômetros de dois ramos abertos e manômetros truncados.

Manômetro de dois ramos abertos

O manômetro mais sensível consiste em um tubo de vidro dobrado em U que contém um líquido apropriado (mercúrio, água, óleo, ...). Um dos ramos do tubo está aberto à atmosfera; o outro está conectado com o depósito que contém o fluido cuja pressão se deseja medir (Figura 1). O fluido do recipiente penetra em parte do tubo em U, fazendo contato com a coluna líquida. Os fluidos alcançam uma configuração de equilíbrio da qual resulta fácil deduzir a pressão manométrica no depósito:

$p_{\text{m}}=p-p_{\text{atm}}=\rho _{\text{m}}gh+\rho gd\,$

onde ρ_m e ρ são as densidades do líquido manométrico e do fluido contido no depósito, respectivamente. Se a densidade de tal fluido é muito inferior a do líquido manométrico, na maioria dos casos podemos desprezar o termo ρgd, e teremos

$p_{\text{m}}\approx p-p_{\text{atm}}=\rho _{\text{m}}gh\,$

de modo que a pressão manométrica p-p_atm é proporcional à diferença de alturas que atinge o líquido manométrico nos dois ramos. Evidentemente, o manômetro será tanto mais sensível quanto menor seja a densidade do líquido manométrico utilizado.

Manômetro truncado

O chamado manômetro truncado (Figura 2) serve para medir pequenas pressões gasosas, desde vários torrs até 1 Torr. Não é mais que um barômetro de sifão com seus dois ramos curtos. Se o ramo aberto se comunica com um depósito cuja pressão supere a altura máxima da coluna barométrica, o líquido barométrico preenche o ramo fechado. No caso contrário, se forma um vácuo barométrico no ramo fechado e a pressão absoluta no depósito será dada por

$p=\rho _{\text{m}}gh+\rho gd\approx \rho _{\text{m}}gh\,$

Observe-se que este dispositivo mede pressões absolutas, pelo que não é um verdadeiro manômetro.

Manômetros que medem deformações

Alguns manômetros utilizam a deformação que as pressões causam na forma de sólidos, como superfícies ou espirais.

Manômetro de membrana

Outro tipo de manômetro recorre à deformação de uma membrana flexível. Estas membranas, por terem deformação proporcional à pressão a que estão sujeitas, são utilizadas com vários outros métodos no sentido de transformar a deformação numa grandeza que possa ser processada. Utilizam-se extensómetros (resistências variáveis com a deformação chamadas de strain gage ou células de carga) para possibilitar a conversão para grandezas eléctricas. Contudo, um dos métodos mais utilizados corresponde a ligar electricamente a membrana de tal forma que seja uma armadura móvel de dois condensadores, assim a deformação a que a membrana se sujeita gera uma variação da capacidade, recorrendo a alguma electrônica consegue-se obter uma tensão eléctrica directamente proporcional à pressão aplicada à membrana.

Manômetro metálico ou aneroide

Ver artigo principal: Aneróide

Na indústria se empregam quase exclusivamente os manômetros metálicos ou aneroides, que são barômetros aneroides modificados de tal forma que dentro da caixa atua a pressão desconhecida que se deseja medir e fora atua a pressão atmosférica. O mais comum é o manômetro de Bourdon, consistindo em um tubo metálico, laminado, hermético, fechado em uma extremidade e enrolado em espiral (Figura 3). A extremidade aberta se comunica com o depósito que contém o fluido cuja pressão se deseja medir; então, ao aumentar a pressão no interior do tubo, este tende a desenrolar-se, e põe em movimento uma agulha indicadora frente a uma escala calibrada em unidades de pressão. Estes manômetros são para aplicações de 0,6 até 7.000 bar.

Outros métodos podem ser utilizados para efectuar a medição de pressão, tais como: LVDT, manómetro de cilindro, cristais piezoeléctricos.

Bibliografia

• Halliday,D., Resnick,R.,Walker,J.; Física, Livros Técnicos e Científicos Editora, Rio de Janeiro, 1996
• Tipler, P.A.; Física (Para Cientistas e Engenheiros), 3a Ed., Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 1995.